2.2 乳酸发酵条件及控制 2.2.1 原料

该工艺生产的主要原料为大米，辅助原料为麸皮，大米与麸皮和水的比例为4：1：5。

2.2.2 发酵的菌种

该生产工艺选择的菌种是德氏乳酸杆菌。德氏乳杆菌在分类学上是属于真细菌目、乳杆菌科、乳杆菌属。其大小是2.0～9.0×0.5～0.8微米，是革兰氏阳性菌。该菌种可以利用麦芽糖、葡萄糖、半乳糖和糊精等碳源来发酵生产乳酸，德氏乳杆菌的最适生长温度是45℃，但该菌在50℃时仍具有生物活性，能耐受55℃高温。

（1）菌种的扩大培养

乳酸发酵一般为纯种培养，接种量为10%，所以必须进行菌种的扩大培养，其生产方法是将试管原种先接种到10ml试管培养一段时间后转接到200ml的三角瓶 中，再转接到1L三角瓶后转接到1000L种子罐再转接到60m3发酵罐。该菌种为兼性好氧菌，应采用斜面冻结保存菌种，使用时进行活化处理，将原种转接到10ml试管，在45℃下培养24小时，适当转接多次，再接种到发酵罐中。

（2）接种物成熟标志

发酵液中乳酸菌种细胞密度为7×1010~8×1010个/ml，大小为（7~8）um×（0.5~0.8）um，镜检时无大的异染颗粒，无与菌种有明显差别的杂菌。

2.2.3 发酵工艺控制及注意事项

（1）糊化锅

先将原料混合均匀后再将其通入糊化锅，并通入1.5Kg/cm2的蒸汽，使得糊化锅的表压达到100Pa，保持表压100Pa不变30分钟后，然后再结束糊化反应，此项过程结束的标准是无夹生大米且充分膨胀。糊化过程结束时，先降低压力释放出多余的蒸汽，然后向夹套中通入冷却水使糊化液的温度降低到60℃以下，再将糊化液和夹套的冷却水都通入发酵罐。 （2）种子罐

种子培养基的组成成分与发酵培养基的组成成分基本相同，每升培养基中葡

萄糖量为150 g，磷酸氰胺量为2.5g，碳酸钙量为100 g。接入菌种量为料液的0.01倍，投入培养基后开始搅拌，在50℃下培养24小时。

调节酸碱度为4.0左右，产酸为0.6~0.7，如果镜检合格菌丝体生长良好，接入蒸煮罐内进行扩大培养。 （3）发酵罐

①发酵配料：发酵罐中通入糊化锅夹套中的冷却水，节约生产成本，水温为50℃左右，加入原料然后定容，培养基浓度为100 g/L，然后通入无菌空气，即能使料液混合均匀，还能增加溶氧量，加乳酸调节酸碱度为4.8-5.0时，每克大米添加120活力单位的活化酶，其接种量为10%。

②发酵控制：德氏乳杆菌的特点是在45~50℃时进行繁殖，是一种耐高温的乳酸菌，但不耐高酸，因此发酵过程保证酸碱值大于等于4，现今乳酸发酵所用的中和剂是碳酸钙。该工艺采用分批添加碳酸钙来控制酸碱度，在发酵后6小时开始添加（酸碱度不得小于5.0），每8小时添加一次，添加次数为6次，碳酸钙添加总量为大米总量的3/4。

③泡沫的控制：如果在工业生产中泡沫控制不当，使发酵液中产生大量泡沫时将会对该生产过程造成的巨大危害，比如使得发酵罐装填系数减小，引起原材料的浪费以及产物的损失等。我们可以通过改变发酵液成分配比以及发酵工艺的操作条件的控制来减少泡沫的产生。或者采用化学方法即添加化学消泡剂的方法削弱泡沫的产生，我们还可以通过利用物理的方法使液膜某些部分的局部受力改变，从而使得泡沫破裂。物理法消泡主要采用的生物机械消泡器的结构形式主要有栅式、旋转圆盘式、涡轮式和旋风分离式等几种。

④发酵后期管理：残糖浓度降低到1 g/L时，并且发酵醪有特别黏性时，结束发酵，此时德式乳酸菌活动减弱，丙酸等杂菌开始生长，向发酵液中加入石灰石调节酸碱度，使发酵液的pH=10左右，并向其中通入空气使其混合均匀，待石灰完全溶解时停止通空气，然后将其静置、澄清后进入后期提取上清液和沉淀物。

