CN105962360A - 一种生产微生物酵素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产微生物酵素的方法，包括：在原料中添加复合酶，进行酶解，得到酶解液；在酶解液中添加营养素，经高温灭菌后，接种酵母菌，进行初发酵，得到初发酵液；对初发酵液接种干酪乳杆菌进行发酵，得到中发酵液；将中发酵液发酵一定时间后得到后发酵液；将后发酵液进行过滤，以得到滤液，对滤液进行喷雾干燥，以得到微生物酵素成品。其中，在初发酵过程中，在高温灭菌之前，还包括在酶解液中添加通式(1)化合物中的至少一种通式(1)化合物中的R为C1～C20烷基。根据本发明的一种生产微生物酵素的方法，可以提高酵素产量并降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及发酵工程领域,尤其涉及一种生产微生物酵素的方法。
背景技术
微生物酵素指以一种或多种新鲜蔬菜、水果、菌菇、中草药等为原料，经多种有益菌发酵而产生的，含有丰富的维生素、酶、有机酸和次生代谢产物等营养成分的功能性微生物发酵产品。微生物酵素不但保存了发酵原料中所固有的营养物质，而且有不少有效成分大量增加，并产生了一些新的生物活性成分和生物酶。
微生物酵素中含有多种对人体有益的营养物质，包括多酚类(黄酮醇，类黄酮，花青素，茶素类，酚酸，苯乙烯，香豆素，木质素，丹宁酸，鞣质等)，有机酸(棓酸，琥珀酸，丙酮酸，苹果酸等)，酶类(超氧化物歧化酶、蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等)、多种糖类和多种生物功能性成分等。上述营养物质对人体具有非常好保健效果，近十多年来，微生物酵素也因其显著功效盛行于美国、日本、一些欧洲国家及东南亚和台湾地区。
2015年全球酵素市场规模已超50亿美元，其中食品酵素与人们生活饮食密切相关，发展空间及增长潜力巨大，年增长率达30％以上。如今，国内酵素市场应用越来越广泛，食品加工业、洗涤化工业、农牧养殖业、美容、临床、保健等诸多领域都其应用，尤其在保健和医学领域，酵素发挥越来越重要的作用。
当前，酵素产品的生产工艺大多是日本专利，在国内售价很高，国内发酵酵素产品品质(像酶活、微生物含量、活性物含量等)与国外产品尚有一定的差距。因此，寻求新的发酵工艺，提高酵素产品的产量，提升卖点，并降低生产成本是当前亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种可以提高酵素产量并降低生产成本的生产微生物酵素的方法。
根据本发明实施例的一种生产微生物酵素的方法，包括：酶解：在原料中添加复合酶，调节第一pH值至酸性，在第一预定温度下进行酶解第一预定时间，得到酶解液；初发酵：在酶解液中添加营养素，经高温灭菌后，接种酵母菌，在第二预定温度下、初始pH值为酸性的条件下，发酵第二预定时间，得到初发酵液；中发酵：在第三预定温度下，对初发酵液接种干酪乳杆菌，静置发酵第三预定时间，得到中发酵液；后发酵：在第四预定温度下，使中发酵液发酵第四预定时间，得到后发酵液；成品获取：将后发酵液进行过滤，以得到滤液，对滤液进行喷雾干燥，以得到微生物酵素成品；其中，在初发酵步骤中，在高温灭菌之前，还包括在酶解液中添加通式(1)化合物中的至少一种
通式(1)化合物中的R为C1～C20烷基。
根据本发明实施例的一种生产微生物酵素的方法，通式(1)化合物在培养基中所起的作用，具有以下机理：
1.作为高效甲基供体，参与甲基化反应以及能提高代谢途径中关键酶的酶的活性，加快各种益生菌的生长速率及代谢物产量。
2.能提高细胞膜通透性，促进营养物质及氧气在胞内外的交换，加快营养物质的利用速率，以及提高微生物的呼吸链系统和提高菌体的呼吸特性。
