專利名稱：一種發(fā)酵制備檸檬酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)酵制備檸檬酸的方法。
背景技術(shù)：
檸檬酸是有機(jī)酸中第一大酸，由于物理、化學(xué)等方面的優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化學(xué)、電子、紡織、石油、皮革、建筑、攝影、塑料、鑄造和陶瓷等工業(yè)領(lǐng)域。目前檸檬酸發(fā)酵行業(yè)采取的發(fā)酵技術(shù)通常為一次投料一次放料的間歇式液體深層二級發(fā)酵技術(shù)。其發(fā)酵過程為:將淀粉質(zhì)原料酶解制備種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基；在種子罐中接入黑曲霉，擴(kuò)大培養(yǎng)后轉(zhuǎn)接種到發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，發(fā)酵停止后發(fā)酵液經(jīng)板框分離出菌體殘渣和發(fā)酵清液，發(fā)酵清液進(jìn)入后續(xù)工序提取檸檬酸，菌體殘渣進(jìn)入飼料烘干工序。但采用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)檸檬酸，檸檬酸的產(chǎn)量、發(fā)酵強(qiáng)度和發(fā)酵轉(zhuǎn)化率均較低，并且發(fā)酵周期長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服采用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的檸檬酸產(chǎn)量低、發(fā)酵強(qiáng)度低、發(fā)酵轉(zhuǎn)化率低以及發(fā)酵周期長的缺點，提供一種發(fā)酵制備檸檬酸的方法，以提高檸檬酸的產(chǎn)量、發(fā)酵強(qiáng)度、發(fā)酵轉(zhuǎn)化率以及縮短發(fā)酵周期。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的檸檬酸產(chǎn)量低、發(fā)酵強(qiáng)度低、發(fā)酵轉(zhuǎn)化率低以及發(fā)酵周期長的一個重要原因是:隨著發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵液中檸檬酸的濃度會越來越高，由于現(xiàn)有黑曲霉種子的耐酸能力在13.5重量％左右，所以當(dāng)檸檬酸的濃度達(dá)到13.5重量％左右時，將會對菌 體的活性產(chǎn)生嚴(yán)重地抑制作用，使菌體耗糖和產(chǎn)酸速率均下降，從而會影響檸檬酸的合成，最終影響檸檬酸的產(chǎn)量、發(fā)酵強(qiáng)度、發(fā)酵轉(zhuǎn)化率以及延長發(fā)酵周期。因此，為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)酵制備檸檬酸的方法，該方法包括，在生成檸檬酸的條件下，將黑曲霉接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵，其中，將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離，并使得在發(fā)酵過程中以及發(fā)酵終點發(fā)酵液中檸檬酸的濃度不高于13.5重量％。優(yōu)選地，將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離，并使得在發(fā)酵過程中以及發(fā)酵終點發(fā)酵液中檸檬酸的濃度不高于12重量％。采用上述技術(shù)方案來生產(chǎn)檸檬酸，實現(xiàn)了對發(fā)酵液中檸檬酸濃度的控制，有效地提高了檸檬酸的產(chǎn)量、發(fā)酵強(qiáng)度、發(fā)酵轉(zhuǎn)化率以及縮短了發(fā)酵周期。例如，以實施例3和對比例I為例，在其他生產(chǎn)條件相同的情況下對比，檸檬酸的產(chǎn)量由原來的34.75噸提高到了35.27噸，發(fā)酵強(qiáng)度由原來的2.21Kg/m3.h提高到了 2.82Kg/m3.h，發(fā)酵轉(zhuǎn)化率由原來的95.2%提高到了 96.4%，同時發(fā)酵周期由原來的63小時短短到了 50小時。