柠檬酸的提取制备工艺制造技术

本发明专利技术属于柠檬酸制备技术领域，公开了柠檬酸的提取制备工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备发酵培养基，步骤2）活化黑曲霉种子液，步骤3）发酵产酸，步骤4）提取柠檬酸。本发明专利技术优优化了发酵产酸工艺，周期短，成本低，制备的柠檬酸产品收率和纯度较高。

【技术实现步骤摘要】
柠檬酸的提取制备工艺
本专利技术属于柠檬酸制备
，具体涉及柠檬酸的提取制备工艺。
技术介绍
柠檬酸，又名枸橼酸，学名2-羟基-l，2，3-丙三羧酸（2-hydroxy-1，2，3-propanetricanboxylicacid），为白色晶体粉末，无味，常含一分子结晶水或无结晶水，易溶于水。它是生物体内三接酸循环的主要中间产物之一，所以在几乎所有的生物体中有着重要的代谢意义。柠檬酸在食品、医药、化妆品、化工等领域具有广泛的应用。由于柠檬酸的口感为爽快的酸味，所以，普遍用作于各种饮料、点心的酸性调味剂，或者食用油的抗氧化剂。此外，柠檬酸具有防止或者消除皮肤色素沉着的作用，因此柠檬酸可用于制药和化妆品行业。柠檬酸溶液及其盐溶液还可以作为纺织品的助洗剂，可以沉淀纺织品上金属离子，同时，作为纯棉纺织物的无甲酸防皱整理剂。世界市场上大约有70%的柠檬酸用于食品行业，10%用于医药和化妆品，化学工业占15%，其他行业5%。目前，柠檬酸全世界消耗量已经达到120万吨，年产达160万吨，市场贸易量为90多万吨，而且以每年7%的增长率逐年上升。中国作为世界上最大的柠檬酸出口国，生产技术居世界前列，年出口量超过世界贸易总量的一半，主要销往欧洲、日本等地。因此柠檬酸的生产对具有重要的意义。柠檬酸的生产方法主要有天然提取法、化学合成法和生物发酵法。生物发酵法是最常用的方法。柠檬酸发酵方式分为：利用青霉属和曲霉真菌的固态表面发酵；利用曲霉真菌深层发酵；固态培养、连续培养、和多级发酵。目前，商业上主要以淀粉为底物通过黑曲霉发酵生产柠檬酸。黑曲霉发酵柠檬酸的过程主要包括：利用培养基中的碳源；经EMP途径后，积累柠檬酸；柠檬酸由线粒体分泌至胞质；柠檬酸由胞内分泌至培养基中。柠檬酸发酵行业在工业生产上亟待解决的问题主要包括菌种、发酵培养基原料、提取三个方面。在发酵菌种方面，多种微生物可以积累柠檬酸，如黑曲霉、青霉、构巢曲霉等，此外，一些酵母也可以利用乙酸、烷烃等来制造柠檬酸。实际的工业生产中用到的菌种都是经过筛选选育的新菌种。分子生物工程的发展，为优良菌种的选育提供了更为广阔的空间，用基因重组菌种取代原有柠檬酸生产菌的报道已经有很多，20世纪70-90年代是我国柠檬酸新菌种的高产期。黑曲霉是食品级安全的丝状真菌，黑曲霉具有酶系丰富，发酵效率高、副产物少等优势，能够很好的调控糖酵解的通量，以及柠檬酸从线粒体和细胞质的分泌，仍然是柠檬酸发酵发展的重要方向，也是提高柠檬酸生产率的重要途径。到目前为止，黑曲霉仍是工业上应用最为广泛的柠檬酸生产菌。对于已有高产菌株的产酸机理进行研究，分析菌株整个生长和代谢的生理过程，为产酸机理的阐释以及菌种改良提供依据，意义重大。“柠檬酸发酵菌黑曲霉的菌种改良述评，生物技术2005年”公开了柠檬酸发酵菌黑曲霉的改良方式，包括对菌株进行诱变以及转基因技术等方式，其在一定程度上提高了菌株的产酸量；“玉米粉原料的柠檬酸发酵初步研究，工业微生物2000年”研究了玉米粉为原料进行柠檬酸发酵的工艺参数，优化了产酸体系。如何对微生物发酵产酸体系进一步优化，以提高产酸量，同时降低发酵成本，是发酵产业需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术发酵培养基成本高，柠檬酸产率、收率以及纯度低等缺陷，提供了柠檬酸的提取制备工艺。本专利技术是通过如下技术方案来实现的：柠檬酸的提取制备工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备发酵培养基，步骤2）活化黑曲霉种子液，步骤3）发酵产酸，步骤4）提取柠檬酸。具体地，所述工艺包括如下步骤：步骤1）制备发酵培养基：将玉米秸秆破碎，然后与玉米皮按照2:1的质量比混合，粉碎至粒径大于50目，然后添加到5-7倍重量的水中，边搅拌边升温至80℃，保温30min，然后添加磷酸二氢钾1g/L、磷酸氢二钾1g/L、七水硫酸镁0.2g/L、七水硫酸亚铁0.01g/L、一水硫酸锰0.01g/L，121℃湿热灭菌30min，冷却，得到木霉培养液；将里氏木霉按照10%的接种量接入到木霉培养液，培养72-96h，培养时控制搅拌速度为100rpm，培养温度为30-32℃，通过流加氨水控制培养酵过程的pH为4-5；培养完成后，进行过滤除去菌体，往所得液体中添加甲醇以及氢氧化钙，搅拌均匀，即得发酵培养基；步骤2）活化黑曲霉种子液：将黑曲霉按照常规培养24h获得黑曲霉种子液，然后将种子液进行超声处理；步骤3）发酵产酸：将步骤2）所得黑曲霉种子液按照8-10%的接种量接入到含有步骤1）所得发酵培养基的发酵罐中进行发酵培养，发酵过程中通过流加氨水控制在pH在4-4.5，发酵时间为60h；步骤4）提取柠檬酸：将发酵液用高速碟片分离机进行离心，分离得到柠檬酸料液和菌体蛋白沉淀；将柠檬酸料液浓缩成原体积三分之一到四分之一的浓缩液，然后经过超滤膜超滤，收集滤过液，然后进入结晶罐进行结晶处理；将结晶料液进行离心收集固相；将固相用温水进行溶解，然后经过离子交换、浓缩、离心、烘干得到柠檬酸产品。优选地，所述步骤1）中，甲醇的添加量为0.2%，体积比，氢氧化钙的添加量为10wt%。优选地，所述超声处理参数为：超声频率30KHz，功率6W，超声间隔15s，超声时间1s，总超声时间为160s。优选地，所述步骤3）中，发酵参数为：发酵温度为34-36℃，罐压为0.03-0.04MPa，风量为500-600L/h。优选地，所述步骤4）中，高速碟片机的转速为4000-4500rpm，离心时间为3min。优选地，所述步骤4）中，超滤膜截留分子量为300Da，超滤温度为35℃。与现有技术相比，本专利技术取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：玉米是发酵企业的主要原料，玉米粉用于发酵以及制备糖类，玉米秸秆大多废弃，玉米皮大多作为饲料使用，附加值较低，造成一定的浪费；可将玉米秸秆和玉米皮进行综合处理，实现了变废为宝，提高了附加值；直接采用黑曲霉对秸秆粉和玉米皮等农业废弃物进行发酵，柠檬酸产量仅为10-20g/L，糖转化率低于60%，无法在产业上进行应用。里氏木霉降解玉米秸秆和玉米皮，得到含有还原糖的溶液，适用于黑曲霉进行发酵使用；然而试验发现，将里氏木霉和黑曲霉共同发酵，尽管两种菌株可以较好的共生，但是柠檬酸的产量降低，可能原因是，里氏木霉利用了较多的氮源，使得黑曲霉的营养物质相对不足，也或者里氏木霉产生了胞外分泌物对黑曲霉的柠檬酸途径产生了抑制作用，从而减少了柠檬酸的产量；因此，本专利技术在里氏木霉培养完成后，进行除菌，还可以产生菌体蛋白副产物；黑曲霉可以利用里氏木霉分解纤维素产生的还原糖或非还原糖，但是其发酵过程中，伴随着柠檬酸积累，发酵pH急剧下降，特别当pH降至2.00以下时，糖化酶活性被破坏，造成葡萄糖供应速率减缓，产物合成速率降低，发酵残总糖含量偏高；发酵过程中需要流加氨水控制pH为4左右，否则柠檬酸的转化率会降低；较高的残糖问题明显降低了底物与产物之间转化比率，同时会进一步地加重产物分离与纯化步骤的困难；本专利技术采用在培养基中添加低浓度的甲醇可以增加柠檬酸穿过细胞膜的能力，提高柠檬酸的分泌水平；低强度的超声波预处理种子液一定时间，能够促进菌株水分渗透，能够激活菌株，缩短菌株的发酵培养时间，降低残糖率，提高柠檬酸的产量，较与未采用超声波处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.柠檬酸的提取制备工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备发酵培养基，步骤2）活化黑曲霉种子液，步骤3）发酵产酸，步骤4）提取柠檬酸。

