CN102702338A

CN102702338A - 一种提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法

Info

Publication number: CN102702338A
Application number: CN2012102327057A
Authority: CN
Inventors: 刘莉; 沈兆兵; 史吉平; 林增祥; 柳鹏福; 孙俊松; 姜标
Original assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Current assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: CN102702338B

Abstract

本发明提供一种提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，包括如下步骤：将过筛的小麦麸皮用碱液浸泡进行碱提；将碱提产物进行固液分离获得液体与固形物；将分离得到的液体加酸酸沉；获得的沉淀物干燥处理；将分离得到的固形物加水蒸煮，接种丙酮丁醇梭菌后培养获得发酵产物；从发酵液中分离获得丙酮、丁醇及乙醇。本发明可以在工业上大规模提取小麦麸皮蛋白以及联产丙酮丁醇，不仅提高了麸皮的综合利用价值,也为丙酮丁醇发酵开发了一种廉价原料。

Description

一种提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法

技术领域

本发明涉及一种以小麦麸皮为原料提取蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法。

背景技术

小麦麸皮是小麦粉碎生产面粉过程中的副产品，在我国储量100万吨/年，其中残留淀粉含量约25%，蛋白含量15-20%，纤维素含量约10%，半纤维素约15%，木质素约3%，小麦麸皮主要用作饲料，综合利用效率不高，麸皮中的残留淀粉含量高，非常适合丙酮丁醇发酵。丁醇是新一代的生物燃料，与现有的生物燃料相比，丁醇与汽油的混合比更高，无需对车辆进行改造，同时具有显著的环境效益，能降低温室气体的排放，在未来的运输燃料结构中将会占有重要的比重，同时丁醇还是一种大宗化工原料；丙酮可作为制造醋酸纤维素胶片薄膜、塑料和涂料的溶剂，又可用于生产甲基丙烯酸甲酯（MMA）、双酚A、醇醛缩合物等化工产品。乙醇是良好的有机溶剂和消毒剂，其杀菌作用较快，消毒效果可靠，对人刺激性小，无毒，对物品无损害，多用于皮肤消毒以及医疗器械临床的消毒。

丙酮丁醇的生产方法有化学合成法和微生物发酵法，微生物发酵法主要利用粮食为原料，由于粮食成本高，微生物发酵法生产丙酮丁醇在90年代初，被日益成熟、成本低廉的石油化工法所取代。近年来随着石油资源的日趋减少和环境问题的不断恶化，利用可再生资源微生物发酵生产丙酮丁醇等大宗化工能源产品，重新引起世界各国的普遍关注。。

小麦麸皮蛋白和小麦蛋白相比，具有更高的清蛋白和球蛋白含量以及赖氨酸含量，比小麦蛋白的营养价值和生理价值更高，可以用作多种食品添加剂，如饮料、肉制品、冰淇淋等。

目前，小麦麸皮蛋白主要以碱法提取为主，但是已报道的文献和公开的专利都是以提取蛋白为目标，本发明通过碱法提取蛋白，并控制蛋白提取率，使得提取后的残渣用于联产丙酮丁醇，这种以小麦麸皮提取蛋白联产丙酮丁醇的工艺未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的缺陷，提供一种提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法。

本发明采用碱法提取小麦麸皮蛋白，利用提取小麦麸皮蛋白后的物料发酵生产丙酮、丁醇及乙醇。

本发明所要解决的技术问题由以下技术方案来实现：

一种提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，它包括如下步骤：

1）碱提：将过筛的小麦麸皮按照1:1-1:20固液比用浓度不高于1mol/L的碱液，在20-90℃下浸泡0.1-20小时；

2）将碱提产物进行固液分离获得液体与固形物；

3）酸沉：将经步骤2分离得到的液体加酸进行沉淀，洗涤沉淀物；

4）干燥：沉淀物干燥处理获得小麦麸皮蛋白；

5）发酵：步骤2中分离得到的固形物，按照发酵培养基初始葡萄糖重量体积百分比浓度为5-6%（5-6g葡萄糖/100ml发酵培养基）的比例加水并蒸煮，接种丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）后在33-38℃下培养36-50小时获得发酵产物；

6）从发酵液中分离获得丙酮、丁醇及乙醇。

在步骤1中：

所述碱浓度优选0.01-0.1mol/L，更优选0.03-0.07mol/L,如选0.03mol/L、0.04mol/L、0.05mol/L、0.06mol/L、0.07mol/L。

所述碱液可为碱提中常用碱液，包含但不限于氢氧化钠水溶液。

固液比1:1-1:20即指固体与液体的混合比例为：1g固体：1ml液体-1g固体：20ml液体。

所述固液比优选1:6-1:12，如选1:6、1:8、1:10、1:12。

所述碱提温度优选30-70℃，如选30℃、40℃、50℃、60℃、70℃。

所述碱提时间优选0.5-8小时，更优选0.5-6小时，如选0.5小时、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、7小时。

