木薯清液發酵生產檸檬酸的工藝研究

汪磊

摘 要：以木薯清液為原料，用50L發酵罐進行檸檬酸發酵實驗，接種量10～12%，發酵起始pH值控制為4.5～5.0，發酵溫度37～39℃，罐壓0.1Mpa，尿素添加量為0.6%，發酵68h產酸可達16.5%，殘總糖≤1.0%，糖酸轉化率≥98.1%。

關鍵詞：木薯清液；檸檬酸；黑曲霉

玉米清液發酵生產檸檬酸已經被全國不少廠家所使用，該工藝克服了薯干、糖蜜等原料的一些弊端，為農副產品深加工找到了一條出路，但是對玉米需求量的增大會使全球糧食危機加重。木薯產量高，不與主要糧食爭地，價格低廉，淀粉含量高，是取代玉米等原料生產檸檬酸的理想替代物，采用清液發酵具有發酵液固形物少，濾液清，油脂少，利于檸檬酸后提取，提高回收率和產品質量等特點。且液化后得到的濾渣可用于制備高品質的蛋白飼料。目前全國已有不少工廠以木薯粉為原料生產檸檬酸，文章進行了以木薯清液進行檸檬酸發酵的工藝研究。

1 材料與方法

1.1 菌種

黑曲霉（Aspergillus niger） 由中糧安徽生物化學有限公司菌種室提供。

1.2 培養基

斜面培養基：采用土豆瓊脂培養基。

種子培養基：木薯液化清液，補充2%的玉米漿作為氮源。

發酵培養基：木薯液化清液，補充適量尿素作為氮源。

1.3 培養條件

斜面33℃，培養5～7d。種子罐采用5L單層平葉全自動發酵罐36℃培養20～24h，風量1：0.4vvm，轉速300rpm，接入106個/ml的孢子。發酵罐采用50L三層平葉全自動發酵罐，裝液量30L，風量1：0.2vvm，轉速350rpm。

1.4 木薯液化清液的制備

按25%（m/v）的粉漿比對木薯粉進行調漿，按50U/g絕干淀粉的量加入耐高溫α-淀粉酶，90℃液化至碘試合格，離心取清液。

1.5 分析方法

pH測定：采用pH計測定。

產酸測定：發酵液經普通濾紙過濾后，用0.1429mol/LNaOH滴定，每消耗1ml NaOH為1%酸度。

總糖測定：經6mol/L硫酸水解后，用費林法測定[1]。

還原糖測定：直接用費林法測定[1]。

蛋白質測定：用凱氏定氮法[2]。

2 結果與分析

2.1 接種量對木薯清液發酵檸檬酸產酸的影響

檸檬酸發酵接種量的多少，直接決定于進入培養系統的孢子數量[3]。菌絲球接種數一般與孢子數成正比。從表1中可以看出，菌絲球接種量大小對產酸率有一定的影響，在一定的范圍內，接種量越大，產酸越高。但接種量過大會影響發酵的有效體積，本實驗條件下，接種量在10～12%較為合適。

表1 接種量對產酸的影響

2.2 起始pH對木薯清液發酵檸檬酸產酸的影響

接種量10%，考察不同起始pH對玉米清液發酵的影響。從表2可以看出，pH值控制在4.5～5.0較為合適。起始pH較低（4.5以下），可能會影響糖化酶活力而使原料不能充分糖化。而pH值為大于5.5時，可能由于接近中性的條件下，細胞表面電荷減少，菌體間的斥力減弱而使菌球聚集，致使發酵產酸很慢[4]。

表2 起始pH對產酸的影響

2.3 發酵溫度控制對木薯清液發酵檸檬酸的影響

從表3可以看出，溫度低于35℃高于39℃時，菌體產酸水平較低。菌體最佳發酵溫度為37～39℃。溫度低于35℃時可能影響菌體生長從而導致產酸緩慢，發酵周期較長。溫度高于39℃時，發酵周期雖然縮短，但轉化率偏低，可能由于溫度過高導致菌體及雜酸產生過量，菌體易早衰，影響糖酸轉化率。

