CN103045699A

CN103045699A - 一种橡实粉糖化及发酵方法

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Publication number: CN103045699A
Application number: CN2011103138274A
Authority: CN
Inventors: 张霖; 师文静; 李晓姝; 高大成; 王领民
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明公开一种橡实粉糖化及发酵方法，包括如下步骤：（1）对橡实粉悬浊液进行微波处理；（2）向微波处理后的橡实粉悬浊液中加入淀粉酶、糖化酶进行酶解糖化；（3）向橡实粉糖化液中接入微生物种子培养液，进行微生物发酵生产。所述的微波处理微波频率可选择2450MHz、915MHz、896MHz中的一种，微波功率为1kW/L～50kW/L，处理时间为0.5h～3h。该方法能够以各种橡实粉为原料，不受橡实粉中单宁含量的限制，糖化及发酵效果好，适于工业应用。

Description

一种橡实粉糖化及发酵方法

技术领域

本发明涉及一种橡实粉糖化及发酵方法，属于生物工程领域的非粮淀粉资源的加工利用方法。

背景技术

橡实是壳斗科Fagaceae植物籽实的统称。橡实含有淀粉、单宁以及蛋白质、脂肪、纤维素、矿质、维生素、色素等成分，其中淀粉含量高达50％～68％。我国橡实资源十分丰富，约有橡实林1.33×10⁷～1.67×10⁷公顷，年产橡实600～700万吨，主要分布于东北、华北、及陕西、宁夏、甘肃、青海、山东、四川等地。目前国内橡实资源利用率较低，主要用于制备橡子饲料及橡实淀粉。CN95115716.7公开了一种将橡子粉用于生产牲畜饲料的方法。CN92106312.1公开了一种从橡实中提取高纯度淀粉的方法，包括：脱壳，除壳，晒干，除杂除沙，磨浆，脱水，甩干，烘干工序。CN94110375.7公开了一种橡实淀粉的制作方法，过程包括：加水和亚硫酸浸泡，破碎，磨浆，过滤制得精浆，精浆精磨成淀粉乳，最后脱水干燥制成含有94%～99%淀粉，0.5%～1%植物胶，0.03%～0.06%维生素E和余量水的产品。CN96103688.5公开了一种从橡实中提取使用淀粉的方法，即经过采集、保鲜、贮藏、浸泡、粉碎、再浸泡、研磨、过筛、分离清洗、脱水精制、提取、干燥等工艺流程，制备食用橡实淀粉成品。

CN200710123394.x公开了一种利用橡子淀粉代替粮食淀粉，通过酶解糖化发酵乙醇的方法。但是该方法需要从橡子粉中提取出橡子淀粉，因此从成本上考虑是不可行的。

目前，橡实粉直接进行酶解糖化存在以下问题：（1）橡实粉中含有较高的单宁成分，最高可达17 wt%，由于单宁是多酚中高度聚合的化合物，它们能与蛋白质和各种酶类形成难溶于水的复合物，影响糖化过程及发酵过程；（2）橡实粉是含有支链较多的聚糖，与玉米淀粉等粮食淀粉相比，其直链淀粉仅占30%左右，而所占比例更多支链淀粉在双酶的作用下，糖化效果并不好。CN200910188146.2公开了一种利用橡实粉发酵生产乳酸的方法，包括以下步骤：（1）取橡实粉添加水配比为1：2～1：9，加入淀粉酶20U/g～40U/g橡实粉，在50℃～110℃液化1h～2h，然后加入糖化酶80U/g～200U/g橡实粉，30℃～60℃保温1h～4h，进行预糖化处理；（2）当步骤（1）中葡萄糖浓度达到20g/L～70g/L时，接入培养好的微生物种子培养液，同时加入中和剂，接种量为5%～20%，搅拌转数50rpm～300rpm，发酵温度40℃～50℃。该方法所用的橡实粉单宁含量小于5.0wt%，优选小于1.0wt%，更优选小于0.5wt%。可见其并没有完全解决单宁影响等问题，而且糖化及发酵的效果也不太理想。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种橡实粉糖化及发酵方法。该方法能够以各种橡实粉为原料，不受橡实粉中单宁含量的限制，糖化及发酵效果好，适于工业应用。

一种橡实粉糖化及发酵方法，包括如下步骤：（1）对橡实粉悬浊液进行微波处理；（2）向微波处理后的橡实粉悬浊液中加入淀粉酶、糖化酶进行酶解糖化；（3）向橡实粉糖化液中接入微生物种子培养液，进行微生物发酵生产。

本发明方法中所述的微波处理，微波频率可选择2450MHz、915MHz、896MHz中的一种，微波功率为1kW/L～50kW/L，处理时间为0.5h～3h。

本发明方法中所述的橡实粉悬浊液中橡实粉与水的质量体积比为1：1～1：5，混合搅拌0.5h～2h，水温20℃～60℃。

本发明方法中所述的橡实粉为橡实仁经脱壳、除壳、晒干、研磨、筛分等简单处理后得到的橡实粉初级产品。橡实粉中单宁质量含量一般为0.26%～17.74%，目数为30～200目，优选为60～150目，更优选为80～120目。

本发明方法中所述的酶解糖化过程及条件如下：α-淀粉酶20U/g～40U/g橡实淀粉，在80℃～100℃液化1h～2h；加入糖化酶80U/g～200U/g橡实淀粉，40℃～60℃保温1h～4h。

本发明方法中可以通过控制加入不同的微生物种子培养液及培养条件，发酵生产不同的产品，例如发酵生产乙醇、乳酸等。本发明方法中优选发酵生产乳酸，采用的微生物为厌氧微生物或者兼性厌氧微生物。所述的厌氧微生物可以选自现有常规的厌氧乳杆菌、链球菌和芽孢杆菌属的一种或几种。所述的兼性厌氧微生物优选干酪乳杆菌Lactobacillus casei FY-04，CGMCC NO. 3269。所述的干酪乳杆菌Lactobacillus casei FY-04是抚顺石油化工研究院筛选培养的一种兼性厌氧菌，其保藏号为CGMCC NO.3269，具有如下性质：

（1）形态特征：杆状细菌，不运动，无芽孢，常排列为短链；

（2）生理特征：过氧化氢酶阴性，乳酸消旋酶阴性，格兰氏染色显阴性，兼性好氧。

本发明方法中发酵生产乳酸的条件如下：接种量为5%～20%（v/v），搅拌转数50rpm～300rpm，发酵温度30℃～50℃，pH值为4.5～6.5，发酵时间24 h～72h。

与现有技术相比，本发明橡实粉糖化及发酵方法具有如下优点：

（1）本发明方法在橡实粉进行酶解糖化之前采用微波对橡实粉悬浊液进行预处理，可使单宁单体中的活性单元酚羟基氧化成羰基，从而缓解橡实淀粉中单宁成分对酶解糖化过程中酶以及发酵过程中微生物的抑制作用，提高了糖化发酵效果，从而不需要对橡实粉进行工序繁杂的精制过程，不受橡实粉中单宁含量的限制，能够将各种橡实粉应用于微生物发酵生产中，降低成本，提高经济效益；

（2）本发明方法中微波预处理过程能够改变橡实淀粉的分子特性，从而将支链淀粉裂解形成一些短的直链淀粉，有利于后继的酶解糖化；

（3）本发明方法步骤简单，可将非粮食作物的橡实资源，更加广泛的应用于可利用碳水化合物的微生物发酵中，创造可观的经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例具体说明本发明方法的作用及效果。

按照本发明方法，将橡实粉悬浊液做微波处理后，进行双酶糖化，并利用SBA-40型生物传感分析仪对糖化液中葡萄糖浓度进行测定。将橡实粉糖化液进行乳酸菌发酵生产L-乳酸试验，定时检测考察橡实粉的糖化情况及发酵生产L-乳酸情况。本实施例及比较例所使用的乳酸发酵菌种为抚顺石油化工研究院筛选培养的Lactobacillus casei FY-04，CGMCC NO.3269 。

实施例1

1.5kg橡实粉（橡实粉目数60，单宁含量5wt%）加入6L自来水，50℃混合搅拌30min，转入微波发生装置，微波频率选择915MHz，设置微波功率为10kW，时间为1h。转入糖化装置，加入1.4 mL高温淀粉酶（40000U/mL），92℃液化1h，降温到50℃，加入5.0mL淀粉糖化酶（30000U/mL），保温3h测定葡萄糖浓度为50 g/L。然后加入1.0 L经MRS培养基培养至对数期的干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）种子液进行乳酸发酵，条件控制37℃，100rpm，pH 5.0，发酵48h，测得产乳酸116g/L。

实施例2

2kg橡实粉（橡实粉的目数80，单宁含量6wt%）加入7L自来水，40℃混合搅拌30min，转入微波发生装置，微波频率选择2450MHz，设置微波功率为20kW，时间为0.5h。转入糖化装置，加入2.0mL高温淀粉酶（40000U/mL），92℃液化1h，降温到50℃，加入7.0mL淀粉糖化酶（30000U/mL），保温3h测定葡萄糖浓度为58g/L。然后加入1.2 L经MRS培养基培养至对数期的干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）种子液进行乳酸发酵，条件控制37℃，100rpm，pH 5.0，发酵48h，测得产乳酸124g/L。

实施例3

1.5kg橡实粉（橡实粉的目数120，单宁含量10wt%）加入7L自来水，30℃混合搅拌1h，转入微波发生装置，微波频率选择896MHz，设置微波功率为15kW，时间为1h。转入糖化装置，加入1.4mL高温淀粉酶（40000U/mL），92℃液化1h，降温到50℃，加入5.0mL淀粉糖化酶（30000U/mL），保温3h测定葡萄糖浓度为51g/L。然后加入1.2L经MRS培养基培养至对数期的干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）种子液进行乳酸发酵，条件控制37℃，100rpm，pH 5.0，发酵48h，测得产乳酸118g/L。

比较例1（同实施例2相比较）

2kg橡实粉（橡实粉的目数80，单宁含量6wt%）加入7L自来水，40℃混合搅拌30min，转入糖化装置，加入2.0 mL高温淀粉酶（40000U/mL），92℃液化1h，降温到50℃，加入7.0mL淀粉糖化酶（30000U/mL），保温3h测定葡萄糖浓度为39g/L。延长酶解糖化时间，当测定葡萄糖浓度为58g/L时，加入1.2 L经MRS培养基培养至对数期的干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）种子液进行乳酸发酵，条件控制37℃，100rpm，pH 5.0，48h，测得产乳酸90g/L。

Claims

1.一种橡实粉糖化及发酵方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）对橡实粉悬浊液进行微波处理；（2）向微波处理后的橡实粉悬浊液中加入淀粉酶、糖化酶进行酶解糖化；（3）向橡实粉糖化液中接入微生物种子培养液，进行微生物发酵生产。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微波处理微波频率为2450MHz、915MHz、896MHz中的一种，微波功率为1kW/L～50kW/L，处理时间为0.5h～3h。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的橡实粉悬浊液中橡实粉与水的质量体积比为1：1～1：5，混合搅拌0.5h～2h，水温20℃～60℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的橡实粉为橡实仁经脱壳、除壳、晒干、研磨、筛分处理后得到的橡实粉初级产品。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述的橡实粉中单宁质量含量一般为0.26%～17.74%，目数为30～200目。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的橡实粉目数为60～150目。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的酶解糖化过程及条件如下：α-淀粉酶20U/g～40U/g橡实淀粉，在80℃～100℃液化1 h～2h；加入糖化酶80U/g～200U/g橡实淀粉，40℃～60℃保温1 h～4h。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过控制加入不同的微生物种子培养液及培养条件，发酵生产不同的产品。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：所述向橡实粉糖化液中接入微生物种子培养液，进行微生物发酵生产乳酸。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的发酵生产乳酸的条件如下：接种量为5%～20%（v/v），搅拌转数50rpm～300rpm，发酵温度30℃～50℃，pH值为4.5～6.5，发酵时间24h～72h。