3.作为渗透压保护剂，能够调节细胞内外渗透压，更有利于胞内产物向胞外的释放，解决由胞内发酵产物浓度过高导致的反馈性抑制问题。提高各种次级代谢产物像各种酶、有机酸等的释放，以及缓解高渗透压对菌体生长的抑制，提高各种益生菌数量和生长速率。
有利地，在成品获取步骤中，对滤液进行干燥之前，还包括在滤液中添加甜菜碱，以得到兼具解酒护肝功能的微生物酵素成品。
此时加入甜菜碱具有的优势特点如下：
1.甜菜碱具有温和的药理性质，参与脂肪代谢，改善线粒体中甘油三脂含量，清除肝内的多余脂肪，具有预防脂肪肝、肝硬化，使肝脏恢复健康的作用。枸杞对脂肪代谢或抗脂肪肝的作用主要是由于其中含有甜菜碱，甜菜碱还具有轻度降压作用。
2.甜菜碱具有明目、抗脂肪肝、保护肾脏、治疗动脉粥样硬化等心血管疾病等作用。无水甜菜碱是一种高效、优质的营养型添加剂。医药级甜菜碱可用于医药、化妆品、食品、果汁行业，以及牙科材料等。
3.甜菜碱是一种吸收快、活性高的新型天然氨基酸保湿剂，具有高度生物兼容性，极易溶于水(溶解比例是20℃时160g/100g水)，可溶于乙醇(溶解比例是8.7g/100g)，非常耐热、耐酸和耐碱，而且使用范围广，易操作、安全稳定，可以与几乎所有的表面活性剂相容，形成一个稳定透明的水相溶液而不用考虑其所用浓度。
4.甜菜碱在护理品方面主要具有能迅速改善肌肤和头发的水分保持能力，具有独特的保湿及保护细胞膜性能，同时能增加活性成分在水中的溶解度，降低表面活性剂或果酸对皮肤的刺激性，目前，甜菜碱已被广泛应用于护肤产品、洗护发产品及口腔护理产品等个人护理产品领域中。
另外，根据本发明上述实施例的一种生产微生物酵素的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，原料包括重量比为3:3:1:1:1的菠萝皮、甘蔗渣、樱桃、西红柿和苹果。
进一步地，复合酶包括纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶和果胶酶，以原料的重量为基准，纤维素酶的用量为1％(重量比)，木聚糖酶的用量为1％(重量比)，β-葡聚糖酶的用量为0.5％(重量比)，果胶酶用量为0.5％(重量比)。
进一步地，营养素包括酵母膏，磷酸氢二钾，硫酸镁和碳酸铵，以酶解液的重量为基准，酵母膏的用量为0.2％(重量比)，磷酸氢二钾的用量为0.5％(重量比)，硫酸镁的用量为0.05％(重量比)，碳酸铵的用量为0.2％(重量比)。
进一步地，以酶解液的重量为基准，酵母菌的接种量为0.2％(重量比)；以初发酵液的重量为基准，干酪乳杆菌的接种量为0.5％(重量比)。
进一步地，第一pH值为4～6，第一预定温度为45℃～55℃，第一预定时间为2h～3h，高温灭菌的温度为105℃～135℃，第二预定温度为26℃～32℃，初始pH值为3～5，第二预定时间为14h～18h，第三预定温度为33℃～41℃，第三预定时间20h～28h，第四预定温度18℃～22℃，第四预定时间为20h～28h。
进一步地，通式(1)化合物中的R为C1～C12烷基；优选地，通式(1)化合物为甜菜碱、月桂基甜菜碱、辛基甜菜碱或异丙基甜菜碱；优选地，通式(1)化合物为无水甜菜碱、一水甜菜碱、盐酸盐甜菜碱或磷酸甜菜碱。
进一步地，在初发酵步骤中，以酶解液的重量为基准，通式(1)化合物的用量为0.1％(重量比)～1％(重量比)。
进一步地，在成品获取步骤中，以后发酵液的重量为基准，甜菜碱的用量为0.1％(重量比)～20％(重量比)；优选地，甜菜碱的用量为6％(重量比)～12％(重量比)；优选地，甜菜碱为一水甜菜碱和/或无水甜菜碱。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
对比例
