CN101346460B - 干燥微生物菌体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

开发在不降低微生物菌体的品质、而且不存在微粉化问题的情况下，利用廉价的微生物菌体的加热处理方法来制造干燥微生物菌体的方法。上述课题通过干燥微生物菌体的制造方法来解决，该制造方法的特征在于：将微生物菌体在200～450℃(产品温度)下加热1～30秒。

Description

干燥微生物菌体的制造方法
技术领域
本发明涉及在不降低各种发酵菌体、活性污泥等微生物菌体的品质的情况下对其进行加热处理来制造干燥微生物菌体的方法。
背景技术
制造干燥微生物菌体通常采用以下方法：将发酵液中的微生物菌体经膜过滤或离心机等浓缩，再将所得微生物菌体浓液在流动干燥机内进行喷雾干燥的方法。
例如，专利文献1(日本特开平5-123165号公报)中公开了以下方法：将氨基酸发酵菌的悬浮液用转盘式蒸发器进行干燥，然后使用密闭型干燥器进一步进行干燥的方法。在上述方法中，将干燥微生物菌体制成片状以改善以往其为微粉状态时的处理性，在两个阶段的干燥中均使用蒸气，在高温下加热1小时以上。
发明内容
如上所述，在以往的微生物菌体干燥中，由于在高温下长时间加热，干燥微生物菌体的品质下降，例如随着梅拉德反应(Maillardreaction)的进行干燥微生物菌体容易发生着色，变成茶褐色。另外，微生物菌体蛋白中的氨基酸、特别是作为必须氨基酸而又最不耐热的赖氨酸在干燥时被热破坏。并且，由于喷雾干燥时是先微粉化之后再干燥，因此微生物菌体容易变成粉尘而难以处理，而且还必需考虑粉尘爆发的危险性。又由于生产效率也低，故干燥所需的成本增加。
此外，还有以下方法：将所得微生物菌体浓液或进一步对微生物菌体浓液进行压滤等加压过滤而得到的微生物菌体滤饼用鼓式干燥器进行干燥的方法，但设备生产效率低、成本高。
本发明人等为了解决上述问题，在不降低微生物菌体的品质而且不存在微粉化问题的情况下，利用廉价的加热处理方法制造干燥微生物菌体，进行了深入研究。
其结果，一边使用挤出机迅速搬运原材料，一边将原材料连续投入到可进行混合、混炼、加热的螺杆上，在螺杆中在原材料的产品温度为超高温(200～450℃)下以瞬间(1～30秒)加热状态进行处理。具体而言，从投入口起一边对原材料进行梯度加热一边在螺杆内迅速搬运，到达螺杆出口的原材料不施加压力，直接排放到大气(1大气压)中，按上述方法进行超高温瞬间加热。
其中，在本加热处理中，重要之处在于：在挤出机螺杆顶端没有安装口型(开度调节阀)而是形成开放系统，在出口顶端没有对加热原材料施加压力。由此，首次可以实现在这样的超高温(200～450℃)下进行瞬间(1～30秒)加热。使用挤出机的一般方法为：在螺杆出口处安装口型(开度调节阀)，使已加热的原材料通过狭缝，从而调整顶端压力或滞留时间来进行灭菌处理，但是在对顶端施加压力的状态下滞留时间变长，在超高温(200～450℃)下加热时微生物菌体蛋白几乎焦化，完全没有发挥蛋白的作用。
本发明基于上述发现而设，提供一种干燥微生物菌体的制造方法，其特征在于：将微生物菌体送入挤出机中，在其内部在产品温度为200～450℃下加热处理1～30秒。
在本发明的利用挤出机进行的超高温(200～450℃)瞬间(1～30秒)加热处理型的连续干燥方法中，干燥所需的滞留时间极短，因此不但干燥的微生物菌体的品质几乎没有下降，反而有所提高。
例如，干燥微生物菌体几乎没有因褐变而发生变质，营养价值也没有减少。微生物菌体蛋白中的氨基酸、特别是赖氨酸没有减少。另外，微生物菌体蛋白的消化性有所提高等。加热后，微生物菌体从挤出机的螺杆出口排出，与此同时水分带走气化热、同时瞬间气化，随之微生物菌体的产品温度急剧下降同时被干燥。因此，即使干燥后不立即冷却微生物菌体，也几乎不会引起品质的下降。
另外，干燥微生物菌体可以以颗粒状取得，因此制品的处理操作性极其良好，也不存在粉尘爆发等危险性。
并且，加热的滞留时间极短，设备生产效率高，可以降低干燥所需的成本。
如上所述，本发明的加热处理方法可以解决上述的许多问题，可以说是一种有价值的、极其有效的干燥方法。
