2022年现代食品发酵技术教案柠檬酸.pdf

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1、学习好资料欢迎下载第四章柠檬酸教研室：生物工程教师姓名：陆步诗、余有贵课程名称现代食品发酵技术授课专业及班次07 级食品质量与安全方向授课内容柠檬酸授课方式及学时讲授、 2H 目的要求熟悉柠檬酸发酵生产的一般流程和技术要点。重点与难点1、柠檬酸发酵生产的一般流程和技术要点2、生产技术要点的理解讲授内容及时间分配 4.1生产流程4.2 原料预处理4.3 菌种4.4 发酵4.5 提取4.6 浓缩、结晶与干燥参考资料1、王福源 . 现代食品发酵技术（第二版）中国轻工业出版社.2007 2、宋东安 . 调味品发酵工艺学. 化学工业出版社,2009 教学过程4.1 生产流程4.2 原料预处理薯干经粉碎，

2、以16 20的比例在调浆罐中加水调浆，pH 自然 5.5 ；添加0.1 中温型 -淀粉酶， 0.070MPa 液化 1015min；过滤除渣；通过(NH4)2S04计量罐控制并调节培养基中含氮量为0.2 0.4 ；连续灭菌后，泵入已灭菌的发酵罐中，装料量为发酵罐体积的85 90。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 学习好资料欢迎下载4.3 菌种及其扩大培养1、菌种采用薯干原料进行液体深层通气发酵的菌株主要有黑曲霉Co827(上海工业微

3、生物研究所选育 ) 和黑曲霉T419(天津工业微生物研究所选育) ，此二菌株具有糖化力高、产酸力强、发酵周期短、产物单一的特点，同时还具有营养要求低、耐高浓度柠檬酸、遗传性状稳定等优良性状，发酵 6090h，产酸率可达1520，糖化率在97以上，已被大多数厂家采用。2、扩大培养根据黑曲霉在实验室扩大培养阶段获得的是孢子还是菌丝体，其扩大培养分为孢子扩大培养和麸曲扩大培养2 种方式。孢子扩大培养是利用液体或固体表面培养，收集黑曲霉孢子，再进行种子罐扩大培养或直接进行发酵盘液体浅层发酵生产柠檬酸；麸曲扩大培养是利用固体醅培养出黑曲霉菌丝体，再进行种子罐扩大培养或直接进行曲盘固体浅层发酵生产柠檬酸。

4、目前，我国普遍采用麸曲扩大培养方式，其工艺流程如下： 试管斜面固体菌种的表面培养250500mL茄子瓶固体表面培养10002000mL三角瓶麸曲固体表面培养种子罐液体菌种通气培养。 1)试管斜面固体菌种的表面培养察氏琼脂培养基或麦芽汁琼脂培养基(10。Be/的无酒花麦汁，琼脂 2) 或米曲汁琼脂培养基(1 份米曲加 4 份水， 55糖化 3 4h，滤液用水调至10。Be/，用碱调pH6.O，加琼脂2) ，加热溶化，分装试管， 12130min灭菌后，摆放斜面，冷却后，以无菌操作接人已活化好的黑曲霉试管斜面菌种12 白金耳或 0.1mL 孢子悬液， 32培养45d，待长满茂盛的黑曲霉孢子即可使用

5、。 2)250500mL茄子瓶固体表面培养与试管斜面固体培养基相同，加热溶化， 分装 250500mL茄子瓶，每瓶45cm厚，12130min 灭菌、冷却后，采用无菌操作，在试管斜面培养物中加入5mL无菌水，制成孢子悬液，将lmL 孢子悬液接人茄子瓶固体培养基中，32培养67d，待长满茂盛的黑曲霉孢子即可使用。 3)10002000ml 三角瓶麸曲固体表面培养按麸皮 ( 过 60 目筛 ) ：水 =l ：(1.O 1.3) 比例混合后分装 10002000mL三角瓶，每瓶50lOOg，12130min 灭菌、冷却后， 采用无菌操作， 在 250500mL茄子瓶固体培养物中加入无菌水，制成孢子悬

