一种持续补氮的柠檬酸发酵方法技术

本发明专利技术涉及柠檬酸发酵领域，具体涉及一种持续补氮的柠檬酸发酵方法。其主要技术方案是对玉米液化液进行复合蛋白酶处理，并根据菌种生长及产酸阶段的不同特性，以流加氮源方式来控制不同阶段不同的氮源浓度，使细胞迅速获得氮源，促进了细胞生长，缩短细胞生长周期，使细胞提前进入产酸高峰期，同时有效降低了料液的粘度，提高了料液的溶氧能力，达到了最优的培养效果。采用本发明专利技术工艺后，能明显缩短发酵周期，提高发酵稳定性，而且能提高设备利用率，提升了柠檬酸行业的竞争力，进而提高了企业的经济效益。

A method of citric acid fermentation with continuous nitrogen supplement

The invention relates to the field of citric acid fermentation, in particular to a continuous citric acid fermentation method for nitrogen supplement. The main technical scheme is to treat corn liquefied liquid with compound protease, and control the different nitrogen sources in different stages according to the growth of bacteria and the different characteristics of acid producing stage, so that the cells can get the nitrogen source quickly, promote the cell growth, shorten the cell growth cycle, make the cell enter the production ahead of time. During the peak period of the acid, the viscosity of the feed liquid was effectively reduced, the dissolved oxygen capacity of the feed liquid was increased, and the best cultivation effect was achieved. After the invention, the fermentation period can be shortened obviously, the stability of the fermentation is improved, the utilization rate of the equipment can be improved, the competitiveness of the citric acid industry is promoted, and the economic benefit of the enterprise is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种持续补氮的柠檬酸发酵方法
本专利技术涉及柠檬酸发酵领域，涉及一种持续补氮的柠檬酸发酵方法。
技术介绍
柠檬酸是一种非常重要的有机酸，是无色透明或者半透明晶体，或颗粒状、微粒状粉末，无臭，有令人愉悦的酸味。柠檬酸在潮湿的空气中略有潮解性，主要被用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂。目前，柠檬酸生产工艺主要采用以玉米为原料的分批发酵方式。其特点是，首先将玉米进行液化得到玉米液化液，主要作为氮源；一部分玉米液化液过滤得到玉米液化清液主要作为碳源。然后将玉米液化液和玉米液化清液一次性投入种子罐和发酵罐进行培养。其主要缺点是：其一，玉米液化液主要是大颗粒的玉米渣，菌体对其吸收利用速度较慢，而且料液粘稠会导致溶氧低；其二，没有针对不同时期菌种的生长及产酸特性来调节氮源浓度，特别是在菌体生长与产酸相偶联的时期，控制好氮源浓度对发酵周期及产酸速度尤为重要。
技术实现思路