表3 不同發酵溫度對產酸的影響

2.4 罐壓控制對木薯清液發酵檸檬酸的影響

發酵罐通風時還要維持一定的罐壓，在一定范圍內，氣體的溶解度與罐壓成正比。從表4可以看出罐壓在0.1Mpa時，平均每小時產酸可以達到0.25%，隨著罐壓的降低，產酸速率也在降低，當罐壓降至0.02Mpa時，平均每小時產酸僅為0.08%。在檸檬酸發酵中，較高的罐壓不僅增加菌體產酸所需的溶解氧，還可以增加二氧化碳的溶解度，促進二氧化碳的固定。

表4 不同罐壓對產酸速率的影響

2.5 尿素的添加量對木薯清液發酵檸檬酸產酸的影響

發酵培養基中氮源含量過于豐富，菌生長代謝加快，雖對縮短發酵周期有利，但不利于檸檬酸積累，產酸率不高；但是氮源含量過少又不利于菌體生長發育[5]。本實驗控制發酵起始pH5.0～5.5，發酵溫度37～39℃，罐壓0.1Mpa，接種量10%，以木薯清液為基料，加入不同量的尿素以調整發酵培養基的氮源含量，確定尿素的最適添加量。其產酸結果如圖1所示。圖1顯示，尿素添加量在0.6%時產酸最高。尿素添加量低于此值，則氮源偏低而影響產酸，尿素添加量超過此值可能會對菌體產生一定的毒性從而影響菌體生長代謝。

表5 尿素添加量對產酸的影響

3 結束語

以木薯清液為原料，用50L發酵罐進行檸檬酸發酵實驗，接種量10～12%，發酵起始pH值控制為4.5～5.0，發酵溫度37～39℃，罐壓0.1Mpa，尿素添加量為0.6%，發酵68h產酸可達16.5%（w/v），殘總糖≤1.0%（w/v），糖酸轉化率≥98.1%。

參考文獻

[1]金其榮.有機酸發酵工藝學[M].北京： 中國輕工業出版社，1992.

[2]朱儉.生物化學實驗[M].上海： 上海科學技術出版社， 1981.

[3]陳堅，堵國成，李寅，等.發酵工程實驗技術[M].化學工業出版社， 2003： 70-71.

[4]陳燕飛.pH對微生物的影響[J].太原師范學院學報（自然科學版）， 2009（3）： 121-124.

[5]朱亨政.檸檬酸發酵[M].食品與發酵工業， 1994（06）： 69-74.endprint

摘 要：以木薯清液為原料，用50L發酵罐進行檸檬酸發酵實驗，接種量10～12%，發酵起始pH值控制為4.5～5.0，發酵溫度37～39℃，罐壓0.1Mpa，尿素添加量為0.6%，發酵68h產酸可達16.5%，殘總糖≤1.0%，糖酸轉化率≥98.1%。

關鍵詞：木薯清液；檸檬酸；黑曲霉

玉米清液發酵生產檸檬酸已經被全國不少廠家所使用，該工藝克服了薯干、糖蜜等原料的一些弊端，為農副產品深加工找到了一條出路，但是對玉米需求量的增大會使全球糧食危機加重。木薯產量高，不與主要糧食爭地，價格低廉，淀粉含量高，是取代玉米等原料生產檸檬酸的理想替代物，采用清液發酵具有發酵液固形物少，濾液清，油脂少，利于檸檬酸后提取，提高回收率和產品質量等特點。且液化后得到的濾渣可用于制備高品質的蛋白飼料。目前全國已有不少工廠以木薯粉為原料生產檸檬酸，文章進行了以木薯清液進行檸檬酸發酵的工藝研究。