6、液，将孢子悬液接入10002000mL三角瓶固体培养基中，进行麸曲固体表面培养。3032培养 1416h 后，菌丝长满曲料表面，翻曲1 次，疏松结块；继续培养1d，翻曲 2 次；再培养34d，待长满孢子，制成麸曲即可使用。 4)种子罐液体菌种通气培养薯干经粉碎， 以 16 20的比例在调浆罐中加水调浆，pH自然5.5 ；添加 0.1 中温型 - 淀粉酶， 0.070MPa 液化 1015min；过滤除渣；泵入O.15MPa 15min 灭菌的种子罐中，装料量为种子罐的70；通过 (NH4)2S04计量罐向种子罐中添加0.5 (NH4)2S044，以提高糖化力；搅拌均匀后，实罐0.1MPa 30

7、 min 灭菌，冷却至35；在种子罐中接入黑曲霉孢子或麸曲，接种量为孢子数104cfu mL ；培养温度控制在351；罐压维持2050kPa；通风量根据培养阶段而定 ( 以 10m3为例 ) ：O6h，孢子吸水膨胀，通风量保持910 m3h；610h，为孢子萌精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 学习好资料欢迎下载发期，通风量保持18 m3h；10h，为菌丝体生长繁殖期，通风量增至3672 m3h。种子培养1828h，当培养液的pH降至

8、 2O2.5 、滴定酸度为1.5 2.0mL100g，而且菌丝球直径为24um(不超过 100um)，菌丝球数目达到(1 2)104 cfu mL时，种子培养结束。4.4 发酵待发酵罐中发酵培养基冷却至35时，利用无菌压缩空气将种子罐中的培养液泵人发酵罐，进行液体深层通气发酵。一般来说， 发酵前期 (0 18h) 为菌丝生长和淀粉糖化阶段( 当产酸量与还原糖的总量接近起始可发酵糖总量时，糖化阶段完成) ；发酵中后期 (18 90h) 为柠檬酸合成与积累阶段。 1)接种量的控制在一定范围内，孢子接种量与产酸速率成正比。从理论上讲，菌球体的极限数量与接种孢子数量相等。由于孢子相互吸附以及孢子在发酵

9、液中萌发时菌丝互相缠绕等物理作用，大多数菌丝球是由几个孢子、乃至一团孢子形成的。孢子接种量越大，菌丝球直径越小、越多，产酸率越高。一般接种量为孢子数10104 cfu mL。 2)发酵温度的控制在黑曲霉液体深层发酵中，温度低于28，导致长菌和产酸缓慢；高于37，导致杂酸形成过量。一般来说，发酵前期(0 18h) ，温度控制在3638，甚至可采用40高温培养，促进菌丝生长和淀粉糖化；发酵中后期(18 90h) ，温度降为351。 (3)发酵液 pH值的控制发酵前期 (0 18h) ，发酵液pH值控制在4.O4.5 ，促使淀粉糖化；发酵中后期 (18 90h) ，发酵液 pH 值降至 2.5 左右

10、，有利于柠檬酸的合成与积累。研究表明，在黑曲霉液体深层发酵中后期(18 90h)的产酸阶段，如果发酵液pH值在 3.0 以上，容易产生草酸；如果发酵液 pH值升至 5.0 以上，则容易生成葡萄糖酸。另外，为防止发酵中后期(18 90h)pH 值下降过快而导致菌体早衰，一般在发酵2448h 后，在发酵液中添加(5 10)g L 的碳酸钙，以维持发酵产酸阶段正常的pH值水平。 (4)通风供氧和搅拌的控制柠檬酸发酵是典型好氧发酵，对氧十分敏感。 黑曲霉生长期溶氧分压不得低于1.8kPa ，产酸期溶氧分压不得低于3.2kPa 。当发酵进入产酸期时，在一定范围内，产酸速率几乎与溶氧分压成正比，溶氧分压下

11、降到10kPa 时，产酸速率下降不大； 溶氧分压下降到3.2kPa时，产酸能力基本丧失；溶氧分压下降到1.8kPa( 临界溶氧分压) 以下时，产酸能力完全丧失，而且低溶氧下产酸能力的丧失，很少能重新恢复。 通过通风量的控制，使产酸速率保持在(2 3)g (h.L)的水平，如果产酸速率过快，则造成菌体早衰，柠檬酸的最终产量下降。对于50m3发酵罐而言，发酵前期 (0 18h) ，通风量控制在O08 0.1vvm；发酵中后期(18 90h) ，通风量控制在0.12 O.15vvm。50m3箭叶涡轮搅拌桨式发酵罐的搅拌速率控制在90110rmin，100m3自吸式桨叶低搅拌式发酵罐的搅拌速率控制在1

