CN102719510A

CN102719510A - 一种氨基酸发酵菌体利用方法

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Publication number: CN102719510A
Application number: CN2012102113999A
Authority: CN
Inventors: 唐永强; 冯珍泉; 汲广习; 马仕敏; 徐进钊; 李树标; 董吉子
Original assignee: Hulunbuir Northeast Fufeng Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Hulunbuir Northeast Fufeng Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN102719510B

Abstract

本发明提出一种氨基酸发酵菌体利用方法，属于氨基酸生产技术领域。以谷氨酸发酵为例，采用发酵液等电前通过碟片分离机分离发酵液中的菌体蛋白，将上述菌体蛋白浆液加入适量复合酶使菌体破壁酶解。该酶解液经高速碟片分离机分离去除细胞壁，所得澄清酶解液经低温浓缩后制成酶解菌体蛋白膏，或经过喷浆造粒流化床干燥机、喷雾造粒干燥机等进行干燥后，制成酶解菌体蛋白粉。该方法大幅度提高了菌体蛋白利用价值，从而使其由廉价饲料转变为高附加值酵母膏、酵母粉替代物，用于发酵配料的使用及其它领域，整个过程对资源进行充分利用，达到了节能减耗的目的，具有广阔的应用前景。

Description

一种氨基酸发酵菌体利用方法

技术领域

本发明属于氨基酸生产技术领域，涉及一种氨基酸发酵菌体利用方法，具体为一种利用复合酶制剂对谷氨酸发酵菌体进行酶解制备酶解蛋白膏、蛋白粉的方法。

背景技术

谷氨酸菌体是发酵法生产味精过程中的副产品，是谷氨酸生产菌生成谷氨酸经提取精制味精后的废弃菌体，它是一种单细胞蛋白，含有丰富的蛋白质，对干燥后菌体蛋白的化学成分进行分析发现谷氨酸菌体中蛋白质的含量高达85.8％总氨基酸含量为78.77％，高于目前蛋白酶解物常用的原料豆粕、酵母等。其氨基酸种类和配比都比较齐全，并且含有丰富的维生素、核酸、多糖等其他营养物质。

在谷氨酸生产过程中，目前工艺方法多数工厂未及时处理而直接将其排走，既污染了环境，又造成极大的浪费；还有些厂家将谷氨酸发酵菌体在发酵结束后进行等电，经离交柱将废液中残余的谷氨酸吸附后，剩余废水加入定量的絮凝剂进行菌体蛋白的絮凝沉淀，经板框过滤后得到菌体蛋白，干燥后作为饲料。此种饲料是经絮凝剂沉淀工艺而得到的，由于大分子絮凝剂的引入造成饲料的营养价值大幅度下降，导致其利用价值降低，影响企业效益。

近年来由于菌体回收技术的发展部分菌体被回收利用，据报道日本及其美国消费的调味品中，蛋白质酶解物因其丰富的氨基酸含量和较高的营养价值，实测消费量已相当于超过味精的消费量。在我国，这方面的消费目前不是很多，由于技术不成熟使得回收成本较高，但随着人们生活水平的提高，蛋白质酶解物将会有广阔的市场。目前对谷氨酸菌体蛋白进行酶解的方法主要有化学学和酶法。化学方法虽然简单，但反应要求条件高，污染严重，因而很受限制；酶法酶解是利用蛋白酶酶解蛋白质，反应条件温和，能耗低，副反应少，应用较为广泛。

因此，研究一种***的对谷氨酸菌体蛋白酶解利用，以减少废水污染、降低由于絮凝剂的引入导致菌体蛋白营养价值下降是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

发明人经过一系列研究开发了一种谷氨酸发酵菌体的利用方法，该方法采用了发酵液等电前通过碟片分离机分离发酵液中的菌体蛋白，将上述菌体蛋白浆液加入适量复合酶制剂使菌体蛋白酶解。该酶解液经高速碟片粉机分离去除细胞壁，所得澄清酶解液经低温浓缩后制成酶解菌体蛋白膏，或经过喷浆造粒流化床干燥机、喷雾造粒干燥机等进行干燥后，制成酶解菌体蛋白粉。该方法大幅度提高了菌体蛋白利用价值，从而使其由廉价饲料转变为高附加值酵母膏、酵母粉替代物，该产品由于含有大量各类人体和动物必须氨基酸，因而可以作为复合氨基酸饲料预混料原料，使其变废为宝。

利用高速碟片分离去除菌体及不溶物，经过分离之后的谷氨酸料液经过多效板式蒸发器低温蒸发浓缩，产生的二次蒸汽冷凝水，用于谷氨酸发酵配料，蒸发后的谷氨酸浓缩液通过连续等电提取谷氨酸，上清液通过离交柱吸附谷氨酸，解析的谷氨酸去等电再次提取，高浓废水去肥料车间生产肥料，重相(菌体蛋白)通过板框压榨后造粒，通过流化床干燥生产高蛋白饲料。