1 材料與方法

1.1 菌種

黑曲霉（Aspergillus niger） 由中糧安徽生物化學有限公司菌種室提供。

1.2 培養基

斜面培養基：采用土豆瓊脂培養基。

種子培養基：木薯液化清液，補充2%的玉米漿作為氮源。

發酵培養基：木薯液化清液，補充適量尿素作為氮源。

1.3 培養條件

斜面33℃，培養5～7d。種子罐采用5L單層平葉全自動發酵罐36℃培養20～24h，風量1：0.4vvm，轉速300rpm，接入106個/ml的孢子。發酵罐采用50L三層平葉全自動發酵罐，裝液量30L，風量1：0.2vvm，轉速350rpm。

1.4 木薯液化清液的制備

按25%（m/v）的粉漿比對木薯粉進行調漿，按50U/g絕干淀粉的量加入耐高溫α-淀粉酶，90℃液化至碘試合格，離心取清液。

1.5 分析方法

pH測定：采用pH計測定。

產酸測定：發酵液經普通濾紙過濾后，用0.1429mol/LNaOH滴定，每消耗1ml NaOH為1%酸度。

總糖測定：經6mol/L硫酸水解后，用費林法測定[1]。

還原糖測定：直接用費林法測定[1]。

蛋白質測定：用凱氏定氮法[2]。

2 結果與分析

2.1 接種量對木薯清液發酵檸檬酸產酸的影響

檸檬酸發酵接種量的多少，直接決定于進入培養系統的孢子數量[3]。菌絲球接種數一般與孢子數成正比。從表1中可以看出，菌絲球接種量大小對產酸率有一定的影響，在一定的范圍內，接種量越大，產酸越高。但接種量過大會影響發酵的有效體積，本實驗條件下，接種量在10～12%較為合適。

表1 接種量對產酸的影響

2.2 起始pH對木薯清液發酵檸檬酸產酸的影響

接種量10%，考察不同起始pH對玉米清液發酵的影響。從表2可以看出，pH值控制在4.5～5.0較為合適。起始pH較低（4.5以下），可能會影響糖化酶活力而使原料不能充分糖化。而pH值為大于5.5時，可能由于接近中性的條件下，細胞表面電荷減少，菌體間的斥力減弱而使菌球聚集，致使發酵產酸很慢[4]。

表2 起始pH對產酸的影響

2.3 發酵溫度控制對木薯清液發酵檸檬酸的影響

從表3可以看出，溫度低于35℃高于39℃時，菌體產酸水平較低。菌體最佳發酵溫度為37～39℃。溫度低于35℃時可能影響菌體生長從而導致產酸緩慢，發酵周期較長。溫度高于39℃時，發酵周期雖然縮短，但轉化率偏低，可能由于溫度過高導致菌體及雜酸產生過量，菌體易早衰，影響糖酸轉化率。

表3 不同發酵溫度對產酸的影響

2.4 罐壓控制對木薯清液發酵檸檬酸的影響

發酵罐通風時還要維持一定的罐壓，在一定范圍內，氣體的溶解度與罐壓成正比。從表4可以看出罐壓在0.1Mpa時，平均每小時產酸可以達到0.25%，隨著罐壓的降低，產酸速率也在降低，當罐壓降至0.02Mpa時，平均每小時產酸僅為0.08%。在檸檬酸發酵中，較高的罐壓不僅增加菌體產酸所需的溶解氧，還可以增加二氧化碳的溶解度，促進二氧化碳的固定。

表4 不同罐壓對產酸速率的影響

2.5 尿素的添加量對木薯清液發酵檸檬酸產酸的影響

發酵培養基中氮源含量過于豐富，菌生長代謝加快，雖對縮短發酵周期有利，但不利于檸檬酸積累，產酸率不高；但是氮源含量過少又不利于菌體生長發育[5]。本實驗控制發酵起始pH5.0～5.5，發酵溫度37～39℃，罐壓0.1Mpa，接種量10%，以木薯清液為基料，加入不同量的尿素以調整發酵培養基的氮源含量，確定尿素的最適添加量。其產酸結果如圖1所示。圖1顯示，尿素添加量在0.6%時產酸最高。尿素添加量低于此值，則氮源偏低而影響產酸，尿素添加量超過此值可能會對菌體產生一定的毒性從而影響菌體生長代謝。

