CN101748076B - 一种啤酒废酵母个性化生物培养基原料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种啤酒废酵母个性化生物培养基原料的制备方法,所述的方法包括步骤:(1)将啤酒废酵母在30-45℃、70-100MPa条件下经纳米对撞机进行破壁,得到经破壁的酵母;(2)将经破壁的酵母和选自蛋白酶或葡聚糖酶中的一种或多种物质在45-65℃混合3-24小时得到酵母酶解液;所述的蛋白酶选自木瓜蛋白酶或中性蛋白酶;优选5-15小时;和(3)将酵母酶解液离心并经1000分子量纳滤,得到生物培养基原料。本发明还公开了由上述方法得到的啤酒废酵母个性化生物培养基原料及其用途。

Description

一种啤酒废酵母个性化生物培养基原料的制备方法
技术领域
本发明涉及啤酒废酵母个性化生物培养基原料产品的生产工艺和制备方法以及啤酒废酵母的产业化综合开发与利用。
背景技术
啤酒酵母属单细胞生物,它含有约50%机体易于吸收的完全蛋白及机体无法自行合成的必需氨基酸,富含B族维生素、活性肽及烟酸、叶酸、泛酸、核酸、镁、锌、铬等,是天然绿色微生物蛋白源。
据了解,我国现有啤酒企业400余家,相关企业2000家。据国家统计局最新资料,2007年我国啤酒产量达3500万吨,连续三年保持“世界啤酒第一产销大国”的地位,同时总产量在以每年15%增长率不断增长,2008年全国啤酒总产量将达4000万吨。啤酒的副产品啤酒废酵母约占啤酒产量的2%,据推算,2008年全国可回收泥状酵母80余万吨,可制成干燥酵母10万吨以上。
目前,90%的啤酒酵母泥原料均用于初级加工以生产附加值较低的饲料级酵母蛋白原料,其它少量的用于食品、医药工业等,产品产量与针对性应用也较为局限。同时,啤酒废酵母作为啤酒生产企业的副产品,排放过程除浪费大量啤酒外也给企业带来了巨大的环保压力。
生物培养基是生物发酵过程重要的营养原料和技术环节,由于生物发酵行业的原料规模要求及技术特殊性,专用生物培养基的规模开发与产业化生产非常有限。在医药、食品及石油化工领域如氨基酸、乳酸链球菌素、腺苷、青霉素、聚丙酰氨以及甘露聚糖肽等应用由于酵母抽提物生物培养基的技术缺限、产品收率低、产品形成不了规模。2008年国内生物发酵培养基利用酵母为原料生产的产品总量仅为3000吨,而传统的以粮食为主原料生产的生物培养基产品总量高达10万吨以上,市场潜力巨大,在粮食资源日益紧缺的国际形势下,新型高效生物发酵原料替代粮食资源已显得尤为重要。
因此,本领域迫切需要提供一种以啤酒废酵母为原料生产专用生物培养基原料的方法,以深度开发啤酒废酵母,为啤酒生产企业进行废酵母啤酒回收,为企业获取较大效益,还能够充分利用现有资源,使啤酒废酵母的利用成为“变废为宝”的循环经济项目。
发明内容
本发明旨在提供一种以啤酒废酵母为原料的专用生物培养基原料的制备方法。
本发明的另一个目的是提供一种由所述方法制备得到的生物培养基原料。
本发明的再一个目的是提供所述生物培养基原料的用途。
在本发明的第一方面,提供了一种生物培养基原料的制备方法,所述的方法包括步骤:
(1)将啤酒废酵母在30-45℃、70-100Mpa条件下经纳米对撞机进行破壁,得到经破壁的酵母;
(2)将经破壁的酵母和选自蛋白酶或葡聚糖酶中的一种或多种物质在45-65℃混合3-24小时得到酵母酶解液;所述的蛋白酶选自木瓜蛋白酶或中性蛋白酶;优选5-15小时;和
(3)将酵母酶解液离心并经1000分子量纳滤,得到生物培养基原料。
在另一优选例中,在步骤(2)中将酶解促进剂加入混合;所述的酶解促进剂选自珠蛋白肽或糖蜜酵母。
