孙华

摘  要：L-乳酸工艺条件优化措施的有效落实，一方面能够有效提升玉米原料的整体利用率，缩减L-乳酸产品制备的成本，更好地保障产品的质量;另一方面，凭借液化与糖化等工艺流程的调整，更能够显著提升整体产品的制备速率，使其更贴合产业经济高速发展的形式，增强产品在市场中的竞争力。该文基于玉米原料发酵生产L-乳酸工艺条件优化要素展开分析，期望能够为后续生产提供良好参照。

关键词：玉米;发酵生产;L-乳酸;工艺优化

中图分类号：TQ921              文献标志码：A

L-乳酸是以玉米淀粉为主要原料，通过生物发酵技术精制得来的有机酸。其液体为无色澄清状，与水、乙醇、乙醚能任意融合，并且具备较好的生物相容性，可以直接参与至人体新陈代谢中，并且无任何副作用，因此被广泛应用于医药、食品和化妆品烟草等行业内，具备极高的商业价值。而站在产品生产的角度来看，现有L-乳酸生产工艺仍停留在产品初级极端，若要得到质量更好的产品，则势必要对其制备工艺进行优化。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料与仪器

材料：选用单位培育的L-乳酸高产菌株凝结芽孢杆菌、基氮、斐林试剂。

仪器：全自动发酵罐、溶氧测定仪、恒温水浴锅、高压蒸汽灭菌锅、电子显微镜、喷射液化器及配套装置、电子天平、温度测定仪、pH计。

1.2 试验方法

首先，需取定量淀粉酶与水，将二者以一定比例混合，再搅拌，定容，制备成复合酶制剂，在玉米面粉调浆操作期间，逐步加入至其中，做好预液化操作，然后再借由喷射液化气及配套装置进行彻底液化，通过过滤措施将玉米蛋白粉筛出，对液体进行糖化操作，最后再由发酵罐进行发酵，随后制成L-乳酸产品。

筛出的玉米蛋白粉则需要经过烘干处理，随后便可包装存储。

1.3 工艺优化对策

1.3.1 玉米粉液化工艺优化

不同调浆温度、预液化时间、加酶量对玉米粉液化的影响如下：玉米粉加水调浆后迅速吸水膨胀，通过调整调浆温度，抑制细菌的繁殖，再加入一定比例的淀粉酶，在淀粉酶的作用下，淀粉变成溶解状态。结合试验结果观察可知，调浆温度在95 ℃时，预液化时间60 min，液化时间90 min，淀粉酶加入比例为0.1%时效果較好。

1.3.2 糖化工艺条件的优化

糖化工艺条件的研究主要包括：糖化温度、pH值、加酶量和反应时间等4个因素，目的是得到符合乳酸发酵要求的葡萄糖液。由于4个因素紧密相关，采用L9（34）进行正交实验，其因素水平见表1。

结合试验结果可知，确定糖化的最佳条件为即糖化温度60 ℃，糖化时间24 h，糖化pH值4.8，复合酶制剂用量0.15%。比较原有糖化工艺，不但在工艺条件方面得到了显著改善，使得可发酵性的得率提升较高，同时糖液的过滤速度也得到了保障，使玉米原材料的利用率得到了较大的提高，为后续L-乳酸发酵工艺的持续发展奠定了较扎实的基础。

2 发酵工艺各项条件的优化

2.1 发酵营养条件的优化

2.1.1 氮源影响

为明确不同氮源对L-乳酸发酵的影响，使发酵工艺条件得到更合理的改善，该次试验共选用了酵母膏、麸皮、棉籽蛋白粉和玉米浆4种氮源，并在同种反应环境和处理流程中进行了对比。根据试验结果可知，酵母膏的发酵产量最高，其次便是玉米浆，而麸皮与棉籽蛋白粉的产量较低，并不符合工业化生产的需要。期间，若选用酵母膏作为主要生产氮源，其成本较高，很难为工业化生产提供充足的经济效益，而玉米浆的成本较低廉，并且产酸量相对于酵母膏差距不大，所以能为企业提供客观的经济效益。

