CN102488642A - 一种羽毛液态发酵方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种羽毛液态发酵方法，包括：对生物反应器进行空消，然后加入含有羽毛粉的发酵培养基，灭菌，然后在38-42℃下加入占发酵培养基体积3～10％的种子液；通气量为2～3L/min，搅拌速度为200-400r/min，保持体系的pH值为7.2～7.8，在一定温度下连续培养3～5天，直至肉眼看不到羽毛时发酵结束，离心或过滤除去菌体，得到羽毛降解液。本发明的制备方法简单，降解彻底，高效，可规模化生产；本发明的所得的羽毛降解液应用广泛，可作为护发素，洗涤产品，叶面肥等的添加剂。

Description

一种羽毛液态发酵方法

技术领域

本发明属于羽毛发酵领域，特别涉及一种羽毛液态发酵方法。

背景技术

我国的羽毛资源极其丰富，尤其在现代农业中，大规模的家禽养殖产生了大量的角蛋白废物，其中羽毛废弃物产量最多，据统计，我国近几年家禽年出栏量均在70亿只以上，且在逐年增加。按每只家禽可产羽毛0.10kg计，则年产量达70多万吨。

羽毛的粗蛋白含量约在80％以上，氨基酸含量在70％以上，还含有常量元素、微量元素、维生素以及一些未知生长因子。我国从二十世纪八十年代左右开始重视羽毛废物的资源化利用，但大都只是经过简单处理制成羽毛粉后直接出口，换汇率很低；其中约10％～20％主要用于制备动物饲料来加以利用，利用率和利用价值都不高，而另外大部分没有被充分利用，有的甚至造成局部的环境污染，其分泌物所含有的致病微生物也会对人类健康造成危害。同时由于氨基酸的应用越来越广泛，可用作食品添加剂、饲料添加剂、医药、化妆品及表面活性剂等等，其需求量的日益扩大也使得国内对氨基酸原料(蛋白质)的短缺尤为严重。

目前实践中羽毛角蛋白的处理方法是化学物理水解法及微生物酶水解法，由于化学物理水解方法反应条件剧烈，产品损失大，环境污染，造成的产品只能作为饲料、肥料等低附加值产品，因而实践中应用有限。产角蛋白酶的微生物构成的生物炼制较之传统水解法具有诸如反应条件温和、产物回收率高、环境友好、可节省能源等众多优点。不仅使固体废弃物得到有效利用，保护了人类赖以生存的生态环境，还可为人类社会可持续发展提供优质蛋白质及氨基酸资源，更符合循环经济的理念和建立节约型社会的战略要求。

目前已有多种微生物降解羽毛，但都是小量发酵，同时对发酵产物的用途应用不多。鲁丹等(申请号：200810039457)公开了一种小量微生物固定化降解羽毛技术及发酵方法，该技术降解高效，微生物可回收重复利用，降低了降解成本，提高了降解效率。陈启和，何国庆(申请号：200610051886)公布了一株细菌液态降解羽毛工艺方法，但是该专利公布的是在摇瓶中小量发酵，如此发酵羽毛量少，难以产业化利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种羽毛液态发酵方法，该方法操作简单，降解彻底，高效，可规模化生产，所得的羽毛降解液应用广泛，可作为护发素，洗涤产品，叶面肥等的添加剂。

本发明的一种羽毛液态发酵方法，包括：

对生物反应器进行空消，然后加入每100mL中含有2-10g羽毛粉的发酵培养基，灭菌，然后在38-42℃下加入占发酵培养基体积3～10％的种子液；通气量为2～3L/min，搅拌速度为200-400r/min，保持体系的pH值为7.2～7.8，在一定温度下连续培养3～5天，直至肉眼看不到羽毛时发酵结束，离心或过滤除去菌体，得到羽毛降解液。

所述的生物反应器具有补充氧气功能及使发酵成分混匀的搅拌***。

所述的发酵培养基中无机盐的含量为：每100ml培养基含KCl 0.01～0.1g、NaCl0.01～0.1g、吐温800.2～1.0g、磷酸氢二钠0.1～1.0g、磷酸二氢钾0.01～0.1g。

所述的灭菌为于121℃灭菌15～30min或通过蒸汽灭菌。

所述种子液中的微生物为嗜麦芽窄食单胞菌DHHJ(CGMCC No.2231)，其浓度为10⁷CFU/mL。

所得的羽毛降解液用于制备植物叶面肥、动物饮料添加剂、护发护肤产品或洗涤用品。

上述的植物叶面肥的制备方法为：将羽毛降解液稀释2-5倍。

上述的护发护肤产品的制备方法为：将所得的羽毛降解液经过冷冻干燥或低温烘干得到粉状固体，然后将所述的粉末固体添加到普通护发护肤产品中，添加量为0.2％～1.0％。

上述的洗涤用品的制备方法为：将所得的羽毛降解液经过冷冻干燥或低温烘干得到粉状固体，然后将所述的粉末固体添加到普通洗涤用品中，添加量为0.2％～1.0％。

发酵培养基以羽毛作为碳源、氮源及能源(每100mL加羽毛粉2-10g)，与有专利权的附加微量元素配合构成发酵培养，该专利权的附加无机盐的量如下表所示：

每100毫升无机盐溶液的组成：

通气量根据不同微生物种类有所不同，一般为2～3L/min，搅拌速度为200-400r/min，保持pH 7.2～7.8，在一定温度下连续培养3～5天。在这一段时间内，培养微生物不断降解羽毛，直至肉眼看不到羽毛时发酵结束。

