CN102373247B

CN102373247B - 氨基酸发酵液用改良玉米浆的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN102373247B
Application number: CN 201010263390
Authority: CN
Inventors: 周勇; 安全; 卢宗梅; 钟华
Original assignee: Cofco Biochemical Anhui Co Ltd
Current assignee: COFCO Biotechnology Co., Ltd
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: CN102373247A

Abstract

氨基酸发酵液用改良玉米浆的制备方法，其中，该方法包括下述步骤：1)将玉米浆与盐溶液混合，使玉米浆中的蛋白质沉淀析出，并使沉淀析出的蛋白质变性；2)分离变性的蛋白质。本发明还提供了改良的玉米浆在培养发酵赖氨酸用菌种中的应用以及在发酵赖氨酸中的应用。本发明所述的改良后的玉米浆完全可以作为氨基酸发酵所需的有机氮源单独使用，或者根据待发酵氨基酸种类简单配合一些所需的其它补充氮源一起使用。将本发明的改良的玉米浆用于后续的发酵工艺的发酵液中时，避免了因玉米浆中蛋白质含量过高而引起的对微生物发酵生产造成的不良影响。

Description

氨基酸发酵液用改良玉米浆的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种氨基酸发酵液用改良玉米浆的制备方法及其应用。

背景技术

玉米浆是淀粉生产的副产物，由玉米浸渍水制得，简称CSL。在浸渍玉米的过程中，由于使用了一定量、一定浓度的亚硫酸，而使玉米种皮成为半透性膜，一些可溶性蛋白质、无机盐和糖可以透过半透膜种皮进入到浸渍水中，因此，玉米浆含有丰富的营养物质。在浸渍玉米的过程中，由于乳酸菌的作用而产生乳酸使浸渍液的酸度增加，玉米粒中的部分可溶性蛋白质会转化为氨基酸溶于浸渍液中。

在氨基酸发酵生产中，通常向发酵液中添加一部分有机氮作为速效氮源并利用其中的微量生长因子。现有技术一般采用酸水解的方法将豆粕水解成豆粕水解液作为有机氮源。但是，由于豆粕的价格较高，并且需要用酸水解，因此生产成本高、设备投资大、工艺复杂，且水解所用的酸对设备腐蚀大、生产环境条件恶劣。因此，为了降低成本，一般将豆粕水解液搭配少量玉米浆水解液(将玉米浆中的蛋白质水解为氨基酸)一起使用。但是，在氨基酸的连续发酵过程中，通常需要根据菌体的生长情况调整氮源的用量，而每批次的豆粕水解液与玉米浆水解液的质量都不尽相同，因此，豆粕水解液和玉米浆水解液中所含的氨基酸的种类和含量也有所区别，这就需要根据实际需要的有机氮(有机氮包括α-氨态氮、多肽和蛋白质)的含量来调整豆粕水解液和玉米浆水解液的用量配比，以实时满足发酵的需要。因此，在采用豆粕水解液和玉米浆水解液混合物作为氨基酸发酵液用氮源的发酵工艺操作复杂，而且不利于保证发酵水平的稳定性，而影响了发酵效率。

发明目的

本发明的目的在于克服现有的采用豆粕水解液和玉米浆水解液的混合物作为氨基酸发酵液用氮源的发酵工艺操作复杂，而且不利于保证发酵水平的稳定性，而降低了发酵效率的缺点，提供一种使发酵工艺操作简单、能够稳定发酵水平、提高发酵效率的氨基酸发酵液用改良玉米浆的制备方法。

本发明的发明人发现，如果将玉米浆中的蛋白质水解为氨基酸后(玉米浆水解液)单独用于发酵生产中时，由于水解后的蛋白水解液中含有的氨基酸的种类繁多而复杂、过于丰富，除了发酵所需氨基酸外还含有一些对发酵生产不利的氨基酸，例如，在赖氨酸生产工艺中，蛋白水解液中所含的缬氨酸、异亮氨酸等就是对发酵不利的氨基酸，而现有工艺又很难将玉米浆水解液中的对发酵生产不利的氨基酸除去，因此，仍然无法将该玉米浆的蛋白水解液作为氨基酸发酵液用氮源单独使用。