2.1.2 糖浓度影响

为了明确糖浓度对发酵工艺的影响，在全自动发酵罐基础上，将糖浓度控制在170 g/L～250 g/L，期间浓度由低到高分别试验。经由菌体产酸检测结果可知，L-乳酸发酵工艺最适合的浓度为230 g/L，而后浓度的提升对发酵产酸量的影响不明显。

2.2 各项发酵条件对L-乳酸发酵的影响

2.2.1 接种量的影响

为明确不同接种量对发酵周期的影响，在菌种选育的基础上，需要严格把控发酵材料的质量配比，而后再对发酵周期数据进行统计，以便对比得出结论。

根据试验结果可知，在接种量占发酵材料的10%时，L-乳酸的发酵周期能够较迅速的缩短至47 h，而后持续增大接种量，变化并不显著，因此接种量控制在10%，是最合适的配比。

2.2.2 温度的影响

为了明确不同温度环境对发酵产酸的影响，本次试验将发酵温度控制在49 ℃、50 ℃与51 ℃，发酵时长控制在60 h，并分别设立了试验组，以便对菌体成长的状况进行对照。而结合试验资料可知，L-乳酸在发酵期间，49 ℃与51 ℃在0～40 h区间的产酸量虽一直呈极为明显的上升趋势，但之后呈现出了较明显的下滑趋势，而50 ℃的反应则较为平稳，因此也更适用于工业生产。

2.2.3 pH值的影响

为了明确不同pH值对发酵产酸的影响，该次试验将反应pH值控制在4.5～8.0，并列举了多个试验组别。结合试验结果可知，菌体生长及产酸在pH值4.5～6.2，其产量一直呈现较明显的上升趋势，而在pH值6.2～8.0阶段，产量下滑也较为严重，因此为保证菌体生长量吻合工业生产需求，其发酵环境的pH值理应控制在6.2。

2.3 发酵工艺整合优化

根据上述各项优化试验可知，糖浓度为230 g/L，接种量为10%，温度为50 ℃，pH值为6.2，氮源为玉米浆是最适合工业生产的搭配，但在生产制备经验尚不充分的情况下，以上工艺优化措施是否存有内在干扰仍不得而知，因此便需要对发酵工艺进行整合优化，并查看各类因素是否存在相互抑制或干扰的情况。

在整合期间，该次试验主要采用了二水平设计与响应面分析2种举措。

其中，二水平设计是借由mintab软件对各项试验元素的整合，通过特性认定进行复次模拟试验，分析是否存在干扰与影响因素的检测方法。在这一过程中，每个影响因素都会选择一个较高和较低的水平，然后通过假定响应值区间判定最适宜的搭配方案。

响应面分析是基于二水平设计确定主要影响要素的研究办法，在多次模拟试验中，能够有效筛选出潜在的问题，并可以进一步缩减试验误差。而通过归回方程可知，温度50 ℃。pH值6.2的环境中，所产出的乳酸产量高于多次试验的平均值，因此可证明上述工艺优化条件能够为L-乳酸的生产提供充足保障。

3 结语

以玉米为原料发酵生产L-乳酸工艺条件优化措施的有效落实，不但能够以经济为前提，在原有产业链基础上提供更高效的生产方案，显著提升工业生产的经济效益，同时糖浓度、氮源、接种量、温度、pH值等工艺元素的有效管控，更能够提升工艺生产的稳定性，进一步降低产品原料的损耗。因此，在论述l-乳酸工艺条件如何优化期间，必须明确各类因素可能对发酵工艺造成的影响，并做好各项试验做好论据，才能为后续生产工艺的可持续优化奠定更扎实的基础。

参考文献

[1]张树银，郭廷.以玉米为原料发酵生产L-乳酸工艺条件优化[J].河南化工，2018，35（11）：32-35.

[2]黄玉龙，石鹏霞，武泽，等.米根霉发酵木薯淀粉产L-乳酸的工艺优化[J].中国酿造，2018，37（11）：101-107.

[3]张鑫，李思萌，吴祖芳，等.一种植物乳杆菌发酵紫薯工艺条件优化[J].宁波大学学报（理工版），2017（2）：29-34.

[4]陶静，许赛信，孟德俊，等.乳酸菌发酵生产胞外多糖条件优化研究[J].食品工业，2017（1）：28-31.