在另一优选例中,在步骤(2)中将经破壁的酵母、葡聚糖酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液;或将经破壁的酵母、蛋白酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液;或经破壁的酵母和葡聚糖酶混合3-12小时后,和蛋白酶混合6-24小时得到酵母酶解液;所述的酶解促进剂选自珠蛋白肽或糖蜜酵母。
在另一优选例中,在步骤(2)中所述的经破壁的酵母先在20-40分钟内升温至95-100℃,再降温至45-65℃。
在另一优选例中,在步骤(1)中所述的啤酒废酵母为经过如下步骤处理的酵母净乳:
(a)将啤酒酵母原液过100和/或120目筛后,脱酒得到初脱酒酵母;和
(b)将初脱酒酵母和水混合后压滤洗涤得到酵母净乳。
在另一优选例中,在步骤(3)中包括如下步骤:将酵母酶解液离心并经1000分子量纳滤后,浓缩、干燥得到生物培养基原料。
在另一优选例中,所述的方法包括步骤:
(i)将啤酒酵母原液过100和/或120目筛后,脱酒得到初脱酒酵母;
(ii)将初脱酒酵母和水混合后压滤洗涤得到酵母净乳;
(iii)将酵母净乳在30-45℃、70-100Mpa条件下经纳米对撞机进行破壁,得到经破壁的酵母;
(iv)将经破壁的酵母和选自蛋白酶或葡聚糖酶中的一种或多种物质在45-65℃混合3-24小时得到酵母酶解液;所述的蛋白酶选自木瓜蛋白酶或中性蛋白酶;优选5-20小时;和
(v)将酵母酶解液离心并经1000分子量纳滤后,浓缩、干燥得到生物培养基原料。
在另一优选例中,所述步骤(iv)中将经破壁的酵母、葡聚糖酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液;或将经破壁的酵母、蛋白酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液;或经破壁的酵母和葡聚糖酶混合3-12小时后,和蛋白酶混合6-24小时得到酵母酶解液;所述的酶解促进剂选自珠蛋白肽或糖蜜酵母。
在本发明的第二方面,提供了一种如上所述的由本发明提供的制备方法得到的生物培养基原料,它的总氮(以干基计)含量11-15%,氨基氮(以干基计)含量5-7%,粗蛋白沉积比60ml以下,灼烧残渣含量2%以下。
在本发明的第三方面,提供了一种如上所述的生物培养基原料的用途,它用于制备苯丙氨酸发酵专用酵母培养基、甘露聚糖肽发酵专用酵母培养基,和/或试剂级低灰份酵母培养基。
据此,本发明提供了一种以啤酒废酵母为原料生产专用生物培养基原料的方法,可以深度开发啤酒废酵母,为啤酒生产企业进行废酵母啤酒回收,为企业获取了较大效益,并能够充分利用现有资源,使啤酒废酵母的利用成为“变废为宝”的循环经济项目。
附图说明
图1显示了本发明提供的啤酒废酵母专用生物培养基原料的制备工艺流程。
具体实施方式
发明人经过广泛而深入的研究,发现将啤酒废酵母通过纳米破壁、高效酶解和分离纳滤等步骤,可以获得一种生物培养基原料;所述的生物培养基原料具有较高的总氮量、氨基氮含量,以及具有低灰份含量(即灼烧残渣含量)。所述的生物培养基原料的生物利用效价高,可用于制备专用生物培养基。
生物培养基原料
如本文所用,“生物培养基原料”、“啤酒废酵母个性化生物培养基原料”、“专用生物培养基原料”或“酵母抽提物”可以互换使用,都是指以啤酒废酵母为原料,通过本发明提供的方法制备获得的物质。
本发明提供的生物培养基原料总氮(以干基计)含量11-15%,氨基氮(以干基计)含量5-7%,灼烧残渣含量2%以下,可直接用作/或用于试剂。
本发明提供的生物培养基原料可以是液体,也可以是半固体或固体形式;较佳地为膏状,其固形物含量以总重量计为70-80w/w%,较佳地为70-75w/w%。
制备方法
本发明提供生物培养基原料的制备方法,包括步骤:
(1)将啤酒废酵母在30-45℃、70-100Mpa条件下经纳米对撞机进行破壁,得到经破壁的酵母;
