[发明专利]一种柠檬酸生产发酵工艺

说明书

技术领域

本发明提供了一种柠檬酸生产发酵工艺。

背景技术

柠檬酸，学名2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸，分子式C₆H₈O₇（无水物），是一种广泛地应用于食品，医药和化工领域的有机酸。随着经济的发展，各行各业对柠檬酸的需求量将稳步上升，当然各企业面对的挑战与机遇也越来越多。

目前，柠檬酸生产主要有连续发酵和分批发酵。连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程，由于柠檬酸发酵生产为好氧发酵，因此在连续培养过程中难以保证料液的先进先出性，从而降低营养的利用率；同时造成部分处于产酸旺盛期的黑曲霉菌种流失，而且连续发酵容易染菌，染菌后同时处理多个发酵罐非常麻烦。分批发酵是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的发酵过程，但是，随着发酵的进行，发酵体系中总糖浓度逐渐降低，从而导致发酵系数低、周期长，能耗高、成本高，设备利用率低等。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种柠檬酸生产发酵工艺—补料分批发酵，是在微生物分批发酵过程中，向发酵系统中补加一定物料，但并不连续地向外放出发酵液，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术，采用本发明提高了菌种的利用率，糖酸转化率，设备利用率，缩短了生产周期，降低了生产成本。

本发明主要是在柠檬酸发酵过程中，向发酵罐中补加流加液，流加液体积加入量为额定发酵体积的10%-15%。其具体步骤为：

（1）将玉米液化液打入种子罐中，同时添加氮源，消毒后接入生产菌孢子，进行种子液培养；

（2）将过滤玉米液化清液、玉米液化液、棉籽粉浆液和豆粕粉浆打入发酵罐中，制备发酵培养基，并向其中加入酸性蛋白酶；

（3）将过滤玉米液化清液和玉米液化液糖化，向其中添加糖蜜调整总糖和含氮量，制得流加液；

（4）将培养好的种子液移入发酵罐中，开始发酵，待发酵30-32h后向发酵罐内流加流加液，流加液体积加入量为额定发酵体积的10%-15％，流加完毕后再次发酵至发酵终了。

首先，将玉米液化液打入种子罐中，同时添加氮源，由于无机氮源可以被菌体快速吸收利用，而且价格相对便宜，所以本发明氮源采用无机氮源，例如硫酸铵。氮源的加入量为本领域的常规用量。添加氮源后按照本领域常规的技术进行消毒，然后接入生产菌孢子进行种子液培养，生产菌孢子可以采用黑曲霉Co-827等，其接入量一般为每毫升种子液中接入70-80万个孢子。由于种子液种龄过大会降低接种后的产酸速率；种龄过小，导致接种后菌体生长期延长，从而延长整个发酵时间，所以本发明种子液种龄为28-30h。

制备发酵培养基时，以体积比计，过滤玉米液化液清液：玉米液化液：棉籽粉浆液：豆粕粉浆=16∶2∶1∶1，从而实现发酵液初始含氮量在110-120mg/100mL。发酵液初始含氮量过大会导致菌体生长过于旺盛，抑制磷酸果糖激酶的活性，从而抑制发酵前期的产酸；过低又会导致菌体生长缓慢，甚至生长不良，降低产酸速率。另外，总糖过高则抑制菌体生长，总糖过低则菌体生长旺盛，抑制磷酸果糖激酶的活性，降低菌体发酵前期产酸速率，因此，发酵培养基初始总糖浓度为20.00-21.50g/100mL。该步骤中的棉籽粉浆液和豆粕粉浆还可以提供生长因子如氨基酸、维生素和生物素等。本发明中棉籽粉浆液和豆粕粉浆液的质量分数控制在25%-30%之间。其质量分数过低会导致提供的生长因子不足，产酸代谢异常，出现后期产酸速率下降，发酵结束后发酵液残糖高，转化率降低；质量分数过高时，既增加了生产成本，又导致后期菌体继续生长，不利于产酸和转化率的提高。

为了提高后期发酵液中氨基酸、小分子肽类物质的增加，有利于菌种快速的吸收利用氮源，加快菌种的生长与产酸，发酵培养基中加入酸性蛋白酶用于促进蛋白质的水解，其添加量为每克干基添加10个酶单位的酸性蛋白酶。