CN105462837A - 一种复合有机氮源及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种优质氮源及其制备方法，通过生产工艺改进和有效成分优化制备优质氮源。氮源主要成分是酵母粉、棉籽蛋白粉、全脂花生粉，以及辅料淀粉、磷酸二氢钙、碳酸钙、硫酸锌、甜菜碱等，将其充分混合均匀、调质、适温膨化、烘干、微粉制备高效优质氮源。氮源具有配比合理、营养价值高、微生物利用效果好等优点，能够提高发酵效价、降低生产成本；膨化后氮源比重改变，可在发酵液中呈悬浮状态，避免物料沉降，从而提高原料利用率，有利于实现清洁生产。

Description

一种复合有机氮源及其制备方法
技术领域
本发明属于生物发酵领域，具体涉及一种复合有机氮源及其制备方法。
背景技术
我国是世界主要医药原料药生产国家，抗生素、氨基酸、维生素等原药产品在世界市场占有重要地位。我国抗生素类药品年生产总量约为5万吨，这些抗生素原料药的生产都采用工业发酵生产，所需培养基总需求量大于20万吨。我国三大发酵制品的产量约100万吨，酶制剂如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、糖化酶等发酵生产均需大量的培养基。氨基酸产能不断扩大，对培养基的需求也增长迅速。发酵培养基是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成需产物。
发酵培养基对发酵产品的产量和质量有着极大的影响。培养基主要成分是氮源和碳源，氮源如豆粕、花生粕、棉籽蛋白、酵母粉等；碳源如淀粉、植物油、玉米浆等。发酵培养基的组成应丰富、完全，碳、氮源要注意适当的碳氮比例，营养成分合理，速效和迟效的互相搭配；还要加缓冲剂稳定pH值；并且还要有菌体生长所需的生长因子和产物合成所需要的元素、前体和促进剂等。
针对不同微生物不同的营养要求，配制必须遵循一定原则。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102504998A，公开日2012年06月20日，公开了一种复配培养基的生产工艺，主要涉及以棉籽、大豆、花生等农产品为原料，进行精细深加工生产适合微生物生长和代谢的复配培养基，其生产工艺步骤包括棉籽蛋白的生产、花生蛋白/大豆蛋白的生产、一次复配、二次复配。中国专利文献号CN104611372A，公开日2015年05月13日，公开了一种制备发酵专用花生饼粉的方法，包括：取无霉变的花生饼，粉碎并通过40目网筛，取筛下物，得花生饼粉；将花生饼粉与工业酶制剂混合，混合均匀后送入双螺杆挤压膨化机，挤压膨化；干燥挤压膨化后的原料，使原料的含水量小于8-12％；将干燥后的原料经微粉机粉碎，粉碎过程温度控制在80℃以下，得到发酵专用花生饼粉。上述发明生产的产品通过对培养基生产工艺和成分的优化，提高了产品质量，有助于解决优质氮源培养基的匮乏问题。
但是，上述发明在配方的营养配比和生产工艺方面有较大的提升空间，具体如下：
①营养物质应满足微生物的需要。不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大，应根据菌种对各营养要素的进行配制。此外，在生产过程中，也要最大限度的保护产品的营养价值不被破坏。
②营养物在发酵液中的分散性有待提高。在发酵生产中，培养基中各物料比重、溶解性不同，在发酵罐中易产生沉降或漂浮现象，影响了微生物对营养成分的利用。为解决这些问题，需采用大功率的搅拌系统，这样不利于菌种的繁殖和生长，同时也产生大量泡沫影响生产，并且造成能源的浪费。
③物理、化学条件应适宜。各种微生物均有其生长繁殖的最适pH值，在微生物生长繁殖过程中，会产生能够引起培养基的pH值改变的代谢产物，尤其是不少微生物有很强的产酸能力，如不适当地加以调节，就会抑制甚至于杀死其自身。在设计培养基时，要考虑培养基的pH值调节能力。一般应加入对应的缓冲物使培养基的pH值稳定。
