專利名稱：一種淀粉質(zhì)原料的酶解方法和檸檬酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種淀粉質(zhì)原料的酶解方法和檸檬酸的制備方法。
背景技術(shù)：
檸檬酸是一種廣泛應(yīng)用于飲料、食品及醫(yī)藥等行業(yè)的有機(jī)酸。我國(guó)是檸檬酸的生產(chǎn)大國(guó)，國(guó)內(nèi)擁有20余家生產(chǎn)廠，年產(chǎn)量已超過(guò)80萬(wàn)噸。目前，檸檬酸主要通過(guò)發(fā)酵法制備，例如，一般需要先將淀粉質(zhì)原料粉碎，將粉碎后的產(chǎn)物與水混合得到淀粉漿液，將淀粉漿液與酶混合進(jìn)行酶解，得到酶解產(chǎn)物(液化液)，并將黑曲霉接種至含有所述酶解產(chǎn)物的發(fā)酵液中并發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸。但是，由現(xiàn)有的酶解淀粉質(zhì)原料工藝得到的酶解產(chǎn)物中的殘淀粉含量偏高，因此，會(huì)造成檸檬酸的收率較低，且檸檬酸成品的生產(chǎn)成本較高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的檸檬酸的制備方法中，酶解產(chǎn)物中的殘淀粉含量偏高，而造成檸檬酸的收率較低的缺陷，提供一種使酶解產(chǎn)物中具有較低殘淀粉含量的淀粉質(zhì)原料的酶解方法和具有較高檸檬酸收率的檸檬酸的制備方法。本發(fā)明提供了一種淀粉質(zhì)原料的酶解方法，其中，該方法包括下述步驟(1)將由淀粉質(zhì)原料得到的淀粉漿液與部分酶混合，得到混合物，將該混合物與蒸汽接觸，接觸的條件使得與蒸汽接觸后的混合物的溫度為75-95°C，并在該溫度下保持 30-90分鐘；(2)將步驟(1)的與蒸汽接觸后的混合物再次與蒸汽接觸，接觸的條件使再次與蒸汽接觸后的混合物的溫度為100-120°C，并在該溫度下保持1-10分鐘；(3)將步驟(2)的再次與蒸汽接觸后的混合物降溫至80-90°C，并與剩余部分的酶混合、酶解。本發(fā)明還提供了一種檸檬酸的制備方法，該方法包括將黑曲霉接種至發(fā)酵液中并發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸，所述發(fā)酵液含有淀粉質(zhì)原料的酶解產(chǎn)物，其中，所述淀粉質(zhì)原料的酶解產(chǎn)物的制備方法為本發(fā)明提供的方法。本發(fā)明提供的酶解方法可以更充分的水解淀粉質(zhì)原料中的淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的a_l，4葡萄糖苷鍵，使淀粉鏈逐漸變短，減少了大分子量淀粉的存在，同時(shí)使糊化淀粉的粘度迅速下降，還能有效的控制淀粉液化程度，減少淀粉老化。因此，本發(fā)明提供的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的酶解產(chǎn)物(液化液)中殘淀粉偏高的問(wèn)題，從而有效提高了檸檬酸的收率并降低了糧耗，降低了檸檬酸的生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式按照本發(fā)明，所述淀粉質(zhì)原料的酶解方法包括下述步驟(1)將由淀粉質(zhì)原料得到的淀粉漿液與部分酶混合，得到混合物，將該混合物與蒸汽接觸，接觸的條件使得與蒸汽接觸后的混合物的溫度為75-95°C，并在該溫度下保持30-90分鐘；(2)將步驟(1)的與蒸汽接觸后的混合物再次與蒸汽接觸，接觸的條件使再次與蒸汽接觸后的混合物的溫度為100-120°C，并在該溫度下保持1-10分鐘；(3)將步驟(2)的再次與蒸汽接觸后的混合物降溫至80-90°C，并與剩余部分的酶混合、酶解。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中酶解的方法為將淀粉漿液和淀粉酶混合后升溫至指定溫度后維持一定時(shí)間使其充分酶解(導(dǎo)致升溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng))。在本發(fā)明的步驟(1)中， 在將淀粉漿液與部分酶混合并將得到的混合物與蒸汽經(jīng)過(guò)一次接觸后，使混合物的溫度保持在75-95°C，優(yōu)選為80-90°C，可以達(dá)到使淀粉充分糊化而達(dá)到預(yù)液化的目的，同時(shí)在該溫度下與蒸汽的混合還能夠有效降低淀粉漿液的粘度。為了能夠達(dá)到充分液化而達(dá)到最佳的液化效果，優(yōu)選情況下，在步驟(1)的溫度下保持30-90分鐘，更優(yōu)選為50-80分鐘。在步驟( 中，將經(jīng)過(guò)步驟(1)的充分預(yù)液化的淀粉漿液再次與蒸汽接觸，使接觸后的混合物的溫度保持為100-120°C，優(yōu)選為100-110°C。