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1、(10)申请公布号 CN 103045659 A (43)申请公布日 2013.04.17 CN 103045659 A *CN103045659A* (21)申请号 201210584039.3 (22)申请日 2012.12.28 C12P 7/48(2006.01) C12R 1/685(2006.01) (71)申请人 安徽丰原发酵技术工程研究有限公 司 地址 233000 安徽省蚌埠市淮上区怀五路南 侧 (72)发明人 李荣杰 尚海涛 杨为华 邓远德 唐浩 (74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人 王朋飞 张庆敏 (54) 发明名称 利用木薯发酵生产柠。
2、檬酸中的脱毒方法 (57) 摘要 本发明提供了一种利用木薯发酵生产柠檬酸 中的脱毒方法， 以新鲜木薯为原料， 用黑曲霉进 行柠檬酸发酵生产， 然后在柠檬酸发酵后提取工 序中， 当向发酵滤液中加入碳酸钙形成柠檬酸钙 沉淀后， 产生大量的废液， 该废液中含有多种复 合酶。循环利用该废液， 将其按 5%-10% 的量加入 到蒸煮脱毒前期的木薯原料中， 可大幅度降低蒸 煮脱毒的时间和温度 （脱毒液化的蒸煮时间由原 来的 6 小时缩短为 2 小时， 脱毒液化的蒸煮温度， 由原来的 100降低为 85） ， 极大地减少能源损 耗。 本发明的方法与传统的木薯脱毒方法相比， 具 有明显的优势， 展现了良好的工。
3、业应用前景， 适用 于工业化大规模的柠檬酸发酵生产中。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： 1） 以新鲜木薯为原料， 黑曲霉作为发酵菌株， 利用生物发酵法进行柠檬酸生产， 去除发 酵液中的菌体及杂质， 向其中加入碳酸钙进行沉淀， 回收滤液即为含复合酶的脱毒液 ； 2） 以新鲜木薯为原料， 直接粉碎磨浆， 向其中加入步骤 1） 的含复合酶的脱毒液， 然后添。
4、 加高温淀粉酶进行液化及蒸煮脱毒， 向脱毒后的液化物中接入发酵菌株， 进行柠檬酸发酵 生产。 2. 根据权利要求 1 所述的脱毒方法， 其特征在于， 步骤 2） 中含复合酶的脱毒液的添加 量为木薯浆状物总重量的 5%-10%。 3. 根据权利要求 1 所述的脱毒方法， 其特征在于， 步骤 2） 中高温淀粉酶的添加量为木 薯浆状物总重量的 0.3 -0.8， 其中高温淀粉酶的酶活为 4000U/ml。 4. 根据权利要求 3 所述的脱毒方法， 其特征在于， 步骤 2） 中液化温度为 80 -90， 液 化时间为 1h-2.5h。 5. 根据权利要求 1 所述的脱毒方法， 其特征在于， 步骤 1）。
5、 和步骤 2） 中所述的发酵菌株 为黑曲霉 （Aspergillus niger） Co-827。 6. 根据权利要求 1 所述的脱毒方法， 其特征在于， 步骤 1） 和步骤 2） 中发酵时使用的发 酵培养基配方为 ： 15%-19% 木薯， 0.3%-0.5% 玉米蛋白粉， 余量为水。 7. 根据权利要求 1 所述的脱毒方法， 其特征在于， 步骤 1） 和步骤 2） 中所述发酵条件 为 ： 37， 通气量 0.4-0.9vvm， 罐压 0.1Mpa， 溶氧高于 40%。 8. 一种用于新鲜木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒液， 其制备方法为 ： 以新鲜木薯为原 料， 黑曲霉作为发酵菌株， 利用生物发。
6、酵法进行柠檬酸生产， 去除发酵液中的菌体及杂质， 向其中加入碳酸钙进行沉淀， 回收滤液即得。 9. 根据权利要求 8 所述的脱毒液， 其特征在于， 所述发酵菌株为黑曲霉 （Aspergillus niger） Co-827。 10. 根据权利要求 8 所述的脱毒液， 其特征在于， 发酵时使用的发酵培养基配方为 ： 15%-19%木薯， 0.3%-0.5%玉米蛋白粉， 余量为水 ； 发酵条件为 ： 37， 通气量0.4-0.9vvm， 罐 压 0.1Mpa， 溶氧大于等于 40%。 权 利 要 求 书 CN 103045659 A 2 1/4 页 3 利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法 技术领域。