12、35r min。整个发酵期间罐压保持O.1MPa 。 (5)发酵终点控制以薯干粉为原料，黑曲霉液体深层通气发酵至6090h，当发酵液中总糖含量自 140160gL 降至残糖含量为2gL 以下、产生的柠檬酸浓度达到120155gL、糖的转化率达到 93 97时，可升温终止发酵，泵送至贮罐中，及时进行提取。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 学习好资料欢迎下载4.5 提取柠檬酸提取的方法有钙盐法、萃取法、离子交换法、电渗析法等。但目前国内

13、大多采用钙盐一离子交换法，其工艺流程为：发酵醪的预处理过滤中和沉淀酸解净化脱色。 1)发酵醪的预处理新鲜成熟发酵醪升温至7590，温度不宜过高，加热时间不宜过长。其原理是杀死柠檬酸生产菌和杂菌，终止发酵，并防止柠檬酸被代谢分解；使蛋白质变性，絮凝和破坏胶体，降低料液黏度，利于过滤；使菌体中的柠檬酸部分释放。加热温度过高或时间过长，会使菌体破裂自溶，释放出蛋白质，使料液黏度增加、颜色变褐，不利于净化。 2)过滤过滤目的是去除发酵醪中的悬浮物、草酸，尽可能减少滤液的稀释度，把柠檬酸的损失减少到最低限度。其原理是用一种多毛细孔的过滤介质，利用过滤介质两侧的压力差为推动力，使柠檬酸发酵醪的液体通过小孔

14、，得到澄清的滤液，而菌体、纤维等残渣悬浮物被截留、积累在介质表面形成滤饼。过滤效果取决于滤饼的厚度和特性，滤饼达到一定厚度时，才变成真正的过滤介质，为此，开始过滤时流速不宜过大，否则细小颗粒宜穿过介质空隙而未被截留，只有当介质表面积有滤饼时，滤液才变清；由于草酸钙溶解度低于硫酸钙，在一次滤液中加硫酸钙，使生成草酸钙，在复滤时再一并除去。过滤液质量主要参数：一次滤液柠檬酸( 一水) 9.Og100mL ，悬浮物O .1g 100mL ；滤饼含水量55 70，柠檬酸 (一水) 2.5 ；复滤液柠檬酸( 一水) 9.0g 100mL ，悬浮液 5mg L，草酸为 0。 3)中和沉淀过滤获得了去除菌体

15、、残渣和草酸的澄清柠檬酸液，其中除主要含有柠檬酸外，还含有可溶于水的碳水化合物、胶体、有机杂酸、蛋白质等杂质。根据在一定温度和pH条件下柠檬酸钙在水中的溶解度极小的特性，采用钙盐或钙碱与溶液中的柠檬酸发生中和反应，生成四水柠檬酸钙Ca3(C6H5O7)2.4H2O从溶液中沉淀析出， 除去残液后， 用 8090热水洗涤四水柠檬酸钙沉淀，可最大限度地将可溶性杂质与柠檬酸钙分离，其反应式为： 2 C6H8O7. H2O +3 CaC03 = Ca3(C6H5O7)2.4H2O +3CO2+H20 2 C6H8O7. H2O +3Ca(OH)2 = Ca3(C6H5O7)2.4H2O +H20 中和技

16、术参数 : 每千克柠檬酸加石膏量O.03O.15kg，中和剂 (CaC03.CaO)浆乳中固型物含量22，中和剂含 MgO 1.5 ，盐酸不溶物1.01 ， Fe203+A12031.0 。中和起始温度7075，中和最终温度8590。中和最终pH4.44.6(CaC03) 、4.8 5.2Ca(OH)2 。洗涤柠檬酸钙水温8590，洗水量 ( 与钙比 ) ：采用带式过滤机为3.O3.5 倍；采用抽滤为 4.5 5.0 倍。过滤真空度O.0250.028MPa。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第

17、 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 学习好资料欢迎下载柠檬酸钙和废水的质量要求：柠檬酸钙含固型物40，易碳化合物(Readily Carbonizable substances ，RCS) 0.02 ( 以糖计 ) ，废水中柠檬酸钙含量300mg L。 4)酸解利用柠檬酸钙在酸性条件下，其解离常数随H+浓度的增高而增大的特性，在强酸 ( 硫酸 )存在的溶液中产生复分解反应，生成难溶于水的石膏(CaS04)沉淀，而将弱酸( 柠檬酸 ) 游离出来。工业生产中， 控制酸解温度为6070下，CaS04.2H20 的溶解度低于Ca3(C6H5O7)2.4H2O的溶解度的原理，加

