CN102876649B

CN102876649B - 一种生产食品级酸性木聚糖酶的方法

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Publication number: CN102876649B
Application number: CN201210435781.8A
Authority: CN
Inventors: 李洪兵; 李海清; 朱永明; 胡永明; 王永兰; 刘波; 易继云; 陈香
Original assignee: Hunan Hongying Biological Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Hunan Hongying Biological Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: CN102876649A

Abstract

本发明公开了一种生产食品级酸性木聚糖酶的方法，所述方法的步骤如下：先将玉米淀粉经调浆、酸化、碱化制得水解糖浆，再以所述水解糖浆为原料，里氏木霉为原始菌种，通过摇瓶培养菌种，一级种子培养，二级种子培养，发酵，一级过滤，二级过滤，超滤浓缩，化验配兑，最后精滤灌装制得食品级酸性木聚糖酶液体酶产品；将所述食品级酸性液体酶产品通过吸附干燥或者喷雾干燥、粉碎，制得食品级酸性木聚糖酶固体酶产品。本发明生产工艺简单，过滤性好，便于后期提取压滤，节约时间；在发酵过程中，此糖容易被菌体吸收；所得的食品级酸性木聚糖酶产品，其活性高，产品活力比乳清粉生产时高出13.3%；而且还降低了生产成本，提高了产品效益，相较于乳清粉，每一吨成本节约1600元。

Description

一种生产食品级酸性木聚糖酶的方法

技术领域

本发明涉及木聚糖酶的生产方法，特别是指一种利用水解糖浆生产食品级酸性木聚糖酶的方法。

背景技术

木聚糖酶是指可将木聚糖降解成低聚糖和木糖的一组酶的总称，主要包括β-1,4木聚糖酶和β-木糖苷酶，它能将植物中的木聚糖降解成单糖。木聚糖酶是一种新型酶制剂，目前主要应用于饲料、酿造工业中，已成为世界上产销量最大的五种工业酶制剂之一。

木聚糖酶作为饲料添加剂，可以有效水解非淀粉多糖等抗营养因子，破解植物细胞壁、促进植物有效物质的释放，降低肠道食糜粘度，增强动物对营养物质的吸收、动物的生产能力，提高饲料利用率、降低饲料成本，增强畜、禽抗病能力，降低发病率，减少动物排泄物造成的污染。因此，木聚糖酶是一种环保型添加剂，在发展环保型畜牧业中具有十分重要的意义与价值。

将酸性木聚糖酶用于啤酒行业，能够降解大麦等谷物细胞壁中的木糖，有助于加快酶的作用，提高麦芽汁的过滤速度，防止啤酒浑浊，减少生产成本。

生产木聚糖酶的原材料有很多种，包括玉米芯、豆饼粉、麸皮、玉米浆、乳清粉等，但是产品的酶活性并不高。以乳清粉为原材料，生产成本较高、收集难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种生产食品级酸性木聚糖酶的方法，提高产品的酶活力，降低生产成本，提高产品效益。

基于上述目的，本发明提供的生产食品级酸性木聚糖酶的方法，步骤如下：先将玉米淀粉经调浆、酸化、碱化制得水解糖浆，再以所述水解糖浆为原料，里氏木霉为原始菌种，通过摇瓶培养菌种，一级种子培养，二级种子培养，发酵，一级过滤，二级过滤，超滤浓缩，化验配兑，最后精滤灌装制得食品级酸性木聚糖酶液体酶产品。

较佳地，制备所述水解糖浆的详细步骤如下：

a.调浆：将玉米淀粉和水按照约1:0.5~2的比例泵入搪瓷反应罐，将两者搅拌混合均匀，并用盐酸调节pH值0.5～1.0；

b.酸化：用夹套将上述淀粉溶液升温至约55~75℃，此时淀粉膨胀大，淀粉开始糊化，搅拌电流高；停止搅拌，通入空气使淀粉溶液翻动，在盐酸的作用下，随着加热时间的延长和温度的升高，淀粉溶液的粘度很快下降，及时开启搅拌，停止通入空气；当淀粉溶液升温至约90~100℃时，改用直接通入蒸汽加热，升温至约121~125℃，罐压约0.11~0.13MPa；在此条件下酸化处理约40~60min后，停止蒸汽加热，打开夹套冷却水，淀粉溶液开始降温；

c.碱化：当淀粉溶液降温至约75~85℃时，关闭冷却水，加入氢氧化钠调节pH值4.0～4.5，并用夹套升温至约90~100℃时，改用直接通入蒸汽加热，升温至约121~125℃，罐压约0.11~0.13MPa；在此条件下碱化处理约30~50min后，停止蒸汽加热，打开夹套冷却水，降温至约40～45℃，制得水解糖浆备用。

