CN102154396B - 玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种将玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法，是用玉米浸泡水代替温敏型发酵工艺中的玉米浆制备发酵培养基，发酵生产谷氨酸。该工艺技术操作方便，节水节能，有利于降低谷氨酸的发酵成本，适于在生产中全面推广。本发明不仅可节省配料用的一次水，也大大节省玉米浸泡水进一步蒸发浓缩所消耗的能源，解决了利用玉米浸泡水生产玉米浆(粉)所造成的坏境污染和能源消耗问题，同时其产酸率和糖酸转化率也有所提高。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体是涉及一种以玉米浸泡水代替玉米浆用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法。
背景技术
玉米淀粉生产过程中会产生大量浸泡水，其干物质含量约占7％～9％，pH值3.9～4.1，其中生物可利用的主要成分是葡萄糖、各种氨基酸和微量元素，另外还含有生物进行生命活动必需的生物素、核黄素、维生素B1等。传统的利用玉米浸泡水的方法是进一步蒸发浓缩生产玉米浆或浓缩后喷浆生产玉米浆粉，这不仅消耗大量的能源，也污染环境。
玉米浆是谷氨酸温敏型发酵的一项重要原材料，玉米浆、葡萄糖、无机盐、氨基酸水解液等按照发酵配方的要求配料，灭菌后接种进行发酵。传统的谷氨酸温敏型发酵工艺，要求在发酵配料过程中，使用玉米浆等原料和一次水进行配料，水消耗量巨大；而玉米浸泡水经处理后浓缩产生的冷凝水由于氨氮含量高，不能直接排放，必须进行生物处理后才可排放，否则会造成严重的环境污染。
公开 号CN 1880465A(申请号200510043807.4)的中国专利文献公开了一种玉米浸泡水生产赖氨酸的方法，是用玉米浸泡水代替豆粕水解液制备发酵培养基，发酵生产赖氨酸的方法。公开号CN 1912102A(申请号200610068445.9)的中国专利文献公开了一种利用玉米浸泡水生产饲料酵母的方法。申请公布号CN 101880634 A(申请号201010201736.7)的中国专利文献公开了一种以玉米浸泡水生产饲料酵母的方法。上述文献探讨了玉米浸泡水的合理利用，但以玉米浸泡水代替玉米浆生产谷氨酸的方法未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用玉米浸泡水发酵生产谷氨酸的方法。以便节约能源和用水，减少废水污染和污水治理费用。本发明通过工艺革新，适当调整发酵液原料配比，直接将玉米浸泡水利用，作为发酵原料，代替原来使用的玉米浆和部分一次水，以达到节水节能的目的。
本发明的技术方案如下：玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法，其创新性在于，用玉米浸泡水代替温敏型发酵工艺中的玉米浆制备发酵培养基，发酵生产谷氨酸。
前面所述的方法，优选的方案是，所述发酵培养基的原料配比如下：淀粉水解糖：58-62g/L；玉米浸泡水：140-160ml/L；糖蜜：48-52ml/L；氨基酸水解液：18-22ml/L；磷酸氢二钾：4.2-4.6g/L；硫酸镁：1.2-1.8g/L；硫酸锰：28-34mg/L；硫酸亚铁：28-32mg/L；维生素B1：395-405μg/L；维生素H：595-605μg/L；消泡剂：0.02-0.04g/L。
更优选的是，所述发酵培养基的原料配比如下：淀粉水解糖：60g/L；玉米浸泡水：140-160ml/L；糖蜜：50ml/L；氨基酸水解液：20ml/L；磷酸氢二钾：4.5g/L；硫酸镁：1.5g/L；硫酸锰：30mg/L；硫酸亚铁：30mg/L；维生素B1：400μg/L；维生素H：600μg/L；消泡剂：0.03g/L。
前面所述的方法，优选的方案是，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚。
前面所述的方法，优选的方案是，所述糖蜜为甜菜糖蜜。
前面所述的方法，优选的方案是，所述发酵培养基pH：7.2～7.3。
前面所述的方法，优选的方案是，所述玉米浸泡水用量：145-155ml/L。更加优选的是，所述玉米浸泡水用量：150ml/L。