表5 尿素添加量對產酸的影響

3 結束語

以木薯清液為原料，用50L發酵罐進行檸檬酸發酵實驗，接種量10～12%，發酵起始pH值控制為4.5～5.0，發酵溫度37～39℃，罐壓0.1Mpa，尿素添加量為0.6%，發酵68h產酸可達16.5%（w/v），殘總糖≤1.0%（w/v），糖酸轉化率≥98.1%。

參考文獻

[1]金其榮.有機酸發酵工藝學[M].北京： 中國輕工業出版社，1992.

[2]朱儉.生物化學實驗[M].上海： 上海科學技術出版社， 1981.

[3]陳堅，堵國成，李寅，等.發酵工程實驗技術[M].化學工業出版社， 2003： 70-71.

[4]陳燕飛.pH對微生物的影響[J].太原師范學院學報（自然科學版）， 2009（3）： 121-124.

[5]朱亨政.檸檬酸發酵[M].食品與發酵工業， 1994（06）： 69-74.endprint

摘 要：以木薯清液為原料，用50L發酵罐進行檸檬酸發酵實驗，接種量10～12%，發酵起始pH值控制為4.5～5.0，發酵溫度37～39℃，罐壓0.1Mpa，尿素添加量為0.6%，發酵68h產酸可達16.5%，殘總糖≤1.0%，糖酸轉化率≥98.1%。

關鍵詞：木薯清液；檸檬酸；黑曲霉

玉米清液發酵生產檸檬酸已經被全國不少廠家所使用，該工藝克服了薯干、糖蜜等原料的一些弊端，為農副產品深加工找到了一條出路，但是對玉米需求量的增大會使全球糧食危機加重。木薯產量高，不與主要糧食爭地，價格低廉，淀粉含量高，是取代玉米等原料生產檸檬酸的理想替代物，采用清液發酵具有發酵液固形物少，濾液清，油脂少，利于檸檬酸后提取，提高回收率和產品質量等特點。且液化后得到的濾渣可用于制備高品質的蛋白飼料。目前全國已有不少工廠以木薯粉為原料生產檸檬酸，文章進行了以木薯清液進行檸檬酸發酵的工藝研究。

1 材料與方法

1.1 菌種

黑曲霉（Aspergillus niger） 由中糧安徽生物化學有限公司菌種室提供。

1.2 培養基

斜面培養基：采用土豆瓊脂培養基。

種子培養基：木薯液化清液，補充2%的玉米漿作為氮源。

發酵培養基：木薯液化清液，補充適量尿素作為氮源。

1.3 培養條件

斜面33℃，培養5～7d。種子罐采用5L單層平葉全自動發酵罐36℃培養20～24h，風量1：0.4vvm，轉速300rpm，接入106個/ml的孢子。發酵罐采用50L三層平葉全自動發酵罐，裝液量30L，風量1：0.2vvm，轉速350rpm。

1.4 木薯液化清液的制備

按25%（m/v）的粉漿比對木薯粉進行調漿，按50U/g絕干淀粉的量加入耐高溫α-淀粉酶，90℃液化至碘試合格，離心取清液。

1.5 分析方法

pH測定：采用pH計測定。

產酸測定：發酵液經普通濾紙過濾后，用0.1429mol/LNaOH滴定，每消耗1ml NaOH為1%酸度。

總糖測定：經6mol/L硫酸水解后，用費林法測定[1]。

還原糖測定：直接用費林法測定[1]。

蛋白質測定：用凱氏定氮法[2]。

2 結果與分析

2.1 接種量對木薯清液發酵檸檬酸產酸的影響

檸檬酸發酵接種量的多少，直接決定于進入培養系統的孢子數量[3]。菌絲球接種數一般與孢子數成正比。從表1中可以看出，菌絲球接種量大小對產酸率有一定的影響，在一定的范圍內，接種量越大，產酸越高。但接種量過大會影響發酵的有效體積，本實驗條件下，接種量在10～12%較為合適。

