乳酸發(fā)酵工藝(一)

乳酸發(fā)酵是一種厭氧發(fā)酵，如用純糖為原料，其發(fā)酵工藝相當(dāng)簡單。但是人們?yōu)榱私档统杀?，往往采用各種廉價原料。包括原料處理在內(nèi)就顯得工藝比較復(fù)雜。另外淀粉質(zhì)原料的發(fā)酵工藝還分為單行和并行兩類，發(fā)酵時中和劑也各不相同，有CaC03、石灰乳、氨氣、NaOH等，相應(yīng)的產(chǎn)品也有各種乳酸鹽，所以有必要分別加以討論。水解糖發(fā)酵工藝（一）原料的糖化1.淀粉水解原理淀粉是葡萄糖以a-1，4-糖苷鍵連接起來的多聚體，在催化劑（酸或酶）存在和適宜溫度等條件下，易于水解成葡萄糖、麥芽糖、糊精等單體或低聚物。淀粉在水解過程中也可以伴有單糖結(jié)合成雙糖或三糖的復(fù)合反應(yīng)，也有單糖分解成羥甲基糠醛等非糖物質(zhì)的分解反應(yīng)，這些反應(yīng)可概括如下：淀粉!水解反應(yīng)葡萄糖'分解反應(yīng)'分解反應(yīng)5-羥甲基糠醛!有機酸、有色物質(zhì)等龍膽二糖、有色物質(zhì)等是乳酸菌的非發(fā)酵性物質(zhì)，從而復(fù)合二糖t!復(fù)合低聚糖上述副反應(yīng)的產(chǎn)物會導(dǎo)致產(chǎn)率降低，分離困難、產(chǎn)品質(zhì)量降低等不良后果。因此合理控制水解條件，盡可能減少副反應(yīng)發(fā)生，則是糖化工藝所要控制的關(guān)鍵。2.淀粉水解方法發(fā)酵用水解糖液的基本要求是：糖液洗凈，淡黃色或杏黃色，有一定的透光度（色度），少含糊精，糖液不變質(zhì)等。水解方法可分為酸解法、酶解法和酸酶結(jié)合法。（1）酸解法這是以無機酸或有機酸為催化劑，在高溫高壓下水解淀粉的方法。它的優(yōu)點是設(shè)備體積小，時間短，設(shè)備生產(chǎn)能力大。酸法水解的工藝流程為：原料 調(diào)漿 糖化 冷卻 中和，脫色 過濾 糖液調(diào)漿的淀粉乳濃度一般采用10?11°Be（含淀粉180?200g/1），鹽酸用量為干淀粉的0.5?0.8%，生產(chǎn)上控制為PH1.5左右。加酸方法為，先將1/3酸稀

釋后，放入糖化鍋（稱為底酸水），加熱至沸，其余酸調(diào)入淀粉漿中加入鍋內(nèi)。直接通蒸汽加熱，控制鍋內(nèi)壓力為300?500kpa。水解終點的確定方法如下：DE100 B90 A|C1 203040時間（min）從曲線中可以看出，當(dāng)糖液的DE值?達(dá)到最高點（B點）后就不再上升，之后反而下降，這是由于副反應(yīng)增加的緣故。因此必須及時提前放料。如果放料需要10min，則應(yīng)該從A點開始放料，至C點結(jié)束，以保證可發(fā)酵糖（包括糊精）產(chǎn)率最高，因為少量糊精對于乳酸發(fā)酵是允許的。放料至中和槽，同時冷卻，待溫度降至80°C時，開始投入CaCO3（石灰石粉）或NaOH溶液，具體加哪一種中和劑，要視發(fā)酵產(chǎn)物而定，最終PH值達(dá)到6為止。（2）酶解法酶解法可分為兩步：第一步用a-淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化為糊精和低聚糖，使體系的粘度迅速降低，這個過程稱為液化。第二步利用糖化酶將糊精和低聚糖進(jìn)一步水解為葡萄糖，這個過程稱為糖化。由于兩步都是用酶水解，故又稱為雙酶水解法。液化方法是，將淀粉乳濃度調(diào)到20?23°Be（含淀粉340?400g/1）,PH調(diào)到6.0?6.5，加入CaC12（酶穩(wěn)定劑），使Ca2+濃度達(dá)到0.01mol/1，加入。