專利名稱：一種以汽爆秸稈為原料發(fā)酵生產檸檬酸的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)酵技術領域中的檸檬酸的生產方法，特別涉及一種以汽爆秸稈為原料發(fā)酵生產檸檬酸的方法。
背景技術：
檸檬酸是一種用途廣泛且生產量極大的化工原料，我國主要利用黑曲霉通過薯干粉、淀粉等糧食原料生產，因此成本比較高。近年來，人們正致力于開發(fā)多種多樣的替代糧食原料的方法發(fā)酵生產檸檬酸。
農作物秸稈是自然界中儲量豐富的可再生資源，我國每年農作物秸稈產量達7億噸之多。但是，這些資源長期未得到合理的開發(fā)，除極少量用作造紙、飼料外，其余大都被焚燒，這既是對天然資源的巨大浪費，又造成了環(huán)境的嚴重污染。農作物秸稈主要的成分中的纖維素和半纖維素降解以后分別可以得到葡萄糖和其他單糖和寡糖，如果能將這些糖類應用于發(fā)酵生產，將給秸稈的利用開辟一條新的利用途徑。曾有人提出“以秸稈為原料生產檸檬酸的方法(CN1129739A)”，為秸稈的利用開辟了一條新路。該方法是通過纖維素酶的作用，破壞秸稈的細胞壁，釋放其中的淀粉，蛋白質，再用淀粉酶水解淀粉來為發(fā)酵提供碳源，同時利用釋放出的蛋白質作為發(fā)酵的氮源。這種處理方法用于發(fā)酵的主要不是纖維素基質，也沒有利秸稈中占干重20％～30％的半纖維素。為了能更好的利用農作物的秸稈，我們開發(fā)了將汽爆處理的秸稈(包括麥草、稻草、玉米秸等等)用纖維素酶水解，得到的水解液應用于檸檬酸發(fā)酵的新技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種將汽爆處理的秸稈(包括麥草、稻草、玉米秸等等)用纖維素酶水解，得到的水解液應用于發(fā)酵制備檸檬酸的新技術。本發(fā)明的構思如下秸稈的主要成分是纖維素，半纖維素和木質素。其中半纖維素在汽爆的條件下降解產生單糖；纖維素被纖維素酶水解生成葡萄糖，纖維二糖和寡糖，這些皆可用于檸檬酸的發(fā)酵生產。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的以汽爆秸稈為原料發(fā)酵生產檸檬酸的方法，其制備的步驟如下A.將汽爆秸稈粉碎至60～80目后，按汽爆秸稈粉料與水的質量份比為1∶4-1∶9的比例，將汽爆秸稈粉料加入自來水中，用鹽酸、硫酸或磷酸調pH至4.5～5.5后，按每克汽爆秸稈加酶20單位的比例加入纖維素酶；攪拌均勻；在45～55℃條件下水解40～80小時；酶解結束后，經壓濾，得到還原糖濃度為40～50g/l的濾液；B.濃縮上述糖濾液在50-70℃下對上述濾液采用薄膜濃縮，得到原濾液體積的1/2～1/3的濃縮液；C.對濃縮液進行發(fā)酵生產檸檬酸將濃縮液裝入發(fā)酵罐中，同時加入占濃縮液重量0.5～5％的麩皮，滅菌后，接入黑曲霉Aspergillus niger 2160進行發(fā)酵，得到檸檬酸；所述黑曲霉Aspergillus niger 2160的接種量為每毫升濃縮液4×106個孢子。
所述的農作物汽爆秸稈料包括汽爆稻草秸稈料，汽爆麥草秸稈料或/和汽爆玉米秸稈料。
本發(fā)明的以汽爆秸稈為原料發(fā)酵生產檸檬酸的方法具有以下優(yōu)點(1)本方法生產檸檬酸得到的產品符合GB-88標準，各項指標優(yōu)于淀粉生產檸檬酸的方法。產酸達8％～12％，轉化率達到90％～96％。
(2)制備材料的原料來自秸稈，與使用淀粉基質血相比成本大大降低。本發(fā)明所使用的基質來自農作為的秸稈，能夠大量供應且價格低廉。
(3)使用的是經汽爆處理的秸稈，使秸稈中的半纖維素幾乎全部降解而得到單糖。這就使得秸稈中不僅纖維素被利用，半纖維素也得到了充分利用，同時由于汽爆秸稈的酶水解的可及性比未經處理的秸稈強，因此提高了纖維素酶的利用率。
(4)本方法充分利用了秸稈這種可再生的生物質資源。每年植物要通過光合作用合成億萬噸(100×109t)的生物質。但是，由于種種原因，這樣大量的生物質資源卻沒有得到良好的利用，大量的生物質實際上是被浪費了，其中就包括農作物的秸稈。而本發(fā)明正是把秸稈應用到了產量巨大的發(fā)酵產品檸檬酸的生產上，這實際上給生物質資源的利用開辟了-條新的途徑。