所述过筛的小麦麸皮为粒度不低于10目的小麦麸皮。

经步骤1，小麦麸皮中约35-50wt%的蛋白溶于碱液。这样的话既可以满足后续发酵要求，不需要添加额外氮源，而且发酵后的残渣蛋白质含量可以大于15%以上，用作饲料。

在步骤2中：

固液分离的方式可采用常规。一般可采用离心分离。在5000-10000转/分钟离心1-20分钟的离心条件下，即可实现碱提产物的固液分离。

在步骤3中，

酸沉可采用常规碱提酸沉法提取小麦麸皮蛋白中的酸沉方法。

具体的，可在步骤2分离得到的液体中滴加稀酸进行沉淀。

所述稀酸可选自各种常规稀酸水溶液，优选HCl水溶液等。

所述酸沉中的终点pH优选4.5-5.5。

较佳的，酸沉中产生的废水可用于步骤5。

步骤4中，

沉淀物可采用气流干燥。

干燥后的沉淀物还可进一步粉碎获得小麦麸皮蛋白粉。

步骤5中，

所述发酵所用水可以是普通工业用水和/或步骤3产生的废水。

所述初始葡萄糖浓度是以固形物中的淀粉折算而来，无需额外添加。

所述发酵培养基即由固形物加水蒸煮后获得。

优选的，所述蒸煮温度为115-130℃，蒸煮时间为0.5-1.5小时；

优选的，所述发酵温度35-38℃。

优选的，所述发酵时间为42-50小时。

所述丙酮丁醇梭菌菌株包含但不限于CICC8016，CICC8008，CICC8012。CICC8016，CICC8008，CICC8012可自中国工业微生物菌种保藏管理中心（CICC）购买获得。

采用本发明的方法，步骤5无需额外添加发酵用氮源。

步骤6中，

可采用常规方法，如蒸馏提取的方法从发酵液中分离出丙酮、丁醇及乙醇。

进一步的，发酵液分离出丙酮、丁醇及乙醇后的废醪，可进一步进行固液分离，固体用于制备饲料，液体用于制备沼气、沼液及沼渣。

本发明利用小麦麸皮为原料提取小麦麸皮蛋白同时联产丙酮丁醇及乙醇，通过对碱提工艺的控制，将蛋白提取率控制在35-50%，这样的话既可以满足后续发酵要求，不需要添加额外氮源，而且发酵后的残渣蛋白质含量可以大于15%以上，用作饲料。作为进一步的改良，本发明还利用提取蛋白后的废水用于后面的发酵，节约发酵用水。本发明的方法降低了发酵生产的原料成本，而且提高了小麦麸皮的综合利用价值。

附图说明

图1显示为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

实施例列举的提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮丁醇的方法工艺流程如图1所示，包含称取粒度不低于10目的小麦麸皮按照固液比1：6-1：12加入到0.01-0.1mol/L的氢氧化钠碱溶液中，30-70℃浸泡0.5-8小时，离心后取上清液HCl酸沉，酸沉静置后离心并洗涤得蛋白固体，再经过气流干燥后粉碎得蛋白粉；第一步离心所得的固形物按照5-6%（重量体积百分比，g/100ml）初始葡萄糖浓度，添加自来水或提取蛋白的废水蒸煮，冷却至33-38℃下培养36-50小时，得含丙酮丁醇乙醇的发酵液，经过精馏得到最终丙酮丁醇及乙醇产品。发酵液分离出丙酮、丁醇及乙醇后的废醪，可进一步进行固液分离，固体用于制备饲料，液体用于制备沼气、沼液及沼渣。

实施例1

称取过10目筛的10克小麦麸皮加入到60ml，0.03mol/L氢氧化钠溶液中，70℃浸泡0.5小时，8000转/分钟离心10分钟，取清液HCl酸沉至终点pH4.5,再离心洗涤得蛋白固体，50℃气流干燥粉碎得到蛋白粉，凯氏定氮仪分析氮含量，第一步离心所得固体加入自来水混合，控制总葡萄糖重量体积百分比浓度5.5%，120℃蒸煮60分钟，冷却后接CICC8016丙酮丁醇梭菌在36℃静止发酵50小时，发酵结束气相色谱分析溶剂产量；所得小麦麸皮蛋白：蛋白纯度84.79%，提取率37.18%（小麦蛋白提取率%=提取的蛋白质量*蛋白纯度*100%/（小麦麸皮质量*麸皮中蛋白含量））；丙酮、丁醇及乙醇：丁醇12.11g/L，总溶剂22.57g/L（总溶剂即指发酵产物，为丁醇、丙酮、乙醇三者之和，总溶剂含量22.7g/L是指1L发酵液中含有22.7g发酵产物）。