中国发明专利申请CN102559803A提供了一种黄原胶的发酵生产方法，其中发酵培养基成分为蔗糖、黄豆粉、碳酸钙、水，该发明申请中以蔗糖为碳源、黄豆粉为氮源、碳酸钙的作用是维持pH；中国发明专利CN103233052B提供了一种用于红霉素发酵的复合有机氮源，其公开的发酵培养基组成为淀粉、复合有机氮源、硫酸铵、豆油、碳酸钙、消泡剂和水，碳酸钙的作用是维持pH；中国发明专利CN101781137B提供了一种以碳铵为氮源的硫氮肥，其由碳铵、硫酸铵和碳酸钙组成，其中碳酸钙的作用是调节氮含量；中国发明专利CN104805161A提供了一种培养基，包括碳源、氮源和矿物质，矿物质的主要成分为碳酸钙，，可见其中碳酸钙的作用是提供矿物质。
综上所述，在发酵培养基领域中添加碳酸钙的作用是调节pH值、调节氮含量、提供矿物质。
中国发明专利申请CN104611372A公开了一种制备发酵专用花生饼粉的方法，其包括粉碎、混合挤压膨化、干燥、微粉等步骤，其挤压膨化的温度为80-150℃，压力为0.8-1.5MPa，可见该膨化过程温度仍然较高，存在营养价值被破坏的风险。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种复合有机氮源，其通过加入科学配比的碳酸钙，能够有效的调整氮源的密度，使得氮源在发酵罐中保持悬浮，避免沉降或漂浮现象的发生，有利于菌种的繁殖生长和营养物质的吸收；本发明的另一目的在于提供该复合有机氮源的制备方法，该方法通过降低膨化温度较现有技术中的高温膨化，减少了蛋白质的变性，最大程度的保持了氮源的营养价值；且常规膨化产品密度较小，一般漂浮在发酵液上方，而本发明进行适度膨化后产品与发酵液密度相近，呈悬浮状态。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的，一种复合有机氮源，由下列组分组成：酵母粉、棉籽蛋白粉、全脂花生粉、淀粉、磷酸二氢钙、碳酸钙、硫酸锌、甜菜碱。
优化的，前六种组分的重量份为：酵母粉5-10份、棉籽蛋白粉3-5份、全脂花生粉1-3份、淀粉5-8份、磷酸二氢钙0.003-0.01份、碳酸钙0.05-1份；后两种组分占前六种组分总重量的重量比分别为：硫酸锌0.02-0.1%、甜菜碱0.01-0.1%。
本发明提供的复合有机氮源的制备方法，步骤如下：混合、调质、膨化、微粉。
优化的，混合步骤的具体操作为：按照重量份称取酵母粉、棉籽蛋白粉、全脂花生粉、淀粉、磷酸二氢钙、碳酸钙并混合，按照重量比称取硫酸锌、甜菜碱水溶液喷洒到前述混合料中，搅拌均匀。
优化的，调质步骤的具体操作为：在调质器中调质，通入压力为2-4个大气压，温度为90-95℃的水蒸气调质8-12分钟。
优化的，膨化步骤的具体操作为：向双螺杆膨化机的加料口内加入调质好物料，螺杆转速为35-55r/min，喂料速度为25-40r/min，机筒进料段温度控制在80-95℃，中间段控制在90-105℃，出料段控制在100-110℃；双螺杆膨化机出口接密闭仓，密闭仓与真空泵连接，仓中物料采用密闭绞龙输出。
优化的，密闭仓通过真空泵进行减压，密闭仓中压力保持在0.4-0.9个大气压。
优化的，全脂花生粉为花生脱皮后粉碎制得。
优化的，微粉步骤的具体操作为：首先烘干，温度不高于80℃；然后微粉为细度40-150目的产品。
本发明的有益效果在于：
1、添加碳酸钙具有调节产品比重的作用，使产品能够适应不同比重的发酵液，避免物料沉降或漂浮，保证产品的悬浮性和分散性，有利于菌种的高效利用。产品在发酵液中呈悬浮状态，提高了原料利用率，有利于实现清洁生产。
2、本发明在膨化机物料出口处设置负压密闭仓，可在降低膨化温度的同时保证产品膨化效果，最大程度避免了蛋白高温变性引起的营养价值损失。同时对膨化压力的调整也对氮源的密度起到一定的调整作用。
