技术领域
本发明涉及生物发酵领域，具体指一种利用β-环糊精母液发酵制备柠檬酸 的工艺。
背景技术
现在β-环糊精一般以淀粉为底物采用酶法生产。其生产过程中，淀粉水解 液经浓缩、降温后，β-环糊精结晶析出。随之产生的结晶母液，其中仍含有较 高含量的淀粉水解物，包括α-环糊精、γ-环糊精以及其他糖类物质等。若直接 作为废液排放，不仅会使资源浪费，还会增加污水处理负担。因此，应该对其 合理利用。现阶段其利用途径主要为用于提取制备α-环糊精、γ-环糊精。若将 其用于制备发酵培养基，通过微生物使其中的糖类物质得到充分利用，可以进 一步提高其利用价值。
柠檬酸生产普遍以玉米为原料，消耗大量的粮食资源，在国家限制粮食深 加工政策的要求下，其生产规模受到一定程度的限制。因此，寻找非粮食、成 本低的原料来源对柠檬酸生产的可持续发展而言，具有重要意义。此外，在柠 檬酸发酵生产过程中，发酵液在发酵终点必须进行快速杀菌，以避免黑曲霉在 发酵结束后继续利用柠檬酸作为碳源，降低发酵液中柠檬酸含量。现在普遍采 用的热杀菌技术，虽然杀菌效率较高，效果较佳，但是能耗高，杀菌后发酵液 温度高，造成不必要的能源浪费。
发明内容
本发明提出一种利用β-环糊精母液发酵制备柠檬酸的工艺，实现了β-环糊 精母液的高效利用，还为柠檬酸发酵生产提供了极佳的原料来源。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用β-环糊精母液发酵制备柠檬酸的工艺，包括以下步骤：
S1)发酵菌种培养：
S10)β-环糊精结晶母液制备：以木薯、玉米、马铃薯或其他原料淀粉为底 物，应用相应的酶将淀粉水解为环状，进一步添加葡萄糖淀粉酶，使残余淀粉 水解，然后采用活性炭和离子交换树脂处理水解液，将水解液浓缩降温，使β- 环糊精结晶分离，与此同时产生结晶母液；
向上述步骤得到的β-环糊精结晶母液加入玉米液化液和碱液，调节其总糖 含量为12％～14％，pH为4.0～5.0；
S11)种子培养基的制备：将β-环糊精母液与玉米液化液按体积比1∶2～3混 合后，调节总糖含量17～20％，添加适量碱液，调节pH为6.0～6.8，添加适量无 机含氮物质，调节碳氮比为25～28∶1；
S12)黑曲霉种子培养：将S11)中得到的种子培养基添加到柠檬酸种子培 养罐，灭菌后接种黑曲霉孢子悬浮液，通风供氧，控制温度34℃～37℃，培养周 期20～30h，得到黑曲霉发酵菌种；
S2)发酵培养：
S21)发酵培养基的制备：向β-环糊精结晶母液中添加适量玉米液化清液， 使总糖含量提高至15％～17％，添加适量碱液，调节pH为6.0～6.8，添加适量无 机含氮物质，调节碳氮比为19～24∶1；
S22)发酵培养：将S21)中得到的发酵培养基加入发酵罐，灭菌后接入S12) 中得到的黑曲霉发酵菌种，通风供氧，控制温度34℃～37℃，进行发酵，期间添 加适量无机含氮物质，维持黑曲霉正常生长产酸，发酵周期60～70h，得到柠檬 酸发酵液。
上述工艺，步骤S22)中发酵60～70h后，糖酸转化率在85％以上。
上述工艺中，所使用的β-环糊精结晶母液，其总糖含量为12％～14％，pH 在4.0～5.0之间。
该β-环糊精结晶母液制备如下：
以木薯、玉米、马铃薯或其他原料淀粉为底物，应用相应的酶将淀粉水解 为环状，进一步添加葡萄糖淀粉酶，使残余淀粉水解，然后采用活性炭和离子 交换树脂处理水解液，将水解液浓缩降温，使β-环糊精结晶分离，与此同时产 生结晶母液。
若将该β-环糊精结晶母液直接用作柠檬酸发酵培养基，因其总糖含量较低， 不利于柠檬酸发酵菌种黑曲霉快速生长繁殖，发酵速度慢，产酸低，提取难度 大。而且，β-环糊精结晶母液pH较低，不利于发酵初期黑曲霉生长。因此， 优选对β-环糊精结晶母液进行一定的预处理才能用于柠檬酸发酵。
本工艺中对β-环糊精结晶母液进行的预处理为加入玉米液化液和碱液，调 节其总糖含量，以及pH，以适合黑曲霉快速生长繁殖。
本发明的工艺中，所述玉米液化液经过玉米粉碎、过筛、调浆、液化等工 序制备；所使用的玉米液化液总糖含量为18～22％，玉米液化清液的总糖含量为 16％～20％。
上述工艺中，进行步骤S22)发酵后，为S3)灭菌步骤。本工艺可以采用 常规热杀菌技术进行杀菌，但是优选采用高压脉冲电场连续冷杀菌技术，其电 场强度为40～100kv/cm。控制发酵液流量和杀菌时间，使得黑曲霉失活率达到 99％以上。
灭菌后，发酵液温度不高于60℃，进入过滤工序，得到澄清的柠檬酸发酵 液，进入提取工序。