(2)将经破壁的酵母和选自蛋白酶或葡聚糖酶中的一种或多种物质在45-65℃混合3-24小时得到酵母酶解液;所述的蛋白酶选自木瓜蛋白酶或中性蛋白酶;和
(3)将酵母酶解液离心并经1000分子量纳滤,得到生物培养基原料。
在步骤(2)的酶解部分,可以采用多种方式进行,如将经破壁的酵母、葡聚糖酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液,混合时间为3-24小时,较佳地为5-15小时,混合温度为45-65℃,较佳地为51-55℃;或
将经破壁的酵母、蛋白酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液,混合时间为3-24小时,较佳地为5-15小时,混合温度为45-65℃,较佳地为51-55℃;或
将经破壁的酵母和葡聚糖酶混合3-12小时(较佳地,为5-8小时)后,和蛋白酶混合6-24小时(较佳地,为9-15小时)得到酵母酶解液。
酶解过程中通过不同酶解促进剂的添加、酶解控制生产应用针对性的发酵专用生物酵母培养基(如以总重量计,添加5-20w/w%球蛋白肽、糖蜜酵母)。
酶解过程中所使用的酶解促进剂选自珠蛋白肽或糖蜜酵母;所述的珠蛋白肽的分子量范围为1000-5000道尔顿,优选1000-3000道尔顿;所述的糖蜜酵母可以是本领域所熟知的方法制备获得的,例如但不限于将甘蔗或糖蜜发酵制酒过程中产生的酵母鲜液进行喷雾干燥而成;也可以通过商购的渠道获得,例如但不限于,低活性干酵母的使用。
较佳地,酶解过程在弱酸性的环境中进行,更佳地pH6.0-6.8。
本发明选择使用的葡聚糖酶的酶活为40-100IU,较佳地为80IU,其用量以以酵母净乳的干物质计,为0.2-0.8w/w%,较佳地为0.3-0.5w/w%;木瓜蛋白酶的酶活为40-100IU,较佳地为80IU,其用量以酵母净乳的干物质计,为0.1-0.4w/w%,较佳地为0.15-0.3w/w%;中性蛋白酶的酶活为40-100IU,较佳地为80IU,其用量以酵母净乳的干物质计,为2-10w/w%,较佳地为3-7w/w%。
在本发明的一个实施例中,本发明所述啤酒废酵母个性化生物培养基原料的制备方法采用了下述工艺过程:
I.酵母收集与储藏
利用食品级冷藏储罐,全封闭实行新鲜啤酒废酵母的收集与保存,酵母储藏温度为4-10℃,保存时间24-72小时。由于啤酒酵母具有絮凝沉降的特性,酵母储藏时需进行搅拌解凝;
II.过滤除杂
啤酒废酵母预处理由于所使用麦汁中尚有分离不净的大麦果皮、种皮及酒花碎片,经过酵母发酵与酵母相互混杂沉降于罐底,加工时必须将其除去。根据酵母泥充分搅拌均匀情况及筛分阻力,适当调整过筛速度,采用100目和120目的分级筛进行二次筛分,即可除去酵母泥中的全部可见杂质;或将含水80-90%的啤酒酵母泥经100-120目设备过筛;300目压滤1-3次进行脱酒及洗涤;;
III.过滤脱酒与洗涤
采用板框压滤机或离心机进行筛分酵母乳的脱酒,将废酵母中的啤酒与酵母分开得到有利用价值的啤酒和初脱酒酵母。两者各占比例约为50%。经脱酒后的酵母加1∶1的水进行稀释打浆,现通过压滤机或离心机循环压滤洗涤2次,得到较高纯度(140亿以上酵母菌/克干酵母)的酵母净乳;
IV.纳米破壁
将上述较高纯度的酵母净乳进行物料浓度调整至10-18%(如与水混合),经纳米对撞机进行物理高压破壁,破壁温度30-45℃,压力:70-100Mpa,破壁率45-95%(酵母的破壁率也非越高越好),循环破壁1-2次。这样得到的酵母液有助于酵母进一步酶解,同时酵母细胞壁的生物效价也能充分发挥;
V.高效酶解
