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_柠檬酸发酵工艺_能源/化工_工程科技_专业资料。柠檬酸发酵工艺 柠檬酸发酵工艺 工艺流程 柠檬酸发酵工艺 1、试管斜面菌种培养 察氏琼脂培养基:NaNO3 3g, 蔗糖 20g, K2HPO4 1g, KCl 0.5g, MgSO4.7 H
柠檬酸发酵工艺 柠檬酸发酵工艺 工艺流程 柠檬酸发酵工艺 1、试管斜面菌种培养 察氏琼脂培养基:NaNO3 3g, 蔗糖 20g, K2HPO4 1g, KCl 0.5g, MgSO4.7 H2O 0.5g, FeSO4 0.01g, 琼脂20g, 用水定溶至1000ml, pH自然。 察氏-多氏琼脂培养基:蔗糖30g, NaNO3 2g, MgSO4.7H2O 0.5g, KH2PO4 1g, KCl 0. 5g, FeSO4.7H2O 0.01g, 溴甲分绿0.4g,琼脂 20g, 蒸馏水1000ml, pH自然。 1、试管斜面菌种培养 蔗糖合成琼脂培养基:蔗糖140g, NH4NO3 2g, KH2PO4 2g, MgSO4.7H2O 0.25g, FeCl3.6H2O 0.02g , MnSO4.4H2O 0.02g, 麦芽汁20ml, 琼脂20g, 用 水定溶至1000ml。 米曲汁琼脂培养基:一份米曲加四倍质量的水, 于55℃保温糖化3~4小时后煮沸,滤液用水调整浓度 至10‘Bx,并用碱液将pH调制到6.0,接着添加琼脂 2%。确认所制成的斜面无杂菌污染后,接入黑曲霉 孢子悬液0.1ml,于32℃培养4~5d。 2、 种子扩大培养 ① 二级扩大培养 a 培养基 有琼脂固体培养和液体表面培养两种方法,前 者的培养基组成与斜面培养基相同,后者的组成 如下:麦芽汁7?BX,氯化铵2%,尿素0.1% 2、 种子扩大培养 ① 二级扩大培养 b 培养 ? 固体培养时,500ml茄子瓶装80ml琼脂培养基, 250ml茄子瓶装50ml琼脂培养基。灭菌后摆成斜面, 凝固后的斜面至37℃下培养24h。确认无杂菌污染 即可使用。 液体培养时,将液体培养基装入三角瓶中,使液层 深度达45cm,于0.1MPa下湿热灭菌15min。按无菌 操作接种。培养温度32℃。液体表面需7~10d,琼 脂固体培养需6~7d。 ? ② 三级扩大培养 可采用麸曲固体培养、液体表面培养或琼脂 固体培养。 所用培养基如下: a 麸曲培养基: 新鲜小麦麸皮1kg,加水1.1~1.3L。液体培养基与 第二级扩大培养基所用液体培养基相同。 b琼脂固体培养基: 与斜面培养基相同。 3、 发酵生产 ? 柠檬酸发酵是典型的好氧发酵,工业上好氧发酵基 本上有三种,即表面发酵、固体发酵和液体深层发 酵。前两者是利用气相中的氧,后者是利用溶解氧。 这三种发酵方法都各有优缺点和经济可行性,工业 上仍然在使用。 ① 柠檬酸的液体深层发酵工艺 用液体深层发酵罐从罐底部通气,送入的 空气由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶 解。这种由罐底部通气搅拌的培养方法,相对 于由气液界面靠自然扩散使氧溶解的表面培养 法来讲,称为深层培养法。 特点是容易按照生产菌种对于代谢的营养要求 以及不同生理时期的通气、搅拌、温度、与培 养基中氢离子浓度等条件,选择最佳培养条件。 ① 柠檬酸的液体深层发酵工艺 (1)发酵温度 黑曲霉发酵柠檬酸温度控制在28~30℃,柠檬酸 产率最高,发酵速度较快,超过35℃时,虽然初 期产酸较快,但最终的发酵产率降低15%以上。 为了节约降温能耗,我国成功培育出高温发酵的 产酸微生物,可以在37℃发酵。 (2)pH 在薯干粉发酵柠檬酸中,初始pH不加调节, 约5.5。当接入菌种后,菌种生长繁殖,消耗氮 源和铵离子,使培养基的PH下降,前期pH下降较 快,活力强的菌种微生物培养12h后,ph可以降 至2.5-3.0,24小时后可以降至2.2-2.3,这时会 有少量的柠檬酸产生,但要到48小时后柠檬酸才 大量产生,才使pH下降至2.0以下。 ① 柠檬酸的液体深层发酵工艺 (3)控制生物量 正常的发酵液中生物量控制在12-20g/L,过多的生 物量影响氧的溶解,增加发酵罐的搅拌,且消耗大 量的葡萄糖,如果生物量的过度生长,柠檬酸的产 率则迅速下降。 (4)严防缺氧 柠檬酸是耗氧发酵,对氧十分敏感,当发酵进入产 酸期时只需要几分钟的缺氧时间,就会造成严重影 响,甚至完全失败。对于突然停电等在所难免的事 故,要采取紧急的补救措施,关闭进气阀,迅速启 动备用电源,防止发酵罐料液倒流到空气过滤器中, 用灭过菌的碳酸钙或石灰乳中和发酵液pH至2.5-3.5, 然后恢复正常操作。 ① 柠檬酸的液体深层发酵工艺 (5) 孢子接种数与菌球体的特征 柠檬酸发酵液中的菌球体是有一个或数个孢子在 生长过程物理作用形成的。菌球体的大小和数量 关系到发酵的成败,一般来讲,菌球体越小、越多,产酸就越高,发酵周期也越短。菌球体的大 小和数量与孢子接种量有关。 ② 表面发酵 ? 采用表面发酵工艺具有一些优点: (1)设备简单,投资少,投产快; (2)操作技术简单,能耗低; (3)原料粗放,而且适于高浓度发酵,产酸浓度 也较高; 但表面发酵存在的问题是设备占地面积大,劳动 强度大,发酵时间长,菌体生长量多,而影响产 率等。 ② 表面发酵 (1)一般发酵法 ? 根据菌种的产酸能力,液层一般在8~12cm,一次 性发酵至结束。 (2)置换法 ? 一次发酵结束,将酸液从菌膜下排走,然后在菌 膜下通入无菌水,静止1小时,待菌膜中酸液渗入 水中,排走洗水至贮酸桶,再通入置换液,液层 视菌种生产能力而定,一般在6~8cm。 ② 表面发酵 (3)添加法 ? 有两种方法:一是分菌膜生长期和产酸期,生长 期的液层3cm左右,待菌膜形成,放掉菌膜下的生 长液,通入产酸培养基,液层在10~12cm,一直到 发酵结束。 ? 另一种添加工艺是在液层为6~8cm的一段发酵基础 上,待产酸进入高峰期通入3~4cm的产酸培养基, 总液层达9~12cm,直至发酵结束。 ② 表面发酵 a 一般发酵法 ? 具体操作:接种后,培养温度维持在35℃72h左右,这是黑曲霉的适宜生长温度,以促进孢子发 芽及菌体发育。当温度逐渐下降时,必须通入约 50℃的空气以维持35℃的培养温度。接种后20h 左右可出现灰白色、很薄的菌膜,72h时菌膜已 完全形成,菌膜相当厚且有皱褶。48h起由于菌 体耗氧增加,可开动另一组风管向盘层之间通汽, 进汽温度为40℃左右,进汽湿度为75%以上,以 防培养液水分蒸发过快。 ? 