第三章柠檬酸生产原料及生产方法课件

1、第三章柠檬酸发酵原料和生产方法，第一节柠檬酸发酵原料，广义上讲，能够通过微生物代谢产生柠檬酸的，可以作为发酵柠檬酸的原料。 柠檬酸发酵的原料有糖类、生产定额残奥片、水果和粮食加工的下脚丫子材料等。10-20碳链蒸馏物、葡萄、菠萝、柑橘、苹果等果实加工残渣各种粮食加工下脚丫子材料，可根据原料选择的要求，1、土地条件，可在近期取材，价格低廉。 2、可用于原料的成分高，不受污染，抑制生长和产酸的物质少，可以去除，满足工艺要求。 3、原料资源丰富，采购运输方便，适合大规模储藏，能保证供应生产。 目前工业使用的原料主要是糖质原料、淀粉质原料和烷烃类原料。 一、糖质原料，(一)糖蜜1概念工业制糖过程中，糖

2、结晶析出后，多馀的不能结晶，但含糖分较多的母液。 不同制糖原料有分类，主要有甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。 糖蜜是制糖工业的副产品，其中含有很多可发酵的糖。 制糖工业的迅速发展，为柠檬酸的发酵工业提供了大量廉价原料。 a、甘蔗糖蜜是甘蔗制糖工业的副产品，中国南方产量高。 其成分与甜菜糖蜜有较大差异，主要有以下特征： (1)蔗糖少、转化糖含量高；(2)总氮低、不含甜菜碱和谷氨酸；(3)胶体多、色度高；(4)棉糖少、有机非糖分高；(5)缓冲度低b、甜菜糖蜜呈微碱性，外观浓厚，黑褐色，带特殊气味。 这种气味是由三一甲胺和甲基硫醚引起的。 甜菜的糖蜜成分非常复杂，而且变化很大。 与甜菜的生长环境、栽培和收获方法

3、、保存条件和时间、制糖技术等因素有关。 甜菜糖蜜平均80%、水分20%； 所含的感受态糖很少。 其含有有机非糖分中包含含氮物质、有机酸、糖的分解物、芳香族化合物等。 含氮物质约占糖蜜重量的0.6%0.8%。 主要为甜菜碱，达总氮含量的60%以上，其馀为氨基酸、蛋白质和硝酸盐等。 2、糖蜜的购买、输送、储藏糖蜜的质量对柠檬酸发酵影响很大，所以购买、检测、储藏糖蜜很重要。 糖蜜的购买要求新鲜，不受到污染和变质。 对糖蜜品质的要求除达到理化指标和官能指标外，还进行了发酵试验，不影响柠檬酸发酵酸的产生。 糖蜜感官要求：液体浓度均匀，颜色棕褐色，无夹杂物，无异味和发酵现象。 糖蜜在储藏过程中发生分解变质

4、，主要现象是产生大量泡沫，可溢出罐外的温度急剧上升，产生异味、颜色异常。 糖蜜由于渗透压高，一般微生物不能生长，但总是有菌(一般芽胞杆菌多)。 3、糖蜜预处理、糖蜜未经处理稀释发酵时，柠檬酸收率较低。 糖蜜中含有的金属络离子和营养物质可以促进菌体的过度生长，阻碍酸产生。 糖蜜在发酵前进行预处理可以减少糖蜜中n、p、Fe及其它有害杂质的含量。 它还可以简化提取过程，并有助于提高产品品质。 糖蜜预处理方法很多，最常见的方法是添加黄血盐(酚化钾元素，K4(CN)6Fe )，或用硫酸或磷酸处理，或添加活性炭、EDTA、单宁、石灰，或用络离子交换树脂等进行交互处理。 a、糖蜜的稀释糖蜜在处理前必须加水稀

