一种发酵柠檬酸的高转化率生产方法

技术领域

本发明涉及柠檬酸发酵生产技术领域，具体为一种发酵柠檬酸的高转化率生产方法。

背景技术

柠檬酸是一种广泛分布于动植物与微生物细胞中的有机酸，其用途较为广泛，如在食品行业，可作为pH调节剂、酸味剂、抗氧化剂；在医药领域，可用作矫味剂以及抗凝血剂；在化学工业领域，可用作调色剂、缓冲剂以及凝胶剂。在柠檬酸的生产、应用阶段，依来源的不同，柠檬酸可分为天然柠檬酸(主要存在于柠檬、菠萝等植物以及动物的血液、肌肉中)、人工合成柠檬酸(以淀粉、砂糖等物质发酵制得)。针对人工合成柠檬酸，考虑到各个行业对柠檬酸生产、使用需求存有一定的差异，众多学者进行了柠檬酸制取方法的研究与改良。

现有技术中常使用木薯粉、砂糖、蜜糖、葡萄、高粱，但是这些原料存在价格偏高的问题，相对而言使用玉米作为发酵原料会非常便宜，但是由于玉米淀粉中的蛋白质含量偏高，这就使发酵初期存在黑曲霉繁殖过快的问题，使整个柠檬酸发酵过程更加不可控。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种发酵柠檬酸的高转化率生产方法，解决了玉米作为柠檬酸发酵原料其中蛋白质含量偏高，使得发酵初期黑曲霉繁殖过快的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种发酵柠檬酸的高转化率生产方法，包括以下步骤：

步骤一：玉米清理

将脱粒完成的玉米，使用振动筛清除玉米粉、碎屑和皮屑，并将干净的玉米粒分离出来；

步骤二：剥离种皮

将上述清理完成的玉米粒在25～35℃的水池中浸泡1～3h，在捞出后沥干并放置10～15min，之后使用双列滚刷对玉米粒表面的种皮进行滚刷，过程中使用热风机将剥离的种皮吹离，过程中将玉米粒的水分降到5％～10％；

步骤三：剥离玉米胚

将上述处理过的玉米粒加入玉米胚脱离机中将玉米胚与玉米粒分离，并将两者分开存放；

步骤四：去胚玉米粉碎

将上述去胚完成的玉米在粉碎机中进行加工，在加工完成并进行筛分后得到玉米淀粉；

步骤五：降低蛋白质含量

将制成的玉米淀粉中加入无菌水，并向其中加入甘油和巯基乙醇，在静置5～15min后，加入十二烷基硫酸钠和改性聚苯乙烯微球，并将两者充分分散，之后插入电泳仪的电极；

步骤六：发酵生产柠檬酸

将上述电泳完成的改性聚苯乙烯微球与底部的淀粉分离，并将电泳仪的电极去除，之后将升温至64～66℃，降低水分后加入耐高温α－淀粉酶，并保温25～35min，之后向其中加入5％的硫酸铵，并向其中加入微量元素溶液，并调节PH至5.5～6.0，在移入发酵罐中后接种入黑曲霉孢子，调节发酵罐内的温度至28～30℃，进行发酵2～3h，过程中向发酵罐通入氧气，保证溶氧量为55％～65％，之后将玉米浆加入发酵罐内，并控制发酵温度至36.5℃，调节PH至2.4～4.0，使在溶氧量为调整为40％～45％，发酵28～30h后停止。

优选的，所述电泳过程中被十二烷基硫酸钠包裹的蛋白质成分在加入巯基乙醇后使蛋白质中的二硫键恢复。

优选的，所述微量元素溶液为CuSO4：ZnSO4：MnCl2：FeSO4：MgCl2：Na3PO4按2：3：3：4：2：5的比例混合后的溶液。

优选的，所述发酵罐在发酵过程中搅拌转速为250～300r/min，罐压两阶段均为0.12MPa。

(三)有益效果

本发明提供了一种发酵柠檬酸的高转化率生产方法。具备以下有益效果：

1、本发明，通过向玉米淀粉与无菌水的混合液中加入甘油和巯基乙醇，在巯基乙醇的作用下使淀粉与蛋白质的二硫键破坏与水进行氢键结合，在甘油的作用下保证蛋白质的稳定，在十二烷基硫酸钠配合电泳以及改性聚苯乙烯微球的协同作用下使蛋白质与淀粉分离，使得玉米淀粉更加纯净。