3、产品中的酵母粉、棉籽蛋白、全脂花生粉，将速效氮源和迟效氮源有效配比，提高了发酵效价，同时全脂花生粉中的油脂容易均匀分布在氮源中，保证了产品的一致性。
4、本发明生产的氮源具有成分配比合理，营养价值高，微生物利用效果好等优点，能够提高发酵效价，降低生产成本。
5、本发明的产品可广泛应用于抗生素、酶制剂、甾体激素和有机酸等产品发酵。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明。
实施例1
本实施例通过不同的例子来说明本发明的技术方案对氮源密度的调整，从而说明其对不同发酵液的适应性。
本实施例的复合有机氮源，由下列组分组成：酵母粉、棉籽蛋白粉、全脂花生粉、淀粉、磷酸二氢钙、碳酸钙、硫酸锌、甜菜碱。
其中，前六种组分的重量份为：酵母粉5-10份、棉籽蛋白粉3-5份、全脂花生粉1-3份、淀粉5-8份、磷酸二氢钙0.003-0.01份、碳酸钙0.05-1份；后两种组分占前六种组分总重量的重量比分别为：硫酸锌0.02-0.1%、甜菜碱0.01-0.1%。
其中，步骤如下：混合、调质、膨化、微粉。
其中，混合步骤的具体操作为：按照重量份称取酵母粉、棉籽蛋白粉、全脂花生粉、淀粉、磷酸二氢钙、碳酸钙并混合，按照重量比称取硫酸锌、甜菜碱水溶液喷洒到前述混合料中，搅拌均匀。
其中，调质步骤的具体操作为：在调质器中调质，通入压力为2-4个大气压，温度为90-95℃的水蒸气调质8-12分钟。
其中，膨化步骤的具体操作为：向双螺杆膨化机的加料口内加入调质好物料，螺杆转速为35-55r/min，喂料速度为25-40r/min，机筒进料段温度控制在80-95℃，中间段控制在90-105℃，出料段控制在100-110℃；双螺杆膨化机出口接密闭仓，密闭仓与真空泵连接，仓中物料采用密闭绞龙输出。
其中，密闭仓通过真空泵进行减压，密闭仓中压力保持在0.4-0.9个大气压（具体值见表1）。
其中，全脂花生粉为花生脱皮后粉碎制得。
其中，微粉步骤的具体操作为：首先烘干，温度不高于80℃；然后微粉为细度40-150目的产品。
各个例子在其他条件相同的条件下制备，对于不同点列在表1中，同时列出了用于某发酵培养液中的状态，结果见下表。具体的各个例子中称取酵母粉8份、棉籽蛋白粉4份、全脂花生粉2份、淀粉7份、磷酸二氢钙0.006份、碳酸钙0.05-1份(具体值见表1）；后两种组分占前六种组分总重量的重量比分别为：硫酸锌0.06%、甜菜碱0.05%。
表1：不同参数生产的氮源在某发酵液中状态
碳酸钙重量份 密闭仓压力（标准大气压） 氮源在发酵液中状态
例1 0.1 0.6 漂浮
例2 0.3 0.6 悬浮
例3 0.6 0.6 沉降
例4 0.3 0.4 漂浮
例5 0.3 0.6 悬浮
例6 0.3 0.9 沉降
通过上表的对比可知通过添加碳酸钙具有调节产品比重的作用，使产品能够适应不同比重的发酵液，避免物料沉降或漂浮，保证产品的悬浮性和分散性，有利于菌种的高效利用。调整后的产品在发酵液中呈悬浮状态，提高了原料利用率，有利于实现清洁生产。同时对膨化压力的调整也对氮源的密度起到一定的调整作用。
实施例2
本实施例的复合有机氮源，由下列组分组成：酵母粉、棉籽蛋白粉、全脂花生粉、淀粉、磷酸二氢钙、碳酸钙、硫酸锌、甜菜碱。
其中，前六种组分的重量份为：酵母粉5份、棉籽蛋白粉5份、全脂花生粉3份、淀粉8份、磷酸二氢钙0.003份、碳酸钙0.6份；后两种组分占前六种组分总重量的重量比分别为：硫酸锌0.06%、甜菜碱0.05%。
其中，步骤如下：混合、调质、膨化、微粉。
其中，混合步骤的具体操作为：按照重量份称取酵母粉、棉籽蛋白粉、全脂花生粉、淀粉、磷酸二氢钙、碳酸钙并混合，按照重量比称取硫酸锌、甜菜碱水溶液喷洒到前述混合料中，搅拌均匀。
其中，调质步骤的具体操作为：在调质器中调质，通入压力为2-4个大气压，温度为90-95℃的水蒸气调质8-12分钟。