5、释。 加水的量一般为1:1，否则黏性系数过高不利于后续操作。 糖蜜稀释后的体积缩小，而不是原蜜加水的体积之和。 这个缩小的比例根据原蜜源而不同，一般是6.5%8.2%。为了节约用水，糖蜜稀释可以采用生产中各种废水的资源再生，如钙元素盐洗涤水、罐洗涤水、结晶洗涤水等。 调节糖蜜的b、pH值本身是酸性的，也具有碱性，用黄血盐或其他方法处理前必须根据情况进行调节。 为了得到高稳定的发酵收率，考虑温度和加热时间的影响来调整酸度。 对于酸性原料，pH值应该高于碱性原料，因为它具有延迟缓冲性，所以制备的培养基在灭菌后酸化，被称为返酸，但碱性原料的性质恰好相反。 pH调整一般使用H2SO4或Na2CO3，参

6、考调整范围是pH值67.2。 用c、黄血榷盐法添加黄血盐，因糖蜜中金属络离子和总氮不同而不同，参考量为0.06%0.3%。 最常用的方法是在灭菌后接种前加入少量黄血盐，然后根据菌的生长和产酸情况再次加入。 主要用于利用黄血盐的螯合合作用。 Fe2被认为是曲霉TCA循环中乌头酸酶催化剂的激活剂，但是后者不利于柠檬酸的蓄积，添加黄血盐则Fe2被去除，促进柠檬酸的蓄积。 黄血盐与Mn2、Zn2、Cu2等离子体形成沉淀，去除这些个络离子，简化提取工艺，提高柠檬酸纯度。 d、离子交换法糖蜜加水稀释后通过氢型阳络离子交换树脂柱吸附阳络离子。 也有通过阴络离子交换树脂吸附PO43-等阴络离子的情况，但一般不

7、需要。 吸附阴络离子后糖蜜的pH降低到3.0左右，试剂氨水可调节ph 4.0 . (二)蔗糖、蔗糖按原料分甘蔗糖和甜菜糖。 粗蔗糖(原糖)约含有95%的蔗糖，也含有少量灰分、蛋白质、色素等杂质，特别是土法生产的红糖粉杂质较多，一般需要处理。 我国一般不生产粗蔗糖，只是土法生产的红糖粉，一般进口粗蔗糖。 (三)葡萄糖母液、葡萄糖母液是纯化葡萄糖结晶后的不结晶糖液。 根据淀粉糖化葡萄糖的制造方法，可以分为酸糖化母液和酶催化剂糖化母液。 后者质量好，前者杂乱无章。 作为柠檬酸发酵原料，葡萄糖和蔗糖之间没有根本差异，不同点在于杂质的影响，特别是灰分中金属络离子的含量。 蔗糖含有亚金属铅络离子，葡萄糖含

8、有铁元素、锰和铜络离子。 这4种络离子对柠檬酸发酵有很大影响，特别是对锰络离子有负面作用。 (四)麦糖、麦糖蒸煮淀粉质原料糊化后，加入麦芽粉或麸质糖化，过滤浓缩的黄色粘性糖液。 麦芽糖是水解作用不完全的淀粉水解作用糖，主要含有麦芽糖和小分子糊精等。 从柠檬酸生产的角度出发，葡萄糖、蔗糖、糊精是最好的原料，从工业成本的角度出发，大多采用糖蜜等廉价原料。 二、淀粉质原料及其处理，(一)淀粉原料的成分主要是红薯多用户多输入多输出、木薯、马铃薯、玉米等。 淀粉含量非常多，而且来源丰富，容易大规模储藏，能满足柠檬酸发酵技术的要求。 一个条子多用户多输入多输出类，条子多用户多输入多输出也称为条子多用户多输

9、入多输出、条子多用户多输入多输出、条子多用户多输入多输出或条子多用户多输入多输出。 在华东一带也被称为山芋，在华北也被称为地瓜，在四川、湖北也被称为地瓜多用户多输入多输出。 它广泛分布于我国，产量以安徽、四川、山东、河南、河北地辖区居多。 甘薯多用户多输入多输出种类也很多，根据块根表皮的颜色可分为红皮、白皮、黄皮、紫皮等肤色的红心、黄心、紫心、灰心等甘薯多用户多输入多输出是高产作物，新鲜甘薯多用户多输入多输出水分和糖分多，营养一盏茶，易被微生物污染腐烂。 特别是表皮受伤后，新鲜的条子多用户多输入多输出很难储藏。 生产柠檬酸的原料经常使用薯干或薯干粉。 甘蓝多用户多输入多输出的灰分中，K2O约为