实施发明的最佳方式
对本发明的制造方法中使用的装置没有特别限定。可以使用能够在预定温度下进行加热处理、给予预定的被加热时间的装置。现实中使用的装置的例子可以优选列举挤出机。需要说明的是，挤出机只要能够加热至200～450℃即可，可以直接使用市售品或改造后使用。
在本发明中，将微生物菌体在200～450℃左右加热1～30秒左右，但严格说来200～450℃的温度是指产品温度。
优选的加热温度为250～400℃左右(产品温度)，更优选250～370℃，特别优选为280～350℃。优选的加热时间为1～20秒左右，更优选5～15秒，特别优选为2～10秒左右。加热时间可以通过调节装载在挤出机上的加热器来进行控制，还可以通过调节微生物菌体的投入速度和螺杆的转速来进行控制。但是，难以使微生物菌体在1～30秒内通过挤出机。因此，采取的对策是取下挤出机输出端的口型或者换成输出口径大的口型等来加快挤出机内的移送速度。而且，可以不必将挤出机内部整体加热至200～450℃，而只将其一部分加热至200～450℃即可。当该加热部位位于上游或中游时，必需将其下游侧冷却至不足200℃，因此该加热部位以下游侧(输出口侧)为宜。
本发明中作为原料的微生物菌体是指用于进行谷氨酸、谷胺酰胺、赖氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸等的各种氨基酸发酵(黄色短杆菌(Brevibacterium flavam)、乳发酵短杆菌(Brevibacteriumlactofermentum)、谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、大肠杆菌(Escherichia coli)等)而培育的发酵菌体和用于进行肌苷、鸟苷等的各种核酸发酵(枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)等)而培育的发酵菌体和活性污泥菌体等。但除此以外，即使是一般的细菌、霉菌、酵母等微生物菌体也可以进行加热干燥，并不特别限定于微生物。
上述发酵液中培育的发酵微生物菌体通常以发酵液的经过膜过滤或离心、以及用加压过滤机等进行浓缩、脱水的物质作为原料，可以更有效率地进行加热干燥。通常作为原料的加热前的微生物菌体的含水量为20～90％(以固体含量计为10～80％)，优选为40～60％(以固体含量计为40～60％)。
由本发明的加热处理方法得到的干燥微生物菌体，可以根据其含水量来改变形状。即，含水量不足约5％时为粉末状，含水量为约5～15％时为颗粒状，含水量为约15％以上时为块状。
以下，通过实施例来具体说明本发明。需要说明的是，实施例中的体外评价项目按以下方法来进行。
<体外测定法>
<微生物菌体中的总氮量的测定>
将约5g微生物菌体试样用乳钵粉碎后准确称取约20mg。利用(株)住化分析中心社制的高灵敏度N，C-ANALYZER SUMIGRAPHNC-800自动分析仪(测定原理：使试样在纯氧气中完全燃烧(840℃)，利用气相色谱法分析生成的氮气和二氧化碳气体)对其进行总氮分析，求出总氮量。用分析的总氮量N(％)乘以蛋白换算系数6.25(g/g)，按照通式(1)求出菌体中的总蛋白质含量P0(％)。
P0(％)＝N(％)×6.25    (1)
<水溶性蛋白质(WSP)的测定>
将用于总氮分析的微生物菌体放入50ml FALCON制锥形管中，进行预定的加热处理，称取4.00g所得的加热处理试样，向其中加入约40ml的水并搅拌，预先确认pH为6.2～6.8(当pH在此范围之外时，用稀盐酸或稀氢氧化钠水溶液进行调节)后再加入水，将容量调整至50ml，盖住锥形管。该锥形管用往复式振荡机在40℃、100rpm下振荡90分钟，之后立即用离心机在3,000rpm的转速下离心10分钟，分离上清液和残余物。回收的上清液进一步用0.45μm的微孔过滤器(醋酸纤维素过滤器；Toyo Roshi Kaisha，Ltd.制)进行过滤，所得滤液作为水溶性蛋白质(有时简称为“WSP”)测定用试样。另一方面，该残余物的总量作为消化酶(胃蛋白酶)的可溶性蛋白质测定用试样。同时，根据测定微生物菌体中的总氮量，利用通式(1)，由加热处理试样中的总氮量N1(％)求出蛋白质含量P1(％)。