本专利技术针对现有柠檬酸发酵工艺的诸多缺陷，提供了一种持续补氮的柠檬酸发酵方法，主要技术方案为对玉米液化液进行复合蛋白酶处理，并根据菌种生长及产酸阶段的不同特性，以流加氮源(玉米蛋白酶水解)方式来控制不同阶段不同的氮源浓度，使发酵菌体细胞迅速获得氮源，促进细胞生长，缩短细胞生长周期，使细胞提前进入产酸高峰期，同时有效降低了料液的粘度，提高了料液的溶氧能力，达到了最优的培养效果。采用本专利技术的工艺后，能明显缩短发酵周期，提高发酵稳定性，而且能提高设备利用率。本专利技术一种持续补氮的柠檬酸发酵方法，包括1)种子液培养，2)柠檬酸发酵过程，具体工艺步骤为：1)种子液培养根据种子罐培养基总糖浓度为：9.5-10.0g/100mL，总氮浓度为：0.20-0.22g/100mL，加入硫酸铵及玉米蛋白酶水解液，加水定容，制备成柠檬酸种子罐培养基，高温灭菌后进行保压降温；制备黑曲霉孢子悬浮液，按照30-40万个/ml的密度接入灭菌降温后的种子罐培养基中，培养至产柠檬酸浓度为2.0-2.2g/100ml。更进一步的，具体培养过程可以为：其中培养0-6h阶段，控制培养温度：35.0℃；罐压：0.08MPa；通风比0.10V/(V·min)；搅拌速率：100rpm；培养6h至培养结束，控制培养温度：36.5℃；罐压：0.10MPa；通风比：0.15V/(V·min)，搅拌速率：200rpm。在黑曲霉生长前期，菌体吸收并利用发酵培养基中的氮源，主要用于合成菌体自身生长发育及代谢过程中所必需的各种蛋白质、氨基酸和核酸等有机物质。而玉米液化液经复合蛋白酶水解得到氨基酸及小分子肽，相对于大分子肽来说更有利于菌体的摄取及利用，因此有效促进了菌体的生长，明显的缩短了种子培养周期，同时玉米蛋白酶水解液较玉米液化液，料液的粘度明显偏低，进而提高了料液的溶氧能力。2)柠檬酸发酵根据总糖浓度为：18.0-18.5g/100mL，总氮浓度为：0.085-0.095g/100mL，计算玉米液化清液及玉米蛋白酶水解液用量，加玉米液化清液于发酵罐中，加水定容制备成初始发酵培养基，高温灭菌后降温；并将玉米蛋白酶水解液灭菌后待用；种子液培养好后，将种子液转入灭菌降温后的初始发酵培养基中，种子液的用量为初始发酵培养基体积的1/10左右，菌球浓度控制在3-4万个/mL，调节温度、风量、罐压及搅拌转速开始发酵，并在发酵过程中向发酵罐分阶段流加上述灭菌的玉米蛋白酶水解液；更进一步的具体发酵过程为：0-8h阶段，控制培养温度：36.5-36.8℃，罐压：0.09-0.10MPa，通风比：0.014-0.15V/(V·min)，搅拌速率：230-250rpm，向发酵罐流加灭菌后的玉米蛋白酶水解液，使发酵液中氮源控制在0.04-0.045％；此时间段内黑曲霉处于调整期及旺盛期的前期，为适应新的生长环境和快速的生长做准备，在此时间段内，大量的合成了菌体生长发育及代谢过程所需要的菌体结构蛋白质、酶、辅酶、核酸和氨基酸等含氮类有机物质，导致发酵液中的氮源被急剧地消耗掉，因此将发酵液中氮源控制在0.04-0.045％；8-14h阶段，控制罐压：0.09-0.10MPa，通风比：0.16-0.18V/(V·min)，搅拌速率：320-350rpm，同时向发酵罐流加玉米蛋白酶水解液，发酵液中氮源浓度控制在0.03-0.035％；此阶段是菌体生长和产酸同时进行的关键时期，通过控制适当的氮源浓度，一定程度的抑制菌体的生长，使得菌体更侧重于产酸。14-28h阶段，控制罐压：0.09-0.10MPa，通风比：0.16-0.18V/(V·min)，搅拌速率：320-350rpm，同时向发酵罐流加玉米蛋白酶水解液，发酵液中氮源浓度控制在0.025-0.030％；在此阶段通过控制氮源浓度在偏低水平，使得菌体生长提前结束，从而快速进入产酸高峰期。28h至发酵结束，控制罐压：0.09-0.10MPa，通风比：0.14-0.15V/(V·min)，搅拌速率：280-300rpm，同时向发酵罐流加玉米蛋白酶水解液，发酵液中氮源浓度控制在0.01-0.02％；发酵结束条件标准为产柠檬酸速度小于0.1g/(100ml.h)。在此阶段氮源主要用于产酸，因此氮源浓度控制在较低水平。本专利技术中所述的玉米液化清液及玉米蛋白酶水解液的制备方法为：首先将玉米粉加水调浆后加耐高温α-淀粉酶，经二次高压蒸汽喷射液化后得到玉米液化液，其总糖浓度为20-21g/100mL；更进一步的，调浆用水温度优选为55-60℃，玉米粉与水的质量比优选为1:2.6-3.0；将上述玉米液化液经板框压滤即得到玉米液化清液，主要用于提供碳源。将上述玉米液化液加入复合蛋白酶水解即得到玉米蛋白酶水解液，作为柠檬酸发酵的主要氮源。所述的复合蛋白酶包括酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶；其中，酸性蛋白酶的添加量为每克玉米粉干基添加6个酶单位，中性性蛋白酶的添加量为每克玉米粉干基添加3个酶单位，碱性蛋白酶的添加量为每克玉米粉干基添加2个酶单位。