7、 0001 本发明属于发酵工程技术领域， 具体地说， 涉及一种利用木薯发酵生产柠檬酸中 的脱毒方法。 背景技术 0002 柠檬酸广泛应用于日常生活， 是目前世界上需求量最大的生物化工产品之一， 平 均每年消耗量达到 180 万吨以上。随着全球经济的增长， 国内和国际市场对柠檬酸的需求 也不断增长。中国是世界上最大的柠檬酸出口国， 目前中国柠檬酸年产能已经超过 100 万 吨， 占世界的53%左右， 2010年出口量85万吨， 超过世界贸易总量的一半。 但随着世界生物 化工产业 （例如燃料乙醇） 的快速发展， 玉米等农作物的用量及价格与日俱增， 粮食原料成 为制约柠檬酸生产的一大瓶颈。 发展非粮。
8、原料的柠檬酸生产技术已成为世界范围内的发展 趋势， 而与其它非粮作物相比， 木薯的经济效益和社会效益较为突出。 0003 木薯是世界三大薯类之一， 誉称 “淀粉之王” 、“地下粮食” 。粗生易栽， 适应性强， 可 在其它主要作物生长不良的旱地和边际零星土地上栽培， 获得良好的产量和质量， 亦可间 作于幼林和疏林地的行间， 或与豆类、 瓜类以及禾本科作物间作或轮种， 利于土地和劳动力 资源的开发利用， 在旱地农业中有着重要作用。 我国木薯资源充足， 本着 “非粮为主， 因地制 宜” 的战略， 建立柠檬酸生产企业， 并利用黑曲霉进行木薯全渣发酵法来生产柠檬酸。为了 使柠檬酸的生产过程更加高效、 简。
9、约和经济， 现需要利用新鲜木薯直接粉碎后用于发酵。 但 新鲜木薯的氰化物含量较高， 毒性较大， 如果不经过脱毒工艺就接种发酵， 会对发酵菌株黑 曲霉的生长和产酸性能有很大的抑制作用。 0004 木薯中含有的毒性物质为亚麻苦苷 （Linamarin） 及百脉根苷 （lotaustraline） 两 种生氰糖苷。生氰糖苷首先在 - 葡萄糖苷酶的作用下分解生成氰醇和糖， 氰醇很不稳定， 自然分解为相应的酮、 醛化合物和氢氰酸。其中氢氰酸为剧毒物质， 达到一定的浓度， 会严 重抑制生物体的呼吸作用。生氰糖苷产生氢氰酸的过程如下 ： 0005 0006 因此， 建立更加高效经济的脱毒工艺对木薯柠檬酸的生。
10、产有着至关重要的作用。 为降低木薯中氰化物的含量， 利用生氰糖苷较好水溶性和氢氰酸较强挥发性的特点， 通常 说 明 书 CN 103045659 A 3 2/4 页 4 的做法， 例如把木薯块根切成木薯片， 晒制 72 小时左右， 可使木薯中 HCN 的含量大大的降 低， 其它去除方法还包括烘干法 （70 80） 、 水煮法、 漂洗或太阳晾晒等。现多采用煮沸 法， 然而该方法虽然能有效去毒， 但煮沸时间长达近 8 个小时才能够达到理想的脱毒效果， 损耗大量的能源。 0007 以上脱毒方法都耗费大量的人力物力、 不利于节约能源， 不符合高效经济的生产 要求和技术发展趋势。 发明内容 0008 本。
11、发明的目的是提供一种利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法。 0009 为了实现本发明目的， 本发明的一种利用木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法， 包 括以下步骤 ： 0010 1） 以新鲜木薯为原料， 黑曲霉作为发酵菌株， 利用生物发酵法进行柠檬酸生产， 去除发酵液中的菌体及杂质， 向其中加入碳酸钙进行沉淀， 回收滤液即为含复合酶的脱毒 液 ； 0011 2） 以新鲜木薯为原料， 直接粉碎磨浆， 向其中加入步骤 1） 的含复合酶的脱毒液， 然 后添加高温淀粉酶进行液化及蒸煮脱毒， 向脱毒后的液化物中接入发酵菌株， 进行柠檬酸 发酵生产。 0012 前述的脱毒方法， 步骤 2） 中含复合酶的脱毒液的添。