发酵结束后应用标准分离方法如过滤，离心等手段除去菌体，得到羽毛降解液。测定其中蛋白、氨基酸及无机离子组成。

本发明的发酵方法为液态好氧发酵，发酵时无需加入其它碳源及氮源作营养因子，而只要加入一些简单无机盐。羽毛角蛋白发酵后产物是过滤或离心去除菌体发酵液，由多种物质构成的混和物，该混和物包括蛋白质、肽、氨基酸及多种无机盐。

本发明除了说明羽毛生物降解工艺条件外，同时也说明了降解产物的各种用途及使用方法。

叶面肥是营养元素施用于农作物叶片表面，通过叶片的吸收而发挥基功能的一种肥料类型。研究表明，角质层由一种带有羟基和羧基的长碳链脂肪酸聚合物组成，这种聚合物的分子间隙及分子上的羟基、羧基亲水基团可以让水溶液渗透进入叶内，当然，叶片表面的气孔是叶面肥进入叶片更方便的通道。以上述液体为原料，作为植物叶面肥的应用浓度不能太高，太高导致植物烧苗，长的矮小甚至死亡。因此将发酵原液稀释2至5倍成工作液。幼苗期喷洒使得苗健壮并长速快，成熟期有利于果实种子，使用于果树上有利于延缓果树衰老。该稀释液可用于各种大田作物，经济作物，大棚作物，果树花卉等。用方法是在植物生物的各个生育期均可使用，用喷雾器均匀喷于叶面，连续喷洒2-3日，用量为每100m² 1～2L。

角蛋白是头发的主要构成成分，占其组成的65％～95％，它也是头发表面最重要的保护膜。然而头发经常暴露于外界环境中，易受到不同外界因素的侵袭，如光照、化学处理、环境污染、机械损伤等，造成毛小皮鳞片的翘起和折断以及角蛋白大量流失，宏观表现为头发手感粗糙、易折断、强度降低等。羽毛的主要成分亦为角蛋白，含量高达85％～89％，氨基酸总量在70％以上。本发明采用微生物发酵可从羽毛中提取角蛋白，发酵液中含有大量半胱氨酸，通过渗入头发的皮质层，可与受损头发中暴露的亲水基团交联成键，起到修复、保湿、增强的作用。这些在碱性条件下生成的半胱氨酸残基在烫发过程中与头发连接，使头发具有较好的触感。此外，角蛋白溶液在头发表层还可形成致密光滑的薄膜层，为外界入侵因素提供最初的结合或降解位置，同时通过它的化学防护作用保护头发本身的蛋白质结构，巩固护理效果，提高头发光泽。

以上述液体为原料，作为护发剂、发胶、摩丝、定型液、喷发定型剂、烫发前溶液、烫发后溶液等护发产品添加剂。上面所进行的发酵液经过包括冷冻干燥或低温烘干得到粉状固体，以其为原料，添加到所要用的各种护发产品中，添加量为0.2％～1.0％。

本发明为羽毛废弃物提供低成本绿色环保降解方法，同时提高其降解产物附加值应用。本发明公布了生物反应器液体发酵大量降解羽毛的方法与工艺，并公布了发酵液中各成分含量。同时公布了此发酵液作为护发素，洗涤产品，叶面肥的用法与用量。

因此，本发明开发出羽毛大量降解的工厂化工艺，该工艺降解彻底，高效，降解产物作为护发素，洗涤产品，叶面肥等多种日化产品添加剂应用。与现有技术相比，本发明更能直接产业化应用。本发明首次公布了羽毛角蛋白生物降解大量液体发酵方法，可以在生产中直接应用。

有益效果：

(1)本发明的制备方法简单，降解彻底，高效，可规模化生产；

(2)本发明的所得的羽毛降解液应用广泛，可作为护发素，洗涤产品，叶面肥等的添加剂。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

微生物发酵羽毛工艺

利用生物反应器液体大量发酵降解羽毛并生产可溶性蛋白质，氨基酸及金属离子工艺如下：

嗜麦芽窄食单胞菌DHHJ(CGMCC No.2231)的5L生物反应器使用发酵培养基(g/100mL)为：羽毛粉2.0g、KCl 0.04g、NaCl 0.03g、吐温80 0.4g、磷酸氢二钠∶磷酸二氢钾＝0.4∶0.03、pH 7.5。

在5L生物反应器发酵过程中，发酵前两天通气量为2.5L/min，在发酵第3天，将通气量调至3.0L/min。在发酵过程中需加磷酸以保持整个发酵过程中pH值基本维持在7.5左右。发酵5天后羽毛基本全部降解，产生可溶性蛋白质、氨基酸及金属离子见下表。

发酵液游离氨基酸组成成分见下表：

实施例2

羽毛发酵产物护发效果

选用直径介于0.092～0.115mm的头发作为样品，在YG061型电子单纱强力机上测定强度和弹性。牵引力100cN(厘牛，即一克物体所受的重力，用克力(gf)表示。kgf为千克力，表示1kg物体所受重力，G∶mg＝1kgf＝1,000gf 1kg*9.8N/kg＝9.8N。即1,000gf＝9.8N＝1,000cN。所以1N＝102cN，常用于纺织上，表示对纤维施加的张力，纤维强度常用cN/dtex表示)，牵引速度110mm/min，预加张力0.3cN(厘牛)，试样长度20mm，取试样长度的20％为定伸长(L)，测得的残留伸长值(Li)，弹性采用下式计算：

$R=1-\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_i}{N\·L}\×100\%$

其中：R为定伸长弹性率，N为测定次数，即10次。

强度采用一次拉伸断裂时的断裂强度计算。

实施例3

羽毛发酵产物头发的定型效果

分别把长度为16cm(L)的头发在角蛋白溶液、蒸馏水中各浸15min，30min，45min，60min，90min，120min，180min，720min绕在玻璃棒上固定，电吹风吹干。解开头发，静置20s测定其长度L₀，然后于t时测定发卷长度L_t，计算卷曲保持率C(％)：

$C=\frac{L-L_t}{L-L_0}\×100\%$

羽毛角蛋白降解物定型效果见下表：

实施例4

羽毛发酵液促进植物生长作用

(1)植物增高测试

将香青菜种子种在大盆内，待发芽后，取高度和生长情况类似的植株，3株为一组，移到同一盆中。将植物样本分为6组，每组3株，于傍晚5点分别定时对6组样本喷洒空白样(蒸馏水)、发酵液(发酵四日)(稀释0、1、2、3、4倍)，定期测试每株青菜高度变化。

在种下种子发芽后，开始喷洒叶面肥。此时记下每株香青菜的高度h₁₀、h₂₀、h₃₀、h₄₀、h₅₀、h₆₀，每组高度取3株的平均值。之后每10天测一次高度，记作h_1i、h_2i、h_3i、h_4i、h_5i、h_6i，以此类推。计算不同时期的增高量H_ni∶H_ni＝h_ni-h_n0。(n＝1～6)。

(2)植物增重实验

在香青菜发芽后，开始喷洒叶面肥。待生长40天后取出植株，洗净分别称取鲜重，并于80℃烘干后测其干重，重记作m₁、m₂、m₃、m₄、m₅、m₆。计算其增重量M_n∶M_n＝m_n-m₁。和增重率WPG∶WPG＝M_n/m₁。

羽毛角蛋白降解物促进植物生长效果见下表：

Claims (9)

1.一种羽毛液态发酵方法，包括：

对生物反应器进行空消，然后加入每100mL中含有2-10g羽毛粉的发酵培养基，灭菌，然后在38-42℃下加入占发酵培养基体积3～10％的种子液；通气量为2～3L/min，搅拌速度为200-400r/min，保持体系的pH值为7.2～7.8，在一定温度下连续培养3～5天，直至肉眼看不到羽毛时发酵结束，离心或过滤除去菌体，得到羽毛降解液。

2.根据权利要求1所述的一种羽毛液态发酵方法，其特征在于：所述的生物反应器具有补充氧气功能及使发酵成分混匀的搅拌***。

3.根据权利要求1所述的一种羽毛液态发酵方法，其特征在于：所述的发酵培养基中无机盐的含量为：每100ml培养基含KCl 0.01～0.1g、NaCl 0.01～0.1g、吐温80 0.2～1.0g、磷酸氢二钠0.1～1.0g、磷酸二氢钾0.01～0.1g。

4.根据权利要求1所述的一种羽毛液态发酵方法，其特征在于：所述的灭菌为于121℃灭菌15～30min或通过蒸汽灭菌。

5.根据权利要求1所述的一种羽毛液态发酵方法，其特征在于：所述种子液中的微生物为嗜麦芽窄食单胞菌DHHJ，其浓度为10⁷CFU/mL。

6.根据权利要求1所述的一种羽毛液态发酵方法，其特征在于：所得的羽毛降解液用于制备植物叶面肥、动物饮料添加剂、护发护肤产品或洗涤用品。

7.根据权利要求6所述的一种羽毛液态发酵方法，其特征在于：所述的植物叶面肥的制备方法为：将羽毛降解液稀释2-5倍。

8.根据权利要求6所述的一种羽毛液态发酵方法，其特征在于：所述的护发护肤产品的制备方法为：将所得的羽毛降解液经过冷冻干燥或低温烘干得到粉状固体，然后将所述的粉末固体添加到普通护发护肤产品中，添加量为0.2％～1.0％。

9.根据权利要求6所述的一种羽毛液态发酵方法，其特征在于：所述的洗涤用品的制备方法为：将所得的羽毛降解液经过冷冻干燥或低温烘干得到粉状固体，然后将所述的粉末固体添加到普通洗涤用品中，添加量为0.2％～1.0％。