前面所述的方法，优选的方案是，包括步骤如下：
(1)沉淀：新鲜的玉米浸泡水于储罐内沉淀24小时；
(2)除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，通过底阀前的视盅判断排放料液的多少，当视盅无絮状物时即排放完全；
(3)输送：将除沉淀的玉米浸泡水用泵输送到发酵配料岗位的储罐内备用；
(4)配料：按照配比，将各种原料称量好，溶解完全配成发酵培养基；
(5)灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的灭菌方式，温度125-130℃，维持时间5-7分钟，连消好的培养基在发酵罐内降温至33℃等待接种；
(6)接种发酵。
本发明用玉米浸泡水代替玉米浆进行配料，不仅可节省配料用的一次水，也大大节省玉米浸泡水进一步蒸发浓缩所消耗的能源。本发明提供了一种玉米浸泡水的高效利用途径，解决了利用玉米浸泡水生产玉米浆(粉)所造成的环境污染和能源消耗问题。
本发明利用玉米浸泡水进行谷氨酸温敏型发酵工艺技术属于废物利用新技术。在谷氨酸温敏型发酵工艺发酵过程中，玉米浆是其重要的原材料，玉米浆是玉米淀粉生产过程中产生的浸泡水经过蒸发浓缩得到的，用玉米浸泡水代替玉米浆配料，进行发酵，谷氨酸产酸指标未有明显的降低。其工艺流程如下：所需原料按比例配料→灭菌接种→发酵→提取→谷氨酸。本发明不改变原有的发酵工艺流程，原料替代，实施方便，废物利用的资源效益显著。
所用玉米浸泡水是指玉米综合加工湿法生产淀粉和葡萄糖过程中第一步所制备的玉米浸泡水。其制备方法与玉米湿法制备淀粉和葡萄糖液的玉米浸泡水相同，其加工流程为：玉米初清理→立筒库→玉米后处理→在浸泡罐中加入水和亚硫酸进行浸泡→筛分→分水筛筛下物送下步工序配置发酵培养基。其浸泡操作工艺条件为：玉米∶水∶亚硫酸的重量用量比例为：1∶0.6∶0.02；浸泡温度：49～53℃；浸泡时间：54～72小时。
本发明人经过对玉米浸泡水的成分、性质、生物活性功能等进行认真分析、检测、研究后认为，玉米浸泡水汇总所含的有机氮源及无机物、微量元素、维生素等成分在品种和功能上与豆粕水解液基本相同，玉米浸泡水中几乎包括了玉米粒中可溶性的全部营养成分，加上原来一部分不溶解的物质在浸泡过程中被乳酸水解转化为可溶性物质，玉米浸泡中含有多种矿物质(如：K、P)、多种维生物(VA、VB、VH、肌醇、胡萝卜素等等)、可溶性蛋白及其降解物(肽类、各种氨基酸)，还含有乳酸、植酸和可溶性糖，营养物质品种和微量元素种类与玉米浆相同。在发酵培养基中的玉米浆用适量的玉米浸泡水替代，培养基中的维生素、微量元素和氨基酸维持不变，不会影响发酵产酸和糖酸转化率。
经研究实验证明，在谷氨酸发酵过程中，可以用本发明所述的玉米浸泡水代替原已知配方中的所需用玉米浆，对谷氨酸的发酵生产未产生负面影响。在已知的谷氨酸发酵生产方法中，只要使用温度敏感型菌种进行发酵，培养基中需要玉米浆作原料的，均可选用本发明所述的玉米浸泡水代替。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不限于此。
本发明将玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法，是用玉米浸泡水代替温敏型发酵工艺中的玉米浆制备发酵培养基，发酵生产谷氨酸。采用本发明所述的玉米浸泡水代替玉米浆制备的培养基发酵生产谷氨酸的操作方法和工艺控制条件，若不加特别说明，均与用玉米浆的培养基发酵生产谷氨酸的公知操作方法和工艺控制条件一致。
实施例1：玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法，具体包括步骤如下：
(1)沉淀：新鲜的玉米浸泡水于储罐内沉淀24小时；
(2)除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，通过底阀前的视盅判断排放料液的多少，当视盅无絮状物时即排放完全；
(3)输送：将除沉淀的玉米浸泡水用泵输送到发酵配料岗位的储罐内备用；
(4)配料：按照配比，将各种原料称量好，溶解完全配成发酵培养基；