10、3%，P2O5约为9%，CaO约为13%，MgO约为4%，其他为71%。 含氮物质中，蛋白质约2/3，酰胺约1/3，还有核酸盐化学基、甜菜碱、胆碱等。红薯干是新鲜红薯多用户多输入多输出切片干燥而成，外观指标：一级红薯干：片大，整齐，均匀，内外白生生。 二级薯干：片大，较均匀，外部白，内部褐纹。 三级薯干：片大，不规则，霉差，黄黑色。 项目名称白薯多用户多输入多输出干燥理化指标(% )白薯多用户多输入多输出是柠檬酸生产的最高淀粉原料，2、木薯类木薯也被称为白薯多用户多输入多输出，是亚热带高产经济作物，适应力强，容易种植。 木薯起源于热带美洲，广泛种植于热带和部分亚热带地区，中国种植于十九世纪2.

11、0年代，现在广泛分布于华南地辖区，广东和广西种植面积最大，福建和福摩萨其次，云南、贵州、四川、湖南、江西等省也少量种植。 木薯品种多，一般分为两类： (1)苦味木薯：又称有毒木薯，茎杆红或淡红，产量高，生长期长，约1年半。 含氰的氰苷类(腈氰苷类)，酶水解后释放出氰酸(HCN )，对人体有毒，但干燥后大部分消失，在后续工序蒸煮液化过程中基本除去，对发酵或产品品质无影响(2)甜味木薯：无毒木薯，茎棒为绿色或茶色，生长期间木薯块根的主要成分是碳水化合物，蛋白质和脂肪等含量少。 新鲜木薯块根含有2733%左右的白淀粉，4%左右的蔗糖。 木薯淀粉粒径424m。 3马铃薯也被称为洋山芋、马铃薯、山药蛋。

12、 我国的马铃薯栽培地区也很广，主要东北、内蒙古和西北地辖区产量大。 和白薯多用户多输入多输出相比，马铃薯的储藏更容易。 因此，除了用马铃薯粉和马铃薯干燥之外，新鲜马铃薯也是常用原料。 马铃薯是一种氮含量高、天然优良的培养基，柠檬酸发酵营养过剩。 另外，马铃薯灰分主要为K2O、60%、其次为P2O5、17%。马铃薯的化学成分(% )、名称、水分、粗蛋白、碳水化合物、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、华北马铃薯、华东马铃薯、马铃薯干燥、73.3、81.3、12.0、17.6、15.83、74.6、5.6、1.8、7.4、0.10、0.02 其子粒组织情况因品种而异，玉米粒包括果皮、种皮、糊粒皮、内胚乳、胚体

13、或胚芽、实尖等6个基本部分。 玉米主要应用于食用、饲养和工业加工。 玉米的特点是脂肪含量高，但脂肪主要集中在玉米胚芽上。 玉米加工成玉米面时，各部分均含胚芽作为榨油使用，制成的玉米油，维生素a、d、e丰富，小盆友易消化吸收，也能对心脑血管患者发挥保健作用，其中含有亚油酸，不仅有坚固身体的作用，也有美丽皮肤的玉米总体化学成分(% ) (干物质)、化学成分、蛋白质、砂糖、淀粉、脂肪、胞里肌肉、灰分、范围、平均值、6.513.2、9.6、61.673.4、7.2、1.052.82、1.58、3.66.5、4.9、1.92、1.044 (2)淀粉质原料的预处理，1薯干燥的粉碎薯干燥，首先粉碎，工厂称为

14、粉碎的常用粉碎设备是锤式粉碎机械。 锤磨粉机结构简单，占地面积小，生产能力大，操作弹性大。 但是，锤刀容易磨损，屏幕容易损坏。 特别是有硬材料和石头等异物时，需要经常更换屏幕，运转时的噪音也很大。 薯干粉碎度的大小取决于以后采用的处理技术。 液化法的处理粉碎度很细，一般的粒度是。 0.4mm左右，即选择4.0网筛的糖化法要求粒度为0.8mm左右，即选择2.0网的筛。 2淀粉质原料糖化曲霉具有糖化能力，但柠檬酸发酵菌种的糖化和液化能力不强。 为了缩短发酵时间等目的，淀粉原料必须经常经过糖化和液化处理。 具体哪种方法合适与原料的种类也有关。玉米淀粉适用于糖化法，薯类淀粉适用于液化法。 糖化法根据催