12、加量为木薯浆状物总重量的 5%-10%， 优选 5%。 0013 前述的脱毒方法， 步骤 2） 中高温淀粉酶 ( 酶活 4000U/ml) 的添加量为木薯浆状物 总重量的 0.3 -0.8。 0014 前述的脱毒方法， 步骤 2）中液化温度为 80 -90（优选 85） ， 液化时间为 1h-2.5h（优选 2h） 。 0015 前述的脱毒方法， 步骤 1）和步骤 2）中所述的发酵菌株为市售的黑曲霉 （Aspergillus niger） Co-827。 0016 前述的脱毒方法， 步骤 1） 和步骤 2） 中发酵时使用的发酵培养基配方为 ： 15%-19% 木薯， 0.3%-0.5% 玉米蛋。
13、白粉， 余量为水。 0017 前述的脱毒方法， 步骤 1） 和步骤 2） 中所述发酵条件为 ： 37， 通气量 0.4-0.9vvm， 罐压 0.1Mpa， 溶氧高于 40%。 0018 本发明还提供一种用于新鲜木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒液， 其制备方法为 ： 以 木薯为原料， 黑曲霉 （优选黑曲霉 Co-827） 作为发酵菌株， 利用生物发酵法进行柠檬酸生产， 去除发酵液中的菌体及杂质， 向其中加入碳酸钙进行沉淀， 回收滤液即得。 0019 发酵时使用的发酵培养基配方为 ： 15%-19% 木薯， 0.3%-0.5% 玉米蛋白粉， 余量为 水 ； 发酵条件为 ： 37， 通气量 0.4-0.。
14、9vvm， 罐压 0.1Mpa， 溶氧大于等于 40%。 0020 本发明中使用的黑曲霉是多种酶的生产菌， 产酶量大， 酶系齐全， 而且有很强的纤 维素酶活力， 其中 - 葡萄糖苷酶可以作用于木薯中的含氰化合物生氰糖苷， 使其最后全 部转化为游离的氢氰酸， 而氢氰酸的沸点仅为 25.7， 可通过加热蒸煮快速挥发。 0021 本发明以新鲜木薯为原料， 使用黑曲霉作为发酵菌株， 利用生物发酵法进行柠檬 酸的生产， 然后在柠檬酸发酵后提取工序中， 当向发酵液滤液中加入碳酸钙使柠檬酸转变 说 明 书 CN 103045659 A 4 3/4 页 5 为柠檬酸钙沉淀后， 会产生大量的废液， 该废液中含有。
15、多种复合酶。循环利用该废液， 将其 按5%-10%的量加入到蒸煮脱毒前期的新鲜木薯原料中， 其中所含的-葡萄糖苷酶可有效 的提高脱毒效果， 而所含的纤维素酶， 可一定程度上降低粘度， 提高还原糖含量， 从而大幅 度降低蒸煮脱毒的时间和温度 （脱毒液化的蒸煮时间由原来的6小时缩短为2小时， 脱毒液 化的蒸煮温度， 由原来的 100降低为 85） ， 极大地减少能源损耗。本发明的方法与传统 的木薯脱毒方法相比， 具有明显的优势， 展现了良好的工业应用前景， 适用于工业化大规模 的柠檬酸发酵生产中。 附图说明 0022 图 1 为本发明利用新鲜木薯发酵生产柠檬酸中的脱毒方法的工艺流程图。 具体实施方。
16、式 0023 以下实施例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。 若未特别指明， 实施例 中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段， 所用原料均为市售商品。 0024 实施例 1 利用木薯发酵生产柠檬酸中 10m3种子罐的培养 0025 将 1050kg 新鲜木薯粉碎磨浆后和 44kg 玉米蛋白粉 （玉米蛋白粉中富含氮源、 生 长因子等） 混合， 加水调浆， 然后泵入 10m3种子罐中， 加水定容至 8m3， 加入 3.4L 高温淀粉 酶 （酶活 40000U/mL） ， 8.5kg 氯化钙 （酶活保护剂） ， 再加入 425L 前次发酵得到的含复合酶 废液 （获得该废液的方法为 。
17、： 以木薯为原料， 黑曲霉作为发酵菌株， 利用生物发酵法进行柠 檬酸生产， 去除发酵液中的菌体及杂质， 向其中加入碳酸钙进行沉淀， 回收滤液， 即得） ， 然 后升温至 85， 维持约 2 小时， 最后冷却至 37后接入 20 瓶黑曲霉 （Aspergillus niger） Co-827 麸曲孢子 （每瓶装液量为 5L， 孢子数为 15000ml-1） ， 在 37， 通气量为 12.75m3/min， 罐压 0.1MPa 的条件下培养约 20 小时， 即可结束培养， 待用。 0026 实施例 2 利用木薯发酵生产柠檬酸中 90m3发酵罐的培养 0027 将 14400kg 新鲜木薯粉碎磨浆。