发酵培养基的原料配比如下：淀粉水解糖：58g/L；玉米浸泡水：140ml/L；甜菜糖蜜：48ml/L；氨基酸水解液：18ml/L；磷酸氢二钾：4.2g/L；硫酸镁：1.2g/L；硫酸锰：28mg/L；硫酸亚铁：28mg/L；维生素B1：395μg/L；维生素H：595μg/L；消泡剂(聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚)：0.02g/L。所述发酵培养基pH：7.2。
(5)灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的灭菌方式，温度125-130℃，维持时间5-7分钟，连消好的培养基在发酵罐内降温至33℃等待接种；
(6)接种发酵。
实施例2：玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法，具体包括步骤如下：
(1)沉淀：新鲜的玉米浸泡水于储罐内沉淀24小时；
(2)除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，通过底阀前的视盅判断排放料液的多少，当视盅无絮状物时即排放完全；
(3)输送：将除沉淀的玉米浸泡水用泵输送到发酵配料岗位的储罐内备用；
(4)配料：按照配比，将各种原料称量好，溶解完全配成发酵培养基；
发酵培养基的原料配比如下：淀粉水解糖：62g/L；玉米浸泡水：160ml/L；甜菜糖蜜：52ml/L；氨基酸水解液：22ml/L；磷酸氢二钾：4.6g/L；硫酸镁：1.8g/L；硫酸锰：34mg/L；硫酸亚铁：32mg/L；维生素B1：405μg/L；维生素H：605μg/L；消泡剂(聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚)：0.04g/L。所述发酵培养基pH：7.3。
(5)灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的灭菌方式，温度125-130℃，维持时间5-7分钟，连消好的培养基在发酵罐内降温至33℃等待接种；
(6)接种发酵。
实施例3：玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法，具体包括步骤如下：
(1)沉淀：新鲜的玉米浸泡水于储罐内沉淀24小时；
(2)除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，通过底阀前的视盅判断排放料液的多少，当视盅无絮状物时即排放完全；
(3)输送：将除沉淀的玉米浸泡水用泵输送到发酵配料岗位的储罐内备用；
(4)配料：按照配比，将各种原料称量好，溶解完全配成发酵培养基；
发酵培养基的原料配比如下：淀粉水解糖：60g/L；玉米浸泡水：145ml/L；甜菜糖蜜：50ml/L；氨基酸水解液：20ml/L；磷酸氢二钾：4.5g/L；硫酸镁：1.5g/L；硫酸锰：30mg/L；硫酸亚铁：30mg/L；维生素B1：400μg/L；维生素H：600μg/L；消泡剂(聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚)：0.03g/L。所述发酵培养基pH：7.3。
(5)灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的灭菌方式，温度125-130℃，维持时间5-7分钟，连消好的培养基在发酵罐内降温至33℃等待接种；
(6)接种发酵。
实施例4：玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法步骤与实施例3相同，不同的是所述玉米浸泡水用量：155ml/L。
实施例5：玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法步骤与实施例3相同，不同的是所述玉米浸泡水用量：所述玉米浸泡水用量：150ml/L。
实验例：按照实施例3-5的步骤，在200m3发酵罐分别连续进行了10批发酵生产试验，使用菌种1021#，其它工艺参数一致，结果如下表：
| 实施例 | 批次 | 平均周期 | 平均体积 | 平均产酸 |
| 3 | 10 | 27.70小时 | 160.15m3 | 14.75g/dL |
| 4 | 10 | 27.72小时 | 160.07m3 | 14.72g/dL |
| 5 | 10 | 27.80小时 | 161.05m3 | 14.80g/dL |
