CN102827890A - 玉米浸泡水发酵生产γ-聚谷氨酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玉米浸泡水发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，属于玉米深加工领域。玉米浸泡水沉淀、输送玉米浸泡水、配料、灭菌、接种发酵、提取，得到乳白色晶体。利用玉米浸泡水替代γ-PGA发酵培养基配料用玉米浆及自来水，提高玉米浸泡水的利用价值，本发明不改变原有的发酵流程，原料替代，实施方便，节水节能、废物利用的资源效益显著。
Description
技术领域
本发明属于玉米深加工领域，利用玉米浸泡水发酵生产γ-聚谷氨酸。
背景技术
玉米浸泡水（参照《玉米淀粉工业手册》2009年9月第一版）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，玉米浸泡水中含有多种氨基酸、无机盐和维生素。
γ-聚谷氨酸（γ-PGA）具有极佳的成膜性、成纤维性、阻氧性、可塑性、粘结性、保湿性和可生物降解等独特的理化和生物学特性, 因而具有增稠、乳化、凝胶、成膜、保湿和粘接等功能, 被广泛用于医药制造、食品加工、蔬菜、水果、海产品防冻、保鲜，化妆品工业、烟草、皮革制造工业和植物种子保护等许多领域，具有极大开发价值和应用前景。是一种对人体和环境无毒害的生物相溶性新型天然高分子。
公开号CN 1880465 A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；公开号CN 102154397 A的中国专利文献公开了一种玉米浸泡水用于生物素亚适量发酵工艺生产谷氨酸的方法；公开号CN 102154396 A的中国专利文献公开了一种玉米浸泡水用于温敏性发酵工艺生产谷氨酸的方法；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及配料用水发酵生产γ-PGA的方法未见报道。
发明内容
本发明提供一种玉米浸泡水发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，以提高玉米浸泡水的利用价值。
本发明采取的技术方案是：包括下列步骤：
（1）玉米浸泡水沉淀：新鲜玉米浸泡水(参照《玉米淀粉工业手册》2009年9月第一版)于储罐沉淀24 h或采用板框过滤、离心分离；
（2）去除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，无絮状物时即为排放完全；
（3）输送玉米浸泡水：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，
发酵培养基原料配比：葡萄糖40 g，谷氨酸钠 30 g，K2HPO4 20 g，蛋白胨5 g，酵母膏5 g，MgSO4·7H2O 0.25 g，CaC12 0.25 g，用1L玉米浸泡水配制，pH 7.0；
（5）灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的方式灭菌，121-125 ℃，灭菌10-15 min，将连消好的培养基在发酵罐内冷却至37 ℃，等待接种；
（6）接种发酵：一株从土壤中筛选枯草芽孢杆菌，Bacillus,subtilis，其在中国 微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏号为CGMCC No. 6421，保藏日期2012.8.13；
5 L发酵罐，装液量3 L，接种量为10%(v/v)，发酵过程中采用5mol/L NaOH和2mol/L H2SO4，pH为6.0，搅拌转速为150~200 rpm，通气量为1.0 vvm，发酵温度为37 ℃，发酵时间为24~28 h；
（7）提取：将发酵液8000 r/min离心25 min去菌体，收集上清液用盐酸调pH至3.5，加入3倍体积的冷无水乙醇，低温静止过夜，倾去上清液得粗品；用适量蒸馏水溶解粗品，用透析袋进行脱盐，进行真空冷冻干燥，得到乳白色晶体。
本发明的优点：利用玉米浸泡水替代γ-PGA发酵培养基配料用玉米浆及自来水，提高玉米浸泡水的利用价值，γ-PGA培养基成分不变，不影响发酵产酸量；解决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，从而实现显著的经济效益。本发明不改变原有的发酵流程，原料替代，实施方便，节水节能、废物利用的资源效益显著。
具体实施方式
实施例1
（1）玉米浸泡水沉淀：新鲜玉米浸泡水(参照《玉米淀粉工业手册》2009年9月第一版)于储罐沉淀24 h；
（2）去除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，无絮状物时即为排放完全；
（3）输送玉米浸泡水：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，