(2)<测定>
以可溶性大豆蛋白质(蛋白含量为61.8％)的水溶液作为标准，利用比色分析法的Bradford法(试剂盒使用Bio-Rad社制)进行测定，求出前处理操作得到的该滤液中的水溶性蛋白质的浓度Cp(g/L)。根据该值利用通式(2)求出滤液中的水溶性蛋白质量WSP(g)。
WSP(g)＝Cp(g/L)×50/1000(L)    (2)
<不溶性蛋白质(ISP)量的计算方法>
通过计算4.00g加热处理试样中的蛋白质量PI(g)与溶解在水溶液中的水溶性蛋白质量WSP(g)之差求出不溶性蛋白质量(ISP)(g)。
ISP(g)＝P1(g)-WSP(g)
＝4.00g×N1(％)/100×6.25(g/g)-WSP(g)  (3)
<指标项目[A]的计算方法>
指标项目[A]以ISP与WSP之比表示。
指标项目[A](g/g)＝ISP(g)/WSP(g)    (4)
<利用不溶性蛋白质(ISP)的消化酶测定可溶化蛋白质(PSP)量>
(1)向测定水溶性蛋白质(WSP)的前处理操作所得的残余物(不溶性蛋白质(ISP))中加入约20ml水，混合，制成浆液，加入6N-盐酸，将pH调节至2.0，之后再加入水，将液量调整至40ml。
盖住锥形管，用往复式振荡机在37℃、100rpm下振荡约10分钟，直至浆液的液温达到37℃。
(2)当温度、pH恒定后，一次性添加事先称量的0.50g消化酶粉末(胃蛋白酶：和光纯药工业(株)制，来源于猪胃粘膜，Pepsin 1∶10,000)，用手短时间(约15秒)剧烈混合使消化酶溶解(以后称作酶解用浆液)，之后立即将约0.3ml的该液体制成样品，使用0.45μm的微孔过滤器在酶解实质上尚未开始的1分钟内进行过滤，得到已除去ISP残余物的滤液-1。
(3)剩下的酶解用浆液直接在37℃、100rpm下振荡，进行胃蛋白酶的不溶性蛋白质(ISP)的可溶化反应60分钟。反应后立即将一部分反应液(约0.3ml)制成样品，与(2)同样使用0.45μm的微孔过滤器进行过滤，得到滤液-2(ISP的可溶性蛋白质测定液)。
(4)分别准确称量约20mg的(2)和(3)中得到的滤液-1和滤液-2，利用(株)住化分析中心社制的高灵敏度NC-ANALYZER SUMIGRAPHNC-800自动分析仪进行总氮分析，得到各自的分析值Nb(％)和N60(％)。
(5)根据如此操作而得到的反应前后的总氮分析值Nb(％)和N60(％)，利用通式(5)求出不溶性蛋白质(ISP)中60分钟后可溶化的蛋白质的量(ISP的可溶性蛋白质(PSP)量(g))。
PSP(g)＝[N60(％)/100-Nb(％)/100]×6.25(g/g)×40ml×密度1.00(g/ml)  (5)
(6)利用下式求出PSP(g)与(ISP)(g)之比，作为指标项目[B]。
指标项目[B](g/g)＝PSP(g)/(ISP)(g)    (6)
实施例
培养赖氨酸产生菌-大肠杆菌WC196菌株(命名为大肠杆菌AJ13069菌株，于1994年12月6日保藏在工业技术院生命工学工业技术研究所(现独立行政法人产业技术综合研究所特许生物寄托中心，
Figure S2006800490818D00071
日本国茨城县筑波市东1-1-1中央第6)，授予保藏号为FERM P-14690，于1995年9月29日根据布达佩斯条约移管至国际保藏，授予保藏号为FERM BP-5252)，将所得发酵液中的发酵微生物加热灭菌(120℃、3分钟)后，利用通常的膜过滤和离心来浓缩赖氨酸产生菌，得到水分为80％的赖氨酸菌体浓液(固体含量为20％)。再使用加压过滤机从取得的水分为80％的赖氨酸菌体浓液中脱水，得到水分为60％的微生物菌体滤饼。需要说明的是，将水分为80％的微生物菌体浓液用流动干燥机(VOMM(株)制涡轮式干燥机)进行干燥(干燥条件：送风温度185℃，微生物菌体的产品温度为107℃，滞留时间为25分钟)，得到水分为5.2％的干燥微生物菌体(试验区1)。