15、化剂分为酸法糖化和酶催化剂法糖化。 酸法糖化的催化剂可以使用硫酸、盐酸、草酸等。 草酸能阻止淀粉过度分解，糖化率达到80%，柠檬酸收率也达到56% 59%，但草酸昂贵，工业生产中常用的硫酸是糖化催化剂。 3淀粉质原料的液化是通过加入液化酶催化剂完成的，后续的糖化是由发酵菌种(曲霉)自己完成的。 淀粉的液化是淀粉酶催化的。 该酶催化剂水解作用淀粉分子内部的- 1，4糖苷键，与短链糊精生成果寡糖。 反应体系的黏性系数降低，流变性增加，液化。 液化操作的好坏直接影响后续曲霉的糖化作用、发酵产糖和产酸等工艺指标，必须严格管理。 三、供给石油原料、发酵原料的石油组分主要是碳1020的生产定额残奥翅片。

16、一般采用经炼油厂处理的合格原料，但不是在柠檬酸工厂处理，石油原料的处理很麻烦。 流动残奥翅片、流动残奥翅片也被称为白矿物油，是从原油中分馏而得的碳数1020的残奥翅片混合物。 轻矿物油和一般矿物油分开，但轻矿物油的比重和黏性系数低。 根据纯度分为粗制残奥翅片油和精制残奥翅片油。 性质：无色透明油状液体，无臭，不溶于水和乙醇，可溶于醚和三氯甲烷，化学性质稳定。 (1)由于使用流动残奥散热片对皮肤和毛发的润湿效果高，可作为化妆品、软膏等油性原料使用；(2)流动残奥散热片抑制很多微生物的代谢，延迟细胞球的老化，隔断氧的交流，防止培养基的水分蒸发，可进行菌种的贮藏，即流动残奥散热片(3)流动残奥片可用

17、于泻药、软膏剂、擦剂、灌肠等压电石英药材。 也可用于制作摇镜头时润滑剂这样的食品工业，其使用量被限制在0.3%以下。 第二节柠檬酸发酵和提取方法，第一、发酵柠檬酸发酵是利用微生物在一定条件下的生命代谢活动获得产品，无论采用哪种微生物，柠檬酸发酵都是典型的好氧发酵。 (1)发酵方法目前的柠檬酸发酵方法如下图所示： (2)简单阐述发酵方法是微生物发酵柠檬酸为典型的好氧发酵，深层发酵是利用强制流至液相的溶解氧发酵的表面和固体法利用环境空气中的气相氧，满足微生物代谢所需的氧。 三种方法各有优缺点，其中深层发酵是最先进的发酵方法，目前已成为柠檬酸生产的主要方法。 1、深层液体发酵深层液体发酵，是将培养基

18、装入配备有混料器的发酵槽，通过接种、通气进行的发酵。 按照操作方式，液体深层发酵主要可分为间歇发酵、连续发酵和半连续发酵三种。 特征： (a )微生物菌均匀地分散在液相中，菌、营养成分和氧可均匀混合；(b )发酵时不产生孢子，所有菌细胞球均参与合成柠檬酸的代谢。 黑曲霉菌体不单细胞球，其繁殖几何数不增加，因此没有对数生长。 干重的立方根与时间呈直线关系。 (1)间歇发酵也称为分批发酵，是将全部材料一次投入反应器灭菌接种，数小时后一次释放发酵液的操作过程。 黑曲霉发酵过程可分为延迟、快速成长期和衰退期。 特点： (1)在培养过程中，除了氧气供给、发酵排瓦斯气体排出、添加防沫剂和调节pH值的酸和碱之外，整个培养系统与外界均无其他物质交换。 (2)微生物生长、各种基质消耗和代谢产物合成处于透明二烯烃状态，整个发酵过程处于不稳定状态。优点： (1)周期短，培养基一次灭菌，一次投入原料，容易实现无菌状态，不发生菌种退化现象；(2)操作简单，操作控制容易，产品品质稳定；(3)营养