2.3 提取工艺及其控制 2.3.1 提取工艺流程

发酵液 预热罐 压料罐 第一次板框过滤 沉降罐 第二次 板框过滤 浓缩 酸解 第三次板框过滤 浓缩

脱色

离子交换 脱色 浓缩 乳酸制品

2.3.2 提取工艺条件

（1）预热沉淀流程

预热罐和沉降罐中的装液系数为0.8，所以其中的溶液总量均不能超过其总容积的80%，预热罐中液体的pH值保持为10.0，在其中煮沸5min，沉降罐中调节其酸碱度不得使其pH低于12，该罐中温度可达到85-90℃，MgCl2加量小于2%。

（2）第一次板框过滤

压料罐的的装液系数为0.8，所以其进料量不得超过其总体积的80%，压料罐中的压力要小于等于40atm，滤渣中含钙量不能超过2%。 （3）双效蒸发工艺

双效蒸发器内的蒸汽压不能超过0.4atm，其双效塔中的真空度必须低于0.8atm，向该罐中投料的浓度必须大于20%。 （4）浓缩工艺

浓缩罐中的蒸汽压力必须小于0.4atm，罐中的真空度要控制在0.4-0.6atm之间。该压力下，使温度达到70℃的条件时就能蒸发浓缩乳酸，脱色罐的装填系数为0.72，其进料量不能超过其总体积的72%，该罐中的工作时间不能小于24小时，脱色活性炭的添加量小于等于1%。

2.3.3 提取工艺的控制

（1）预热

将发酵结束的发酵液用泵泵入预热罐内进行加热，使发酵醪的温度由50℃升高到80℃左右，并进行适当的搅拌，通过添加碱来调节发酵醪的pH值到10，整个过程要防止析出无水乳酸钙晶体和固体化整个发酵醪，为后续的操作带来不必要的麻烦。 （2）压料罐

压料罐中的温度为140℃，其中的压力0.3MPa，总容积为2.78m3，以空气做为介质。压缩机将预热液从压料罐压入板框压滤机，使板框压滤机进行第一次板框过滤。

（3）第一次板框过滤：

先给压缩机中通入75℃左右的的热蒸汽，预防发酵醪的热料遇冷之后析出碳酸钙晶体，并用板框压紧铺好的滤布，使得热料液自流形成一层过滤层后再慢慢向其中加入物料，进行过滤，当滤液的析出量逐渐减少时，停止向其中通物料。并通入热水冲洗滤渣，同时将滤液冲送到沉降罐中澄清。 （4）沉降

沉降罐中的酸碱度必须调节在pH=12以上，并将发酵液加热到90℃，并加入2%的MgCl2，使菌体及其他悬浮物在沉降罐中沉淀下来。 （5）第二次板框过滤

第二次板框过滤的主要过滤物质为蛋白质、氨基酸等杂质，可以很大程度上降低杂质含量。其操作方法与第一次板框过滤相同，但在操作前必须要注意板框与滤布之间是否有破损，防止漏液。 （6）双效蒸发

在经过双效蒸发塔处理后，可以使得乳酸钙的浓度可达到26%。双效塔处理操作前要必须用注意检查各阀门是否关闭。 （7）酸解

先将乳酸钙的晶体添加到酸解罐中，再向其中加入石膏洗涤水，然后再直接通蒸汽使乳酸钙晶体溶解，并使得乳酸钙的浓度达到180g/kg左右，然后再向酸解罐内加入浓硫酸酸解。该过程需要注意的是要控制温度不得高于70℃，防止发酵液的碳化和温度对色度比色度的影响。酸解时用0.1%的甲基紫溶液进行检验乳酸钙，当溶液呈现橘黄色时表示酸解反应完成，酸解反应结束后料液即进入第三次板框过滤。 （8）浓缩

①工艺条件：常压下乳酸的在190℃的温度下乳酸会完全分解，所以不能被蒸馏出来。通过降低压力来使沸点降低，使其低于常压下乳酸的分解点，则会使乳酸蒸馏出来。该工艺中浓缩采用的是真空浓缩循环加热的方法，该方法浓缩的主要特点是能在较低真空度下利用水的沸点比较低的原理将水蒸发掉，完成浓缩的目的。操作过程中，其真空度要控制在0.4-0.6atm之间，物料温度必须达到70℃左右，蒸汽压必也要控制不能超过0.4atm。

②工艺操作：操作前需要注意的是首先要检查阀门是否关闭好，必须要保证操作的正常进行。然后再打开真空系统，使蒸汽发生器保持工作一段时间后使其真空度达到一定的值，到达特定值后再向其中添加物料。加热时要保持真空度在