以玉米為原料發酵生產L-乳酸工藝條件優化

孫華

摘? 要：L-乳酸工藝條件優化措施的有效落實，一方面能夠有效提升玉米原料的整體利用率，縮減L-乳酸產品制備的成本，更好地保障產品的質量;另一方面，憑借液化與糖化等工藝流程的調整，更能夠顯著提升整體產品的制備速率，使其更貼合產業經濟高速發展的形式，增強產品在市場中的競爭力。該文基于玉米原料發酵生產L-乳酸工藝條件優化要素展開分析，期望能夠為后續生產提供良好參照。

關鍵詞：玉米;發酵生產;L-乳酸;工藝優化

中圖分類號：TQ921? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

L-乳酸是以玉米淀粉為主要原料，通過生物發酵技術精制得來的有機酸。其液體為無色澄清狀，與水、乙醇、乙醚能任意融合，并且具備較好的生物相容性，可以直接參與至人體新陳代謝中，并且無任何副作用，因此被廣泛應用于醫藥、食品和化妝品煙草等行業內，具備極高的商業價值。而站在產品生產的角度來看，現有L-乳酸生產工藝仍停留在產品初級極端，若要得到質量更好的產品，則勢必要對其制備工藝進行優化。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

材料：選用單位培育的L-乳酸高產菌株凝結芽孢桿菌、基氮、斐林試劑。

儀器：全自動發酵罐、溶氧測定儀、恒溫水浴鍋、高壓蒸汽滅菌鍋、電子顯微鏡、噴射液化器及配套裝置、電子天平、溫度測定儀、pH計。

1.2 試驗方法

首先，需取定量淀粉酶與水，將二者以一定比例混合，再攪拌，定容，制備成復合酶制劑，在玉米面粉調漿操作期間，逐步加入至其中，做好預液化操作，然后再借由噴射液化氣及配套裝置進行徹底液化，通過過濾措施將玉米蛋白粉篩出，對液體進行糖化操作，最后再由發酵罐進行發酵，隨后制成L-乳酸產品。

篩出的玉米蛋白粉則需要經過烘干處理，隨后便可包裝存儲。

1.3 工藝優化對策

1.3.1 玉米粉液化工藝優化

不同調漿溫度、預液化時間、加酶量對玉米粉液化的影響如下：玉米粉加水調漿后迅速吸水膨脹，通過調整調漿溫度，抑制細菌的繁殖，再加入一定比例的淀粉酶，在淀粉酶的作用下，淀粉變成溶解狀態。結合試驗結果觀察可知，調漿溫度在95 ℃時，預液化時間60 min，液化時間90 min，淀粉酶加入比例為0.1%時效果較好。

1.3.2 糖化工藝條件的優化

糖化工藝條件的研究主要包括：糖化溫度、pH值、加酶量和反應時間等4個因素，目的是得到符合乳酸發酵要求的葡萄糖液。由于4個因素緊密相關，采用L9（34）進行正交實驗，其因素水平見表1。

結合試驗結果可知，確定糖化的最佳條件為即糖化溫度60 ℃，糖化時間24 h，糖化pH值4.8，復合酶制劑用量0.15%。比較原有糖化工藝，不但在工藝條件方面得到了顯著改善，使得可發酵性的得率提升較高，同時糖液的過濾速度也得到了保障，使玉米原材料的利用率得到了較大的提高，為后續L-乳酸發酵工藝的持續發展奠定了較扎實的基礎。

2 發酵工藝各項條件的優化

2.1 發酵營養條件的優化

2.1.1 氮源影響

為明確不同氮源對L-乳酸發酵的影響，使發酵工藝條件得到更合理的改善，該次試驗共選用了酵母膏、麩皮、棉籽蛋白粉和玉米漿4種氮源，并在同種反應環境和處理流程中進行了對比。根據試驗結果可知，酵母膏的發酵產量最高，其次便是玉米漿，而麩皮與棉籽蛋白粉的產量較低，并不符合工業化生產的需要。期間，若選用酵母膏作為主要生產氮源，其成本較高，很難為工業化生產提供充足的經濟效益，而玉米漿的成本較低廉，并且產酸量相對于酵母膏差距不大，所以能為企業提供客觀的經濟效益。