18、后和 294kg 玉米蛋白粉混合， 加水调浆， 然后泵入 90m3 发酵罐中， 加水定容至 71.4m3， 加入 30.5L 高温淀粉酶 （酶活 40000U/mL） ， 84kg 氯化钙 （酶活保护剂） ， 再加入 4200L 前次发酵得到的含复合酶废液 （同实施例 1 中描述的废液获得 方法） ， 然后升温至85， 维持约2小时， 最后冷却至37后接入8.4m3实施例1中制备的黑 曲霉种子液， 在 37， 通气量为 63.75m3/min， 罐压 0.1MPa 的条件下培养约 60 小时， 当残总 糖 2% 以下， 产酸 14% 以上， 转化率 85% 以上时即可结束发酵。 0028 实施。
19、例 3 含复合酶的脱毒液的制备 0029 先将实施例 2 发酵结束后得到的发酵液加热至 80， 趁热过板框压滤机， 过滤除 去菌体和不溶杂质， 取样测定柠檬酸的含量。然后， 根据中和反应式计算碳酸钙的加入量， 由反应式可计算得出 1g 柠檬酸需加入 0.174g 碳酸钙， 由此计算出需加入碳酸钙的总量。 0030 将滤液预热至 70， 边搅拌边缓慢加入碳酸钙， 同时升温， 使中和终点的温度达到 85， 保温搅拌 30min。 0031 趁热过滤， 滤饼用沸水洗涤多次， 直至无糖检测不变色。 得到的滤饼即为柠檬酸钙 沉淀， 而滤液即为含复合酶的脱毒液， 收集泵入储罐， 待发酵前期使用。 0032。
20、 实施例 4 含复合酶的脱毒液在木薯发酵生产柠檬酸中的应用 说 明 书 CN 103045659 A 5 4/4 页 6 0033 新鲜木薯原料经粉碎磨浆后， 向其中加入实施例 3 中制备的含复合酶的脱毒液， 其添加量为木薯浆状物总重量的 8%。然后添加木薯浆状物总重量 0.6的高温淀粉酶 （酶 活 4000U/ml） 进行液化 （液化温度为 85， 液化时间为 2h） 及蒸煮脱毒， 向脱毒后的液化物 中接入黑曲霉 （Aspergillus niger） Co-827， 进行柠檬酸发酵生产。当残总糖 2% 以下， 产 酸 14% 以上， 转化率 85% 以上时即可结束发酵。发酵条件为 ： 37。
21、， 通气量 0.4-0.9vvm， 罐 压 0.1Mpa， 溶氧高于 40%。 0034 具体工艺流程如图 1 所示。 0035 而在不添加含复合酶的脱毒液的情况下， 利用 90m3发酵罐， 进行木薯柠檬酸的发 酵， 需要将 15200kg 新鲜木薯粉碎磨浆后和 294kg 玉米蛋白粉混合， 加水调匀， 然后泵入 90m3发酵罐中， 加水定容至 71.5m3， 加入 40.5L 高温淀粉酶 （酶活 40000U/mL） ， 90kg 氯化钙 （酶活保护剂） ， 然后升温至 95， 维持约 6 小时， 最后冷却至 37后接入 8.5m3实施例 1 中 制备的黑曲霉种子液， 在37， 通气量为64。
22、.5m3/min， 罐压0.1MPa的条件下培养约65小时， 当残总糖 2% 以下， 产酸 14% 以上， 转化率 85% 以上时即可结束发酵。结果表明， 投入木薯的 量及添加的酶量均比实施例 4 高， 且蒸煮时间比实施例 4 更长。 0036 采用本发明的方法， 循环利用含复合酶的脱毒液， 将其按 5%-10% 的量加入到蒸煮 脱毒前期的木薯原料中， 可大幅度降低蒸煮脱毒的时间和温度 （脱毒液化的蒸煮时间由原 来的 6 小时缩短为 2 小时， 脱毒液化的蒸煮温度， 由原来的 100降低为 85） ， 极大地减少 能源损耗。 0037 虽然， 上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述， 但在 本发明基础上， 可以对之作一些修改或改进， 这对本领域技术人员而言是显而易见的。因 此， 在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进， 均属于本发明要求保护的范围。 说 明 书 CN 103045659 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103045659 A 7 。