接种后72h起进入产酸期,这时菌体代谢速率高, 耗糖快,发酵液酸度急剧升高,并释放出大量热, 此时应加强通风措施,严格将发酵温度控制在 26~28℃,以利柠檬酸的形成。 因此,一般在进入产酸期前8h左右需增大风量, 且降低进汽温度在25℃以下,湿度仍在75%以上。 160h以后发酵结束。 ? b 置换法 ? 置换法一般是采用糖浓度低而营养较丰富的培 养液先培养菌盖,待菌盖形成之后再更换发酵 培养基。可更换1次也可数次,发酵液用来提取 柠檬酸。 ? 置换法的优点是节省了大量培菌时间,发酵速度 快,而且原本不适宜长菌的原料都可用作发酵培 养基。 ? 但为了保持菌盖的高活性,不能将发酵液残糖控 制得很低,这样一来就造成替换出来的发酵液残 糖量较高,给后道提取柠檬酸带来困难。 c 一般发酵法影响表面发酵的因素 a) 培养液层厚度 b) 糖浓度 c) 温度 d) pH值e) 通风 ③ 固体发酵 ? 分为浅盘发酵和厚层通风发酵,统称曲法发酵。 固体发酵工艺具有的优点: (1)设备简单,投资少; (2)操作简单,能耗低,适应性强; (3)原料粗放,来源广泛,培养基简单; (4)发酵时间短 ? 缺点是设备占地面积大、劳动强度大,传质传热 困难,产品回收率低,副产物多等。 ? ③ 固体发酵 a 浅盘发酵 ③ 固体发酵 a 浅盘发酵 ? ? 浅盘固态发酵在发酵室内进行,发酵时也叫曲房, 需要配置无菌空调设备,室内放置盘架,以8~10层 为宜,架盘层垂直间距为15~20cm。 浅盘发酵的容器可以采用发酵盘(曲盘、竹盘等) 曲盘的厚度在6~8cm,材料可以是木质,铁质或不 锈钢等,盘底最好是多孔篩板,以利于通气。 ③ 固体发酵 a 浅盘发酵 ? 将曲置于曲室内培养,室温可按需要调节。在孢子 发芽和菌丝生长期,由于产生的热量少,品温会逐 渐下降,在入室后18h内,应维持品温在27~31℃。 培养18~48h期间,由于发酵热的大量释放,品温上 升很快,应采取措施,不得让品温超过43℃ ? 菌体活力下降,所以品温会下降,此时应维持在 35℃左右,直至发酵结束。 ? 为了克服上、下曲盘的温差,在发酵40h左右时应 将曲盘上下对调。整个发酵期间不必翻曲。曲室相 对湿度在85%~90%。 ? 发酵终点根据酸度来判定,从48h开始测量酸度, 以后每隔12h测定1次,自72h以后则每隔4h测定1次, 在酸度达到最高时即出料,否则时间延长,柠檬酸 反而被菌体消化。 b 厚层通风发酵 b 厚层通风发酵 ? 厚层发酵与空气的接触面小,所以需要在容器底部 设置空气通道,以利于通氧,这种发酵设备又称发 酵箱,这种发酵箱为厚层通风制曲箱,简称曲箱。 大型的曲箱可以配置翻曲机,这样曲层可以加厚。 ? 机械通风固体曲发酵设备 1一输送带 2一高位料斗 3一送料小车 4一曲料室 5一进出料机 6一料斗 7一输 送带 8一鼓风机 9一空调室 10一循环风道 11-室闸门 b 厚层通风发酵 ? 与浅盘发酵明显不同的是,在物料铺摊厚度上,厚 层发酵的曲醅厚度在50cm左右,比浅盘发酵的 15~20cm要大出许多。 ? 为了给曲霉菌提供氧,在培养过程中需要进行机械 通风。 ? 培养过程中的温度控制与浅盘发酵的温度管理相似, 但最高品温不能超过40℃。温度和湿度主要靠通风 来调节,因为物料厚度大,所以培养过程中需要翻 料。 厚层发酵比浅盘发酵优越之处在于:占地面积少, 污染杂菌可能性小,机械化程度高。 ? Thank You!