專利名稱：一種檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬檸檬酸的生產(chǎn)方法，具體涉及一種檸檬酸的連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
檸檬酸是當(dāng)今世界上用量最大的一種有機(jī)酸，至今世界上消費(fèi)的檸檬酸主要采用以黑曲霉為菌種的發(fā)酵法生產(chǎn)?，F(xiàn)有的檸檬酸發(fā)酵技術(shù)采用的是間歇的分批發(fā)酵模式，每完成一批次發(fā)酵，就要放料并對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行清洗、滅菌、打料和重新接種，才能進(jìn)行下一批次發(fā)酵。造成非發(fā)酵時(shí)間即輔助發(fā)酵時(shí)間占用較長(zhǎng)，發(fā)酵罐利用率不高，并且分批發(fā)酵生產(chǎn)不穩(wěn)定，批與批之間的發(fā)酵結(jié)果波動(dòng)較大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有檸檬酸分批發(fā)酵工藝所存在的諸多不足之處，本發(fā)明提供了一種檸檬酸的連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)方法。本發(fā)明所述檸檬酸的連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)方法，其發(fā)酵過程為連續(xù)發(fā)酵方式；，采用多個(gè)發(fā)酵罐串聯(lián)發(fā)酵，首先，向一級(jí)發(fā)酵罐中連續(xù)添加菌種和新鮮培養(yǎng)基，再按與進(jìn)料相同的流速，向下一級(jí)發(fā)酵罐連續(xù)輸出發(fā)酵醪液，逐級(jí)、連續(xù)的完成檸檬酸的發(fā)酵過程。檸檬酸連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)的裝置，由培養(yǎng)基儲(chǔ)罐、種子培養(yǎng)罐、多個(gè)串聯(lián)的發(fā)酵罐以及發(fā)酵醪液儲(chǔ)罐組成。串聯(lián)的發(fā)酵罐可以是2個(gè)，也可以多個(gè)，優(yōu)選4個(gè)。本發(fā)明所述檸檬酸的連續(xù)發(fā)酵方法的主要工藝條件的控制范圍如下 發(fā)酵溫度35-37°C ；
PH 范圍1. 3 4. 5 ；
發(fā)酵罐中料液體積占罐容的75-95% ；
通風(fēng)量風(fēng)量8. 5 12mVm3 · h。其他工藝參數(shù)范圍可參照現(xiàn)有檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)?，F(xiàn)以采用四級(jí)發(fā)酵方式為例，說明連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的具體工藝步驟和工藝參數(shù)
(1)菌種培養(yǎng)。在種子罐中加入種子培養(yǎng)基和接入黑曲霉孢子，維持PH3-7，溫度 35-41 °C，培養(yǎng)12-24小時(shí)，形成黑曲霉菌球待用；風(fēng)量8. 5-10. 5m3/m3 · h。(2)將發(fā)酵培養(yǎng)基加入一級(jí)發(fā)酵罐中，發(fā)酵培養(yǎng)基占發(fā)酵罐體積的70-80%時(shí)，開動(dòng)通風(fēng)、攪拌和冷卻系統(tǒng)，使發(fā)酵罐中料液溫度維持在35-37°C，并按4-1 重量的接種量接入來自種子罐中的黑曲霉菌球；
(3)按一定的流速連續(xù)向一級(jí)發(fā)酵罐加入發(fā)酵培養(yǎng)基和按接種量4-12%的來自種子罐中的黑曲霉菌球，按同樣的流速?gòu)囊患?jí)發(fā)酵罐流出或抽出發(fā)酵液進(jìn)入二級(jí)發(fā)酵罐；
(4)當(dāng)二級(jí)發(fā)酵罐的料液體積達(dá)到75-95%罐容時(shí)，再按與進(jìn)料相同的流速?gòu)亩?jí)發(fā)酵罐流出或抽出發(fā)酵液進(jìn)入三級(jí)發(fā)酵罐；
(5)當(dāng)三級(jí)發(fā)酵罐的料液體積達(dá)到75-95%罐容時(shí)，以與進(jìn)料相同的流速?gòu)娜?jí)發(fā)酵罐流出或抽出發(fā)酵液進(jìn)入四級(jí)發(fā)酵罐；
(6)當(dāng)四級(jí)發(fā)酵罐的料液體積達(dá)到75-95%罐容時(shí)，以與進(jìn)料相同的流速?gòu)乃募?jí)發(fā)酵罐流出或抽出發(fā)酵液進(jìn)入發(fā)酵醪液儲(chǔ)罐；
(7)以相同流速連續(xù)保持各級(jí)串聯(lián)發(fā)酵罐的進(jìn)出料。其中步驟(1 )所述的種子培養(yǎng)基是含碳源和氮源的液體培養(yǎng)基，總糖含量 10-15%,可以包含木薯、地瓜、玉米液化液中的一種或多種，以及麩皮、硫酸銨等。步驟(2)所述的發(fā)酵培養(yǎng)基是含碳源和氮源的液體培養(yǎng)基，總糖含量10-20%，可以包含木薯、地瓜、玉米液化液中的一種或多種，以及硫酸銨等。各級(jí)發(fā)酵罐的發(fā)酵參數(shù)控制如下 一級(jí)發(fā)酵罐
PH2-4. 5，溫度 35-37 °C，無菌空氣的風(fēng)量 8. 5-10. 5mVm3 · h。二級(jí)發(fā)酵罐
pHl. 8-2. 9，溫度；35-37°C，無菌空氣的風(fēng)量 10. 5-12. OmVm3 · h。三級(jí)發(fā)酵罐
pHl. 5-2. 0，溫度 35-37°C，無菌空氣的風(fēng)量 9. 5-11. OmVm3 · h。四級(jí)發(fā)酵罐
pHl. 3-1. 8，溫度 35-37°C，無菌空氣的風(fēng)量 8. 5-9. 5mVm3 · h。由于是連續(xù)發(fā)酵，且罐容積一樣，所以物料在各罐的停留時(shí)間是一樣的。在控制風(fēng)量和攪拌不變的情況下，料液中的溶解氧隨發(fā)酵而變化，其規(guī)律如附

圖1。在發(fā)酵前期IOh內(nèi)，菌種生長(zhǎng)較慢，溶解氧的消耗速率較慢，所以可在生產(chǎn)中控制低風(fēng)量，在發(fā)酵IOh 25h內(nèi)，溶解氧的消耗速率較快需要大量氧氣供給菌種生長(zhǎng)，所以可在生產(chǎn)中加大風(fēng)量。發(fā)酵中期和后期，溶解氧消耗速率較生長(zhǎng)期慢，溶解氧含量基本維持在緩慢上升的狀態(tài)，所以可在生產(chǎn)中降低風(fēng)量。這樣發(fā)酵風(fēng)量隨時(shí)間的變化而變化而不是一成不變，有利于節(jié)約能源。由于不同級(jí)別的發(fā)酵罐中，PH的控制范圍有一定差異，是根據(jù)黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌的生理生化特點(diǎn)分別調(diào)整的。如種子罐的PH維持3-7，有利于孢子發(fā)育生長(zhǎng)，一級(jí)發(fā)酵罐的PH有利于黑曲霉菌球進(jìn)一步生長(zhǎng)和產(chǎn)生糖化酶，使淀粉分解成生產(chǎn)菌能直接利用的葡萄糖，二級(jí)發(fā)酵罐的PH有利于黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌迅速進(jìn)入產(chǎn)酸期，積累檸檬酸；同一發(fā)酵罐中料液的PH并不均一，如上述一級(jí)發(fā)酵罐，罐的上層料液pH彡4. 5，下層料液pH > 2， 其余各罐的PH也如此。本發(fā)明各級(jí)發(fā)酵罐的罐壓、通風(fēng)、PH等參數(shù)可以根據(jù)黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌的生理生化特點(diǎn)分級(jí)穩(wěn)定調(diào)控，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。與分批發(fā)酵相比，檸檬酸連續(xù)發(fā)酵具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)分批發(fā)酵非生產(chǎn)時(shí)間大約 8小時(shí)、包括清洗、滅菌、打料和重新接種時(shí)間，本發(fā)明連續(xù)發(fā)酵方式，節(jié)約了發(fā)酵罐非生產(chǎn)時(shí)間的占用，提高了發(fā)酵罐利用率、節(jié)約了生產(chǎn)成本；由于是多級(jí)串聯(lián)發(fā)酵，能充分使黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌利用自身的生理生化特點(diǎn)，縮短發(fā)酵周期，提高轉(zhuǎn)化率。分批發(fā)酵與連續(xù)發(fā)酵數(shù)據(jù)對(duì)比表
權(quán)利要求
1.一種檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法，其特征在于發(fā)酵過程為連續(xù)發(fā)酵方式；采用多個(gè)發(fā)酵罐串聯(lián)發(fā)酵，首先，向一級(jí)發(fā)酵罐中連續(xù)添加菌種和新鮮培養(yǎng)基，再按與進(jìn)料相同的流速， 向下一級(jí)發(fā)酵罐連續(xù)輸出發(fā)酵醪液，逐級(jí)、連續(xù)的完成檸檬酸的發(fā)酵過程。
2.如權(quán)利要求1所述檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法，其特征在于主要工藝條件的控制范圍如下發(fā)酵溫度；35 37°C ；PH 范圍1. 3 4. 5 ；發(fā)酵罐中料液體積占罐容的75 95% ；通風(fēng)量風(fēng)量8. 5 12mVm3 · h。