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細(xì)說明。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種發(fā)酵制備檸檬酸的方法，該方法包括在生成檸檬酸的條件下，將黑曲霉接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵，其中，將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離，并使得在發(fā)酵過程中以及發(fā)酵終點發(fā)酵液中檸檬酸的濃度不高于13.5重量％。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵液中檸檬酸的濃度會越來越高，由于現(xiàn)有黑曲霉種子的耐酸能力在13.5重量％左右，所以當(dāng)檸檬酸的濃度達(dá)到13.5重量％左右時，將對菌體的活性產(chǎn)生嚴(yán)重地抑制作用，使菌體耗糖和產(chǎn)酸速率均下降，最終影響發(fā)酵效率。所以，將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離并保證發(fā)酵液中檸檬酸的濃度處于一定范圍內(nèi)是提高發(fā)酵效率的關(guān)鍵。根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)酵過程中，為了使黑曲霉的活性發(fā)揮最大的作用，所以，要對發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離，所述分離的方式可以是間歇性地，也可以是連續(xù)性地，只要使得在發(fā)酵過程中以及發(fā)酵終點發(fā)酵液中檸檬酸的濃度不高于13.5重量％即可，優(yōu)選情況下，為了進(jìn)一步增加黑曲霉的活性，使得在發(fā)酵過程中以及發(fā)酵終點發(fā)酵液中檸檬酸的濃度不高于12重量％。優(yōu)選地，采用連續(xù)性的方式對發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離。根據(jù)本發(fā)明，一般情況下，在發(fā)酵過程中檸檬酸生成速度的規(guī)律為:將黑曲霉接種到發(fā)酵培養(yǎng)基后的最初幾小時，黑曲霉處于調(diào)整期，此階段內(nèi)幾乎不產(chǎn)酸；調(diào)整期結(jié)束后黑曲霉進(jìn)入對數(shù)期，此階段內(nèi)產(chǎn)酸量迅速增加；對數(shù)期結(jié)束后黑曲霉進(jìn)入穩(wěn)定期，此階段內(nèi)產(chǎn)酸量達(dá)到最大且比較穩(wěn)定；最后黑曲霉進(jìn)入衰亡期，產(chǎn)酸量呈下降趨勢。由此可見在整個發(fā)酵過程中，黑曲霉的產(chǎn)酸速度呈現(xiàn)一個動態(tài)變化的過程，因此，為了使得在發(fā)酵過程中以及發(fā)酵終點發(fā)酵液中檸檬酸的濃度不會波動太大并使其維持在本發(fā)明的范圍內(nèi)，以及縮短發(fā)酵周期，并綜合考慮發(fā)酵液的PH值以及檸檬酸的分離速度，開始將發(fā)酵液中的檸檬酸進(jìn)行分離的時機(jī)為:發(fā)酵液中的檸檬酸濃度優(yōu)選為2-10重量％，更優(yōu)選為4-8重量％，并優(yōu)選使得發(fā)酵液中檸檬酸的濃度維持在開始分離檸檬酸時的濃度至不高于13.5重量％，優(yōu)選不高于12重量％的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)酵過程中將發(fā)酵液中的朽1檬酸進(jìn)行分尚的方法沒有特別的限制，例如，可以選自陰離子交換吸附法、鈣鹽法、萃取法、電滲析法和超濾膜法中一種或多種。為了不影響發(fā)酵的正常進(jìn)行又能夠有效、穩(wěn)定地分離檸檬酸，優(yōu)選情況下，在發(fā)酵過程中將發(fā)酵液中的朽1檬酸進(jìn)行分尚的方法為陰尚子交換吸附法，具體的:將發(fā)酵液引入填充有陰離子交換樹脂的樹脂柱中，進(jìn)行離子交換，使發(fā)酵液中的檸檬酸吸附到所述陰離子交換樹脂上，并將分尚朽1檬酸后的液體返回發(fā)酵液中。