将上述经高压破壁的酵母液输送到酶解罐内,并在30分钟内快速升温至95-100℃并快速降温至51-55℃进行第一步破壁酶酶解6小时,之后进行第二步蛋白酶酶解12小时。在酶解过程中通过添加珠蛋白肽、糖蜜酵母等不同促进剂以及控制粗蛋白沉析比可生产针对性的发酵专用生物培养基;
VI.分离与纳滤
上述酵母酶解液经高速分离机连续分离3-5次后得到酵母抽提液,并经1000分子量纳滤后在60-80℃真空浓缩至30-55%浓度胶体溶液;
VII.高压喷雾干燥
将上述胶体溶液经泵和高压均质机均质及乳化进行高压并流式喷雾干燥,进风温度为90-120℃,出风温度为80-95℃进行喷雾干燥,得水份3-5%的产品;和
VIII.包装
上述干燥产品经除湿风送单独进行净化包装,产品颜色达到理想的淡黄色,总氮(以干基计)达11-15%,氨基氮(以干基计)含量达5-7%,灼烧残渣含量2%以下;微生物指标达到药用标准。
用途
本发明提供的啤酒废酵母个性化生物培养基原料可以用于制备苯丙氨酸发酵专用酵母培养基、甘露聚糖肽发酵专用酵母培养基,和/或试剂级低灰份酵母培养基。
用于制备培养基时,是将有效量的啤酒废酵母个性化生物培养基原料和本领域熟知的其它物理混合,制备得到培养基。具体剂量还应考虑菌种、产物特性等因素,这些都是本领域技术人员技能范围之内的。
本发明提到的上述特征,或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用,说明书中所揭示的各个特征,可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明,所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。
本发明的主要优点在于:
1、为啤酒生产企业的废酵母在国内开辟了一条个性化的专用生物培养基原料的产业化生产途径;
2、与现有技术相比,生产全过程通过技术改造极大地提高了啤酒废酵母天然原料生产个性化生物培养基的总氮、氨基氮含量以及粗蛋白沉析的控制水平,同时通过纳滤工艺解决了酵母抽提物生物培养基低灰份的技术难题,极大提高了酵母抽提物培养基原料的生物利用效价;
3、为啤酒生产企业解决了废酵母的排放对环境造成的污染,同时回收了废酵母中的啤酒。
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。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明,否则所有的百分数、比率、比例、或份数按重量计。
本发明中的重量体积百分比中的单位是本领域技术人员所熟知的,例如是指在100毫升的溶液中溶质的重量。
除非另行定义,文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外,任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
本发明实施例中所使用的材料和方法:
材料
纳米对撞机  购自河北廊坊通用机械有限公司
板框压滤机  购自昆山昆工环保机械有限公司
葡聚糖酶    购自无锡酶制剂有限公司
木瓜蛋白酶  购自广西庞博生物技术有限公司
中性蛋白酶  购自广西庞博生物技术有限公司
珠蛋白肽    购自上海杰隆生物制品有限公司
糖蜜酵母    购自哈尔滨马利酵母厂
有关物质测定方法
总氮含量测定方法参照GB/T 5009.5-2003
氨基氮含量测定方法如下:
a.准确称取试样5g(准至0.0002g),加水溶解定容至100mL;
b.吸取样品溶液5.0mL于100mL烧杯中,加入55mL水,于搅拌下,用0.05mol/L氢氧化钠标准滴定至pH8.20(用酸度计测量),并保持1min不变,此为游离酸度,不予计量体积。慢慢加入甲醛溶液10mL,1min后,用0.05mol/L氢氧化钠标准滴定溶液定到pH-9.20,记录消耗氢氧化钠标准滴定溶液的毫升数。