上述酶解菌体蛋白膏或蛋白粉由于富含大量人体及动物所必需氨基酸，可以其作为复合氨基酸原料，并适当添加部分赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸等饲料氨基酸制成复合氨基酸饲料预混剂，大幅度降低该产品成本。

为实现上述目的，本发明一种谷氨酸发酵菌体利用方法的具体操作步骤为：

(1)谷氨酸发酵菌液利用高速碟片分离机将发酵液中的谷氨酸料液和菌体蛋白进行分离，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，通过以上条件，将谷氨酸料液和菌体蛋白分离。

(2)将分离得到菌体蛋白用水稀释到干基含量5％～10％后使用复合酶对其进行酶解，得到酶解液，酶解条件为：温度55℃，pH6.5，时间6h，其中复合酶为：溶菌酶、酸性蛋白酶、β-葡聚糖酶，三者比例为溶菌酶∶酸性蛋白酶∶β-葡聚糖酶为2∶5∶1，复合酶添加量(酶和菌体蛋白(底物)干重的重量比)为：5-7％；

(3)对上述酶解液采用碟片分离机分离去除细胞壁，所得上清液经多效板式蒸发器低温蒸发，所述蒸发器一效进料温度＜80℃，末效出料温度＜45℃，所得膏状物干基含量＞65％，将上述膏状物直接包装制成市售酵母膏替代产品酶解菌体蛋白膏，或者将上述膏状物经喷浆造粒流化床或喷雾造粒干燥制成粉状或颗粒状物料，经包装后制成市售酵母粉替代物酶解菌体蛋白粉。

上述酶解物经测定氨基酸含量，并适量加入部分饲料氨基酸调整配方后，可制成复合氨基酸饲料预混料。

本发明首先使用高速碟片分离机将发酵液中的谷氨酸料液和菌体蛋白进行分离，去除发酵菌体，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，通过以上条件，高效便捷地将谷氨酸料液和菌体蛋白分离，该使用高速碟片分离机为申请人首创，碟片式分离机是沉降式离心机中的一种，用于分离难分离的物料，其对菌体蛋白的提取率达到97％以上，较之现有技术中的膜过滤技术具有成本低，操作便捷的优点，更适于大规模工业化生产。

本申请无需加入絮凝剂等化学试剂，避免了絮凝剂单体存在的饲料安全隐患，所得菌体蛋白容易酶解，提高了产品质量，此方法工艺简单，可广泛用于谷氨酸及其它氨基酸发酵菌体蛋白的提取。

本发明人通过创造性劳动及多因子实验对酶解反应的酶解体系、添加量、PH、温度等进行大量实验，得出最佳的酶解反应参数体系，从大量酶解蛋白酶中确定最佳复合酶组合为溶菌酶、酸性蛋白酶、β-葡聚糖酶，且确定了其最佳添加比例，该组合酶酶解反应条件温和，酶解液营养保持完整，更能协作互应，提高反应效率及转化率；

酶反应结果随PH值的改变而发生显著的变化，每个酶促反应均存均存在一个最适宜作用pH值，在低于最适pH值时，蛋白质酶解率随pH值的增大而增大，当达到最适pH值后，随pH值的增大，酶解率反而下降。本发明确定复合酶的最佳酶解PH为6.5；酶量的增大会提高酶对底物的作用能力，由此可引起酶解率的提高，当酶加量增大到一定数值时，蛋白质分子对酶的需求量达到饱和，酶不再是提高蛋白质酶解率的限制性因素，所以酶解率随着酶加量的增大变得平缓，进一步增大，其酶解率反而下降，本研究确定最佳复合酶添加量为5-7％；酶促反应对温度也极为敏感，在保持酶活力的情况下，蛋白质酶解率随温度升高而升高，达最高峰后，继续升高温度，酶活力开始减小，酶解速度迅速下降，蛋白质酶解率随之下降。本研究确定最佳反应温度为55℃；

本发明在与现有生产工艺无需加入絮凝剂等化学试剂，避免了絮凝剂单体存在的饲料安全隐患，其制备的蛋白膏可直接包装制成市售酵母膏替代产品，所得酶解蛋白膏作为氮源替代市售酵母粉，进行苏氨酸发酵试验，连续5罐平均发酵参数分别为：用酶解蛋白膏作为氮源的发酵液产酸13％，发酵周期28h，发酵糖酸转化率68％。用市售酵母粉作为氮源的发酵液产酸14％，发酵周期28h，发酵糖酸转化率67％。通过上述比较本发明所制产品用于苏氨酸发酵完全可替代市售酵母粉产品，从而大幅度降低苏氨酸发酵成本。

