乳酸发酵工艺(一)

乳酸发酵是一种厌氧发酵，如用纯糖为原料，其发酵工艺相当简单。但是人们为了降低成本，往往采用各种廉价原料。包括原料处理在内就显得工艺比较复杂。另外淀粉质原料的发酵工艺还分为单行和并行两类，发酵时中和剂也各不相同，有CaC03、石灰乳、氨气、NaOH等，相应的产品也有各种乳酸盐，所以有必要分别加以讨论。水解糖发酵工艺（一）原料的糖化1.淀粉水解原理淀粉是葡萄糖以a-1，4-糖苷键连接起来的多聚体，在催化剂（酸或酶）存在和适宜温度等条件下，易于水解成葡萄糖、麦芽糖、糊精等单体或低聚物。淀粉在水解过程中也可以伴有单糖结合成双糖或三糖的复合反应，也有单糖分解成羟甲基糠醛等非糖物质的分解反应，这些反应可概括如下：淀粉!水解反应葡萄糖'分解反应'分解反应5-羟甲基糠醛!有机酸、有色物质等龙胆二糖、有色物质等是乳酸菌的非发酵性物质，从而复合二糖t!复合低聚糖上述副反应的产物会导致产率降低，分离困难、产品质量降低等不良后果。因此合理控制水解条件，尽可能减少副反应发生，则是糖化工艺所要控制的关键。2.淀粉水解方法发酵用水解糖液的基本要求是：糖液洗净，淡黄色或杏黄色，有一定的透光度（色度），少含糊精，糖液不变质等。水解方法可分为酸解法、酶解法和酸酶结合法。（1）酸解法这是以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高压下水解淀粉的方法。它的优点是设备体积小，时间短，设备生产能力大。酸法水解的工艺流程为：原料 调浆 糖化 冷却 中和，脱色 过滤 糖液调浆的淀粉乳浓度一般采用10〜11°Be（含淀粉180〜200g/1），盐酸用量为干淀粉的0.5〜0.8%，生产上控制为PH1.5左右。加酸方法为，先将1/3酸稀

释后，放入糖化锅（称为底酸水），加热至沸，其余酸调入淀粉浆中加入锅内。直接通蒸汽加热，控制锅内压力为300〜500kpa。水解终点的确定方法如下：DE100 B90 A|C1 203040时间（min）从曲线中可以看出，当糖液的DE值•达到最高点（B点）后就不再上升，之后反而下降，这是由于副反应增加的缘故。因此必须及时提前放料。如果放料需要10min，则应该从A点开始放料，至C点结束，以保证可发酵糖（包括糊精）产率最高，因为少量糊精对于乳酸发酵是允许的。放料至中和槽，同时冷却，待温度降至80°C时，开始投入CaCO3（石灰石粉）或NaOH溶液，具体加哪一种中和剂，要视发酵产物而定，最终PH值达到6为止。（2）酶解法酶解法可分为两步：第一步用a-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖，使体系的粘度迅速降低，这个过程称为液化。第二步利用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解为葡萄糖，这个过程称为糖化。由于两步都是用酶水解，故又称为双酶水解法。液化方法是，将淀粉乳浓度调到20〜23°Be（含淀粉340〜400g/1）,PH调到6.0〜6.5，加入CaC12（酶稳定剂），使Ca2+浓度达到0.01mol/1，加入。-淀粉酶5〜8单位/克淀粉。在剧烈搅拌下加热到85〜90C，保温液化至碘液测试不显蓝色为止，（约要30〜60min）。然后升温至100C，灭菌10min.糖化方法是：将液化醪冷却到60C，调PH至4.2，加入（uv-11黑曲霉）糖化酶80〜100单位/克淀粉。根据糖化曲线，可在A点，甚至跟早终止反应，加热到80C，灭酶20min。DE10090DE100908070601A|||2030B||||40酶法糖化曲线（二）接种物的制备将种子培养基泵入种子罐内，种子罐容积是生产罐的1/13〜1/12填充系数80%,即10001罐装液8001。种子培养基与发酵培养基相同，即（g/1）:葡萄糖 （水解糖内）150 麦根3.75（NH）HPO2.5 CaCO100种子培养基与发酵培养基皆不必灭菌。接入在三角瓶内培养合格的德氏乳杆菌1%,即10001种子罐接三角瓶种子81。开动搅拌，在50°C左右培养24h。（三）发酵规程发酵罐用温水洗净，培养基的配制在罐内进行。培养基组成与种子培养基相同。发酵罐的填充系数在80%左右，即10m3罐装液约8m3。一般以液面为填充标准，即罐顶要留出30〜40cm的空间防止发酵过程中泡沫溢出。