虽然，可能人们普遍认为只有将玉米浆中所含的相对含量较高的蛋白质水解成氨基酸后，才有可能充分满足氨基酸发酵液对氮源的量的需要，但是，本发明的发明人意外地发现，一方面，采用本发明的方法得到的除去了蛋白质的改良玉米浆中的游离氨基酸的含量其实已经基本满足氨基酸发酵液对氮源量的需要，另一方面，本发明的除去了蛋白质的改良的玉米浆排除了不利于发酵生产的氨基酸的干扰。因此，本发明所述的改良后的玉米浆完全可以作为氨基酸发酵所需的有机氮源单独使用，或者根据待发酵氨基酸的种类简单配合一些所需的其它补充氮源一起使用。

本发明提供了一种氨基酸发酵液用改良玉米浆的制备方法，其中，该方法包括下述步骤：

1)将玉米浆与盐溶液混合，使玉米浆中的蛋白质沉淀析出，并使沉淀析出的蛋白质变性；

2)分离变性的蛋白质。

本发明还提供了采用本发明所述的方法制备得到的改良的玉米浆在培养发酵赖氨酸用菌种中的应用。

本发明还提供了采用本发明所述的方法制备得到的改良的玉米浆在发酵赖氨酸中的应用。

本发明的方法是利用蛋白质盐析的原理，通过先将玉米浆与盐溶液混合使玉米浆中的蛋白质沉淀析出，由于蛋白质的盐析作用是可逆过程，为了防止可逆过程的发生，保证盐析的效果，利用加热方法使蛋白质变性并将变性的蛋白质进行分离，得到改良的玉米浆。经过改良的玉米浆能够除去原液(每升)中30重量％以上的蛋白质。将本发明的改良的玉米浆用于后续的发酵工艺的发酵液中时，避免了因玉米浆中蛋白质含量过高而引起的对微生物发酵生产造成的不良影响。与现有技术相比，本发明的方法具有下述优点：

1)克服了采用豆粕水解液和玉米浆的混合物作为氨基酸发酵液用氮源不利于保证发酵水平的稳定性，而影响了发酵效率的问题，本发明的方法能够保证发酵生产水平稳定，并有效提高发酵效率。

2)工艺操作简单，避免了在豆粕水解工艺中由于盐酸的使用量大，对生产设备的腐蚀性大、劳动风险性大的缺陷。

3)按照本发明的方法得到的改良的玉米浆营养丰富，氨基酸组分适宜，可以直接作为氨基酸发酵生产的有机氮源使用而无需另外搭配其它蛋白水解液使用。

4)原料成本、水、电、蒸汽消耗明显降低，自动化程度提高。

具体实施方式

按照本发明，所述氨基酸发酵液用改良玉米浆的制备方法包括下述步骤：

2)分离变性的蛋白质。

按照本发明，所述玉米浆指湿磨法生产玉米淀粉糖过程中的副产品(由玉米浸渍水浓缩得到)，外观为黄色或褐色液体，所述玉米浆含有蛋白质、氨基酸、植酸、脂多糖和微量元素等成分。

玉米浆中包括各种形态的无机氮和有机氮，包括如NH₄ ⁺等无机氮和蛋白质、多肽、游离氨基酸等中含有的有机氮，总氮表示无机氮和有机氮的总量。可以按照GB/T609-2006的方法测定玉米浆中总氮的含量，按照GB3595-83的方法测定玉米浆中氨基氮的含量(代表无机氮的含量)，两个含量相减即得到玉米浆中有机氮的含量。有机氮包括α-氨态氮(游离氨基酸主要以α-氨态氮形式存在)、多肽和蛋白质，并可以根据GB/T 12143.2-1989法测定α-氨态氮和氨基氮的总量，再减去按照GB3595-83的方法测定玉米浆中氨基氮的含量即α-氨态氮的含量。蛋白质与多肽中的氮含量可以通过将有机氮与α-氨态氮两个含量相减得到，由于多肽含量极少，因此，近似地认为有机氮与α-氨态氮两个值相减得到的即为蛋白质中的氮含量，用该蛋白质中的氮的含量×系数6.25即得到蛋白质的含量，上述测定方法均为本领域技术人员所公知。