3.如權(quán)利要求1所述檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法，其特征在于具體工藝步驟和工藝參數(shù)(1)菌種培養(yǎng)在種子罐中加入種子培養(yǎng)基和接入黑曲霉孢子，維持PH3-7，溫度 35-41 °C，培養(yǎng)12-24小時(shí)，形成黑曲霉菌球待用；風(fēng)量8. 5-10. 5m3/m3 · h ；(2)將發(fā)酵培養(yǎng)基加入一級(jí)發(fā)酵罐中，發(fā)酵培養(yǎng)基占發(fā)酵罐體積的70-80%時(shí)，開動(dòng)通風(fēng)、攪拌和冷卻系統(tǒng)，使發(fā)酵罐中料液溫度維持在35-37°C，并按4-1 重量的接種量接入來自種子罐中的黑曲霉菌球；(3)按一定的流速連續(xù)向一級(jí)發(fā)酵罐加入發(fā)酵培養(yǎng)基和按接種量4-12%的來自種子罐中的黑曲霉菌球，按同樣的流速?gòu)囊患?jí)發(fā)酵罐流出或抽出發(fā)酵液進(jìn)入二級(jí)發(fā)酵罐；(4)當(dāng)二級(jí)發(fā)酵罐的料液體積達(dá)到75-95%罐容時(shí)，再按與進(jìn)料相同的流速?gòu)亩?jí)發(fā)酵罐流出或抽出發(fā)酵液進(jìn)入三級(jí)發(fā)酵罐；(5)當(dāng)三級(jí)發(fā)酵罐的料液體積達(dá)到75-95%罐容時(shí)，以與進(jìn)料相同的流速?gòu)娜?jí)發(fā)酵罐流出或抽出發(fā)酵液進(jìn)入四級(jí)發(fā)酵罐；(6)當(dāng)四級(jí)發(fā)酵罐的料液體積達(dá)到75-95%罐容時(shí)，以與進(jìn)料相同的流速?gòu)乃募?jí)發(fā)酵罐流出或抽出發(fā)酵液進(jìn)入發(fā)酵醪液儲(chǔ)罐；(7)以相同流速連續(xù)保持各級(jí)串聯(lián)發(fā)酵罐的進(jìn)出料。
4.如權(quán)利要求1或3所述檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法，其特征在于一級(jí)發(fā)酵罐的發(fā)酵參數(shù)控制如下PH2-4. 5，溫度 35-37 °C，無菌空氣的風(fēng)量 8. 5-10. 5mVm3 · h。
5.如權(quán)利要求1或3所述檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法，其特征在于二級(jí)發(fā)酵罐的發(fā)酵參數(shù)控制如下pHl. 8-2. 9，溫度；35-37°C，無菌空氣的風(fēng)量 10. 5-12. OmVm3 · h。
6.如權(quán)利要求1或3所述檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法，其特征在于三級(jí)發(fā)酵罐的發(fā)酵參數(shù)控制如下pHl. 5-2. 0，溫度 35-37°C，無菌空氣的風(fēng)量 9. 5-11. OmVm3 · h。
7.如權(quán)利要求1或3所述檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法，其特征在于四級(jí)發(fā)酵罐的發(fā)酵參數(shù)控制如下pHl. 3-1. 8，溫度 35-37°C，無菌空氣的風(fēng)量 8. 5-9. 5mVm3 · h。
8.如權(quán)利要求1或3所述檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法，其特征在于所述的種子培養(yǎng)基是含碳源和氮源的液體培養(yǎng)基，總糖含量10-1596，可以包含木薯、地瓜、玉米液化液中的一種或多種，以及麩皮、硫酸銨。
9.如權(quán)利要求1或3所述檸檬酸的發(fā)酵生產(chǎn)方法，其特征在于所述的發(fā)酵培養(yǎng)基是含碳源和氮源的液體培養(yǎng)基，總糖含量10-2096，可以包含木薯、地瓜、玉米液化液中的一種或多種，以及硫酸銨。
全文摘要
本發(fā)明為一種生產(chǎn)檸檬酸的發(fā)酵方法，具體涉及一種檸檬酸的連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)方法。檸檬酸連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)由培養(yǎng)基儲(chǔ)罐、種子培養(yǎng)罐、2個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的發(fā)酵罐以及發(fā)酵醪液儲(chǔ)罐組成。利用檸檬酸連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)，可以節(jié)約發(fā)酵周期、提高糖酸轉(zhuǎn)化率和發(fā)酵罐利用率，使黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌的生長(zhǎng)發(fā)育和糖化作用、發(fā)酵產(chǎn)酸等階段分級(jí)可控。
文檔編號(hào)C12R1/685GK102250971SQ201010602578
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者丁兆堂, 寇光智, 張靈燕, 李昌濤, 樓良旺 申請(qǐng)人:日照金禾博源生化有限公司