优选地，详细的过程如下：

a.菌种培养：选用中国微生物菌种保藏管理委员会提供（菌种编号为3.5218）的里氏木霉菌种（Trichoderma reesei）优化后，作为出发菌株，采用马铃薯培养基制成斜面种子；在三角瓶中装入种母培养基，灭菌后冷却至室温，接入一环斜面种子，置于摇床，培养温度约27~30℃的条件下培养约30~40小时；

b.生产种子培养：将种子培养基进行一级种子培养，二级种子培养；各级种子罐中按照约70～75%的投料系数定容体积，并逐级通风、搅拌、扩大培养；其中，所述培养基各组份的重量体积比为：水解糖浆1～3%、玉米浆1～3%、无机盐1～3%、微量元素0.001～0.0026%、其余为水，培养温度为约27～30℃，罐压约0.05～0.1MPa；一级种子罐培养约16～20小时，通风比约1:0.5~0.9，pH值约4.8～5.0；二级种子罐培养约6～12小时，通风比约1:1～1.5，pH值5.0～5.5；

c.发酵：在发酵罐中加入发酵培养基，其量占罐子容积的约55～60%，培养基各组份的重量体积配比为：水解糖浆0.5～6%、玉米浆1～3%、无机盐0.5～4%、纤维物质1～2%、微量元素0.001～0.0026%、其余为水，pH为4.5～5.0，培养温度约27～30℃，罐压约0.03～0.1MPa，通风比约1:0.8～1.2，培养时间约120～150小时；

当DE值从最高处开始下降后，每小时脉冲流加补料一次，控制发酵液DE值2.0～6.0；发酵过程中采用连续加氨控制pH在4.5～5.0，发酵酶活3～3.5万IU/ml；当发酵物体积达到发酵罐体积一定量时，往中转罐分料，发酵罐不停地补料，就不停地往中转罐分料，在中转罐中再进行补料以利持续发酵；当发酵罐、中转罐内的发酵物体积达到罐体的2/3或者发酵酶活力达到一定值时，将发酵液放入后工序；

d.产品提取：将发酵液直接用板框压滤机进行二次过滤，取其滤液在低温条件下超滤浓缩约4～6倍，测定超滤浓缩酶液酶活力单位及其它各项理化指标，调配成标准酶活力单位，并添加滤液重量5～10%的山梨醇、食盐和苯甲酸钠作为稳定剂，进行终端精滤罐装，制成食品级酸性木聚糖酶液体酶产品。

可选地，所述无机盐选自硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钾、氯化钙、磷酸氢二钾、氯化钠和氯化铵中的任意四种；所述纤维物质选自稻草粉、麦麸、蔗渣、玉米芯和微晶纤维中的至少一种；所述微量元素选自铁、钴、锰、铜、锌、硼和钼中的至少一种。

较佳地，将所述木聚糖酶液体酶产品以淀粉或膨化淀粉为吸附载体进行吸附干燥，干燥温度为约50～60℃，制得食品级酸性木聚糖酶固体酶产品。

优选地，所述食品级酸性木聚糖酶液体酶产品用喷雾干燥、粉碎制成食品级酸性木聚糖酶固体酶产品。

从上面所述可以看出，本发明提供的生产食品级酸性木聚糖酶的方法，以酸碱水解法制得的糖浆为原材料，用于生产食品级酸性木聚糖酶，有以下优点：生产工艺简单，过滤性好，便于后期提取压滤，节约时间；在发酵过程中，此糖容易被菌体吸收；所得的食品级酸性木聚糖酶产品，其活性高，产品活力比乳清粉生产时高出13.3%；而且还降低了生产成本，提高了产品效益，相较于乳清粉，每一吨成本节约1600元。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明以酸碱水解法制得的糖浆为原材料，用于生产食品级酸性木聚糖酶：先将玉米淀粉经调浆、酸化、碱化制得水解糖浆，再以所述水解糖浆为原料，里氏木霉为原始菌种，通过摇瓶培养菌种，一级种子培养，二级种子培养，发酵，一级过滤，二级过滤，超滤浓缩，化验配兑，最后精滤灌装制得食品级酸性木聚糖酶液体酶产品。参考图1，为本发明实施例的工艺流程图。

一、制备水解糖浆：

1.调浆：将玉米淀粉和水按照约1:0.5~2的比例泵入搪瓷反应罐，将两者搅拌混合均匀，并用盐酸调节pH值0.5～1.0。

2.酸化：用夹套将上述淀粉溶液升温至约55~75℃，此时淀粉膨胀大，淀粉开始糊化，搅拌电流高；停止搅拌，通入空气使淀粉溶液翻动，在盐酸的作用下，随着加热时间的延长和温度的升高，淀粉溶液的粘度很快下降，及时开启搅拌，停止通入空气；当淀粉溶液升温至约90~100℃时，改用直接通入蒸汽加热，升温至约121~125℃，罐压约0.11~0.13MPa；在此条件下酸化处理约40~60min后，停止蒸汽加热，打开夹套冷却水，淀粉溶液开始降温。

3.碱化：当淀粉溶液降温至约75~85℃时，关闭冷却水，加入氢氧化钠调节pH值4.0～4.5，并用夹套升温至约90~100℃时，改用直接通入蒸汽加热，升温至约121~125℃，罐压约0.11~0.13MPa；在此条件下碱化处理约30~50min后，停止蒸汽加热，打开夹套冷却水，降温至约40～45℃，制得水解糖浆备用。

二、菌种培养：

选用中国微生物菌种保藏管理委员会提供（菌种编号为3.5218）的里氏木霉菌种（Trichoderma reesei）优化后，作为出发菌株，采用马铃薯培养基制成斜面种子备用；在约1000ml三角瓶中装入种母培养基约200~300ml，灭菌后冷却至室温，接入一环斜面种子，置于摇床，转速约220～300r/min，培养温度约27~30℃的条件下培养约30~40小时。

三、生产种子培养：

1.一级种子培养：

(1)在约1M³不锈钢种子罐中加入种子培养基，其量约占罐子容积的70～75%，蒸汽灭菌约121~125℃，罐压约0.1～0.13MPa，时间约30~45min。冷却至约27～30℃备用；种子培养基各组份的重量体积配比为：水解糖浆1～3%、玉米浆1～3%、无机盐1～3%、微量元素0.001～0.0026%、其余为水，pH为4.8～5.0。

(2)利用火焰灭菌法将培养好的种子在无菌状态下接入种子罐.

(3)培养条件：温度约27～30℃，罐压约0.05～0.1MPa，通风比约1:0.5~0.9，培养时间约16~20小时。

2.二级种子培养：

(1)在约5M³不锈钢种子罐中加入种子培养基，其量约占罐子容积的70%，蒸汽灭菌约121~125℃，罐压约0.1～0.13MPa，时间约30~45min。冷却至约27～30℃备用；种子培养基各组份的重量体积配比为：水解糖浆1～3%、玉米浆1～3%、无机盐1～2%、微量元素0.001～0.0026%、其余为水，pH为5.0～5.5。

(2)利用压差法将培养好的种子在无菌状态下接入二级种子罐。

(3)培养条件：温度约27～30℃，罐压约0.05～0.1MPa，通风比约1:1～1.5，培养时间约6~12小时。

四、发酵

1.在约60M³不锈钢发酵罐中加入发酵培养基，其量约占罐子容积的55～60%，蒸汽灭菌约121~125℃，罐压约0.1～0.13MPa，时间约30~45min。冷却至约27～30℃备用；发酵培养基各组份的重量体积配比为：水解糖浆0.5～6%、玉米浆1～3%、无机盐0.5～4%、纤维物质1～2%、微量元素0.001～0.0026%、其余为水，pH为4.5～5.0。

2.利用压差法将培养好的种子在无菌状态下接入发酵罐。

3.培养条件：温度约27～30℃，罐压约0.03～0.1MPa，通风比约1:0.8～1.2，培养时间约120～150小时。

当DE值从最高处开始下降后，每小时脉冲流加补料一次，控制发酵液DE值为2.0～6.0。发酵过程中采用连续加氨控制pH在4.5～5.0。

当发酵罐物料的体积达到发酵罐容积的一定值时，往中转罐分料；发酵罐不停地补料，就不停地往中转罐分料，在中转罐中再进行补料持续发酵。当发酵罐、中转罐的物料体积达到罐体的三分之二或者发酵酶活力达到一定值时，将发酵液放入后工序。

其中，所述无机盐选自硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钾、氯化钙、磷酸氢二钾、氯化钠和氯化铵中的任意四种；所述纤维物质选自稻草粉、麦麸、蔗渣、玉米芯和微晶纤维中的至少一种；所述微量元素选自铁、钴、锰、铜、锌、硼和钼中的至少一种。

需要说明的是，所述培养基各组分的“重量体积比”是指培养基中的物料重量与培养基体积的比值。

五、产品提取：

1.将发酵液直接用板框压滤机进行二次过滤，取其滤液在低温条件下超滤浓缩约4～6倍，测定超滤浓缩酶液酶活力单位及其它各项理化指标，调配成标准酶活力单位，并添加5～10%的山梨醇及盐、苯甲酸钠作为稳定剂，进行终端精滤罐装，制成高纯度、高单位的食品级酸性木聚糖酶液体酶产品。二次过滤得到的菌体蛋白渣可以作为饲料。

2.将上述的食品级酸性木聚糖酶液体酶产品，用淀粉吸附干燥、粉碎制成食品级酸性木聚糖酶固体酶产品。或者，用喷雾干燥、粉碎制成食品级酸性木聚糖酶固体酶产品。

在本发明实例中，吸附法制造固体酶的吸附载体为淀粉或膨化淀粉，干燥温度为约50～60℃。生产出的食品级酸性木聚糖酶固体酶产品，其提取收率≥80%，产品纯度高、质量稳定。

作为本发明上述实施例的比较例，采用乳清粉作为原料，在设备不变，工艺不变，配方不变的情况下，生产食品级酸性木聚糖酶产品。

1.其酶活力对比如下：

2.生产成本对照：

（1）乳清粉：

乳清粉（补料）：5.6吨×6500元/吨=36400元

电：140h×75kw×0.6元/kwh=6300元

产品收入：8.311吨×18000元/吨=149598元

（2）水解糖浆糖浆：

玉米淀粉：11.7吨×2740元/吨=32058元

电：168h×75kw×0.6元/kwh=7560元

产品收入：11.201吨×18000元/顿=201618元

产品效益差：（201618-32058-7560）-（149598-36400-6300）=55102元

节约成本：（201618-32058-7560）/11.201-（149598-36400-6300）/8.311≈1600元/吨

由上述实施例及其结果可以看出，本发明生产工艺简单，过滤性好，便于后期提取压滤，节约时间；在发酵过程中，此糖容易被菌体吸收；所得的食品级酸性木聚糖酶产品，其活性高，产品活力比乳清粉生产时高出13.3%；而且还降低了生产成本，提高了产品效益，相较于乳清粉，每一吨成本节约1600元。

根据本发明提供的方法生产的食品级酸性木聚糖酶产品标准如下表：

需要说明的是，上述产品标准是根据食品安全国家标准食品工业用酶制剂GB25594-2010所编制的本企业产品标准。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种生产食品级酸性木聚糖酶的方法，其特征在于，步骤如下：先将玉米淀粉经调浆、酸化、碱化制得水解糖浆，再以所述水解糖浆为原料，里氏木霉为原始菌种，通过摇瓶培养菌种，一级种子培养，二级种子培养，发酵，一级过滤，二级过滤，超滤浓缩，化验配兑，最后精滤灌装制得食品级酸性木聚糖酶液体酶产品；

制备所述水解糖浆的详细步骤如下：

a.调浆：将玉米淀粉和水按照1:0.5～2的比例泵入搪瓷反应罐，将两者搅拌混合均匀，并用盐酸调节pH值0.5～1.0；

b.酸化：用夹套将上述淀粉溶液升温至55～75℃，此时淀粉膨胀大，淀粉开始糊化，搅拌电流高；停止搅拌，通入空气使淀粉溶液翻动，在盐酸的作用下，随着加热时间的延长和温度的升高，淀粉溶液的粘度很快下降，及时开启搅拌，停止通入空气；当淀粉溶液升温至90～100℃时，改用直接通入蒸汽加热，升温至121～125℃，罐压0.11～0.13MPa；在此条件下酸化处理40～60min后，停止蒸汽加热，打开夹套冷却水，淀粉溶液开始降温；

c.碱化：当淀粉溶液降温至75～85℃，关闭冷却水，加入氢氧化钠调节pH值4.0～4.5，并用夹套升温至90～100℃时，改用直接通入蒸汽加热，升温至121～125℃，罐压0.11～0.13MPa；在此条件下碱化处理30～50min后，停止蒸汽加热，打开夹套冷却水，降温至40～45℃，制得水解糖浆备用。

2.根据权利要求1所述的生产酸性木聚糖酶的方法，其特征在于，详细的过程如下：

a.菌种培养：选用中国微生物菌种保藏管理委员会提供的菌种编号为3.5218的里氏木霉菌种(Trichoderma reesei)优化后，作为出发菌株，采用马铃薯培养基制成斜面种子；在三角瓶中装入种母培养基，灭菌后冷却至室温，接入一环斜面种子，置于摇床，培养温度27～30℃的条件下培养30～40小时；

b.生产种子培养：将种子培养基进行一级种子培养，二级种子培养；各级种子罐中按照70～75%的投料系数定容体积，并逐级通风、搅拌、扩大培养；其中，所述培养基各组份的重量体积比为：水解糖浆1～3%、玉米浆1～3%、无机盐1～3%、微量元素0.001～0.0026%、其余为水，培养温度为 27～30℃，罐压0.05～0.1MPa；一级种子罐培养16～20小时，通风比1:0.5～0.9，pH值4.8～5.0；二级种子罐培养6～12小时，通风比1:1～1.5，pH值5.0～5.5；

c.发酵：在发酵罐中加入发酵培养基，其量占罐子容积的55～60%，培养基各组份的重量体积配比为：水解糖浆0.5～6%、玉米浆1～3%、无机盐0.5～4%、纤维物质1～2%、微量元素0.001～0.0026%、其余为水，pH为4.5～5.0，培养温度27～30℃，罐压0.03～0.1MPa，通风比1:0.8～1.2，培养时间120～150小时；

当DE值从最高处开始下降后，每小时脉冲流加补料一次，控制发酵液DE值2.0～2.5；发酵过程中采用连续加氨控制pH在4.5～5.0，发酵酶活3～3.5万IU/ml；当发酵物体积达到发酵罐体积一定量时，往中转罐分料，发酵罐不停地补料，就不停地往中转罐分料，在中转罐中再进行补料以利持续发酵；当发酵罐、中转罐内的发酵物体积达到罐体的2/3或者发酵酶活力达到一定值时，将发酵液放入后工序；

d.产品提取：将发酵液直接用板框压滤机进行二次过滤，取其滤液在低温条件下超滤浓缩4～6倍，测定超滤浓缩酶液酶活力单位及其它各项理化指标，调配成标准酶活力单位，并添加滤液重量5～10%的山梨醇、食盐和苯甲酸钠作为稳定剂，进行终端精滤罐装，制成食品级食品级酸性木聚糖酶液体酶产品。

3.根据权利要求2所述的生产食品级酸性木聚糖酶的方法，其特征在于，所述无机盐选自硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钾、氯化钙、磷酸氢二钾、氯化钠和氯化铵中的任意四种；所述纤维物质选自稻草粉、麦麸、蔗渣、玉米芯和微晶纤维中的至少一种；所述微量元素选自铁、钴、锰、铜、锌、硼和钼中的至少一种。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的生产食品级酸性木聚糖酶的方法，其特征在于，将所述食品级酸性木聚糖酶液体酶产品以淀粉或膨化淀粉为吸附载体进行吸附干燥，干燥温度为50～60℃，制得食品级酸性木聚糖酶固体酶产品。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的生产食品级酸性木聚糖酶的方法，其特征在于，所述食品级酸性木聚糖酶液体酶产品用喷雾干燥、粉碎制成食品级酸性木聚糖酶固体酶产品。