按照本发明，以1升玉米浆的体积为基准，所述玉米浆中的干物含量一般大于300克，优选为350-500克，总氮含量一般为20-45克，氨基氮含量一般为3-18克，α-氨态氮的含量一般为3-7克，蛋白质含量一般为60-150克。所述干物含量指固体物质的含量，主要成分是蛋白质、氨基酸、植酸、脂多糖和微量元素等。所述干物含量的测定方法为本领域技术人员所公知，例如，重量法(恒温干燥法)例如，在105℃下烘干至恒重的玉米浆的干基重量。

按照本发明，所述玉米浆与盐溶液的用量比例的可调节范围较宽，只要能够保证使玉米浆中的蛋白质沉淀析出即可；所述盐溶液的浓度的可选择范围较宽，例如，可以为25重量％至盐的饱和浓度；而盐溶液的浓度越高越利于蛋白质的完全、快速析出，优选情况下，所述盐溶液的浓度为盐的饱和浓度。此外，可以根据玉米浆中蛋白质的量的多少来调节用于沉淀玉米浆中蛋白质的盐溶液的用量，优选情况下，所述盐溶液与玉米浆的体积比可以为0.5-1.5，更优选为0.5-1。

所述盐溶液可以是各种能够与蛋白质发生盐析作用的无机盐的水溶液，并且，其中的无机离子对微生物的发酵无不良影响，例如，所述无机盐可以选自硫酸铵、硫酸钠、氯化钠和硫酸镁中的一种或多种；优选情况下，所述无机盐为硫酸铵。

由于硫酸铵的温度系数小而溶解度大，在硫酸铵的溶解度范围内，许多蛋白质和酶都可以被盐析出来；另外，硫酸铵分段盐析效果也比其它盐好，不易引起蛋白质变性。除了盐析的作用，硫酸铵还可以作为发酵生产的无机氮源，无须另外除去。因此，所述无机盐优选为硫酸铵。由于硫酸铵与水可以互溶，因此，所述硫酸铵溶液中硫酸铵的浓度的可调节范围较宽，出于溶解度和盐析效果的考虑，所述硫酸铵溶液中硫酸铵的浓度优选为40-50重量％。但硫酸铵的溶解度受温度影响显著，因此，所述用于溶解硫酸铵的水温度要求足以全部溶解相应质量的硫酸铵，例如，硫酸铵的溶解度在40-50重量％，则该温度范围为40-100℃。

按照本发明，为了进一步保证蛋白质的充分析出，优选情况下，所述玉米浆与盐溶液的混合在搅拌下进行，所述混合的时间一般可以为10-50分钟，更优选为15-30分钟。

按照本发明，在步骤(1)中，使蛋白质变性的方法可以为各种本领域常规的方法，例如，加热变性的方法，将含有蛋白质沉淀的玉米浆在60-110℃，优选在90-105℃下放置30-60分钟，优选为30-40分钟。

按照本发明，在步骤(2)中，将变性的蛋白质进行分离的方法可以采用本领域的各种常规的分离方法，例如，可以采用过滤的方法，一般可以采用板框压滤机进行过滤。过滤的方法和条件只要能够将变性的蛋白质分离即可，通常情况下，所述板框压滤机的过滤面积可以为20-40平方米，板框工作压力可以为0.2-0.5MPa。按照本发明，优选情况下，为了进一步降低某些物质的溶解度以到达析出固形物的目的，以及利于后续过滤除去玉米浆中的沉淀物质，所述过滤在60-80℃下进行。