实施例5第一批次发酵生产的L-谷氨酸的产品质量如下表：
| 序号 | 指标名称 | 行业标准 | 本发明方法 |
| 1 | 含量％(谷氨酸干基计) | 95％ | 95.8％ |
| 2 | 旋光度[a]D20℃/HCL溶液 | 31.3° | 30.5° |
| 3 | 透光率％ | 30 | 35 |
| 4 | SO4 2-％ | 0.35 | 0.29 |
采用本发明所述方法制备的培养基发酵生产谷氨酸与采用公知培养基发酵生产谷氨酸的技术指标对比如下：
| 指标 | 本发明 | 公知技术 |
| 发酵温度 | 32-38.5℃ | 32-38.5℃ |
| 发酵周期 | 26--30小时 | 26-30小时 |
| 菌种量 | 8--10％(体积比) | 8--10％(体积比) |
| 产酸 | 14.7g/dl | 14.5g/dl |
| 糖酸转化率 | 64％ | 63％ |
由以上生产试验结果可以看出，用玉米浸泡水代替玉米浆进行配料，谷氨酸发酵的各项生产指标未有明显的降低，谷氨酸的发酵成本降低100元/kg，证明其在谷氨酸温敏型发酵工艺生产中全面推广是可行的。该工艺技术操作方便，节水节能，有利于降低谷氨酸的发酵成本，适于在生产中全面推广。本发明用玉米浸泡水代替玉米浆进行配料，不仅可节省配料用的一次水，也大大节省玉米浸泡水进一步蒸发浓缩所消耗的能源。本发明提供了一种玉米浸泡水的高效利用途径，解决了利用玉米浸泡水生产玉米浆(粉)所造成的环境污染和能源消耗问题，同时其产酸和糖酸转化率也有所提高。
Claims (6)
1.玉米浸泡水用于温敏型发酵工艺生产谷氨酸的方法，其特征是，用玉米浸泡水代替温敏型发酵工艺中的玉米浆制备发酵培养基，发酵生产谷氨酸，具体步骤如下：
(1)沉淀：新鲜的玉米浸泡水于储罐内沉淀24小时；
(2)除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，通过底阀前的视盅判断排放料液的多少，当视盅无絮状物时即排放完全；
(3)输送：将除沉淀的玉米浸泡水用泵输送到发酵配料岗位的储罐内备用；
(4)配料：按照配比，将各种原料称量好，溶解完全配成发酵培养基；
(5)灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的灭菌方式，温度125-130℃，维持时间5-7分钟，连消好的培养基在发酵罐内降温至33℃等待接种；
(6)接种发酵；
所述发酵培养基的原料配比如下：淀粉水解糖：58-62g/L；玉米浸泡水：140-160ml/L；糖蜜：48-52ml/L；氨基酸水解液：18-22ml/L；磷酸氢二钾：4.2-4.6g/L；硫酸镁：1.2-1.8g/L；硫酸锰：28-34mg/L；硫酸亚铁：28-32mg/L；维生素B1：395-405μg/L；维生素H：595-605μg/L；消泡剂：0.02-0.04g/L；
所述糖蜜为甜菜糖蜜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述发酵培养基的原料配比如下：淀粉水解糖：60g/L；玉米浸泡水：140-160ml/L；糖蜜：50ml/L；氨基酸水解液：20ml/L；磷酸氢二钾：4.5g/L；硫酸镁：1.5g/L；硫酸锰：30mg/L；硫酸亚铁：30mg/L；维生素B1：400μg/L；维生素H：600μg/L；消泡剂：0.03g/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述发酵培养基pH：7.2～7.3。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述玉米浸泡水：145-155ml/L。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述玉米浸泡水：150ml/L。
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| 于信令 主编.淀粉糖原料发酵工艺.《味精工业手册》.中国轻工业出版社,2008,152-162. * |
| 张顺堂.温敏型谷氨酸菌种发酵工艺研究.《发酵科技通讯》.2006,第35卷(第2期),1-2. |
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