-淀粉酶5?8單位/克淀粉。在劇烈攪拌下加熱到85?90C，保溫液化至碘液測試不顯藍(lán)色為止，（約要30?60min）。然后升溫至100C，滅菌10min.糖化方法是：將液化醪冷卻到60C，調(diào)PH至4.2，加入（uv-11黑曲霉）糖化酶80?100單位/克淀粉。根據(jù)糖化曲線，可在A點，甚至跟早終止反應(yīng)，加熱到80C，滅酶20min。DE10090DE100908070601A|||2030B||||40酶法糖化曲線（二）接種物的制備將種子培養(yǎng)基泵入種子罐內(nèi)，種子罐容積是生產(chǎn)罐的1/13?1/12填充系數(shù)80%,即10001罐裝液8001。種子培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基相同，即（g/1）:葡萄糖 （水解糖內(nèi)）150 麥根3.75（NH）HPO2.5 CaCO100種子培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基皆不必滅菌。接入在三角瓶內(nèi)培養(yǎng)合格的德氏乳桿菌1%,即10001種子罐接三角瓶種子81。開動攪拌，在50°C左右培養(yǎng)24h。（三）發(fā)酵規(guī)程發(fā)酵罐用溫水洗凈，培養(yǎng)基的配制在罐內(nèi)進(jìn)行。培養(yǎng)基組成與種子培養(yǎng)基相同。發(fā)酵罐的填充系數(shù)在80%左右，即10m3罐裝液約8m3。一般以液面為填充標(biāo)準(zhǔn)，即罐頂要留出30?40cm的空間防止發(fā)酵過程中泡沫溢出。培養(yǎng)基中的CaCO是中和劑，可以分批添加，這樣可以節(jié)約發(fā)酵罐容積，提高填充系數(shù)。培養(yǎng)基3不必滅菌，直接接入種子培養(yǎng)物8%，保持50±1C發(fā)酵。如果采用分批添加CaCO3的工藝，應(yīng)注意不要使PH降到5.0以下，否則會影響發(fā)酵速度。發(fā)酵過程中每個班次（8h）要檢查2?3次PH值和殘?zhí)?，以觀察發(fā)酵過程是否正常。一般發(fā)酵不會出現(xiàn)污染，這是因為50C的高溫已遠(yuǎn)高于一般微生物的生長發(fā)育溫度。發(fā)酵時罐口敞開，讓C02自由逃逸。當(dāng)殘?zhí)墙档?g/1時，就視為發(fā)酵已經(jīng)完成。這個過程由于初糖濃度較高，大約需要5?6天。由于在發(fā)酵溫度下，乳酸鈣已經(jīng)是高度過飽和（濃度達(dá)173g/1左右），因此用鈣鹽中和法的乳酸發(fā)酵不能在提高初糖濃度。發(fā)酵快結(jié)束時，發(fā)酵醪帶有一種粘性。這時由于乳酸菌的活動減弱，料液溫度即開始下降，于是丙酸菌等可能開始活動，從而會影響產(chǎn)品的純度和產(chǎn)率。因此應(yīng)及時加入石灰乳，將PH提高到10左右，同時升溫至90C，使菌體和其他懸浮物下沉。澄清后將上清液和沉淀物分別放出，進(jìn)入提取工序。發(fā)酵罐用熱水洗凈后再行操作。蔗糖發(fā)酵工藝蔗糖發(fā)酵工藝類似于水解糖。考慮到成本問題，一般選用甘蔗粗糖為原料，甚至與糖蜜混合發(fā)酵，這樣可以補充一些營養(yǎng)物，又不致象全糖蜜發(fā)酵那樣導(dǎo)致產(chǎn)品難以提取和精制。當(dāng)然蔗糖發(fā)酵必須采用能夠發(fā)酵蔗糖的菌種。