按照本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，將填充有陰離子交換樹脂的樹脂柱的上部入口和下部出口分別與容納發(fā)酵液的發(fā)酵罐連通。優(yōu)選地，為了防止在分離檸檬酸時，引出的發(fā)酵液中的菌體和殘渣進(jìn)入填充有陰離子交換樹脂的樹脂柱中，在所述樹脂柱的入口與發(fā)酵罐連通的管道上設(shè)置過濾裝置，如過濾膜，以在將發(fā)酵液引入樹脂柱前過濾其中的菌體和殘渣；為了順利地將發(fā)酵液引入填充有陰離子交換樹脂的樹脂柱中，優(yōu)選在樹脂柱下部出口與發(fā)酵罐連通的管道上設(shè)置離心泵，以將發(fā)酵液由發(fā)酵罐中引入樹脂柱中；為了更好地控制將發(fā)酵液引入填充有陰離子交換樹脂的樹脂柱中的流速，優(yōu)選分別在樹脂柱上部入口和下部出口與發(fā)酵罐連通管道上設(shè)置閥門。對檸檬酸進(jìn)行分離時，首先將樹脂柱上部入口和下部出口處的閥門打開，并開啟離心泵，在離心泵的作用下，將發(fā)酵罐中的發(fā)酵液引出并經(jīng)過濾膜以除去菌體和殘渣，并將經(jīng)過過濾的發(fā)酵清液從樹脂柱的上部入口引入填充有陰尚子交換樹脂的樹脂柱中，所述發(fā)酵清液中的朽1檬酸與樹脂柱中填充的陰尚子交換樹脂中的離子交換基團(tuán)進(jìn)行離子交換，并吸附在樹脂上完成檸檬酸的分離，分離檸檬酸后的液體經(jīng)樹脂柱下部出口引出并通過離心泵回到發(fā)酵罐中繼續(xù)發(fā)酵，并依次循環(huán)(連續(xù)或間歇)直至發(fā)酵終點。其中，所述過濾膜可以選用本領(lǐng)域常規(guī)的生物濾膜，只要可有效地防止發(fā)酵液中的菌體和殘渣進(jìn)入樹脂柱即可，例如，可以選用孔徑為0.2 μ m的生物濾膜(北京海成世潔過濾器材公司的PTFE濾膜)。根據(jù)本發(fā)明，填充有陰離 子交換樹脂的樹脂柱的數(shù)量以及與發(fā)酵罐連通的方式?jīng)]有特別限定，根據(jù)實際待分離的檸檬酸的量而定，所述樹脂柱可以為一根，也可以為多根，可以為并聯(lián)連接也可以為串聯(lián)連接，只要能將發(fā)酵液中的檸檬酸進(jìn)行有效地分離，并使得檸檬酸的濃度維持在本發(fā)明優(yōu)選的范圍內(nèi)即可。根據(jù)本發(fā)明，所述陰離子交換樹脂可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的各種陰離子交換樹脂?？梢詾閺?qiáng)堿型陰離子交換樹脂和弱堿型陰離子交換樹脂中的一種或多種。所述強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂具有的交換離子的離子交換基團(tuán)選自-NR3OH,其中，R可以為-CH3、-CH2CH3或-CH2CH2CH3 ;所述弱堿型陰離子交換樹脂具有的交換離子的離子交換基團(tuán)自NH2、-NHR和-NR2中的一種或多種，其中，R可以為-CH3、-CH2CH3或-CH2CH2CH3 ;所述陰尚子交換樹脂的工作交換容量大于I暈?zāi)?克干樹脂，優(yōu)選為3-5暈?zāi)?克干樹脂。優(yōu)選情況下，所述強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂選自苯乙烯系陰離子交換樹脂和丙烯酸系陰離子交換樹脂中的一種或多種；所述弱堿型陰離子交換樹脂選自苯乙烯系陰離子交換樹脂和丙烯酸系陰離子交換樹脂中的一種或多種；更優(yōu)選情況下，所述陰離子交換樹脂為弱堿大孔苯乙烯陰離子交換樹脂和/或弱堿大孔丙烯酸系陰離子交換樹脂。通常情況下，可選自下表I中所示陰離子交換樹脂中的至少一種。優(yōu)選情況下，為了更好地吸附發(fā)酵液中的檸檬酸和便于檸檬酸的洗脫以及樹脂的再生，選用SQD816陰離子交換樹脂樹脂(江蘇蘇青水處理工程集團(tuán)有限公司)。本發(fā)明中，所述工作交換容量是指根據(jù)DL/T772-2001規(guī)定的工作條件和測試方法測定的單位體積的離子交換樹脂所含有的離子交換基團(tuán)的摩爾數(shù)。表I
權(quán)利要求