一方面，在蒸汽與淀粉漿液混合的過(guò)程中，蒸汽對(duì)淀粉漿液具有剪切、攪拌的作用，另一方面，熱蒸汽能夠進(jìn)一步使在淀粉漿液預(yù)液化時(shí)一些包裹在纖維里(生產(chǎn)原料采用的是淀粉質(zhì)原料，原料中會(huì)有纖維存在)的淀粉分子和一些支鏈淀粉瞬間膨脹，然后在步驟(3)中，使淀粉漿液在經(jīng)高溫后，迅速降溫至80-90°C， 快速的溫度變化可使淀粉分子的膨脹更加充分，以至于能夠使大顆粒淀粉膨脹破裂為小顆粒淀粉，從而使酶與淀粉顆粒的接觸效果更好，以達(dá)到更佳的酶解(液化)效果。在經(jīng)過(guò)第二次與蒸汽接觸后的淀粉漿液的溫度基本恒定在80-90°C，此時(shí)再次補(bǔ)充剩余部分的酶，不僅可以使酶在最適的溫度范圍內(nèi)發(fā)揮其最佳的酶解性能，而且還可以避免因溫度波動(dòng)而導(dǎo)致液化效果不穩(wěn)定的現(xiàn)象。為了能夠達(dá)到充分液化而達(dá)到最佳的液化效果，優(yōu)選情況下，在步驟O)的溫度下保持1-10分鐘，更優(yōu)選為5-9分鐘。按照本發(fā)明，在步驟⑴和步驟(2)中，與蒸汽接觸的條件的可選擇范圍較寬，只要保證接觸后淀粉漿液與酶的混合物能夠分別達(dá)到其適宜的溫度即可，例如，所述與蒸汽接觸的條件包括接觸的溫度、蒸汽與混合物的用量比例以及接觸時(shí)間等。優(yōu)選情況下，在步驟(1)中，蒸汽的溫度可以為180-270°C，蒸汽與混合物的比例可以為0.03-0. 08 1，接觸的時(shí)間可以為1-5秒；在步驟O)中，蒸汽的溫度可以為200-270°C，蒸汽與混合物的比例可以為0.03-0. 08 1，接觸的時(shí)間可以為1-5秒。更優(yōu)選情況下，綜合考慮能源和成本，在步驟(1)中，蒸汽的溫度為220460°C，蒸汽與混合物的比例為0.04-0. 06 1，接觸的時(shí)間為1-3秒；在步驟(2)中，蒸汽的溫度為M0460°C，蒸汽與混合物的比例為0. 04-0. 06 1， 接觸的時(shí)間為1-3秒。其中，使淀粉漿液與酶的混合物與蒸汽接觸的方式?jīng)]有特別限定，優(yōu)選情況下，可以在本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的噴射器中進(jìn)行噴射接觸，即，將淀粉漿液與酶的混合物以及蒸汽同時(shí)、快速噴射到噴射器中進(jìn)行瞬間接觸，并將該接觸后的混合物送入另一儲(chǔ)存罐中在一定溫度下進(jìn)行保溫處理。本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，步驟(1)中的部分酶的用量與步驟(3)中的剩余部分的酶的用量的可調(diào)節(jié)范圍較寬，優(yōu)選情況下，為了在步驟(1)中與蒸汽接觸后的混合物中的酶能夠即起到降低淀粉漿液粘度的作用，又能夠盡量降低酶的失活量，而同時(shí)盡量在經(jīng)過(guò)步驟C3)中添加的剩余部分的酶能夠最大效率的發(fā)揮酶解的作用，優(yōu)選情況下，步驟(2)中的部分酶的用量為酶的總重量的20-35重量％，更優(yōu)選為25-30重量％，步驟(4)中的剩余部分酶的用量為酶的總重量的65-80重量％，更優(yōu)選為70-75重量％。按照本發(fā)明，由淀粉質(zhì)原料得到的淀粉漿液的方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種常規(guī)的方法，例如，將淀粉質(zhì)原料粉碎，將粉碎后的產(chǎn)物與水混合得到淀粉漿液。將淀粉質(zhì)原料粉碎的條件和方式?jīng)]有特別的限制，只要能夠使淀粉質(zhì)原料充分破碎即可，優(yōu)選情況下，得到的粉碎后的產(chǎn)物的顆粒直徑為300-1000微米。將粉碎后的產(chǎn)物與水混合得到淀粉漿液的過(guò)程中，水的用量沒(méi)有特別限定，通常情況下，為了便于后續(xù)步驟的酶解更充分，水與粉碎后產(chǎn)物的重量比可以為2-4 1。所述淀粉漿液的pH值可以為5-7。按照本發(fā)明，所述淀粉質(zhì)原料可以為本領(lǐng)公知的各種可以用于酶解、發(fā)酵制備檸檬酸的含有淀粉的原料，例如，可以選自玉米、薯類(如木薯)、小麥和高粱中的一種或幾種。按照本發(fā)明，所述酶解步驟可以為向淀粉漿液中添加產(chǎn)酶微生物和/或酶，在產(chǎn)酶微生物的生長(zhǎng)溫度和/或酶有活力的溫度下保溫完成。所述產(chǎn)酶微生物為能夠分泌淀粉酶的產(chǎn)酶微生物。所述酶優(yōu)選為淀粉酶。由于微生物生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物，因此優(yōu)選直接加入酶。所述酶的用量越多越好，出于成本考慮，優(yōu)選以每克粉碎后的產(chǎn)物的干重計(jì)，所述淀粉酶的用量為4-50酶活力單位。本發(fā)明所述酶的酶活力單位的定義為在pH值為6. 0、溫度為70°C的條件下，1分鐘將1毫克淀粉轉(zhuǎn)化為還原糖所需的酶量為一個(gè)酶活力單位。所述酶解的pH值可以在很大范圍內(nèi)改變，優(yōu)選為5. 0-7.0，更優(yōu)選pH值為 5. 4-5. 7。淀粉酶是指能夠分解淀粉糖苷鍵的一類酶的總稱，所述淀粉酶一般包括α -淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和異淀粉酶。