经提取精制得到的柠檬酸产品，其质量符合GB1987-2007， BP2013，USP35，FCC8，E330等柠檬酸国内外标准要求。
利用本发明提供的工艺方法，将β-环糊精母液用于柠檬酸发酵生产，不仅 实现了β-环糊精母液的高效利用，还为柠檬酸发酵生产提供了极佳的原料来源。 而且，采用高压脉冲电场杀菌技术代替热杀菌技术处理柠檬酸发酵液，具有速 度快、能耗低等显著优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造 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。
实施例一：
将玉米粉碎、过筛、调浆、进行两次连续蒸汽喷射液化，得到玉米液化液， 总糖含量20％，将其进行板框过滤，得到液化清液，总糖含量18％。
将总糖含量13％的β-环糊精母液与玉米液化液按1∶2的比例混合后，总糖 含量为17.7％，测定碳氮比，添加少量硫酸铵，测定其pH，计算添加氢氧化钠 溶液的量，调节pH至6.0，作为种子培养基，添加到柠檬酸种子培养罐，进行 高温灭菌后，接种黑曲霉孢子悬浮液，搅拌通风，控制温度36℃，培养20h， 得到黑曲霉发酵菌种。
将总糖含量13％的β-环糊精结晶母液和玉米液化清液按5∶4体积比混合， 使β-环糊精结晶母液总糖含量提高至15％，测定其pH，计算氢氧化钠添加量， 调节pH至6.1，作为发酵培养基加入发酵罐，进行高温灭菌后接入黑曲霉菌种， 搅拌通风，控制温度35℃，根据黑曲霉生长状况，可以在发酵初期10h内添加 适量硫酸铵，调节碳氮比，至60h产酸不再增加时，发酵结束。
发酵结束后，使用高压脉冲电场连续冷杀菌技术，处理柠檬酸发酵液，采 用矩形波电场，电场强度40kv/cm，调节发酵液流量，控制发酵液实际累积杀菌 时间，使黑曲霉失活率达到99％以上。
将发酵液进行板框过滤，得到澄清的柠檬酸发酵液。采用钙盐法进行提取。
实施例二：
将玉米粉碎、过筛、调浆、进行喷射液化，得到玉米液化液，总糖含量19％ 将其进行板框过滤，得到液化清液，总糖含量17％。
将总糖含量14％的β-环糊精母液与玉米液化液按1∶3的体积比例混合后， 总糖含量17.8％，测定碳氮比，添加少量硝酸铵，测定其pH，计算添加氢氧化 钾溶液的量，调节pH为6.5，作为种子培养基，添加到柠檬酸种子培养罐，进 行高温灭菌后，接种黑曲霉孢子悬浮液，搅拌通风，控制温度34℃，培养25h， 得到黑曲霉发酵菌种。
将总糖含量14％的β-环糊精结晶母液和玉米液化清液按体积比3∶2混合， 使β-环糊精结晶母液总糖含量提高至16％，测定其pH，计算氢氧化钾添加量， 调节pH为6.4。作为发酵培养基加入发酵罐，进行高温灭菌后接入黑曲霉菌种， 搅拌通风，控制温度37℃，根据黑曲霉生长状况，在发酵初期10h内添加适量 硝酸铵，调节碳氮比，发酵70h。
发酵结束后，使用高压脉冲电场连续冷杀菌技术，处理柠檬酸发酵液，采 用矩形波电场，电场强度70kv/cm，调节发酵液流量，控制发酵液实际累积杀菌 时间，使黑曲霉失活率达到99％以上。
将发酵液进行板框过滤，得到澄清的柠檬酸发酵液。经预处理后，采用色 谱分离工艺提取柠檬酸。
实施例三：
将玉米粉碎、过筛、调浆、进行两次连续蒸汽喷射液化，得到玉米液化液， 总糖含量22％，将其进行板框过滤，得到液化清液，总糖含量20％。
将总糖含量为14％的β-环糊精母液与玉米液化液按1∶2的比例混合后，总 糖含量19.3％，测定碳氮比，添加少量硝酸铵，测定其pH，计算添加氢氧化钾 溶液的量，调节pH为6.8。作为种子培养基，添加到柠檬酸种子培养罐，进行 高温灭菌后，接种黑曲霉孢子悬浮液，搅拌通风，控制温度37℃，培养30h， 得到黑曲霉发酵菌种。
将总糖含量为14％的β-环糊精结晶母液和玉米液化清液按1∶1的体积比混 合，使β-环糊精结晶母液总糖含量提高至17％，测定其pH，计算氢氧化钾添加 量，调节pH为6.7。作为发酵培养基加入发酵罐，进行高温灭菌后接入黑曲霉 菌种，搅拌通风，控制温度34℃，根据黑曲霉生长状况，在发酵初期10h内添 加适量硝酸铵，调节碳氮比，发酵65h。
发酵结束后，使用高压脉冲电场连续冷杀菌技术，处理柠檬酸发酵液，采 用矩形波电场，电场强度100kv/cm，调节发酵液流量，控制发酵液实际累积杀 菌时间，使黑曲霉失活率达到99％以上。
将发酵液进行板框过滤，得到澄清的柠檬酸发酵液。经预处理后，采用色 谱分离工艺提取柠檬酸。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。