具體實施例方式
實施例1汽爆麥草粉碎至60～80目后，按汽爆秸稈粉料與水的質量比1∶4的比例向汽爆秸稈粉料加入自來水。用鹽酸調PH至5.5，然后按每克汽爆秸稈加酶20單位的比例加入纖維素酶。在45℃條件下水解80小時。酶解結束后，經壓濾，得到還原糖濃度大約為40～50g/l的濾液。薄膜濃縮使得體積為原來體積的1/2。濃縮好的糖漿投入發(fā)酵罐中，同時加入0.5％的麩皮。滅菌后，接入黑曲霉菌種進行發(fā)酵，接種量約為每毫升濃縮液4×106個孢子。發(fā)酵條件為溫度28℃-37℃，風量1v/v/m，罐壓0.1MPa，攪拌轉速150轉/分。發(fā)酵周期4-7天。之后，按照常規(guī)鈣鹽沉淀的方法經過中和，洗糖，酸化，脫色，濃縮，結晶得到成品。
實施例2汽爆稻草粉碎至60～80目后，按質量比1∶9加入自來水。用硫酸調PH至4.5，然后按每克汽爆稻草加酶20單位的比例加入纖維素酶攪拌均勻。在55℃條件下水解40小時。酶解結束后壓濾，得到還原糖濃度大約為40～50g/l的濾液。薄膜濃縮使得體積為原來體積的1/3。濃縮好的糖漿投入發(fā)酵罐中，同時加入5％的麩皮。滅菌后，接入黑曲霉菌種進行發(fā)酵，接種量約為每毫升濃縮液4×106個孢子。發(fā)酵和提取精制同實例1。
實施例3汽爆玉米秸稈粉碎至60～80目后，按質量比1∶7加入自來水。用硫酸調PH至5.0，然后按每克汽爆玉米秸稈加酶20單位的比例加入纖維素酶攪拌均勻。在50℃條件下水解60小時。酶解結束后壓濾，得到還原糖濃度大約為40～50g/l的濾液。薄膜濃縮使得體積為原來體積的5/12。濃縮好的糖漿投入發(fā)酵罐中，同時加入3％的麩皮。滅菌后，接入黑曲霉菌種進行發(fā)酵，接種量約為每毫升濃縮液4×106個孢子。發(fā)酵和提取精制同實例1。
權利要求
1.一種以汽爆秸稈為原料發(fā)酵生產檸檬酸的方法，其特征在于，制備的步驟如下A.將汽爆秸稈粉碎至60～80目后，按汽爆秸稈粉料與水的質量份比為1∶4-1∶9的比例，將汽爆秸稈粉料加入自來水中，用鹽酸、硫酸或磷酸調pH至4.5～5.5后，按每克汽爆秸稈加酶20單位的比例加入纖維素酶，攪拌均勻，在45～55℃條件下酶解40～80小時；酶解結束后，經壓濾，得到還原糖濃度為40～50g/l的濾液；B.濃縮上述糖濾液在50-70℃下對上述濾液采用薄膜濃縮，得到原濾液體積的1/2～1/3的濃縮液；C.對濃縮液進行發(fā)酵生產檸檬酸將濃縮液裝入發(fā)酵罐中，同時加入占濃縮液重量0.5～5％的麩皮，滅菌后，接入黑曲霉Aspergillus niger 2160進行發(fā)酵，得到檸檬酸；所述黑曲霉Aspergillus niger 2160的接種量為每毫升濃縮液4×106個孢子。
2.根據權利要求1所述的汽爆秸稈為原料發(fā)酵生產檸檬酸的方法，其特征在于，所述的農作物汽爆秸稈料包括汽爆稻草秸稈料，汽爆麥草秸稈料或/和汽爆玉米秸稈料。
全文摘要
本發(fā)明涉及的以汽爆秸稈為原料發(fā)酵生產檸檬酸的方法，其制備步驟如下將粉碎后的汽爆秸稈料按比例加入自來水中，用酸調pH至4.5～5.5后，按每克汽爆秸稈加酶20單位的比例加纖維素酶，攪拌均勻，在45～55℃下酶解40～80小時；經壓濾得濾液；濃縮濾液至原濾液體積的1/2～1/3得濃縮液；將濃縮液裝入發(fā)酵罐中，同時加入占濃縮液重量0.5～5％麩皮，滅菌后，接入黑曲霉Aspergillus niger2160進行發(fā)酵，得到檸檬酸。本發(fā)明的方法發(fā)酵用的碳源糖來自半纖維素降解得到的單糖和纖維素降解得到的葡萄糖，纖維二糖和寡糖；秸稈利用充分，酶利用率高，生產成本低，可實現糧食基質的替代。
文檔編號C12P7/40GK1884563SQ200510077290
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權日2005年6月21日
發(fā)明者陳洪章, 張志國 申請人:中國科學院過程工程研究所