按照本发明，将变性的蛋白质进行分离后得到的液相即为改良后的玉米浆溶液。可以采用常规的检测方法在常规的检测条件下对改良的玉米浆中总氮、氨基氮的含量进行检测。检测方法可以为本文前述的本领域技术人员所公知的国家标准检测方法。

按照本发明的方法得到的改良后的玉米浆中的蛋白质的去除率能够达到30重量％(每升改良后的玉米浆)以上，可直接用于氨基酸发酵生产中。

本发明的方法可以适用于各种氨基酸发酵液用玉米浆的改良，特别适用于赖氨酸发酵液用玉米浆的改良。

按照本发明，一方面，将采用本发明提供的方法制备得到的改良的玉米浆应用于培养发酵赖氨酸用菌种的种子培养液中，即将改良的玉米浆作为氮源提供给发酵赖氨酸用的菌种，排除了对菌种的不利影响而能够更有利于菌种的生长。另一方面，将采用本发明提供的方法制备得到的改良的玉米浆应用于发酵赖氨酸的发酵液中，避免了因玉米浆中蛋白质含量过高而引起的对微生物发酵生产造成的不良影响，从而显著提高了赖氨酸的产率。

下面将通过具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

下述实施例中检测玉米浆中总氮、氨基氮、α-氨态氮的含量方法为本领域技术人员所公知的国家标准。(按照GB/T609-2006测定总氮含量，按照GB 3595-83测定氨基氮含量，按照GB/T 12143.2-1989的甲醛法测定出α-氨态氮和氨基氮的总含量，再减去按照GB3595-83的方法测定的氨基氮的含量即α-氨态氮的含量)

对比例1中的豆粕水解液和玉米浆水解液购自中粮生化公主岭有限公司。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的氨基酸发酵液用改良的玉米浆的制备方法。

(1)在60℃下，将硫酸铵与水在反应釜中混合、搅拌30分钟，得到质量百分比浓度为40重量％的硫酸铵水溶液6.2m³；

(2)将6.6m³玉米浆(每升玉米浆中干物含量为350克，总氮含量为28.5克，氨基氮含量为3.3克，α-氨态氮含量为5.4克，蛋白质含量为123.75克)泵入反应釜中，搅拌30分钟，使玉米浆与硫酸铵水溶液充分反应；

(3)加水定容至13.2m³，搅拌混合30分钟；

(4)升高温度至105℃后保温40分钟；

(5)降温至70℃；

(6)将上述溶液通过板框过滤机进行过滤，过滤时过滤面积为40平方米，过滤压力0.4MPa；

(7)过滤后得到的液相进入改良玉米浆(每升玉米浆中干物含量为280克，总氮含量为42.4克，氨基氮含量为28克，α-氨态氮含量为5.4克，蛋白质含量为56.25克)储罐，储存备用。

实施例2

(1)在70℃下，将硫酸钠与水在反应釜中混合、搅拌30分钟，得到质量百分比浓度为25重量％的硫酸钠水溶液9.75m³；

(2)将13m³玉米浆(每升玉米浆中干物含量为400克，总氮含量为32.3质量体积比％，氨基氮含量为3.5克，α-氨态氮含量为5.9克，蛋白质含量为143.13克)泵入反应釜中，搅拌30分钟，使玉米浆与硫酸钠水溶液充分反应；

(3)加水定容至26.5m³，搅拌混合30分钟；

(4)升高温度至100℃后保温30分钟；

(5)降温至80℃；

(6)将上述溶液通过板框过滤机进行过滤，过滤时过滤面积为40平方米，进料压力0.4MPa；

(7)过滤后得到的液相进入改良玉米浆(每升玉米浆中干物含量为320克，总氮含量为20.6克，氨基氮含量为3克，α-氨态氮含量为5.9克，蛋白质含量为73.13克)储罐，储存备用。