表1 接種量對產酸的影響

2.2 起始pH對木薯清液發酵檸檬酸產酸的影響

接種量10%，考察不同起始pH對玉米清液發酵的影響。從表2可以看出，pH值控制在4.5～5.0較為合適。起始pH較低（4.5以下），可能會影響糖化酶活力而使原料不能充分糖化。而pH值為大于5.5時，可能由于接近中性的條件下，細胞表面電荷減少，菌體間的斥力減弱而使菌球聚集，致使發酵產酸很慢[4]。

表2 起始pH對產酸的影響

2.3 發酵溫度控制對木薯清液發酵檸檬酸的影響

從表3可以看出，溫度低于35℃高于39℃時，菌體產酸水平較低。菌體最佳發酵溫度為37～39℃。溫度低于35℃時可能影響菌體生長從而導致產酸緩慢，發酵周期較長。溫度高于39℃時，發酵周期雖然縮短，但轉化率偏低，可能由于溫度過高導致菌體及雜酸產生過量，菌體易早衰，影響糖酸轉化率。

表3 不同發酵溫度對產酸的影響

2.4 罐壓控制對木薯清液發酵檸檬酸的影響

發酵罐通風時還要維持一定的罐壓，在一定范圍內，氣體的溶解度與罐壓成正比。從表4可以看出罐壓在0.1Mpa時，平均每小時產酸可以達到0.25%，隨著罐壓的降低，產酸速率也在降低，當罐壓降至0.02Mpa時，平均每小時產酸僅為0.08%。在檸檬酸發酵中，較高的罐壓不僅增加菌體產酸所需的溶解氧，還可以增加二氧化碳的溶解度，促進二氧化碳的固定。

表4 不同罐壓對產酸速率的影響

2.5 尿素的添加量對木薯清液發酵檸檬酸產酸的影響

發酵培養基中氮源含量過于豐富，菌生長代謝加快，雖對縮短發酵周期有利，但不利于檸檬酸積累，產酸率不高；但是氮源含量過少又不利于菌體生長發育[5]。本實驗控制發酵起始pH5.0～5.5，發酵溫度37～39℃，罐壓0.1Mpa，接種量10%，以木薯清液為基料，加入不同量的尿素以調整發酵培養基的氮源含量，確定尿素的最適添加量。其產酸結果如圖1所示。圖1顯示，尿素添加量在0.6%時產酸最高。尿素添加量低于此值，則氮源偏低而影響產酸，尿素添加量超過此值可能會對菌體產生一定的毒性從而影響菌體生長代謝。

表5 尿素添加量對產酸的影響

3 結束語

以木薯清液為原料，用50L發酵罐進行檸檬酸發酵實驗，接種量10～12%，發酵起始pH值控制為4.5～5.0，發酵溫度37～39℃，罐壓0.1Mpa，尿素添加量為0.6%，發酵68h產酸可達16.5%（w/v），殘總糖≤1.0%（w/v），糖酸轉化率≥98.1%。

參考文獻

[1]金其榮.有機酸發酵工藝學[M].北京： 中國輕工業出版社，1992.

[2]朱儉.生物化學實驗[M].上海： 上海科學技術出版社， 1981.

[3]陳堅，堵國成，李寅，等.發酵工程實驗技術[M].化學工業出版社， 2003： 70-71.

[4]陳燕飛.pH對微生物的影響[J].太原師范學院學報（自然科學版）， 2009（3）： 121-124.

[5]朱亨政.檸檬酸發酵[M].食品與發酵工業， 1994（06）： 69-74.endprint