【技术特征摘要】
1.柠檬酸的提取制备工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备发酵培养基，步骤2）活化黑曲霉种子液，步骤3）发酵产酸，步骤4）提取柠檬酸。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：步骤1）制备发酵培养基：将玉米秸秆破碎，然后与玉米皮按照2:1的质量比混合，粉碎至粒径大于50目，然后添加到5-7倍重量的水中，边搅拌边升温至80℃，保温30min，然后添加磷酸二氢钾1g/L、磷酸氢二钾1g/L、七水硫酸镁0.2g/L、七水硫酸亚铁0.01g/L、一水硫酸锰0.01g/L，121℃湿热灭菌30min，冷却，得到木霉培养液；将里氏木霉按照10%的接种量接入到木霉培养液，培养72-96h，培养时控制搅拌速度为100rpm，培养温度为30-32℃，通过流加氨水控制培养酵过程的pH为4-5；培养完成后，进行过滤除去菌体，往所得液体中添加甲醇以及氢氧化钙，搅拌均匀，即得发酵培养基；步骤2）活化黑曲霉种子液：将黑曲霉按照常规培养24h获得黑曲霉种子液，然后将种子液进行超声处理；步骤3）发酵产酸：将步骤2）所得黑曲霉种子液按照8-10%的接种量接入到含有步骤1）所得发酵培养基的发酵罐中进行发酵培养，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李航，董力青，王铮，唐永强，王峰，汲广习，
申请(专利权)人：齐齐哈尔龙江阜丰生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23