实施例3

(1)在30℃下，将氯化钠与水在反应釜中混合、搅拌20分钟，得到质量百分比浓度为26.5重量％的氯化钠水溶液5m³；

(2)将10m³玉米浆(每升玉米浆中干物含量为450克，总氮含量为34.7克，氨基氮含量为4.5克，α-氨态氮含量为6.2克，蛋白质含量为150克)泵入反应釜中，搅拌45分钟，使玉米浆与氯化钠水溶液充分反应；

(3)加水定容至20m³，搅拌混合15分钟；

(4)升高温度至95℃后保温60分钟；

(5)降温至75℃；

(6)将上述溶液通过板框过滤机进行过滤，过滤时过滤面积为40平方米，进料压力0.2MPa；

(7)过滤后得到的液相进入改良玉米浆(每升玉米浆中干物含量为370克，总氮含量为24.6克，氨基氮含量为4克，α-氨态氮含量为6.2克，蛋白质含量为90克)储罐，储存备用。

实施例4

(1)在60℃下，将硫酸镁与水在反应釜中混合、搅拌30分钟，得到质量百分比浓度为40重量％的硫酸镁水溶液9m³；

(2)将15m³玉米浆(每升玉米浆中干物含量为380克，总氮含量为30.7克，氨基氮含量为4.2克，α-氨态氮含量为5.5克，蛋白质含量为131.25克)泵入反应釜中，搅拌30分钟，使玉米浆与硫酸镁水溶液充分反应；

(3)加水定容至30m³，搅拌混合40分钟；

(4)升高温度至110℃后保温30分钟；

(5)降温至60℃；

(7)过滤后得到的液相进入改良玉米浆(每升玉米浆中干物含量为300克，总氮含量为23.8克，氨基氮含量为3.6克，α-氨态氮含量为5.5克，蛋白质含量为91.9克)储罐，储存备用。

实验实施例1-4

本实验实施例用于说明赖氨酸的制备。

(1)玉米原料的浸泡

将100重量份玉米用300重量份水进行浸泡，并通入SO₂使得浸渍溶液中含有0.15重量％的亚硫酸。浸泡温度控制在50℃，浸泡时间50小时。浸泡后的玉米含水在46重量％。

(2)破碎

将步骤(1)得到的玉米脱去胚芽、种皮，然后将玉米进一步粉碎、浓缩制成淀粉乳。

(3)酶解液化

将步骤(2)得到的淀粉乳调浓度至16°Bé波美度(波美度是表示溶液浓度的一种方法。由波美比重计测得)用碳酸钙调节pH至6，以每克粉碎产物的干重计，加入40酶活力单位的α-淀粉酶(诺维信公司购得)，并在90℃下保温酶解120分钟后得到酶解液化产物。

(4)酶解糖化

将步骤(3)得到的酶解液化产物降温至60℃左右，加硫酸调整PH至4，以每克干物的干重计，加入90酶活力单位的糖化酶(诺维信公司购得)，并在60℃下保温糖化24小时，使DE值≥98％。

通过用液压式板框压滤机进行压滤，分离出酶解清液(糖液)。

(5)将步骤(4)得到的酶解糖化产物用旋转蒸发器进行真空浓缩至总糖的60重量％，得到浓缩糖液待用。

(6)分别将实施例1-4得到0.8重量份的改良玉米浆与40重量份的酶解糖液物质以及1.5重量份的磷酸二氢钾、1.0重量份的硫酸镁、O.2重量份的苏氨酸混合制备得到发酵底物。加热到121℃消毒，维持20分钟后快速降温至37℃，接入黄色短杆菌菌种(菌株原种FB42购自江南大学)，在37℃、搅拌转速900转/分钟、0.5体积：体积/分钟的通气条件下进行菌种培养，当菌液稀释25倍后用可见光分光光度计在波长为562纳米下测定吸光值达到0.09(吸光值即表示了菌液中菌体的数量)，停止培养。