乳酪鏈球菌、乳鏈球菌和很多足球菌不能使用，而德氏乳桿菌是較好的菌種。（一）發(fā)酵規(guī)程發(fā)酵培養(yǎng)基的配置直接在生產(chǎn)罐中進(jìn)行。先注入2/3工作容積的自來水，流入糖蜜，攪拌使其溶解，升溫至70C，同時加入甘蔗粗糖，溶解后流入CaCO3粉漿。這期間實際在進(jìn)行巴氏滅菌，20min后冷卻至50°C.培養(yǎng)基中各物質(zhì)的濃度控制如下中：總糖60g/1（以蔗糖汁，其中糖蜜提供30g/1,蔗糖提供30g/1）CaCO310?20g/1冷卻至50C后，加入麥根18g/1,接種20%菌種培養(yǎng)物質(zhì)或其他罐中旺盛發(fā)酵的醪液，開始發(fā)酵。而抽出醪液的罐中應(yīng)補充新的糖液繼續(xù)發(fā)酵。因為接種量很大，遲滯期很短，可以迅速進(jìn)入旺盛發(fā)酵期。培養(yǎng)開始后6h，開始定期間歇通空氣鼓泡攪拌。發(fā)酵過程中繼續(xù)不加CaC03和蔗糖液。補充CaCO粉漿是為了使PH維持在5.0以上，可以每隔2h檢測補充3一次。補充糖的原則是使培養(yǎng)基中的糖濃度維持在30?40g/1的水平。當(dāng)堂濃度降到30g/1時，流加500g/1的粗糖濃溶液。但總加糖量（包括最初加糖量）不得超過130g/1，即按轉(zhuǎn)化率95%計，發(fā)酵結(jié)束時，乳酸鈣的含量不超過150g/1。當(dāng)殘?zhí)墙抵?g/1以下時，即可認(rèn)為發(fā)酵已經(jīng)完成。發(fā)酵時間約為6天。發(fā)酵結(jié)束后，立即加入石灰乳，使ph上升至9?10，并升溫至70C，然后靜置6?12h。澄清后清液放出，沉渣壓濾后一并進(jìn)入提取工段。糖蜜發(fā)酵工藝（一） 糖蜜原料的預(yù)處理糖蜜原料含糖達(dá)500g/1左右，并且含有較多雜質(zhì)，PH值偏堿或偏酸性，其中雜菌也相當(dāng)多。為了適應(yīng)于乳酸發(fā)酵，必須對它先進(jìn)行稀釋、酸化、滅菌、澄清等預(yù)處理。稀釋加水量可按下式計算：原濃度-所需濃度加水體積= *原糖蜜體積所需濃度糖蜜稀釋后，雜菌即可以在其中生長，必須立即進(jìn)行酸化、滅菌。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為止。也可以先將糖液先稀釋到400g/1左右，加酸加熱澄清，取清液再稀釋。這樣能利用高酸度加強滅菌效果，又可加速澄清。但這種方法由于糖蜜粘度較大，為了保證甲酸時混合均勻，對混合設(shè)備的要求較高。酸化用乳酸為宜。酸化后，將糖液加熱至90C左右，維持30min滅菌，之后靜置澄清8?12h，取上清液流入發(fā)酵罐，沉淀物質(zhì)再加4?5倍水，攪拌，再靜置澄清數(shù)小時，上清液作下一次稀釋用水，殘渣棄去。兩段稀釋法只需將400g/1左右的糖液酸化后加熱至80C，維持30min，之后靜置澄清5?6h，上清液用熱水（40C左右）稀釋后流入發(fā)酵罐即可。（二） 發(fā)酵規(guī)程生產(chǎn)罐用水洗凈，流入糖蜜至規(guī)定液位，培養(yǎng)基的組成為：總糖 100g/1 CaHPO410g/1CaCO310g/1 玉米粉或麥根 10g/1培養(yǎng)基配好不再滅菌，接入德氏乳桿菌培養(yǎng)物10%，整個發(fā)酵過程中維持溫度在50±1°C，緩慢攪拌。PH值由CaCO3維持在6.5左右，低于PH5.5要補加CaCO3或石灰乳，可每隔兩小時檢測補充一次。糖蜜發(fā)酵速率一般不高，含總糖100g/1的培養(yǎng)基的發(fā)酵