α-淀粉酶又稱淀粉1，4_糊精酶，它能夠任意地、不規(guī)則地切開(kāi)淀粉鏈內(nèi)部的 α-1,4-糖苷鍵，將淀粉水解為麥芽糖、含有6個(gè)葡萄糖單位的寡糖和帶有支鏈的寡糖。生產(chǎn)此酶的微生物主要有枯草桿菌、黑曲霉、米曲霉和根霉。β -淀粉酶又稱淀粉1，4-麥芽糖苷酶，能夠從淀粉分子非還原性末端切開(kāi)1，4_糖苷鍵，生成麥芽糖。此酶作用于淀粉的產(chǎn)物是麥芽糖與極限糊精。此酶主要由曲霉、根霉和內(nèi)孢霉產(chǎn)生。糖化酶又稱淀粉α-1，4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非還原性末端，以葡萄糖為單位，依次作用于淀粉分子中的α-1，4-糖苷鍵，生成葡萄糖。糖化酶作用于支鏈淀粉后的產(chǎn)物有葡萄糖和帶有α-1，6_糖苷鍵的寡糖；作用于直鏈淀粉后的產(chǎn)物幾乎全部是葡萄糖。此酶產(chǎn)生菌主要是黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、 擬內(nèi)孢霉、紅曲霉。異淀粉酶又稱淀粉α-1，6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于枝鏈淀粉分子分枝點(diǎn)處的α-1，6-糖苷鍵，將枝鏈淀粉的整個(gè)側(cè)鏈切下變成直鏈淀粉。此酶產(chǎn)生菌主要是嫌氣桿菌、芽孢桿菌及某些假單孢桿菌等細(xì)菌。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用α -淀粉酶和/或異淀粉酶。按照本發(fā)明，在步驟(1)中，將由淀粉質(zhì)原料得到的淀粉漿液與部分酶混合的條件的可選擇范圍較寬，通常情況下，為了更有利于酶發(fā)揮其作用并處于節(jié)約能源的考慮，在步驟(1)中，(1)將由淀粉質(zhì)原料得到的淀粉漿液與部分酶混合是在50-60°C下進(jìn)行，并保持20-30分鐘；在步驟(3)中，將再次與蒸汽接觸后的混合物降溫后與剩余部分的酶混合、 酶解優(yōu)選在80-90°C，更優(yōu)選在85-88°C下進(jìn)行，并保持90-110分鐘。上述混合更優(yōu)選在攪拌下進(jìn)行。按照本發(fā)明，在步驟(3)中，將步驟O)的再次與蒸汽接觸后的混合物降溫至 80-90°C的降溫方法可以采用本領(lǐng)域公知的各種方法，優(yōu)選情況下，為了更好地達(dá)到由快速的溫度變化帶來(lái)的使淀粉分子的膨脹更加充分，以至于能夠使大顆粒淀粉膨脹破裂為小顆粒淀粉的目的，而使酶與淀粉顆粒的接觸效果更好，以達(dá)到更佳的酶解(液化)效果，優(yōu)選情況下，本發(fā)明采用閃蒸的方式將步驟O)的再次與蒸汽接觸后的混合物降溫至80-90°C， 并可以在連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程中將閃蒸后得到的蒸汽返回步驟(1)中，用于與混合物接觸。由于在第二次與蒸汽接觸后達(dá)到的溫度較高，閃蒸后的蒸汽完全可以滿足在步驟O)中與淀粉漿液與酶的混合物接觸后所要達(dá)到的溫度要求，而且，蒸汽的回用還可以大大降低生產(chǎn)成本。此外，閃蒸后得到的冷凝水也可以返回步驟(1)中用于制備淀粉漿液，即，用于與將淀粉質(zhì)原料粉碎后得到的粉碎后的產(chǎn)物混合以制備得到淀粉漿液。其中，閃蒸指高壓的飽和水進(jìn)入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和水變成一部分的容器壓力下的飽和水蒸氣和飽和水。按照本發(fā)明，所述閃蒸的條件的可選擇范圍較寬，只要達(dá)到閃蒸后使之降溫的目的即可，優(yōu)選情況下，所述閃蒸的條件包括閃蒸的真空度可以為0. 05至 0.09Mpa，閃蒸的時(shí)間可以為5-20秒。從真空表所讀得的數(shù)值稱真空度。真空度數(shù)值是表示出系統(tǒng)壓強(qiáng)實(shí)際數(shù)值低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，即真空度=I大氣壓強(qiáng)-絕對(duì)壓強(qiáng)I (大氣壓強(qiáng)與絕對(duì)壓強(qiáng)的絕對(duì)值)?！罢婵斩取本褪钦婵盏某潭?。所謂“真空”，是指在給定的空間內(nèi)，壓強(qiáng)低于101325帕斯卡(也即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)約IOlKPa)的氣體狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，所述發(fā)酵液含有淀粉質(zhì)原料酶解產(chǎn)物，所述淀粉質(zhì)原料的酶解產(chǎn)物含有淀粉質(zhì)原料酶解殘?jiān)偷矸圪|(zhì)原料酶解清液，為了更易于發(fā)酵的進(jìn)行，以酶解產(chǎn)物的總重量為基準(zhǔn)，所述淀粉質(zhì)原料酶解清液的含量為80-95重量％，所述淀粉質(zhì)原料酶解殘?jiān)暮繛?-20重量％。所述淀粉質(zhì)原料酶解殘?jiān)暮靠梢栽诤艽蠓秶鷥?nèi)改變，優(yōu)選情況下，所述淀粉質(zhì)原料酶解殘?jiān)墓毯繛?-60重量％，更優(yōu)選為20-40重量％。根據(jù)本發(fā)明，所述發(fā)酵液中各組分的含量可以在很大范圍內(nèi)改變，優(yōu)選情況下，還可以根據(jù)需要向所述發(fā)酵液中添加補(bǔ)充氮源，所述補(bǔ)充氮源的含量可以為發(fā)酵液總重量的 0. 1-2重量％。根據(jù)本發(fā)明，所述補(bǔ)充氮源的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如，所述補(bǔ)充氮源可以為尿素、硫酸銨和硝酸銨中的一種或幾種。此外，還可以根據(jù)發(fā)酵液液位的要求向發(fā)酵液中補(bǔ)充適量的水，水的量的可選擇范圍較寬，可以根據(jù)實(shí)際需要而定。根據(jù)本發(fā)明，所述黑曲霉的接種量可以在很大范圍內(nèi)改變，優(yōu)選情況下，以每克發(fā)酵液為基準(zhǔn)，黑曲霉的接種量為5 X 104-2. 5 X IO5個(gè)菌落形成單位，更優(yōu)選1 X IO5-L 5 X IO5 個(gè)菌落形成單位。所述發(fā)酵的條件沒(méi)有特別的限制，例如可以包括溫度為30-40°C，通氣量為0. 1-1體積體積·分鐘，發(fā)酵的時(shí)間為50-80小時(shí)。所述菌落形成單位的定義為將稀釋后的一定量的菌液通過(guò)澆注或涂布的方法，讓其內(nèi)的微生物單細(xì)胞一一分散在培養(yǎng)基平板上，待培養(yǎng)后，每一活細(xì)胞就形成一個(gè)菌落。即每毫升菌液中含有的單細(xì)胞的數(shù)目。所述菌落形成單位可以通過(guò)本領(lǐng)域公知的方法測(cè)定，例如，通過(guò)血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)。本發(fā)明發(fā)酵所使用的黑曲霉可以為商購(gòu)的黑曲霉固體制劑或黑曲霉菌種，例如，黑曲霉Co827 (上海工業(yè)微生物研究所)和黑曲霉TOl (天津工業(yè)微生物所)。所述黑曲霉可以采用常規(guī)的方法接種，例如，在被接種至發(fā)酵液中之前，將所述黑曲霉經(jīng)過(guò)種子培養(yǎng)處理，之后將得到的種子液加入到發(fā)酵液中。黑曲霉種子培養(yǎng)的程度可以通過(guò)取樣顯微鏡鏡檢、酸度測(cè)定和PH測(cè)定對(duì)黑曲霉的生長(zhǎng)進(jìn)行觀察，當(dāng)pH在2. 0-2. 5、酸度0. 5-2. 0%、菌球大小均勻、菌絲粗壯伸出時(shí)停止培養(yǎng)。根據(jù)本發(fā)明，所述黑曲霉培養(yǎng)液的制備方法沒(méi)有特別的限制，只要得到的培養(yǎng)液能夠適用于黑曲霉的培養(yǎng)即可，例如，可以將按照本發(fā)明的方法得到的酶解產(chǎn)物稀釋至總糖為5-20重量％，之后加入氮源并滅菌，得到培養(yǎng)液。術(shù)語(yǔ)總糖是指酶解液化液中所含糖的總含量。根據(jù)本發(fā)明，所述氮源的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如，所述氮源可以為尿素、硫酸銨和硝酸銨中的一種或幾種，所述氮源的加入量可以在很大范圍內(nèi)改變，優(yōu)選情況下，以所述黑曲霉培養(yǎng)液的總重量為基準(zhǔn)，所述氮源的加入量為0. 05-0. 5重量％。本發(fā)明中，所述黑曲霉的接種量可以在很大范圍內(nèi)改變，優(yōu)選情況下，以每克黑曲霉培養(yǎng)液為基準(zhǔn)，黑曲霉的接種量為ι χ 105-3 X IO5個(gè)菌落形成單位。根據(jù)本發(fā)明，所述培養(yǎng)的條件可以在很大范圍內(nèi)改變，例如所述培養(yǎng)的條件可以包括培養(yǎng)的溫度可以為25-45°C，pH值可以為2-7，通氣量可以為0. 1_1體積體積 分鐘， 培養(yǎng)的時(shí)間可以為45-65小時(shí)；更優(yōu)選的情況下，所述培養(yǎng)的條件可以包括培養(yǎng)的溫度可以為30-40°C，pH值可以為2. 5-6. 5，通氣量可以為0. 2-0. 8體積體積 分鐘，所述培養(yǎng)的時(shí)間可以為50-60小時(shí)。術(shù)語(yǔ)“通氣量”一般以通氣比來(lái)表示，通常以每分鐘內(nèi)通過(guò)單位體積培養(yǎng)液的空氣體積比來(lái)表示(ν/ν ·π η)，例如通氣比為1 0. 1-1，簡(jiǎn)稱通氣量為0. 01-1體積體積 分鐘。所述培養(yǎng)的設(shè)備為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如，可以使用發(fā)酵罐進(jìn)行培養(yǎng)。發(fā)酵產(chǎn)物檸檬酸可以用常規(guī)的方法，根據(jù)不同工業(yè)產(chǎn)品的要求分離并精制，比如中和、酸解、脫色、濃縮、結(jié)晶、包裝。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例1本實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明的玉米原料的酶解方法和制備檸檬酸的方法。(1)玉米原料的粉碎將100重量份玉米(水分含量為14重量％ )進(jìn)行粉碎，得到平均粒子直徑為400 微米的粉碎產(chǎn)物，將粉碎后的產(chǎn)物與300重量份水混合得到淀粉漿液。按照GBT 15038-2006的總糖直接滴定法測(cè)定混合漿液中的總糖含量，其中，總糖的重量是粉碎后的產(chǎn)物中的淀粉重量的1.11倍，因此，可以通過(guò)采用國(guó)標(biāo)方法測(cè)定的總糖的含量，按照公式淀粉含量=總糖/1. 11，計(jì)算出粉碎后的產(chǎn)物中淀粉的含量為63重量份 /100重量份玉米。(2)酶解在50°C下，將步驟(1)得到的淀粉漿液與酶的總重量的20重量％的酶混合，得到混合物，將該混合物與230°C的蒸汽在噴射器中進(jìn)行噴射接觸(蒸汽與混并在該溫度下保持50分鐘；將上述與蒸汽接觸后的混合物再次與240°C的蒸汽在噴射器中進(jìn)行噴射接觸(蒸汽與混合物的重量比為0.04 1)，接觸的時(shí)間為3秒，使再次與蒸汽接觸后的混合物的溫度為100°C，并在該溫度下保持5分鐘；將步驟上述再次與蒸汽接觸后的混合物進(jìn)行閃蒸(真空度為0. 07Mpa,時(shí)間為10 秒)至85°C，并與酶的總重量的80重量％的酶混合，調(diào)節(jié)pH值至5. 6，并在該溫度下保持 80分鐘；并將閃蒸后得到的蒸汽返回上述第一次與蒸汽接觸的步驟中，將冷凝水返回步驟 (1)中繼續(xù)用于與玉米的粉碎產(chǎn)物混合；按照以每克粉碎產(chǎn)物的干重計(jì)，加入25酶活力單位的α-淀粉酶(諾維信公司購(gòu)得)，可以計(jì)算出加入的酶的總用量，再根據(jù)上述二次加酶的比例進(jìn)行分配。(3)發(fā)酵將步驟( 得到的酶解產(chǎn)物通過(guò)用液壓式板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，分離出酶解清液和酶解固相殘?jiān)?，其中，酶解固相殘?jiān)暮繛?0重量％。按照GBT 15038-2006的總糖直接滴定法測(cè)定酶解固相殘?jiān)鼩堉械目偺呛浚渲?，酶解固相殘?jiān)鼩堉锌偺堑闹亓渴枪滔鄽堅(jiān)鼩堉械臍埖矸壑亓康?.11倍，因此，可以通過(guò)采用國(guó)標(biāo)方法測(cè)定的固相殘?jiān)锌偺堑陌俜趾?，按照公式淀粉含?總糖/1.11，計(jì)算出酶解固相殘?jiān)鼩堉袣埖矸鄣陌俜趾?。使用上述步驟得到的酶解產(chǎn)物配置發(fā)酵液，具體組成為80重量份的酶解清液、19 重量份的酶解固相殘?jiān)?固含量為50重量％ )和1重量份尿素滅菌后加入到發(fā)酵罐中，得到發(fā)酵液。將上述得到的酶解清液，加水稀釋至總糖的10重量％，并投入種子罐，加入尿素， 尿素的加入量為種子罐培養(yǎng)液總重量的0. 35%，加熱到120°C消毒，維持20分鐘后快速降溫至36°C，接入黑曲霉菌種(黑曲霉T01，天津工業(yè)微生物所，接種量為每克酶解清液IO5 個(gè)菌落形成單位)，在36°C、0. 4體積體積 分鐘的通氣條件下進(jìn)行菌種培養(yǎng)；通過(guò)取樣顯微鏡鏡檢、酸度測(cè)定和PH測(cè)定對(duì)黑曲霉的生長(zhǎng)進(jìn)行觀察，當(dāng)pH在2. 0、酸度1%、菌球大小均勻、菌絲粗壯伸出時(shí)，停止培養(yǎng)。將上述培養(yǎng)黑曲霉菌種加入到含有上述配制的發(fā)酵液的發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，并檢測(cè)發(fā)酵液中的總糖，接種量為每克發(fā)酵液5X104個(gè)菌落形成單位，在37°C、120轉(zhuǎn)/分鐘下攪拌、1 0.4通氣的條件下培養(yǎng)60小時(shí)，發(fā)酵結(jié)束。根據(jù)GB 1987-2007標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)發(fā)酵后發(fā)酵液的濃度(簡(jiǎn)稱酸度)，并計(jì)算檸檬酸的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率(％ )=發(fā)酵液的濃度(簡(jiǎn)稱酸度)X發(fā)酵液的體積/總糖(總糖=種子罐總糖+發(fā)酵罐總糖)的重量X 100%，結(jié)果如表1所示。對(duì)比例1本對(duì)比例用于說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的采用玉米原料制備檸檬酸的方法。按照實(shí)施例1的方法對(duì)玉米原料進(jìn)行粉碎，不同的是，所述酶解的方法為將步驟 (1)得到的淀粉漿液加熱至95°C，調(diào)節(jié)pH值至5，以每克粉碎產(chǎn)物的干重計(jì)，加入25酶活力單位的α -淀粉酶(諾維信公司購(gòu)得)，并在90°C下保溫酶解120分鐘后得到酶解產(chǎn)物。按照實(shí)施例1的方法計(jì)算出酶解固相殘?jiān)鼩堉袣埖矸鄣暮亢蜌埖矸酆空济附夤滔鄽堅(jiān)陌俜趾?。結(jié)果如表1所示。
按照與實(shí)施例1相同的條件將上述酶解產(chǎn)物進(jìn)行發(fā)酵，制備檸檬酸，并按照實(shí)施例1的方法檢測(cè)發(fā)酵后發(fā)酵液的濃度(簡(jiǎn)稱酸度)，并計(jì)算檸檬酸的轉(zhuǎn)化率。實(shí)施例2本實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明的玉米原料的酶解方法和制備檸檬酸的方法。(1)玉米原料的粉碎將100重量份與實(shí)施例1相同的玉米原料進(jìn)行粉碎，得到平均粒子直徑為600微米的粉碎產(chǎn)物，將粉碎后的產(chǎn)物與300重量份水混合得到淀粉漿液。(3)酶解在60°C下，將步驟(1)得到的淀粉漿液與酶的總重量的35重量％的酶混合，得到混合物，將該混合物與255°C的蒸汽在噴射器中進(jìn)行噴射接觸(蒸汽與混合物的重量比為 0. 06 1)，接觸的時(shí)間為1秒，使得與蒸汽接觸后的混合物的溫度為90°C，調(diào)節(jié)pH值至5， 并在該溫度下保持80分鐘；將上述與蒸汽接觸后的混合物再次與260°C蒸汽在噴射器中進(jìn)行噴射接觸(蒸汽與混合物的重量比為0.06 1)，接觸的時(shí)間為1秒，使再次與蒸汽接觸后的混合物的溫度為110°C，并在該溫度下保持9分鐘；將步驟上述再次與蒸汽接觸后的混合物進(jìn)行閃蒸(真空度為0. OSMpa,時(shí)間為8 秒)至88°C，并與酶的總重量的65重量％的酶混合，調(diào)節(jié)pH值至5，并在該溫度下保持 100分鐘；并將閃蒸后得到的蒸汽返回上述第一次與蒸汽接觸的步驟中，將冷凝水返回步驟(1)中繼續(xù)用于與玉米的粉碎產(chǎn)物混合；按照以每克粉碎產(chǎn)物的干重計(jì)，加入30酶活力單位的α-淀粉酶(諾維信公司購(gòu)得)，可以計(jì)算出加入的酶的總用量，再根據(jù)上述二次加酶的比例進(jìn)行分配。(3)發(fā)酵將步驟( 得到的酶解產(chǎn)物通過(guò)用液壓式板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，分離出酶解清液和酶解固相殘?jiān)?，其中，酶解固相殘?jiān)暮繛?0重量％。按照實(shí)施例1的方法計(jì)算出酶解固相殘?jiān)鼩堉袣埖矸鄣陌俜趾?。結(jié)果如表1所
7J\ ο用上述酶解產(chǎn)物配置發(fā)酵液，具體組成為85重量份的酶解液化清液、14. 2重量份的酶解殘?jiān)?. 8重量份尿素滅菌后加入到發(fā)酵罐中，得到發(fā)酵液。將上述得到的酶解清液，加水稀釋至總糖10%投入種子罐，加入尿素，尿素的加入量為種子罐培養(yǎng)液總重量的0. 35%，加熱到120°C消毒，維持20分鐘后快速降溫至36°C， 接入黑曲霉菌種(黑曲霉T01，天津工業(yè)微生物所，接種量為每克酶解液化清液IO5個(gè)菌落形成單位)，在36°C、0. 4體積體積 分鐘的通氣條件下進(jìn)行菌種培養(yǎng)；通過(guò)取樣顯微鏡鏡檢、酸度測(cè)定和PH測(cè)定對(duì)黑曲霉的生長(zhǎng)進(jìn)行觀察，當(dāng)pH在2.0、酸度1%、菌球大小均勻、菌絲粗壯伸出時(shí)，停止培養(yǎng)。將上述培養(yǎng)黑曲霉菌種加入到含有上述配制的發(fā)酵液的發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，并檢測(cè)發(fā)酵液中的總糖，接種量為每克發(fā)酵液IO5個(gè)菌落形成單位，在36°C、0. 4體積體積 分鐘的通氣的條件下培養(yǎng)50小時(shí)，發(fā)酵結(jié)束。按照實(shí)施例1的方法檢測(cè)發(fā)酵后發(fā)酵液的濃度(簡(jiǎn)稱酸度)，并計(jì)算檸檬酸的轉(zhuǎn)化率。
實(shí)施例3本實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明的玉米原料的酶解方法和制備檸檬酸的方法。(1)玉米原料的粉碎將100重量份與實(shí)施例1相同的玉米原料進(jìn)行粉碎，得到平均粒子直徑為300微米的粉碎產(chǎn)物，將粉碎后的產(chǎn)物與300重量份水混合得到淀粉漿液。(2)酶解在55°C下，將步驟(1)得到的淀粉漿液與酶的總重量的25重量％的酶混合，得到混合物，將該混合物與240°C的蒸汽在噴射器中進(jìn)行噴射接觸(蒸汽與混合物的重量比為 0. 05 1)，接觸的時(shí)間為1.5秒，使得與蒸汽接觸后的混合物的溫度為85°C，調(diào)節(jié)pH值至 5，并在該溫度下保持70分鐘；將上述與蒸汽接觸后的混合物再次與255°C蒸汽在噴射器中進(jìn)行噴射接觸(蒸汽與混合物的重量比為0.05 1)，接觸的時(shí)間為1.5秒，使再次與蒸汽接觸后的混合物的溫度為105°C，并在該溫度下保持7分鐘；將步驟上述再次與蒸汽接觸后的混合物進(jìn)行閃蒸(真空度為0. 07Mpa,時(shí)間為10 秒)至86°C，并與酶的總重量的75重量％的酶混合，調(diào)節(jié)pH值至5，并在該溫度下保持 90分鐘；并將閃蒸后得到的蒸汽返回上述第一次與蒸汽接觸的步驟中，將冷凝水返回步驟 (1)中繼續(xù)用于與玉米的粉碎產(chǎn)物混合；按照以每克粉碎產(chǎn)物的干重計(jì)，加入30酶活力單位的α-淀粉酶(諾維信公司購(gòu)得)，可以計(jì)算出加入的酶的總用量，再根據(jù)上述二次加酶的比例進(jìn)行分配。(3)發(fā)酵將步驟( 得到的酶解產(chǎn)物通過(guò)用液壓式板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，分離出酶解清液和酶解固相殘?jiān)?，其中，酶解固相殘?jiān)暮繛?5重量％。按照實(shí)施例1的方法計(jì)算出酶解固相殘?jiān)鼩堉袣埖矸鄣陌俜趾?。結(jié)果如表1所
7J\ ο用上述酶解產(chǎn)物配置發(fā)酵液，具體組成為90重量份的酶解液化清液和8. 8重量份的酶解殘?jiān)?固含量為15重量％ )和1. 2重量份尿素滅菌后加入到發(fā)酵罐中，得到發(fā)酵液。將實(shí)施例上述酶解液化清液，加水稀釋至總糖10%投入種子罐，加入尿素，尿素的加入量為種子罐培養(yǎng)液總重量的0. 35%，加熱到120°C消毒，維持20分鐘后快速降溫至36°C，接入黑曲霉菌種(黑曲霉T01，天津工業(yè)微生物所，接種量為每克酶解液化清液 2 X IO5個(gè)菌落形成單位)，在36°C、0. 4體積體積 分鐘的通氣條件下進(jìn)行菌種培養(yǎng)；通過(guò)取樣顯微鏡鏡檢、酸度測(cè)定和PH測(cè)定對(duì)黑曲霉的生長(zhǎng)進(jìn)行觀察，當(dāng)pH在2. 0、酸度1%、菌球大小均勻、菌絲粗壯伸出時(shí)，停止培養(yǎng)。將上述培養(yǎng)黑曲霉菌種加入到含有上述配制的發(fā)酵液的發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，并檢測(cè)發(fā)酵液中的總糖，接種量為每克發(fā)酵液1.5 X IO5個(gè)菌落形成單位，在30°C、0. 8體積體積·分鐘的通氣的條件下培養(yǎng)60小時(shí)，發(fā)酵結(jié)束。按照實(shí)施例1的方法檢測(cè)發(fā)酵后發(fā)酵液的濃度(簡(jiǎn)稱酸度)，并計(jì)算檸檬酸的轉(zhuǎn)化率。實(shí)施例4本實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明的玉米原料的酶解方法和制備檸檬酸的方法。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)玉米原料進(jìn)行粉碎，不同的是，在酶解過(guò)程中，在50°C下， 將步驟(1)得到的淀粉漿液與酶的總重量的10重量％的酶混合，得到混合物，并與蒸汽進(jìn)行兩次接觸，閃蒸后，再與酶的總重量的90重量％的酶混合。其它條件同實(shí)施例1。按照實(shí)施例1的方法計(jì)算出酶解固相殘?jiān)鼩堉袣埖矸鄣陌俜趾俊＝Y(jié)果如表1所
7J\ ο按照與實(shí)施例1相同的條件將上述酶解產(chǎn)物進(jìn)行發(fā)酵，制備檸檬酸，并按照實(shí)施例1的方法檢測(cè)發(fā)酵后發(fā)酵液的濃度(簡(jiǎn)稱酸度)，并計(jì)算檸檬酸的轉(zhuǎn)化率。實(shí)施例5本實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明的玉米原料的酶解方法和制備檸檬酸的方法。按照實(shí)施例1的方法對(duì)玉米原料進(jìn)行粉碎，不同的是，在酶解過(guò)程中，在50°C下， 將步驟(1)得到的淀粉漿液與酶的總重量的40重量％的酶混合，得到混合物，并與蒸汽進(jìn)行兩次接觸，閃蒸后，再與酶的總重量的60重量％的酶混合。其它條件同實(shí)施例1。按照實(shí)施例1的方法計(jì)算出酶解固相殘?jiān)鼩堉袣埖矸鄣陌俜趾?。結(jié)果如表1所
示ο按照與實(shí)施例1相同的條件將上述酶解產(chǎn)物進(jìn)行發(fā)酵，制備檸檬酸，并按照實(shí)施例1的方法檢測(cè)發(fā)酵后發(fā)酵液的濃度(簡(jiǎn)稱酸度)，并計(jì)算檸檬酸的轉(zhuǎn)化率。表權(quán)利要求
