低溫擠壓酶解擠出物制備檸檬酸發(fā)酵液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于檸檬酸生產(chǎn)工藝中發(fā)酵液的制備方法的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]檸檬酸被廣泛用于食品飲料、醫(yī)藥化工、清洗與化妝品、有機材料等領(lǐng)域，是目前世界上需求量最大的一種有機酸(見高年發(fā)，楊楓.我國檸檬酸發(fā)酵工業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展.中國釀造，2010 (7).])。
[0003]馮志合，盧濤指出:“中國是世界上最大的檸檬酸出口國，目前中國檸檬酸年產(chǎn)能已經(jīng)超過100萬噸?！覈鴻幟仕岙a(chǎn)業(yè)目前總體發(fā)展水平處于國際先進(jìn)水平?！瓩幟仕嵝袠I(yè)的三廢治理技術(shù)……已經(jīng)實現(xiàn)了巨大的社會和經(jīng)濟效益”(見馮志合，盧濤.中國檸檬酸行業(yè)概況.中國食品添加劑，2011年3期:158-163)。
[0004]生產(chǎn)檸檬酸的主要原料包括:干法脫胚玉米粉、玉米原糧粉、小麥粉、小麥全粉、高粱米粉、大米粉、木薯全粉、馬鈴薯全粉及其淀粉、粗淀粉中的一種或幾種。
[0005]實際上，我國檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)主要使用玉米原糧生產(chǎn)檸檬酸，南方少數(shù)地區(qū)用木薯全粉為原料生產(chǎn)檸檬酸，其淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率較低。
[0006]從玉米或木薯中淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化過程看，淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化過程，包括糖化階段和發(fā)酵階段:
糖化階段:(06Η?20δ)η+ ηΗ2θ—nC6Hi206162 18 180發(fā)酉孝階段:2 C6H12O6+ 3θ2^2θ6Η8θγ+ 4Η2〇2X180 3X32 2X192 4X18上述轉(zhuǎn)化過程表明:理論上，淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率為111.11%，葡萄糖轉(zhuǎn)化成無水檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為106.67%，可知淀粉轉(zhuǎn)化成無水檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為118.5%(計算過程:
111.11% X 106.67%=118.5%)，I噸干基淀粉可生產(chǎn)1.185噸無水檸檬酸，I噸無水檸檬酸需要干基淀粉0.8439噸(計算過程:1 + 1.185=0.8439)，需玉米原糧1.3554噸(計算過程:
0.8439 + (I X 0.86 X 0.724*)=1.3554)。
實際上，我國目前的檸檬酸生產(chǎn)企業(yè)，平均需要使用1.7噸玉米原糧轉(zhuǎn)化成I噸無水檸檬酸，I.7噸玉米原糧含干基淀粉I.0585噸(計算過程:(I X 0.86 X 0.724*) X1.7=0.6226 X1.7*=1.0585噸)(*見劉亞偉.玉米淀粉生產(chǎn)及轉(zhuǎn)化技術(shù)(M).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2004，2:23的表2-2)，I噸無水檸檬酸需要玉米干基淀粉1.0585噸，淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為94.47%(計算過程:I + 1.0585=0.9447)；同樣，使用木薯全粉生產(chǎn)I噸無水檸檬酸，需要2噸木薯，木薯全粉含干基淀粉81.4%(見蔣小靜.木薯全粉加工及其特性研究(碩士論文)，鄭州:河南工業(yè)大學(xué)，2010.5:P34)，2噸木薯全粉含干基淀粉1.628噸(計算過程:2X 81.4%= 1.628噸)淀粉，其轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為61.43%(計算過程:I + 1.628 =
0.61425)。
[0007]為什么在實際生產(chǎn)中，上述淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率與理論值118.5%相差較多？
這應(yīng)該從淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率和葡萄糖轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率，兩方面進(jìn)行分析。
[0008]從淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的轉(zhuǎn)化過程看，淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率=淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖轉(zhuǎn)化率X 1.1ll。
[0009]淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖轉(zhuǎn)化率=(葡萄糖液(L)X糖液葡萄糖含量(％) V(投入淀粉量X原料淀粉中純淀粉含量X1.111)(尤新.淀粉糖品生產(chǎn)與應(yīng)用手冊(M).北京:中國輕工業(yè)出版社.1999.10:92-95)。
[0010]實測表明，干法脫胚玉米中的淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為83.7%(馬成業(yè).低溫擠壓添加淀粉酶的脫胚玉米生產(chǎn)糖漿的糖化試驗研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)2010.6:48 )，有的生產(chǎn)玉米干法脫胚設(shè)備的廠家指出:干法脫胚玉米的淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為85%(見河南魯山縣萬通通機械制造有限公司、河南省玉米雜糧成套工程技術(shù)研發(fā)中心.低脂玉米粉生產(chǎn)果葡糖漿及玉米熟蛋白生產(chǎn)工藝可行性分析報告.2013.1.1:10?11)，有的企業(yè)的生產(chǎn)實踐表明，玉米原糧的淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為85.5%，上述的干法脫胚玉米(或玉米原糧)中的淀粉，其玉米中的淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率分別為93.0%?95.0% (計算過程:83.7%?85.5% X 111.11%=93.0%?95.0%，)。
[0011]目前，實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)I噸無水檸檬酸，平均需要1.7噸玉米原糧，玉米原糧中淀粉轉(zhuǎn)化成無水檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為94.47%，淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率為95.0%，可知，葡萄糖轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率約為99.0% (計算過程:94.47%^95.0%=99.0%)。同樣，2噸木薯全粉中淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為61.43%(計算過程:' I + 1.628 =61.425%)，據(jù)業(yè)內(nèi)人士推薦，木薯全粉中淀粉對應(yīng)的葡萄糖轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為97%，則淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率為63.32% (計算過程:61.425%+97%=63.32%)。
[0012]綜上可知:
(I)、理論上，I噸干基淀粉可轉(zhuǎn)化成1.185噸無水檸檬酸，0.8439噸干基淀粉可轉(zhuǎn)化成I噸無水檸檬酸，需玉米原糧0.62264噸(計算過程:0.8439+( I X 0.86 X 0.724)=0.62264)。實際上，對于玉米淀粉，I噸干基淀粉可轉(zhuǎn)化成0.9447噸無水檸檬酸，1.0585噸干基淀粉轉(zhuǎn)化成I噸無水檸檬酸，平均需玉米原糧1.7噸;對于木薯淀粉，I噸干基淀粉可轉(zhuǎn)化成0.6143噸無水檸檬酸，1.628噸干基淀粉轉(zhuǎn)化成I噸無水檸檬酸，需2噸木薯全粉。
[0013](2)、實際生產(chǎn)中1.7噸玉米原糧的干基淀粉，只有79.72%干基淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸(計算過程:，0.9447 +1.185=79.72%)，剩余20.28%干基淀粉沒有被用于轉(zhuǎn)化成檸檬酸；同樣，實際生產(chǎn)中2噸木薯全粉的干基淀粉，只有51.84%干基淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸(計算過程:
0.6143 +1.185=51.835%)，剩余48.16%干基淀粉沒有被用于轉(zhuǎn)化成檸檬酸。
[0014](3)、由于，玉米原糧中淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率95.0%低于理論值111.11%和工程實際平均值105%，顯見，還有進(jìn)一步提高的空間。實際生產(chǎn)中玉米淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的平均收得率為105.00%，葡萄糖轉(zhuǎn)化成無水檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為99.00%，則淀粉轉(zhuǎn)化成無水檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為105.00% X 99.00%=103.95%，需0.962噸干基淀粉轉(zhuǎn)化成I噸無水檸檬酸，需玉米原糧I.545噸(計算過程:1 + 1.0395=0.962，0.962 + (I X 0.86 X 0.724)=1.545)。
[0015]對于木薯全粉，2噸木薯全粉中淀粉轉(zhuǎn)化成I噸無水檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為61.43%(計算過程:' I +1.628 =61.425%)，木薯中淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率由63.32%提高至74%，木薯全粉的葡萄糖轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率維持為97%，則木薯全粉中淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率為71.78%(計算過程:74%X 97%=71.78%)，那么，木薯全粉中淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率由61.43%提高至71.78%，提高約10%。
[0016]如何使玉米原糧或者木薯全粉中的淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率提高，進(jìn)而提高我國檸檬酸行業(yè)的淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸的轉(zhuǎn)化率？
本發(fā)明提出，使用低溫擠壓酶解技術(shù)加工生產(chǎn)檸檬酸的原料，提高原料中淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率。2003年以來的低溫擠壓酶解技術(shù)的實驗室試驗研究和多次生產(chǎn)中試均表明:玉米原糧經(jīng)干法脫胚后，再經(jīng)過低溫擠壓酶解技術(shù)加工，擠出物經(jīng)短時液化、糖化、過濾，得到糖化液的糖漿濾液和糖渣，糖漿濾液的葡萄糖收得率由95.0%提高至106.83%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明提出低溫擠壓酶解擠出物制備檸檬酸發(fā)酵液的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)檸檬酸的主要原料(包括:脫胚玉米粉、帶胚玉米粉、玉米原糧粉、小麥粉、小麥全粉、高粱米粉、大米粉、木薯全粉、馬鈴薯全粉及其淀粉、粗淀粉中的一種或幾種)中淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖的收得率低，致使淀粉轉(zhuǎn)化成檸檬酸轉(zhuǎn)化率低之不足。
[0018]本專利技術(shù)加工措施如下:
第一步，一種低溫擠壓酶解擠出物制備檸檬酸發(fā)酵液的方法，低溫擠壓酶解擠出物可以是擠出的添加酶制劑的脫胚玉米、大米、帶胚玉米、高粱米、大麥、小麥及其淀粉、粗淀粉中的一種或幾種的擠出物，還可以是擠出的添加酶制劑的木薯全粉、馬鈴薯全粉及其淀粉、粗淀粉中的一種或幾種的擠出物，經(jīng)短時液化、糖化、過濾，得到糖化液的糖漿濾液和糖渣，加工過程為:
(1)糖漿濾液體積的5%?20%，投入種子罐，種子罐中糖液加入檸檬酸生產(chǎn)用水和部分糖渣，經(jīng)90°C?130°C消毒20 min.?40min.，降溫至35°C?38°C，將黑曲霉孢子懸浮液移至種子罐中，進(jìn)行種子液培養(yǎng)；
(2)糖漿濾液體積的80%?95%投入發(fā)酵罐，發(fā)酵罐中糖液加入檸檬酸生產(chǎn)用水和部分糖渣，經(jīng)90°C?130°C消毒20 min.?40min.，降溫至35°C?38°C，制成生產(chǎn)梓檬酸的待用糖液；
(3)步驟(I)培養(yǎng)成熟的種子液，移至步驟(2)發(fā)酵罐中的待用糖液，配制成生產(chǎn)檸檬酸的發(fā)酵液。
[0019]第二步，上述的低溫擠壓酶解擠出物制備檸檬酸發(fā)酵液的方法，加工過程為:步驟
(I)的種子罐中糖液和步驟(2)的發(fā)酵罐中糖液加入檸檬酸生產(chǎn)用水和部分糖渣，調(diào)至糖液的總