[发明专利]一种基于pH响应阶段添加糖化酶发酵生产柠檬酸的方法

说明书

技术领域

本发明属于发酵工程技术领域，尤其涉及一种基于pH响应阶段添加糖化酶发酵生产柠檬酸的方法。

背景技术

柠檬酸（CitricAcid）是一种具有多种功能的重要有机酸，广泛应用于食品、医药、化工等领域，是当前世界上产量和消费量最大的食用有机酸，全球产量超过170万吨。同时，柠檬酸又具有优良的生物特性，在生物聚合、药物运输、细胞培养等新兴产业领域有巨大的应用潜力，其需求量以每年5%的速度增长。

柠檬酸往往通过液态深层发酵法获得，工业化生产中仍然沿用传统的分批发酵方式。因黑曲霉具有酶系丰富、底物广泛、产率高等优势，是柠檬酸发酵最重要的菌株，黑曲霉自身能够分泌糖化酶，一般采用边糖化边发酵的方式。但在黑曲霉发酵生产柠檬酸过程中，随着合成的柠檬酸不断积累，发酵液pH会显著下降，糖化酶活性逐步受到抑制，致使终发酵醪液中残糖偏高，发酵周期较长。

现有技术针对柠檬酸发酵过程的糖化作用进行了一些研究。申请号201010513719.7的发明专利“一种添加糖化酶发酵制备柠檬酸的方法”公开一种在液化后接种前，降温至40~60℃添加糖化酶的工艺，其缺点是加酶温度太高，大部分糖化酶失活，导致糖化酶利用率低；申请号201110162278.5的发明专利“一种发酵生产柠檬酸的方法”公开了在接种发酵后，在36~38℃正常控温过程中添加糖化酶；申请号201210009294.5的发明专利“一种发酵制备柠檬酸的方法”公开了在柠檬酸发酵菌种接种后的0~8小时内向发酵培养基中添加糖化酶。

上述几种方法基于共同的指导思想即通过添加糖化酶在发酵初期即获得高浓度的小分子糖（如葡萄糖），但并未解决发酵过程中后期pH显著下降、糖化酶活力损失而引起葡萄糖供应与菌株耗糖速率不协调、柠檬酸合成速率放缓、发酵周期偏长、残糖量偏高等问题。同时带来新的问题：发酵初期培养基本身存在葡萄糖，自身分泌的糖化酶已能够满足发酵菌株对营养的需求，过高浓度葡萄糖反而会抑制菌种的生长，延长发酵延滞期，不利于柠檬酸的快速合成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于pH响应阶段添加糖化酶发酵生产柠檬酸的方法，该方法能解决柠檬酸发酵中后期糖化酶活力损失的问题，有效缩短发酵周期，提高发酵转化率，降低终发酵液残糖量。

为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于pH响应阶段添加糖化酶发酵生产柠檬酸的方法，包括将淀粉质原料进行调浆、液化、接种发酵，制得终发酵液，还包括在发酵培养过程中，当发酵液pH降至2.0~3.0时，向其中分阶段等量添加糖化酶的步骤。

具体地，所述分阶段等量添加为每间隔2~8h等量添加。

具体地，所述糖化酶的添加总量是基于所述发酵液中残余非葡萄糖的含量（残余总糖与残余葡萄的差值）来确定，添加总量为40~1000U/g残余非葡萄糖量。

具体地，所述淀粉质原料包括玉米粉、小麦粉、木薯粉、红薯粉、淀粉、糖蜜、小麦中的至少一种。

优选地，本发明具体包括以下步骤：

（1）将所述淀粉质原料粉末与水按照1:1.5~1:4比例混合均匀，调节pH至5.8~6.0，然后添加高温α—淀粉酶，所述淀粉酶添加量为15~50U/g粉末；

（2）将步骤（2）获得的混合料液经过两次喷射，一次喷射温度95~105℃，二次喷射温度120~130℃，经碘试合格，获得液化混液，再将所述液化混液经过板框过滤获得液化清液；

（3）将步骤（2）获得的液化混液与水混合，加氮源，调节混合液总糖为6~12%，总氮为0.2%~0.4%，得到种子培养基；

（4）将黑曲霉孢子悬液接种步骤（3）中的种子培养基进行培养，得到成熟种子液；

（5）将步骤（2）获得的液化混液、液化清液与水混合，调节混合液的总糖为16~18%，总氮为0.05~0.15%，得到发酵培养基；

（6）将步骤（4）获得的成熟种子液接种至步骤（5）获得的发酵培养基中，培养20~32h；

（7）当上述发酵培养基发酵液pH降至2.0~3.0时，每间隔2~8h向其中等量添加糖化酶，添加总量为40~1000U/g残余非葡萄糖量。

如无特殊说明，以上所述百分数均为重量百分数（wt%）。

本发明具有如下有益技术效果：