1.一種淀粉質(zhì)原料的酶解方法，其特征在于，該方法包括下述步驟(1)將由淀粉質(zhì)原料得到的淀粉漿液與部分酶混合，得到混合物，將該混合物與蒸汽接觸，接觸的條件使得與蒸汽接觸后的混合物的溫度為75-95°C，并在該溫度下保持30-90分鐘；(2)將步驟(1)的與蒸汽接觸后的混合物再次與蒸汽接觸，接觸的條件使再次與蒸汽接觸后的混合物的溫度為100-120°C，并在該溫度下保持1-10分鐘；(3)將步驟O)的再次與蒸汽接觸后的混合物降溫至80-90°C，并與剩余部分的酶混合、酶解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟(1)中，接觸的條件使得與蒸汽接觸后的混合物的溫度為80-90°C，并在該溫度下保持50-80分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟O)中，接觸的條件使再次與蒸汽接觸后的混合物的溫度為100-110°C，并在該溫度下保持5-9分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在步驟(1)中，接觸的條件包括蒸汽的溫度為180-270°C，蒸汽與混合物的重量比為0. 03-0. 08 1，與蒸汽接觸的時(shí)間為1_5秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其中，在步驟O)中，接觸的條件包括蒸汽的溫度為200-270°C，蒸汽與混合物的重量比為0. 03-0. 08 1，與蒸汽接觸的時(shí)間為1_5秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(1)中的部分酶的用量為酶的總重量的 20-35重量％，步驟(3)中的剩余部分酶的用量為酶的總重量的65-80重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟(3)中，采用閃蒸的方式將步驟O)的再次與蒸汽接觸后的混合物降溫至80-90°C，并將閃蒸后得到的蒸汽返回步驟(1)中用于與混合物接觸，將閃蒸后得到的冷凝水返回步驟(1)中用于制備淀粉漿液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，由淀粉質(zhì)原料得到的淀粉漿液的方法包括將淀粉質(zhì)原料粉碎，將粉碎后的產(chǎn)物與水混合得到淀粉漿液，水與粉碎后的產(chǎn)物的重量比為 2-4 1 ；粉碎后的產(chǎn)物的顆粒直徑為300-1000微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述酶解使用的酶為淀粉酶，以每克粉碎后的產(chǎn)物的干重計(jì)，所述淀粉酶的總用量為4-50酶活力單位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述淀粉質(zhì)原料選自玉米、薯類、小麥和高粱中的一種或幾種。
11.一種檸檬酸的制備方法，該方法包括將黑曲霉接種至發(fā)酵液中并發(fā)酵產(chǎn)生檸檬酸， 所述發(fā)酵液含有淀粉質(zhì)原料的酶解產(chǎn)物，其特征在于，所述淀粉質(zhì)原料的酶解產(chǎn)物的制備方法為權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的方法。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述淀粉質(zhì)原料的酶解產(chǎn)物含有淀粉質(zhì)原料酶解殘?jiān)偷矸圪|(zhì)原料酶解清液，以酶解產(chǎn)物的總重量為基準(zhǔn)，所述淀粉質(zhì)原料酶解清液的含量為80-95重量％，所述淀粉質(zhì)原料酶解殘?jiān)暮繛?-20重量％。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述發(fā)酵液還含有補(bǔ)充氮源，所述補(bǔ)充氮源的含量為發(fā)酵液總重量的0. 1-2%。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述發(fā)酵液中，以每克發(fā)酵液為基準(zhǔn)，黑曲霉的接種量為5 X IO4-L 5 X IO5個(gè)菌落形成單位，所述發(fā)酵的條件包括溫度為30-40°C，通氣量為0. 1-1體積體積·分鐘，發(fā)酵的時(shí)間為50-80小時(shí)。
全文摘要
淀粉質(zhì)原料的酶解方法，其中，該方法包括下述步驟(1)將由淀粉質(zhì)原料得到的淀粉漿液與部分酶混合，得到混合物，將該混合物與蒸汽接觸，接觸的條件使得與蒸汽接觸后的混合物的溫度為75-95℃，并在該溫度下保持30-90分鐘；(2)將步驟(1)的與蒸汽接觸后的混合物再次與蒸汽接觸，接觸的條件使再次與蒸汽接觸后的混合物的溫度為100-120℃，并在該溫度下保持1-10分鐘；(3)將步驟(2)的再次與蒸汽接觸后的混合物降溫至80-90℃，并與剩余部分的酶混合、酶解。本發(fā)明還提供了檸檬酸的制備方法。本發(fā)明提供的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的酶解產(chǎn)物(液化液)中殘淀粉偏高的問(wèn)題，能夠有效提高檸檬酸的收率并降低糧耗，降低了檸檬酸的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C12P19/14GK102373254SQ20101025550
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者周友超, 周永生, 楊冬, 章輝平 申請(qǐng)人:中糧生物化學(xué)(安徽)股份有限公司