2.1.2 糖濃度影響

為了明確糖濃度對發酵工藝的影響，在全自動發酵罐基礎上，將糖濃度控制在170 g/L～250 g/L，期間濃度由低到高分別試驗。經由菌體產酸檢測結果可知，L-乳酸發酵工藝最適合的濃度為230 g/L，而后濃度的提升對發酵產酸量的影響不明顯。

2.2 各項發酵條件對L-乳酸發酵的影響

2.2.1 接種量的影響

為明確不同接種量對發酵周期的影響，在菌種選育的基礎上，需要嚴格把控發酵材料的質量配比，而后再對發酵周期數據進行統計，以便對比得出結論。

根據試驗結果可知，在接種量占發酵材料的10%時，L-乳酸的發酵周期能夠較迅速的縮短至47 h，而后持續增大接種量，變化并不顯著，因此接種量控制在10%，是最合適的配比。

2.2.2 溫度的影響

為了明確不同溫度環境對發酵產酸的影響，本次試驗將發酵溫度控制在49 ℃、50 ℃與51 ℃，發酵時長控制在60 h，并分別設立了試驗組，以便對菌體成長的狀況進行對照。而結合試驗資料可知，L-乳酸在發酵期間，49 ℃與51 ℃在0～40 h區間的產酸量雖一直呈極為明顯的上升趨勢，但之后呈現出了較明顯的下滑趨勢，而50 ℃的反應則較為平穩，因此也更適用于工業生產。

2.2.3 pH值的影響

為了明確不同pH值對發酵產酸的影響，該次試驗將反應pH值控制在4.5～8.0，并列舉了多個試驗組別。結合試驗結果可知，菌體生長及產酸在pH值4.5～6.2，其產量一直呈現較明顯的上升趨勢，而在pH值6.2～8.0階段，產量下滑也較為嚴重，因此為保證菌體生長量吻合工業生產需求，其發酵環境的pH值理應控制在6.2。

2.3 發酵工藝整合優化

根據上述各項優化試驗可知，糖濃度為230 g/L，接種量為10%，溫度為50 ℃，pH值為6.2，氮源為玉米漿是最適合工業生產的搭配，但在生產制備經驗尚不充分的情況下，以上工藝優化措施是否存有內在干擾仍不得而知，因此便需要對發酵工藝進行整合優化，并查看各類因素是否存在相互抑制或干擾的情況。

在整合期間，該次試驗主要采用了二水平設計與響應面分析2種舉措。

其中，二水平設計是借由mintab軟件對各項試驗元素的整合，通過特性認定進行復次模擬試驗，分析是否存在干擾與影響因素的檢測方法。在這一過程中，每個影響因素都會選擇一個較高和較低的水平，然后通過假定響應值區間判定最適宜的搭配方案。

響應面分析是基于二水平設計確定主要影響要素的研究辦法，在多次模擬試驗中，能夠有效篩選出潛在的問題，并可以進一步縮減試驗誤差。而通過歸回方程可知，溫度50 ℃。pH值6.2的環境中，所產出的乳酸產量高于多次試驗的平均值，因此可證明上述工藝優化條件能夠為L-乳酸的生產提供充足保障。

3 結語

以玉米為原料發酵生產L-乳酸工藝條件優化措施的有效落實，不但能夠以經濟為前提，在原有產業鏈基礎上提供更高效的生產方案，顯著提升工業生產的經濟效益，同時糖濃度、氮源、接種量、溫度、pH值等工藝元素的有效管控，更能夠提升工藝生產的穩定性，進一步降低產品原料的損耗。因此，在論述l-乳酸工藝條件如何優化期間，必須明確各類因素可能對發酵工藝造成的影響，并做好各項試驗做好論據，才能為后續生產工藝的可持續優化奠定更扎實的基礎。

參考文獻

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