将上述培养的黄色短杆菌菌液加入到含有0.4重量份的改良玉米浆与20重量份的酶解糖液物质以及1.5重量份的磷酸二氢钾、1.0重量份的硫酸镁、2.0重量份的甜菜碱混合制备得到发酵底物已消毒发酵液的发酵罐中，接种量为发酵罐定容体积的10％。在37℃、搅拌转速900转/分钟、1体积：体积/分钟的通气条件下进行发酵。发酵过程中流加步骤(5)得到的浓缩糖液，使发酵液中还原糖维持在10克/升左右，另外为了补充氮源还需流加硫酸铵溶液(浓度40重量％)，使发酵液中氨基氮含量维持在1克/升左右进行发酵培养48小时。

根据GB 3595-83标准检测发酵过程中的氨基氮含量，根据GB 10794-89标准检测发酵过程中的赖氨酸含量(以赖氨酸盐酸盐计)，并计算赖氨酸发酵转化率。转化率＝发酵液的赖氨酸含量×发酵液的体积/(种子罐用糖质量+发酵罐用糖质量)，其中赖氨酸含量为质量体积比。结果如表1所示。

表1

备注：试验设备为5升全自动发酵罐，发酵罐起始定容体积2升。总酸表示单罐产赖氨酸的量。

对比例1

本对比例用于说明赖氨酸制备的参比方法。

按照实验实施例1的方法制备赖氨酸，不同的是，采用重量比为1∶1的豆粕水解液和玉米浆水解液的混合物代替改良的玉米浆。下表2为水解液检测数据：

表2

根据GB 3595-83标准检测发酵过程中的氨基氮含量，根据GB 10794-89标准检测发酵过程中的赖氨酸含量(以赖氨酸盐酸盐计)，并计算赖氨酸发酵转化率。转化率＝发酵液的赖氨酸含量×发酵液的体积/(种子罐用糖质量+发酵罐用糖质量)，其中赖氨酸含量为质量体积比。结果如表3所示。

表3

重复试验批次	发酵终点赖氨酸含量(克/升)	总酸(克)	转化率(％)
				第一批	171.3	633.2	62.9
第二批	164.3	614.6	61.8
				第三批	168.7	616.2	62.4

由上述表1和表3的数据对比可以看出，与用豆粕水解液与玉米浆水解液的混合物作为氮源相比，采用本发明的改良的玉米浆做氮源，赖氨酸的发酵转化率、单罐总酸均得到显著提高，平均转化率提高5个百分点以上。

Claims

1.一种氨基酸发酵液用改良玉米浆的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

1）将玉米浆与盐溶液混合，使玉米浆中的蛋白质沉淀析出，并使沉淀析出的蛋白质变性，所述盐溶液与玉米浆的体积比为0.5-1.5，所述盐溶液的浓度为25重量%至盐的饱和浓度，使沉淀析出的蛋白质变性的方法包括将含有蛋白质沉淀的玉米浆在60-110℃下保温30-60分钟；

2）分离变性的蛋白质。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述盐溶液与玉米浆的体积比为0.5-1。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述盐溶液为无机盐的水溶液，所述无机盐选自硫酸铵、硫酸钠、氯化钠和硫酸镁中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（1）中，所述玉米浆与盐溶液的混合在搅拌下进行，所述混合的时间为10-50分钟。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤（2）中，分离变性的蛋白质的方法包括在60-80℃下，采用板框压滤机对含有变性的蛋白质的玉米浆进行过滤。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，以1升玉米浆的体积为基准，所述玉米浆中的干物含量为300-500克，总氮的含量为20-45克，氨基氮的含量为3-18克，α-氨态氮的含量为3-7克，蛋白质的含量为60-150克。

7.由权利要求1-6中任意一项所述的方法制备得到的改良的玉米浆在培养发酵赖氨酸用菌种中的应用。

8.由权利要求1-6中任意一项所述的方法制备得到的改良的玉米浆在发酵赖氨酸中的应用。