实施例2

称取过20目筛的10克小麦麸皮加入到80ml，0.04mol/L氢氧化钠溶液中，60℃浸泡1小时，8000转/分钟离心10分钟，取清液HCl酸沉至终点pH5.0,再离心洗涤得蛋白固体，50℃气流干燥粉碎得到蛋白粉，凯氏定氮仪分析氮含量，第一步离心所得固体加入提取蛋白废水混合，控制总葡萄糖重量体积百分比浓度6.0%，120℃蒸煮45分钟，冷却后接CICC8016丙酮丁醇梭菌在35℃静止发酵50小时，发酵结束气相色谱分析溶剂产量；所得小麦麸皮蛋白：蛋白纯度83.80%，提取率46.76%；丙酮丁醇：丁醇11.88g/L，总溶剂21.09g/L。

实施例3：称取过40目筛的10克小麦麸皮加入到100ml，0.05mol/L氢氧化钠溶液中，50℃浸泡2小时，8000转/分钟离心10分钟，取清液HCl酸沉至终点pH5.0,再离心洗涤得蛋白固体，50℃气流干燥粉碎得到蛋白粉，凯氏定氮仪分析氮含量，第一步离心所得固体加入提取蛋白废水混合，控制总葡萄糖重量体积百分比浓度6.0%，130℃蒸煮30分钟，冷却后接CICC8016丙酮丁醇梭菌在37℃静止发酵48小时，发酵结束气相色谱分析溶剂产量；所得小麦麸皮蛋白：蛋白纯度83.58%，提取率46.18%；丙酮丁醇：丁醇12.65g/L，总溶剂22.77g/L。

实施例4：称取过80目筛的10克小麦麸皮加入到120ml，0.06mol/L氢氧化钠溶液中，40℃浸泡4小时，8000转/分钟离心10分钟，取清液HCl酸沉至终点pH5.0,再离心洗涤得蛋白固体，50℃气流干燥粉碎得到蛋白粉，凯氏定氮仪分析氮含量，第一步离心所得固体加入提取蛋白废水混合，控制总葡萄糖重量体积百分比浓度6.0%，115℃蒸煮1.5小时，冷却后接CICC8008丙酮丁醇梭菌在38℃静止发酵46小时，发酵结束气相色谱分析溶剂产量；所得小麦麸皮蛋白：蛋白纯度82.94%，提取率45.16%；丙酮丁醇：丁醇12.35g/L，总溶剂20.89g/L。

实施例5：称取过100目筛的10克小麦麸皮加入到100ml，0.07mol/L氢氧化钠溶液中，30℃浸泡6小时，8000转/分钟离心10分钟，取清液酸沉至终点pH5.0,再离心洗涤得蛋白固体，50℃气流干燥粉碎得到蛋白粉，凯氏定氮仪分析氮含量，第一步离心所得固体加入提取蛋白废水混合，控制总葡萄糖重量体积百分比浓度5.5%，115℃蒸煮1.5小时，冷却后接CICC8012丙酮丁醇梭菌在38℃静止发酵42小时，发酵结束气相色谱分析溶剂产量；所得小麦麸皮蛋白：蛋白纯度82.18%，提取率41.79%；丙酮丁醇：丁醇12.40g/L，总溶剂20.65g/L。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，包括如下步骤：

2）将碱提产物进行固液分离获得液体与固形物；

4）干燥：沉淀物干燥处理获得小麦麸皮蛋白；

5）发酵：步骤2中分离得到的固形物按照发酵培养基初始葡萄糖重量体积百分比浓度为5-6%的比例，加水并蒸煮，接种丙酮丁醇梭菌后在33-38℃下培养36-50小时获得发酵产物；

6）从发酵液中分离获得丙酮、丁醇及乙醇。

2.如权利要求1所述提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步骤1）中，所述碱液浓度为0.01-0.1mol/L，优选0.03-0.07mol/L。

3.如权利要求1所述提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步骤1）中，所述固液比为1:6-1:12。

4.如权利要求1所述提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步骤1）中，所述碱提温度为30-70℃。

5.如权利要求1所述提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步骤1）中，所述碱提时间为0.5-8小时，优选0.5-6小时。

6.如权利要求1所述提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，所述过筛的小麦麸皮为粒度不低于10目的小麦麸皮。

7.如权利要求1所述提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步骤3）中，所述酸沉中的终点pH为4.5-5.5。

8.如权利要求1-7任一权利要求所述提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步骤5）中，发酵所用水为普通工业用水和/或步骤3产生的废水。

9.如权利要求1所述提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步骤5）中，发酵温度35-38℃，发酵时间为42-50小时。

10.如权利要求1所述提取小麦麸皮蛋白并联产丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，所述丙酮丁醇梭菌菌株选自CICC8016、CICC8008或CICC8012。