发酵培养基原料配比：葡萄糖40 g，谷氨酸钠 30 g，K2HPO4 20 g，蛋白胨5 g，酵母膏5 g，MgSO4·7H2O 0.25 g，CaC12 0.25 g，用1L玉米浸泡水配制，pH 7.0；
（5）灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的方式灭菌，121 ℃，灭菌15 min，将连消好的培养基在发酵罐内冷却至37 ℃，等待接种；
（6）接种发酵：一株从土壤中筛选枯草芽孢杆菌，Bacillus,subtilis，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏号为CGMCC No. 6421，保藏日期2012.8.13，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；
5 L发酵罐，装液量3 L，接种量为10%(v/v)，发酵过程中采用5mol/L NaOH和2mol/L H2SO4，pH为6.0，搅拌转速为150 rpm，通气量为1.0 vvm，发酵温度为37 ℃，发酵时间为24 h；
（7）提取：将发酵液8000 r/min离心25 min去菌体，收集上清液用盐酸调pH至3.5，加入3倍体积的冷无水乙醇，低温静止过夜，倾去上清液得粗品；用适量蒸 馏水溶解粗品，用透析袋进行脱盐，进行真空冷冻干燥，得到乳白色晶体。
实施例2
（1）玉米浸泡水沉淀：新鲜玉米浸泡水(参照《玉米淀粉工业手册》2009年9月第一版)于储罐沉淀24 h或采用板框过滤、离心分离；
（2）去除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，无絮状物时即为排放完全；
（3）输送玉米浸泡水：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，
发酵培养基原料配比：葡萄糖40 g，谷氨酸钠 30 g，K2HPO4 20 g，蛋白胨5 g，酵母膏5 g，MgSO4·7H2O 0.25 g，CaC12 0.25 g，用1L玉米浸泡水配制，pH 7.0；
（5）灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的方式灭菌，123 ℃，灭菌13 min，将连消好的培养基在发酵罐内冷却至37 ℃，等待接种；
（6）接种发酵：一株从土壤中筛选枯草芽孢杆菌，Bacillus,subtilis，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏号为CGMCC No. 6421，保藏日期2012.8.13；
5 L发酵罐，装液量3 L，接种量为10%(v/v)，发酵过程中采用5mol/L NaOH和2mol/L H2SO4，pH为6.0，搅拌转速为180 rpm，通气量为1.0 vvm，发酵温度为37 ℃，发酵时间为26；
（7）提取：将发酵液8000 r/min离心25 min去菌体，收集上清液用盐酸调pH至3.5，加入3倍体积的冷无水乙醇，低温静止过夜，倾去上清液得粗品；用适量蒸馏水溶解粗品，用透析袋进行脱盐，进行真空冷冻干燥，得到乳白色晶体。
实施例3
（1）玉米浸泡水沉淀：新鲜玉米浸泡水(参照《玉米淀粉工业手册》2009年9月第一版)于储罐沉淀24 h或采用板框过滤、离心分离；
（2）去除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，无絮状物时即为排放完全；
（3）输送玉米浸泡水：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，
发酵培养基原料配比：葡萄糖40 g，谷氨酸钠 30 g，K2HPO4 20 g，蛋白胨5 g，酵母膏5 g，MgSO4·7H2O 0.25 g，CaC12 0.25 g，用1L玉米浸泡水配制，pH 7.0；
（5）灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的方式灭菌，125 ℃，灭菌10 min，将连消好的培养基在发酵罐内冷却至37 ℃，等待接种；
（6）接种发酵：一株从土壤中筛选枯草芽孢杆菌，Bacillus,subtilis，其在中国 微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏号为CGMCC No. 6421，保藏日期2012.8.13；
5 L发酵罐，装液量3 L，接种量为10%(v/v)，发酵过程中采用5mol/L NaOH和2mol/L H2SO4，pH为6.0，搅拌转速为200 rpm，通气量为1.0 vvm，发酵温度为37 ℃，发酵时间为28 h；
（7）提取：将发酵液8000 r/min离心25 min去菌体，收集上清液用盐酸调pH至3.5，加入3倍体积的冷无水乙醇，低温静止过夜，倾去上清液得粗品；用适量蒸馏水溶解粗品，用透析袋进行脱盐，进行真空冷冻干燥，得到乳白色晶体。