培养基中的CaCO是中和剂，可以分批添加，这样可以节约发酵罐容积，提高填充系数。培养基3不必灭菌，直接接入种子培养物8%，保持50±1C发酵。如果采用分批添加CaCO3的工艺，应注意不要使PH降到5.0以下，否则会影响发酵速度。发酵过程中每个班次（8h）要检查2〜3次PH值和残糖，以观察发酵过程是否正常。一般发酵不会出现污染，这是因为50C的高温已远高于一般微生物的生长发育温度。发酵时罐口敞开，让C02自由逃逸。当残糖降到1g/1时，就视为发酵已经完成。这个过程由于初糖浓度较高，大约需要5〜6天。由于在发酵温度下，乳酸钙已经是高度过饱和（浓度达173g/1左右），因此用钙盐中和法的乳酸发酵不能在提高初糖浓度。发酵快结束时，发酵醪带有一种粘性。这时由于乳酸菌的活动减弱，料液温度即开始下降，于是丙酸菌等可能开始活动，从而会影响产品的纯度和产率。因此应及时加入石灰乳，将PH提高到10左右，同时升温至90C，使菌体和其他悬浮物下沉。澄清后将上清液和沉淀物分别放出，进入提取工序。发酵罐用热水洗净后再行操作。蔗糖发酵工艺蔗糖发酵工艺类似于水解糖。考虑到成本问题，一般选用甘蔗粗糖为原料，甚至与糖蜜混合发酵，这样可以补充一些营养物，又不致象全糖蜜发酵那样导致产品难以提取和精制。当然蔗糖发酵必须采用能够发酵蔗糖的菌种。乳酪链球菌、乳链球菌和很多足球菌不能使用，而德氏乳杆菌是较好的菌种。（一）发酵规程发酵培养基的配置直接在生产罐中进行。先注入2/3工作容积的自来水，流入糖蜜，搅拌使其溶解，升温至70C，同时加入甘蔗粗糖，溶解后流入CaCO3粉浆。这期间实际在进行巴氏灭菌，20min后冷却至50°C.培养基中各物质的浓度控制如下中：总糖60g/1（以蔗糖汁，其中糖蜜提供30g/1,蔗糖提供30g/1）CaCO310〜20g/1冷却至50C后，加入麦根18g/1,接种20%菌种培养物质或其他罐中旺盛发酵的醪液，开始发酵。而抽出醪液的罐中应补充新的糖液继续发酵。因为接种量很大，迟滞期很短，可以迅速进入旺盛发酵期。培养开始后6h，开始定期间歇通空气鼓泡搅拌。发酵过程中继续不加CaC03和蔗糖液。补充CaCO粉浆是为了使PH维持在5.0以上，可以每隔2h检测补充3一次。补充糖的原则是使培养基中的糖浓度维持在30〜40g/1的水平。当堂浓度降到30g/1时，流加500g/1的粗糖浓溶液。但总加糖量（包括最初加糖量）不得超过130g/1，即按转化率95%计，发酵结束时，乳酸钙的含量不超过150g/1。当残糖降至2g/1以下时，即可认为发酵已经完成。发酵时间约为6天。发酵结束后，立即加入石灰乳，使ph上升至9〜10，并升温至70C，然后静置6〜12h。澄清后清液放出，沉渣压滤后一并进入提取工段。糖蜜发酵工艺（一） 糖蜜原料的预处理糖蜜原料含糖达500g/1左右，并且含有较多杂质，PH值偏碱或偏酸性，其中杂菌也相当多。为了适应于乳酸发酵，必须对它先进行稀释、酸化、灭菌、澄清等预处理。稀释加水量可按下式计算：原浓度-所需浓度加水体积= *原糖蜜体积所需浓度糖蜜稀释后，杂菌即可以在其中生长，必须立即进行酸化、灭菌。酸化的方法各地有所不同。酸可以直接加到稀糖液中，酸化至PH5.5为止。也可以先将糖液先稀释到400g/1左右，加酸加热澄清，取清液再稀释。这样能利用高酸度加强灭菌效果，又可加速澄清。但这种方法由于糖蜜粘度较大，为了保证甲酸时混合均匀，对混合设备的要求较高。酸化用乳酸为宜。酸化后，将糖液加热至90C左右，维持30min灭菌，之后静置澄清8〜12h，取上清液流入发酵罐，沉淀物质再加4〜5倍水，搅拌，再静置澄清数小时，上清液作下一次稀释用水，残渣弃去。两段稀释法只需将400g/1左右的糖液酸化后加热至80C，维持30min，之后静置澄清5〜6h，上清液用热水（40C左右）稀释后流入发酵罐即可。（二） 发酵规程生产罐用水洗净，流入糖蜜至规定液位，培养基的组成为：总糖 100g/1 CaHPO410g/1CaCO310g/1 玉米粉或麦根 10g/1培养基配好不再灭菌，接入德氏乳杆菌培养物10%，整个发酵过程中维持温度在50±1°C，缓慢搅拌。PH值由CaCO3维持在6.5左右，低于PH5.5要补加CaCO3或石灰乳，可每隔两小时检测补充一次。糖蜜发酵速率一般不高，含总糖100g/1的培养基的发酵