18、 H2S04产生复分解反应，将柠檬酸从柠檬酸钙中分离出来，然后过滤除去硫酸钙(石膏 ) ，获得粗柠檬酸液 ( 酸解液 )。其反应如下： Ca3(C6H5O7)2.4H2O+3 H2S04+4H20= 2 C6H8O7. H2O +3 CaS04.2H20 酸解技术参数酸解用的H2S04纯度93，铁含量O.01 ，砷含量O.005 ；酸解开始温度 6070，洗水温度7080；洗水用量( 与湿柠檬酸钙比) 约 1.5 倍；过滤真空度0.025 0.03MPa. 酸解液和废弃石膏的质量要求酸解液含柠檬酸( 一水) 22g 100mL ，SO42-4 .5g 100mL ，C1-100mg L，石膏颗

19、粒 lOmg L，易碳化物 ( 以糖计 ) 0.012g lOOmL ；废石膏含水4.5 ，柠檬酸 ( 一水) 0.5 ，柠檬酸钙0 .2 。 5)净化脱色粗柠檬酸溶液中残留的色素、蛋白质等可溶性的大分子化合物，其分子质量为103106Da，分子大小在1100nm，属胶体物质范畴，它们大多是两性电解质；此外还含有有害的Ca2+、K+、Mg2+、Fe3+、SO42-、C1-等离子。净化是指通过活性炭和阳、阴离子交换树脂处理，除去粗柠檬酸酸解液中的色素和离子，使粗柠檬酸液得到提纯和精制，获得净化精柠檬酸液。4.6 浓缩、结晶与干燥（1) 浓缩净化了的精柠檬酸液浓度一般柠檬酸( 一水 )含量为18g

20、100mL 以上，要使其达到7582g100mL的结晶浓度，必须通过蒸发除去溶剂，温度过高柠檬酸会分解，并易产生色素。因此，一般采用60、 14kPa 条件下进行减压蒸发浓缩。为了充分利用蒸发过程中产生的二次蒸汽，降低能耗，工业生产常采用二段或三段蒸发。（2) 结晶当柠檬酸净化液蒸发浓缩至过饱和状态处于介稳区时，可通过刺激结晶( 如加入晶种或自然起晶的方法) ，使其溶液浓度达临界浓度，溶液中就可产生微细的晶粒，当过饱和度达到一定程度时，溶质分子之间的引力使溶质质点彼此靠近，碰撞机会增多，使它有规则地聚集排列在晶核上，逐渐长成一定大小和形状的晶体。一水柠檬酸结晶浓缩温度 55时柠檬酸的饱和浓度为

21、73% ，当继续蒸发浓缩至81 %即为过饱和状态时，将它立即移入结晶缸中，装至70 85液位，启动搅拌器，用冷水缓慢降温至临界温度 36. 6时开始结晶，小心控制降温速度，刺激起晶或添加晶种，从36开始逐渐降温直至料温降到 10以下结晶结束，及时用离心机分离出晶体和母液，并用少量无离子冷水洗晶体表面吸着的母液，湿晶体送干燥工序处理。无水柠檬酸结晶由于无水柠檬酸结晶的临界温度是在36. 6以上，因此它的体系过饱和温精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 6 页 - - - - - - -

22、 - - - 学习好资料欢迎下载度要高，结晶温度要控制在40以上，当浓缩温度为60时，饱和浓度73，当继续蒸发浓缩至83即为过饱和状态时，将它移人结晶缸中，启动搅拌，用水冷却至48，采用刺激起晶或添加无水柠檬酸晶种作为晶核，然后仔细控制温度在4042养晶育晶，使体系状态由介稳区至稳定区，结晶结束，最终温度也不低于40，然后用蒸汽或热水加温离心机，将晶浆分离出母液，再用40以上的温无离子水洗净晶面黏附的母液，湿晶立即进入干燥机干燥，整个过程均需保持料温在36. 6以上，否则湿晶吸水结块成为一水柠檬酸。 3)干燥湿柠檬酸晶体通过热空气对流式干燥，将晶体表面的游离水除去，又不失去一水柠檬酸的结晶水，并保持晶型和晶体表面之光洁度，进而筛分、包装，获得符合等级标准的柠檬酸产品。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - - -