CN103881945A - 一种蒸汽爆破处理农业原料制备工业发酵用培养基的方法 - Google Patents

Abstract

针对农业原料用于工业用发酵培养基时，原料利用率低，粉碎能耗高，水解酸碱用量大等问题，本发明公布了一种利用蒸汽爆破技术加工农业原料，生产工业发酵用培养基的方法。本发明利用蒸汽爆破技术，使农业原料中的淀粉、蛋白质、脂类、纤维素、半纤维素、木质素以及其它组分发生降解或改性，大分子物质降解为小分子物质，同时生成发酵促进物质。该发明降低了农业原料进一步加工的能耗，改善了农业原料作为工业用发酵培养基的产品性能，提高了发酵过程中的原料利用率，蒸汽爆破处理过程中产生的发酵促进剂促进了微生物的生长代谢及发酵产品的转化率。蒸汽爆破处理后的农业原料既可以作为固态发酵用培养基，也可用于液态发酵用培养基。

Description

一种蒸汽爆破处理农业原料制备工业发酵用培养基的方法

技术领域

本发明属于工业发酵用培养基的生产加工领域，特别涉及一种农业原料有效制备工业用发酵培养基的方法。

背景技术

发酵工业在我国国民经济和社会发展中具有重要地位，其发酵培养基用原料主要为农业原料。农业原料包括农产品，农产品加工剩余物，农业剩余物等，其中农产品主要包括玉米、小麦、稻谷、杂粮、大豆等；农产品加工剩余物主要包括豆粕、花生粕、麸皮等；农业剩余物主要包括农作物秸秆等。其中非粮原料所占比重在10%左右，以玉米为例，我国每年用于发酵行业的玉米占到玉米总产量的26%。 

传统发酵培养基碳源氮源的制备是将农产品进行简单的粉碎，然后再利用酸、碱或者酶对物料进行水解处理。传统发酵培养基的制备中存在以下问题：①农业原料均含有一定的纤维素、半纤维素、果胶等难降解多糖类物质，在传统的培养基加工过程中很难被降解利用，浪费资源；②农业原料中的细胞壁物质如纤维素、半纤维素、木质素等包裹淀粉、蛋白等组分，阻碍了它们的完全降解；③农业原料结构致密，用于固体发酵时，那一被微生物充分利用；④发酵工业常用的碳源玉米、氮源大豆外表均含有坚韧的外壳所以在粉碎过程中要消耗大量的能耗；⑤农业原料用于液体发酵时，需要水解成可发酵物质，传统水解化学试剂用量大，水解时间长，营养物质损失严重，如利用酸水解方式会破坏物料中的色氨酸、丝氨酸、苏氨酸降低了物料营养成分的含量及质量，并且还要在一定温度和压力下进行以及后续余酸的处理也要耗费大量的化学试剂，增大了额外的成本。利用碱水解方式氨基酸则会产生消旋作用以及部分氨基酸脱氨基作用，也要在水解过程中提供一定的温度和压力，这种方法同样存在物料营养物质破坏问题以及需要后续处理水解液的问题。酶水解的方法比较温和还能避免酸碱水解中存在的相关问题，但目前酶的价格比较高处理时间比较长还不适合工业化生产。

目前我国农产品资源匮乏，而工业发酵行业对农产品的需求又不断增加，因此充分利用现有的农业原料显得十分重要。资源能源消耗高，努力提高非粮原料比重，减少玉米等粮食原料的消耗量。

发明内容

针对目前我国农业原料作为发酵用培养基存在的原料利用率低，化学试剂消耗量大，营养物质损失严重，细胞壁物质得不到有效利，资源能源消耗高等问题，提出了一种有效提高原料利用率，同时改善产品品质的发酵工业用培养基的制备方法。这种方法采用低压无污染蒸汽爆破方式，破坏了农业原料的细胞壁结构，使细胞内的淀粉、蛋白等营养物质充分暴露；淀粉、蛋白等高分子物质发生降解，淀粉由原来的淀粉粒降解为糊精，蛋白降解为多肽等小分子；同时产生寡糖、可溶性小分子酚类物质等发酵促进剂，提高了原料利用率，赋予发酵培养基新的品质。

为达到本发明的上述目的，采取的技术方案为：

（1）根据农业原料种类和特性，将原料进行清洗除杂、粉碎或切断（粒径0.5mm-5 cm）；

（2）原料复水，调整原料含水率；

（3）将原料置于蒸汽爆破设备中进行汽爆处理；

（4）将蒸汽爆破处理后的物料进行干燥，粉碎，包装。

所述的农业原料包括包括农产品，农产品加工剩余物，农业剩余物等，其中农产品主要包括玉米、小麦、稻谷、杂粮、大豆等；农产品加工剩余物主要包括豆粕、花生粕、麸皮等；农业剩余物主要包括农作物秸秆等；

所述的原料含水量为通过复水，原料均匀含水量为20-80%；

所述的蒸汽爆破处理为蒸汽压力0.4-2.0 MPa的条件下处理2-10 min。

本发明的有益效果：

1. 蒸汽爆破处理，破坏了农业原料的细胞壁结构，将细胞内淀粉、蛋白等物质充分暴露，有利于后续加工利用；

2. 蒸汽爆破处理，高温高压环境下农业原料中淀粉、蛋白质、脂类、纤维素、半纤维素、木质素等大分子物质发生降解或改性，大分子物质降解为小分子物质，增加了可溶性；

3. 蒸汽爆破过程中产生小分子可溶性物质，如寡糖、酚类物质等，为天然发酵促进剂；

4. 蒸汽爆破处理，破坏了农业原料的致密结构，物料疏松，提高了物料的多孔性；

5. 高温高压环境下，农业原料中的有毒物质如黄曲霉毒素等发生降解，起到解毒的作用；

6. 本发明降低了农业原料加工培养基过程中的能耗和化学试剂的消耗；提高了原料利用率；赋予了产品新的品质。

通过蒸汽爆破技术处理的农业原料即可用于固态发酵又可用于液态发酵。

具体实施方式

下面结合具体实施例来详细说明本发明所提供的利用蒸汽爆破技术来处理发酵工业培养基原材料的工艺。所述的实施例是为了更好的解释本发明，而不是对发明权利要求保护范围的限制，所有基于本发明基本思想的修改和变动，都属于本发明请求保护的范围。

实施例1

取65 g豆粕和110 g麸皮，粉碎至10目，调整含水量至30%，置于4 L蒸汽爆破设备中，通入饱和水蒸汽，0.7 MPa下维持5 min，突然泄压，收集蒸汽爆破后的物料，补加2 g葡萄糖，6 g乳清蛋白，3 g碳酸钙，0.2 g硫酸铵，0.1 g硫酸镁，加入适量蒸馏水至含水量43%，将搅拌均匀的培养基放入不锈钢铁盆中，进行蒸汽灭菌，灭菌后接入4×10⁶ cfu/g Lactobacillus casei，置于恒温培养箱中，同时以传统培养基制作方式做对照，培养培养60 h，通过蒸汽爆破处理的培养基，发酵结束后发酵物中菌数为3.57×1010¹⁰ cfu/g，与传统培养基制作方式发酵物中活菌数1.62×10¹⁰ cfu/g相比，提高了2.2倍。

实施例2

取105 g玉米秸秆粉和85 g麸皮，粉碎至40目，调整含水量至30%，置于4 L蒸汽爆破设备中，通入饱和水蒸汽，1.2 MPa下维持5 min，突然泄压，收集蒸汽爆破后的物料，补加 10g 硫酸二氢钾，20g硫酸铵， 2g氯化钙，15g七水硫酸镁， 0.02g七水硫酸亚铁，0.032g硫酸锰，0.034g氯化锌，0.04g氯化钴,加入适量蒸馏水至含水量43%，将搅拌均匀的培养基放入不锈钢铁盆中，进行蒸汽灭菌，灭菌后接入4×10⁶ cfu/g Trichoderm a viride，置于恒温培养箱中，同时以传统培养基制作方式做对照，培养培养120 h，发酵结束后，通过蒸汽爆破处理的培养基，CMC酶活达到1100 IU/g，FPA酶活达到54 IU/g，比传统培养基制备方式CMC酶活和FPA酶活分别提高了2.2倍和1.8倍。

实施例3

取500 g玉米碴，调整含水量至50%，置于4 L蒸汽爆破设备中，通入饱和水蒸汽，0.5 MPa下维持10 min，突然泄压，收集蒸汽爆破后的物料，干燥后粉碎至100目，配置6%的玉米醪培养基，同时以未蒸汽爆破玉米碴粉碎后的玉米为原料配置培养基，作为对照。玉米醪培养基灭菌后，接种Clostridium acetobutylicum ATCC 824，接种量为10%（体积比），厌氧培养72 h后测定发酵培养基中的溶剂含量。未处理玉米醪培养基溶剂产量为2.285%，其中丁醇10.69 g/l，丙酮2.48 g/l，乙醇0.54 g/l。汽爆后的玉米醪培养基溶剂产量2.56%，其中丁醇12.288 g/l，丙酮2.304 g/l，乙醇0.768 g/l。溶剂总产量提高1.12倍，溶剂中丁醇比例由77.97%，提高到80%。

Claims (5)

1.一种蒸汽爆破处理农业原料制备工业发酵用培养基的方法，其特征在于包含以下步骤：

（1）根据农业原料的种类和特性，将原料进行清洗除杂、粉碎或切断；

（2）原料复水，调整原料含水量；

（3）将原料置于蒸汽爆破设备中进行蒸汽爆破处理；

（4）将蒸汽爆破处理后的物料进行干燥，粉碎，包装。

2.如权利要求1所述的一种蒸汽爆破处理农业原料制备工业发酵用培养基的方法，其步骤（1）所述的农业原料包括包括农产品，农产品加工剩余物，农业剩余物，其中农产品主要包括玉米、小麦、稻谷、杂粮、大豆；农产品加工剩余物主要包括豆粕、花生粕、麸皮；农业剩余物主要包括农作物秸秆。

3.如权利要求1所述的一种蒸汽爆破处理农业原料制备工业发酵用培养基的方法，其中步骤（1）所述的粉碎或切断，粉碎或切断后农业原料粒径为0.5 mm-5 cm。

4.如权利要求1所述的一种蒸汽爆破处理农业原料制备工业发酵用培养基的方法，其步骤（2）所述的原料含水量为20-80%。

5.如权利要求1所述的一种蒸汽爆破处理农业原料制备工业发酵用培养基的方法，其步骤3）所述的蒸汽爆破处理为蒸汽压力0.4-2.0 MPa的条件下处理2-10 min。