其中，膨化步骤的具体操作为：向双螺杆膨化机的加料口内加入调质好物料，螺杆转速为35-55r/min，喂料速度为25-40r/min，机筒进料段温度控制在80-95℃，中间段控制在90-105℃，出料段控制在100-110℃；双螺杆膨化机出口接密闭仓，密闭仓与真空泵连接，仓中物料采用密闭绞龙输出。
其中，密闭仓通过真空泵进行减压，密闭仓中压力保持在0.6个大气压。
其中，全脂花生粉为花生脱皮后粉碎制得。
其中，微粉步骤的具体操作为：首先烘干，温度不高于80℃；然后微粉为细度40-150目的产品。
对比例1
本对比例与实施例2的区别在于膨化步骤的具体操作为：向双螺杆膨化机的加料口内加入调质好物料，螺杆转速为35-55r/min，喂料速度为25-40r/min，机筒进料段温度控制在120-125℃，中间段控制在120-125℃，出料段控制在120-130℃；双螺杆膨化机出口压力设置为常压，不连接密闭仓和真空泵。
上述实施例2和对比例1制备的两种氮源的组分和比例相同，区别仅在于在制备方法中采用不同的膨化方法，现进行如下对比测试：1、测试两种氮源的蛋白变性情况；2、采用上述实施例2和对比例1制备的氮源用于红霉素发酵培养液，观察状态，结果见下表。
表2
膨化出口段温度 膨化机出口压力 状态 氨基酸/蛋白
实施例2 100-110℃ 0.6个大气压 悬浮 86%
对比例1 120-130℃ 1个大气压 漂浮 73%
通过上表的对比可知，本发明提供的实施例通过在膨化步骤中在膨化机的出口设置一定的真空度，使得膨化机的膨化温度适度降低，达到适温膨化，此种膨化工艺较高温膨化而言，减少了蛋白高温变性，最大程度保持了氮源的营养价值；同时常压膨化后物料密度较小，一般漂浮在发酵液上方，本发明进行适度膨化后产品与发酵液密度相近，呈悬浮状态。

Claims (9)

1.一种复合有机氮源，其特征在于：由下列组分组成：酵母粉、棉籽蛋白粉、全脂花生粉、淀粉、磷酸二氢钙、碳酸钙、硫酸锌、甜菜碱。
2.根据权利要求1所述的复合有机氮源，其特征在于：前六种组分的重量份为：酵母粉5-10份、棉籽蛋白粉3-5份、全脂花生粉1-3份、淀粉5-8份、磷酸二氢钙0.003-0.01份、碳酸钙0.05-1份；后两种组分占前六种组分总重量的重量比分别为：硫酸锌0.02-0.1%、甜菜碱0.01-0.1%。
3.根据权利要求1或2所述的复合有机氮源的制备方法，其特征在于：步骤如下：混合、调质、膨化、微粉。
4.根据权利要求3所述的复合有机氮源的制备方法，其特征在于：混合步骤的具体操作为：按照重量份称取酵母粉、棉籽蛋白粉、全脂花生粉、淀粉、磷酸二氢钙、碳酸钙并混合，按照重量比称取硫酸锌、甜菜碱水溶液喷洒到前述混合料中，搅拌均匀。
5.根据权利要求4所述的复合有机氮源的制备方法，其特征在于：调质步骤的具体操作为：在调质器中调质，通入压力为2-4个大气压，温度为90-95℃的水蒸气调质8-12分钟。
6.根据权利要求5所述的复合有机氮源的制备方法，其特征在于：膨化步骤的具体操作为：向双螺杆膨化机的加料口内加入调质好物料，螺杆转速为35-55r/min，喂料速度为25-40r/min，机筒进料段温度控制在80-95℃，中间段控制在90-105℃，出料段控制在100-110℃；双螺杆膨化机出口接密闭仓，密闭仓与真空泵连接，仓中物料采用密闭绞龙输出。
7.根据权利要求6所述的复合有机氮源的制备方法，其特征在于：密闭仓通过真空泵进行减压，密闭仓中压力保持在0.4-0.9个大气压。
8.根据权利要求7所述的复合有机氮源的制备方法，其特征在于：全脂花生粉为花生脱皮后粉碎制得。
9.根据权利要求8所述的复合有机氮源的制备方法，其特征在于：微粉步骤的具体操作为：首先烘干，温度不高于80℃；然后微粉为细度40-150目的产品。
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