2、本发明，通过对玉米进行低温浸泡处理，方便后期对玉米种皮的剥离，也可使剥离的玉米胚和粉碎后的玉米淀粉更加纯净。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本发明实施例提供一种发酵柠檬酸的高转化率生产方法，包括以下步骤：

步骤一：玉米清理

将脱粒完成的玉米，使用振动筛清除玉米粉、碎屑和皮屑，并将干净的玉米粒分离出来，这样可以减少杂质参与后续的发酵过程；

步骤二：剥离种皮

将上述清理完成的玉米粒在25～35℃的水池中浸泡1～3h，浸泡后可以将玉米粒的种皮变软，在捞出后沥干并放置10～15min，这样防止在滚刷剥离种皮时产生打滑，降低剥离的效果，之后使用双列滚刷对玉米粒表面的种皮进行滚刷，过程中使用热风机将剥离的种皮吹离，过程中将玉米粒的水分降到5％～10％；

步骤三：剥离玉米胚

将上述处理过的玉米粒加入玉米胚脱离机中将玉米胚与玉米粒分离，并将两者分开存放，玉米胚经过软化、轧胚、蒸炒、榨油后得到玉米胚芽油；

步骤四：去胚玉米粉碎

将上述去胚完成的玉米在粉碎机中进行加工，在加工完成并进行筛分后得到玉米淀粉；

步骤五：降低蛋白质含量

将制成的玉米淀粉中加入无菌水，并向其中加入甘油和巯基乙醇，在加入后快速搅拌，使甘油和巯基乙醇充分分散入玉米淀粉的混合液中，甘油可以提高玉米淀粉中蛋白质的稳定性，防止其发生变性，巯基乙醇可以破坏淀粉与蛋白质之间的二硫键，这样可以方便蛋白质的分离，在静置5～15min后，加入十二烷基硫酸钠和改性聚苯乙烯微球，并将两者充分分散，之后插入电泳仪的电极，电泳过程中被十二烷基硫酸钠包裹的蛋白质带负电，在电场的作用下，成分十二烷基硫酸钠包裹蛋白质移动向电泳仪的电极，在加入巯基乙醇后使蛋白质中的二硫键恢复，这样可以将玉米淀粉中的蛋白质分离出来，改性聚苯乙烯微球为两亲性聚合物聚乙二醇对单分散交联聚苯乙烯微球进行修饰后得到的产物，可以对蛋白质进行吸附，在降低玉米淀粉中蛋白质的含量后可以减缓发酵初期黑曲霉繁殖过快的问题；

步骤六：发酵生产柠檬酸

将上述电泳完成的改性聚苯乙烯微球与底部的淀粉分离，并将电泳仪的电极去除，之后将升温至64～66℃，降低水分后加入耐高温α－淀粉酶，并保温25～35min，之后向其中加入5％的硫酸铵，并向其中加入微量元素溶液，并调节PH至5.5～6.0，在移入发酵罐中后接种入黑曲霉孢子，第一阶段，调节发酵罐内的温度至28～30℃，进行发酵2～3h，过程中向发酵罐通入氧气，保证溶氧量为55％～65％，第二阶段，将玉米浆加入发酵罐内，并控制发酵温度至36.5℃，调节PH至2.4～4.0，使在溶氧量为调整为40％～45％，发酵28～30h后停止，发酵罐在发酵过程中搅拌转速为250～300r/min，这样可以保证溶氧的充分，罐压两阶段均为0.12MPa，得到的柠檬酸成分与甘油成分可以通过酯化反应制成衣物防皱剂，也可通过超滤，透析，脱盐柱将甘油去除掉。

微量元素溶液为CuSO4：ZnSO4：MnCl2：FeSO4：MgCl2：Na3PO4按2：3：3：4：2：5的比例混合后的溶液，同时加入Mg2+和Zn2+，在两者的协同作用下可以提高黑曲霉的产酸量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。