1.一種發(fā)酵制備檸檬酸的方法，該方法包括，在能夠生成檸檬酸的條件下，將黑曲霉接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵，其特征在于，將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離，并使得在發(fā)酵過程中以及發(fā)酵終點發(fā)酵液中檸檬酸的濃度不高于13.5重量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離，并使得在發(fā)酵過程中以及發(fā)酵終點發(fā)酵液中檸檬酸的濃度不高于12重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，開始將發(fā)酵液中的檸檬酸進(jìn)行分離的時機(jī)為:發(fā)酵液中的朽1檬酸濃度為2-10重量％,優(yōu)選為4-8重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的方法，其中，在發(fā)酵過程中將發(fā)酵液中的檸檬酸進(jìn)行分離的方法為:將發(fā)酵液引入填充有陰離子交換樹脂的樹脂柱中，進(jìn)行離子交換，使發(fā)酵液中的檸檬酸吸附到所述陰離子交換樹脂上，并將分離檸檬酸后的液體返回發(fā)酵液中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述陰離子交換樹脂為強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂和弱堿型陰離子交換樹脂中的一種或多種，所述陰離子交換樹脂的工作交換容量大于1-5毫摩爾/克干樹脂，優(yōu)選為3-5毫摩爾/克干樹脂；所述強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂選自苯乙烯系陰離子交換樹脂和丙烯酸系陰離子交換樹脂中的一種或多種；所述弱堿型陰離子交換樹脂選自苯乙烯系陰離子交換樹脂和丙烯酸系陰離子交換樹脂中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，所述離子交換的條件包括:溫度為30-45°C;將所述發(fā)酵液引入填充有所述陰離子交換樹脂的樹脂柱中的流速為0.1-2倍樹脂體積/小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，該方法還包括收集經(jīng)分離的檸檬酸，所述收集方法包括:用洗脫劑將已吸附到所述陰離子交換樹脂上的檸檬酸進(jìn)行洗脫，得到檸檬酸洗脫液。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述洗脫的條件包括:所述洗脫劑選自水和/或氫氧化鈉溶液；洗脫的溫度為30-80°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項所述的方法，其中，以每克發(fā)酵培養(yǎng)基為基準(zhǔn)，黑曲霉的接種量為5X 103-5X IO4個孢子；所述發(fā)酵培養(yǎng)的條件包括:培養(yǎng)的溫度為30-42°C，通氣量為0.1-1體積:(體積？分鐘)，pH值為1-7。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基含有淀粉質(zhì)原料酶解產(chǎn)物，所述淀粉質(zhì)原料酶解產(chǎn)物中氮源含量為0.06-0.14重量％，磷源含量為0.005-0.07重量％ ;所述發(fā)酵培養(yǎng)基的總糖含量為10-20重量％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)酵制備檸檬酸的方法，該方法包括，在能夠生成檸檬酸的條件下，將黑曲霉接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵，其中，將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離，并使得在發(fā)酵過程中以及發(fā)酵終點發(fā)酵液中檸檬酸的濃度不高于13.5重量%。本發(fā)明優(yōu)選通過采用陰離子交換吸附法對發(fā)酵過程中產(chǎn)生的檸檬酸進(jìn)行分離，有效地提高了檸檬酸的產(chǎn)量、發(fā)酵強(qiáng)度和發(fā)酵轉(zhuǎn)化率，同時縮短了發(fā)酵周期。
文檔編號C12P7/48GK103146769SQ20131010593
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者羅虎, 盧宗梅, 楊儒文, 魯小云 申請人:中糧生物化學(xué)(安徽)股份有限公司