本发明整个工艺过程操作简便，生产成本较低，经济效益显著，十分适合于工业化生产。

具体实施方式

实施例1

(1)首先将谷氨酸发酵液10立方，通过碟片分离机对发酵菌体进行分离，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，通过以上条件，将谷氨酸料液和菌体蛋白分离，得菌体蛋白6500kg。

(2)将上述菌体蛋白加入搅拌反应器，并加入适量温水调匀，调整固含量8％，调整酶解反应温度55℃，加少许硫酸调整pH6.5，分别加入溶菌酶10kg/m³，酸性蛋白酶25Kg/m³，β-葡聚糖酶5Kg/m³，缓慢搅拌酶解时间为6小时，用氨基酸分析仪测定酶解液各类氨基酸含量。

(3)对上述酶解液采用碟片分离机分离去除细胞壁，所得上清液经三效板式蒸发器低温蒸发，所述蒸发器一效进料温度78℃，末效出料温度43℃，所得膏状物直接装桶制成酶解蛋白膏，所得蛋白膏产品4000kg。

或者将上述膏状物经喷浆造粒流化床或喷雾造粒干燥制成粉状或颗粒状物料，经包装后制成市售酵母粉替代物酶解菌体蛋白粉。

实施例2

将实施例1所得酶解菌体蛋白膏经通过喷浆造粒流化床干燥，得到的成品包装制成酶解菌体蛋白粉，喷浆造粒流化床热风温度130℃。

实施例3

用实施例1所得酶解蛋白膏作为氮源替代市售酵母粉，进行苏氨酸发酵试验，连续5罐平均发酵参数分别为：

用实施例1制备的酶解蛋白膏作为氮源的发酵液产酸13％，发酵周期28h，发酵糖酸转化率68％。

用市售酵母粉作为氮源的发酵液产酸14％，发酵周期28h，发酵糖酸转化率67％。

通过上述比较本发明所制产品用于苏氨酸发酵完全可替代市售酵母粉产品，从而大幅度降低苏氨酸发酵成本。

实施例4

用实施例2制备的酶解蛋白粉替代标准YPD培养基中的酵母粉，其余成分不变，在相同条件下培养酿酒酵母和毕赤酵母，通过比较细胞的生长情况评价产品的培养效果。

利用比浊法测定OD₆₀₀表征细胞的生长情况，表明以本产品可以替代市售酵母粉产品，并取得预期的效果。

以呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司年产20万吨谷氨酸生产车间为例，对采用本发明后与传统工艺相比的成本分析如下：

通过絮凝提取的菌体蛋白售价2200元/吨，每年销售菌体蛋白36000吨，絮凝剂及干燥成本约900万元，销售收入7920万元，将上述菌体在等电前分离后，可制成酶解蛋白粉25000吨/年，目前市售酵母粉单价22000元/吨，因此可实现销售收入55000万元，每吨蛋白粉消耗酶制剂及加工干燥成本2000元，因此每年可新增收益43000万元。

本发明和常规工艺相比，产品质量稳定可靠，生产成本大幅度降低，对于味精生产企业来讲，不但能够减少环境污染，减少污水处理费用，同时对资源进行充分利用，达到了节能减耗的目的，必将产生可观的社会效益和经济效益。

Claims

1.一种谷氨酸发酵菌体利用方法，其特征在于具体操作步骤如下：

(1)利用高速碟片分离机将谷氨酸发酵菌液中的谷氨酸料液和菌体蛋白进行分离，高速碟片机分离菌体的转速为4000～5000r/min，通过以上条件，将谷氨酸料液和菌体蛋白分离。

(2)将分离得到菌体蛋白用水稀释到固含量5％～10％后使用复合酶对其进行酶解，得到酶解液，酶解条件为：温度55℃，pH6.5，时间6h，其中复合酶为：溶菌酶、酸性蛋白酶、β-葡聚糖酶，三者比例为溶菌酶∶酸性蛋白酶∶β-葡聚糖酶为2∶5∶1，复合酶添加量为：5-7％；

(3)对上述酶解液采用碟片分离机分离去除细胞壁，所得上清液经三效板式蒸发器低温蒸发，所述蒸发器一效进料温度＜80℃，末效出料温度＜45℃，所得膏状物干基含量达65％，直接包装制得酶解菌体蛋白膏。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中固含量为8％，步骤(3)中一效进料温度78℃，末效出料温度43℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中蛋白膏经流化床喷浆造粒或喷雾造粒干燥制成粉状或颗粒状物料。

4.权利要求1所述酶解菌体蛋白膏用于替代酵母膏的应用。

5.权利要求1或2所述酶解菌体蛋白膏和权利要求3所述粉状或颗粒状物料作为氨基酸饲料预混剂原料的应用。