灰份含量测定方法参照GB/T 5009.4-2003
粗蛋白沉积比测定方法为:取成品样50克加纯水稀释至600ML,搅拌均匀后静置24小时后测量粗蛋白沉析的体积比。
实施例1
啤酒废酵母个性化生物培养基原料的生产方法No.1
将1500Kg含水86%、料温7.8℃的新鲜啤酒酵母原液,经100目和120目两次过筛,采用板框压滤机脱酒后将有利用价值的啤酒回收,初脱酒酵母饼经打浆后采用压滤机机循环压滤洗涤2次,得到较高纯度的酵母净乳,后用纳米对撞机进行物理高压破壁,压力:85Mpa,破壁1次,酵母液经破壁后进入反应容器在30分钟内迅速升温至95℃下恒温20分钟,并快速降温至55℃加10%珠蛋白肽进行木瓜蛋白酶(酶活80IU,木瓜蛋白酶的用量,以酵母净乳的干物质计,为0.2w/w%)酶解12小时,酵母酶解液经升温85℃灭酶后经高速分离机连续分离3-5次后得到酵母抽提液,并将其在60-80℃时真空浓缩至固形物为73%、总氮为13.5%,氨基氮为5.8%的酵母抽提物膏状产品。
效果实施例1
将实施例1获得的产品直接应用于苯丙氨酸等氨基酸发酵专用酵母生物培养基,经大工业实验,发酵效率达到95%以上。
实施例2
啤酒废酵母个性化生物培养基原料的生产方法No.2
将1500Kg含水86%、料温7.8℃的新鲜啤酒酵母原液,经100目和120目两次过筛,采用板框压滤机脱酒后将有利用价值的啤酒回收,初脱酒酵母饼经打浆后采用压滤机机循环压滤洗涤2次,得到较高纯度的酵母净乳,后用纳米对撞机进行物理高压破壁,压力:85Mpa,破壁1次,酵母液经破壁后进入反应容器在30分钟内迅速升温至95℃下恒温20分钟,并快速降温至55℃加15%糖蜜酵母进行中性蛋白酶(酶活80IU,中性蛋白酶的用量,以酵母净乳的干物质计,为5w/w%)酶解10小时,酵母酶解液经升温85℃灭酶后经高速分离机连续分离3-5次后得到酵母抽提液,并将其在60-80℃时真空浓缩至固形物为75%、总氮为12.5%,氨基氮为5.5%、粗蛋白沉积比50ml的酵母抽提物膏状产品。
效果实施例2
将实施例2获得的产品直接应用于甘露聚糖肽等糖肽类发酵专用酵母生物培养基,经大工业实验,发酵效率达到95%以上。
实施例3
啤酒废酵母个性化生物培养基原料的生产方法No.3
将1500Kg含水86%、料温7.8℃的新鲜啤酒酵母原液,经100目和120目两次过筛,采用板框压滤机脱酒后将有利用价值的啤酒回收,初脱酒酵母饼经打浆后采用压滤机机循环压滤洗涤2次,得到较高纯度的酵母净乳,后用纳米对撞机进行物理高压破壁,压力:85Mpa,破壁2次,酵母液经破壁后进入反应容器在30分钟内迅速升温至98℃下恒温20分钟,并快速降温至53℃进行葡聚糖酶(酶活80IU)酶解6小时(葡聚糖酶的用量,以酵母净乳的干物质计,为0.4w/w%),之后再进行木瓜蛋白酶(酶活80IU,木瓜蛋白酶的用量,以酵母净乳的干物质计,为0.2w/w%)酶解10小时,酵母酶解液经升温85℃灭酶后经高速分离机连续分离3-5次后得到酵母抽提液,并将其经1000分子量纳滤后在60-80℃时真空浓缩至固形物为73%、总氮为12.8%,氨基氮为6.5%、灼烧残渣含量1.2%的低灰份酵母抽提物膏状产品。
效果实施例3
将实施例3获得的产品直接应用于试剂级低灰份发酵专用酵母生物培养基,经大工业实验,发酵效率达到95%以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用以限定本发明的实质技术内容范围,本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中,任何他人完成的技术实体或方法,若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同,也或是一种等效的变更,均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种生物培养基原料的制备方法,其特征在于,所述的方法包括步骤:
(1)将啤酒废酵母在30-45℃、70-100Mpa条件下经纳米对撞机进行破壁,得到经破壁的酵母;
(2)将经破壁的酵母和选自蛋白酶或葡聚糖酶中的一种或多种物质在45-65℃混合3-24小时得到酵母酶解液;所述的蛋白酶选自木瓜蛋白酶或中性蛋白酶,所述的经破壁的酵母先在20-40分钟内升温至95-100℃,再降温至45-65℃;和
(3)将酵母酶解液离心并经1000分子量纳滤,得到生物培养基原料;
且在步骤(2)中将酶解促进剂加入混合;所述的酶解促进剂选自珠蛋白肽或糖蜜酵母。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中将经破壁的酵母和选自蛋白酶或葡聚糖酶中的一种或多种物质在45-65℃混合5-15小时。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中将经破壁的酵母、葡聚糖酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液;或将经破壁的酵母、蛋白酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中所述的啤酒废酵母为经过如下步骤处理的酵母净乳:
(a)将啤酒酵母原液过100和/或120目筛后,脱酒得到初脱酒酵母;和
(b)将初脱酒酵母和水混合后压滤洗涤得到酵母净乳。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤(3)中包括如下步骤:将酵母酶解液离心并经1000分子量纳滤后,浓缩、干燥得到生物培养基原料。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的方法包括步骤:
(i)将啤酒酵母原液过100和/或120目筛后,脱酒得到初脱酒酵母;
(ii)将初脱酒酵母和水混合后压滤洗涤得到酵母净乳;
(iii)将酵母净乳在30-45℃、70-100Mpa条件下经纳米对撞机进行破壁,得到经破壁的酵母;
(iv)将经破壁的酵母和选自蛋白酶或葡聚糖酶中的一种或多种物质在45-65℃混合3-24小时得到酵母酶解液;所述的蛋白酶选自木瓜蛋白酶或中性蛋白酶;和
(v)将酵母酶解液离心并经1000分子量纳滤后,浓缩、干燥得到生物培养基原料;
且在步骤(iv)中将酶解促进剂加入混合;所述的酶解促进剂选自珠蛋白肽或糖蜜酵母。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(iv)中将经破壁的酵母、葡聚糖酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液;或将经破壁的酵母、蛋白酶和酶解促进剂混合得到酵母酶解液。
8.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(iv)中将经破壁的酵母和选自蛋白酶或葡聚糖酶中的一种或多种物质在45-65℃混合5-20小时。
9.一种如权利要求1-8任一所述的制备方法得到的生物培养基原料,其特征在于,
以干基计,它的总氮含量11-15%,氨基氮含量5-7%;
粗蛋白沉积比60ml以下,灼烧残渣含量2%以下。
10.一种如权利要求9所述的生物培养基原料的用途,其特征在于,它用于制备苯丙氨酸发酵专用酵母培养基、和/或甘露聚糖肽发酵专用酵母培养基。
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