采用复合酶水解与单一酶水解相比，其水解程度大、水解液中的氨基酸态氮的含量和液态氮的含量高、蛋白质溶出率高，可获得高水解度的水解液，更有利于黑曲霉吸收利用。与现有技术相比，本专利技术的最主要特征就是采用了复合蛋白酶水解氮源技术，及在不同时期针对菌体生长及产酸特性通过流加氮源控制不同时期的氮源浓度，以保证在发酵前期菌体快速吸收利用氮源合成了菌体生长发育及代谢过程所需要的菌体结构蛋白质、酶等含氮类有机物质，同时在生长及产酸相偶联阶段通过控制氮源的浓度，使得含氮量适当而不过量，在保证黑曲霉菌体在调整期和生长旺盛期正常的生长发育及代谢的前提下，提前结束菌体生长期而快速进入产酸高峰期。综上所述，本专利技术的补氮工艺明显的缩短了发酵周期、提升了产酸水平，提高了糖酸转化率及发酵指数。具体实施方式以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容做进一步的详细说明，但不以任何方式限制本专利技术。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。实施例1(1)将玉米粉碎，用57℃温水按1:2.8的配比调浆后加耐高温α-淀粉酶，经二次高压蒸汽喷射液化后得到玉米液化液，液化液总糖为20.8g/100ml。其中一部分经板框压滤得到玉米液化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种持续补氮的柠檬酸发酵方法，包括1)种子液培养，2)柠檬酸发酵过程，其特征在于：所述的步骤2)柠檬酸发酵过程具体为：根据总糖浓度为：18.0‑18.5g/100mL，总氮浓度为：0.085‑0.095g/100mL，计算玉米液化清液及玉米蛋白酶水解液用量，加玉米液化清液于发酵罐中，加水定容制备成初始发酵培养基，高温灭菌后降温；并将玉米蛋白酶水解液灭菌后待用；种子液培养好后，将种子液转入灭菌降温后的初始发酵培养基中，菌球浓度控制在3‑4万个/mL，开始发酵，并在发酵过程中向发酵罐分阶段流加上述灭菌的玉米蛋白酶水解液；所述的在发酵过程中向发酵罐分阶段流加玉米蛋白酶水解液的具体过程如下：0‑8h阶段，控制培养温度：36.5‑36.8℃，罐压：0.09‑0.10MPa，通风比：0.014‑0.15V/(V·min)，搅拌速率：230‑250rpm，向发酵罐流加灭菌后的玉米蛋白酶水解液，使发酵液中氮源控制在0.04‑0.045％；8‑14h阶段，控制罐压：0.09‑0.10MPa，通风比：0.16‑0.18V/(V·min)，搅拌速率：320‑350rpm，同时向发酵罐流加玉米蛋白酶水解液，发酵液中氮源浓度控制在0.03‑0.035％；14‑28h阶段，控制罐压：0.09‑0.10MPa，通风比：0.16‑0.18V/(V·min)，搅拌速率：320‑350rpm，同时向发酵罐流加玉米蛋白酶水解液，发酵液中氮源浓度控制在0.025‑0.030％；28h至发酵结束，控制罐压：0.09‑0.10MPa，通风比：0.14‑0.15V/(V·min)，搅拌速率：280‑300rpm，同时向发酵罐流加玉米蛋白酶水解液，发酵液中氮源浓度控制在0.01‑0.02％。...

【技术特征摘要】
1.一种持续补氮的柠檬酸发酵方法，包括1)种子液培养，2)柠檬酸发酵过程，其特征在于：所述的步骤2)柠檬酸发酵过程具体为：根据总糖浓度为：18.0-18.5g/100mL，总氮浓度为：0.085-0.095g/100mL，计算玉米液化清液及玉米蛋白酶水解液用量，加玉米液化清液于发酵罐中，加水定容制备成初始发酵培养基，高温灭菌后降温；并将玉米蛋白酶水解液灭菌后待用；种子液培养好后，将种子液转入灭菌降温后的初始发酵培养基中，菌球浓度控制在3-4万个/mL，开始发酵，并在发酵过程中向发酵罐分阶段流加上述灭菌的玉米蛋白酶水解液；所述的在发酵过程中向发酵罐分阶段流加玉米蛋白酶水解液的具体过程如下：0-8h阶段，控制培养温度：36.5-36.8℃，罐压：0.09-0.10MPa，通风比：0.014-0.15V/(V·min)，搅拌速率：230-250rpm，向发酵罐流加灭菌后的玉米蛋白酶水解液，使发酵液中氮源控制在0.04-0.045％；8-14h阶段，控制罐压：0.09-0.10MPa，通风比：0.16-0.18V/(V·min)，搅拌速率：320-350rpm，同时向发酵罐流加玉米蛋白酶水解液，发酵液中氮源浓度控制在0.03-0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇光智，李昌涛，陈祥军，孔玉，魏代传，
申请(专利权)人：日照金禾博源生化有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37