接下来，将如此操作而得到的水分为80％的微生物菌体浓液和水分为60％的微生物菌体滤饼分别用挤出机进行加热干燥处理。需要说明的是，挤出机使用(株)日本制钢所制试验用双螺杆挤出机“Mark II”(螺杆尺寸：长450mm、口径30mm)，其装载在螺杆出口处的口型已取下，运转中的螺杆转数为400rpm。在水分为80％的微生物菌体浓液的情况下，虽然可以得到干燥微生物菌体，但生产效率极低(试验区2)。对由水分为80％的微生物菌体浓液进一步加压过滤得到的水分为60％的微生物菌体滤饼进行加热干燥，条件分别如下：在产品温度300℃下加热15秒(试验区3)、10秒(试验区4)、5秒(试验区5)；在产品温度400℃下加热7秒(试验区6)；在产品温度250℃下加热20秒(试验区7)；以及在产品温度200℃下加热25秒(试验区8)，结果极其有效地进行了干燥。试验区1、试验区3、试验区4、试验区5、试验区6、试验区7和试验区8得到的各赖氨酸发酵干燥微生物菌体的品质评价结果见表1。
(表1)
干燥微生物菌体的品质
Figure S2006800490818D00081
加热干燥后的着色度的评定等级：
1：干燥前；2：稍有着色；3：有着色；4：强着色；5：焦化状态。干燥微生物菌体蛋白中的赖氨酸回收率的分析：
将5.0g赖氨酸菌体在6N-盐酸中、103℃下加热处理24小时，之后用氨基酸分析仪分析求出游离的赖氨酸。
如表所示，判定由本发明的加热干燥方法得到的干燥微生物菌体几乎没有着色，而且微生物菌体蛋白中的赖氨酸也几乎没有减少。另外，所得干燥微生物菌体为颗粒状，不存在由微粉引起的作业环境变差的情形，因此现场操作也容易。而且，加热的滞留时间短至15秒左右，为流动干燥法中加热时间的百分之一。因此，加热干燥的生产效率极高，可以以低成本得到制品。
针对上述试验区1、3、4、5得到的干燥微生物菌体和由水分为80％的微生物菌体浓液进一步加压过滤得到的水分为60％的微生物菌体滤饼进行加热干燥[条件分别如下：在产品温度200℃下加热15秒(试验区9)、在产品温度200℃下加热5秒(试验区10)、在产品温度250℃下加热15秒(试验区11)、在产品温度250℃下加热5秒(试验区12)、在产品温度350℃下加热15秒(试验区13)、在产品温度350℃下加热5秒(试验区14)、在产品温度400℃下加热15秒(试验区15)、在产品温度400℃下加热5秒(试验区16)]所得的干燥微生物菌体以及加热干燥前的赖氨酸发酵菌体滤饼进行体外试验，评价在反刍动物中的迂回(bypass)性(对应于参数[A])、消化性(对应于参数[B])和在反刍动物的小肠中的有效蛋白性(对应于参数[A]·[B])，结果见表2。
(表2)
Figure S2006800490818D00091
由上述结果可知：与由以往的干燥方法得到的干燥微生物菌体蛋白的情况相比，作为表示由本发明的加热处理方法得到的干燥微生物菌体蛋白的消化性参数的[B]值在大部分试验区中有所提高。因此，确认在干燥微生物菌体的同时微生物菌体蛋白的品质得以提高，由本发明的加热处理方法得到的干燥微生物菌体蛋白作为饲料添加剂是有效的。另外，作为表示在反刍动物的小肠中的有效蛋白性参数的[A]·[B]值在大部分试验区中有所提高，因此确认作为反刍动物用饲料也有效。
产业实用性
本发明得到的干燥微生物菌体，其蛋白质的变性少，可用作饲料添加剂等。

Claims (4)

1.干燥微生物菌体的制造方法，其特征在于：将微生物菌体在200～450℃的产品温度下加热处理1～30秒，加热处理装置为挤出机。
2.权利要求1的干燥微生物菌体的制造方法，其特征在于：在产品温度为250～370℃下加热处理1～20秒。
3.权利要求1～2中任一项的干燥微生物菌体的制造方法，其特征在于：加热处理后，干燥微生物菌体中所含的水分量为5～15％。
4.权利要求1～3中任一项的干燥微生物菌体的制造方法，其中干燥微生物菌体为饲料用干燥微生物菌体。
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