试验例：本发明所述菌株筛选方法
一株从土壤中筛选枯草芽孢杆菌，Bacillus subtilis，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏号为CGMCC No.6421，保藏日期2012年8月13日；
1 、菌种筛选
称取土壤样品 10 g 放入 90 mL 无菌水中，170 r/min振荡 30 min，然后煮沸 5 min，冷却后采用平板培养法进行系列稀释涂布，37 ℃培养 24 h，挑取生长迅速并且能够拉丝的单菌落，将初筛得到的菌株接种到种子培养基中，37 ℃ 170 r/min摇瓶 20 h，然后按 5%的接种量接种到摇瓶发酵培养基中，37 ℃ 200 r/min培养 48 h，发酵液用 NDJ-1 黏度计测量表观黏度，选择黏度较大的菌株作为复筛菌株；将以上筛选获得的黏度较大菌株的发酵液产物提取纯化，将发酵产物利用氨基酸分析仪测定，挑选γ-PGA产量高的菌株，进行生理生化鉴定及16S rDNA 鉴定。
2、 培养基
分离培养基(g/L)：葡萄糖 10，酵母膏 5，谷氨酸钠 5，KH2PO4·3H2O 0.5，MgSO4·7H2O 0.1，琼脂 20。
种子培养基(g/L)：葡萄糖 20，酵母膏 5，K2HPO4·3H2O 2，MgSO4·7H2O 0.25，谷氨酸钠 10，pH 7.0。
摇瓶发酵培养基(g/L)：葡萄糖40，酵母膏5，蛋白胨 5，K2HPO4·3H2O 20，MgSO4·7H2O 0.25，CaC12 0.25，谷氨酸钠 30，pH 7.0。
下边通过具体对比试验例来进一步说明采用本发明菌株的有益效果。
试验例1：
生产菌种采用：纳豆芽孢杆菌和本发明枯草芽孢杆菌CGMCC No.6421；
将种子液按 5%(v/v)的接种量接入发酵培养基中，500 mL三角瓶的装液量为50~80 mL，在 37 ℃、150~200 r/min的条件下培养32~48 h。采用不同的培养基用水和生产菌种，结果见表1。
表1 500 mL三角瓶中的发酵结果
结论：从表1中的数据可以看出，玉米浸泡水代替自来水及玉米浆配制培养基，其γ-PGA产量要比使用玉米浆及自来水配制培养基时提高11.7%；而筛选出的枯草芽孢杆菌CGMCC No.6421，其发酵能力要比纳豆芽孢杆菌高13.7%。
试验例2：
5 L发酵罐，装液量3 L，接种量为10%(v/v)，发酵过程中采用5 mol/L NaOH和2 mol/L H2SO4自动控制pH为6.0，搅拌转速为150~200 rpm，通气量为1.0 vvm，发酵温度为37 ℃，发酵培养过程为24~28 h。采用不同的培养基用水和生产菌种，结果见表2。
表2 5 L发酵罐中的发酵结果
结论：从表2中的数据可以看出，玉米浸泡水代替自来水及玉米浆配制培养基，其γ-PGA产量要比使用玉米浆及自来水配制培养基时提高10.7%；而筛选出的枯草芽孢杆菌CGMCC No.6421，其发酵能力要比纳豆芽孢杆菌高13.9%。
Claims (1)
1.一种玉米浸泡水发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，包括下列步骤：
（1）玉米浸泡水沉淀：新鲜玉米浸泡水于储罐沉淀24 h或采用板框过滤、离心分离；
（2）去除沉淀物：打开储罐底阀，排除沉淀物，无絮状物时即为排放完全；
（3）输送玉米浸泡水：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，
发酵培养基原料配比：葡萄糖40 g，谷氨酸钠 30 g，K2HPO4 20g，蛋白胨5 g，酵母膏5 g，MgSO4·7H2O 0.25 g，CaC12 0.25g，用1L玉米浸泡水配制，pH 7.0；
（5）灭菌：将配好的发酵培养基灭菌，采用连消的方式灭菌，121-125 ℃，灭菌10-15 min，将连消好的培养基在发酵罐内冷却至37℃，等待接种；
（6）接种发酵：一株从土壤中筛选枯草芽孢杆菌，Bacillus,subtilis，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏号为CGMCC No. 6421，保藏日期2012.8.13；
5 L发酵罐，装液量3 L，接种量为10%(v/v)，发酵过程中采用5mol/L NaOH和2mol/L H2SO4，pH为6.0，搅拌转速为150~200 rpm，通气量为1.0 vvm，发酵温度为37 ℃，发酵时间为24~28 h；
（7）提取：将发酵液8000 r/min离心25 min去菌体，收集上清液用盐酸调pH至3.5，加入3倍体积的冷无水乙醇，低温静止过夜，倾去上清液得粗品；用适量蒸馏水溶解粗品，用透析袋进行脱盐，进行真空冷冻干燥，得到乳白色晶体。
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