用下脚料菠萝皮、甘蔗渣，及樱桃、西红柿、苹果3种水果为原料研制一种新型高活力酵素。其中菠萝皮和甘蔗渣各占原料总量的1/3，其余3种水果原料占原料总量的1/3，3种水果原料用量均等。采用复合酶酶解：纤维素酶用量为1％，木聚糖酶用量为1％，β-葡聚糖酶和果胶酶用量为0.5％，pH值5，50℃酶解2.5h。酶解液加入0.2％的酵母膏，0.5％的磷酸氢二钾，0.05％的硫酸镁及0.2％的碳酸铵。在120℃下高温灭菌后，进行双菌复合发酵：首先接种0.2％的酵母菌，温度控制在29℃，初始pH为4，发酵16h；将温度升至37℃，接种0.5％的干酪乳杆菌，静置发酵1天；最后将温度控制在20℃静置，进行24h的后发酵，使发酵液产香。滤去不溶颗粒，进行喷雾干燥，获取酵素成品。
表1.对比例酵素成品理化指标检测结果
实施例1
用下脚料菠萝皮、甘蔗渣，及樱桃、西红柿、苹果3种水果为原料研制一种新型高活力酵素。其中菠萝皮和甘蔗渣各占原料总量的1/3，其余3种水果原料占原料总量的1/3，3种水果原料用量均等。采用复合酶酶解：纤维素酶用量为1％，木聚糖酶用量为1％，β-葡聚糖酶和果胶酶用量为0.5％，pH值5，50℃酶解2.5h。酶解液加入0.2％的酵母膏，0.5％的磷酸氢二钾，0.05％的硫酸镁，0.2％的碳酸铵，0.1％的磷酸盐甜菜碱。其余操作同对比例。
表2.实施例1酵素成品理化指标检测结果
实施例2
用下脚料菠萝皮、甘蔗渣，及樱桃、西红柿、苹果3种水果为原料研制一种新型高活力酵素。其中菠萝皮和甘蔗渣各占原料总量的1/3，其余3种水果原料占原料总量的1/3，3种水果原料用量均等。采用复合酶酶解：纤维素酶用量为1％，木聚糖酶用量为1％，β-葡聚糖酶和果胶酶用量为0.5％，pH值5，50℃酶解2.5h。酶解液加入0.2％的酵母膏，0.5％的磷酸氢二钾，0.05％的硫酸镁，0.2％的碳酸铵，0.3％的盐酸盐甜菜碱。其余操作同对比例。
表3.实施例2酵素成品理化指标检测结果
实施例3
用下脚料菠萝皮、甘蔗渣，及樱桃、西红柿、苹果3种水果为原料研制一种新型高活力酵素。其中菠萝皮和甘蔗渣各占原料总量的1/3，其余3种水果原料占原料总量的1/3，3种水果原料用量均等。采用复合酶酶解：纤维素酶用量为1％，木聚糖酶用量为1％，β-葡聚糖酶和果胶酶用量为0.5％，pH值5，50℃酶解2.5h。酶解液加入0.2％的酵母膏，0.5％的磷酸氢二钾，0.05％的硫酸镁，0.2％的碳酸铵，0.6％的一水甜菜碱。其余操作同对比例。
表4.实施例3酵素成品理化指标检测结果
实施例4
用下脚料菠萝皮、甘蔗渣，及樱桃、西红柿、苹果3种水果为原料研制一种新型高活力酵素。其中菠萝皮和甘蔗渣各占原料总量的1/3，其余3种水果原料占原料总量的1/3，3种水果原料用量均等。采用复合酶酶解：纤维素酶用量为1％，木聚糖酶用量为1％，β-葡聚糖酶和果胶酶用量为0.5％，pH值5，50℃酶解2.5h。酶解液加入0.2％的酵母膏，0.5％的磷酸氢二钾，0.05％的硫酸镁，0.2％的碳酸铵，1％的无水甜菜碱。其余操作同对比例。
表5.实施例4酵素成品理化指标检测结果
实施例5
用下脚料菠萝皮、甘蔗渣，及樱桃、西红柿、苹果3种水果为原料，分2次添加一定量的甜菜碱，研制出一种兼具解酒护肝功效的高活力酵素新品。其中菠萝皮和甘蔗渣各占原料总量的1/3，其余3种水果原料占原料总量的1/3，3种水果原料用量均等。采用复合酶酶解：纤维素酶用量为1％，木聚糖酶用量为1％，β-葡聚糖酶和果胶酶用量为0.5％，pH值5，50℃酶解2.5h。酶解液加入0.2％的酵母膏，0.5％的磷酸氢二钾，0.05％的硫酸镁，0.2％的碳酸铵，0.5％的无水甜菜碱。在发酵结束，喷雾干燥前，再次添加15％的无水甜菜碱混匀，其他同对比例。
实施例5中，在成品获取步骤中，对滤液进行干燥之前，添加甜菜碱，具有的优势特点如下：
1.甜菜碱具有温和的药理性质，参与脂肪代谢，改善线粒体中甘油三脂含量，清除肝内的多余脂肪，具有预防脂肪肝、肝硬化，使肝脏恢复健康的作用。枸杞对脂肪代谢或抗脂肪肝的作用主要是由于其中含有甜菜碱，甜菜碱还具有轻度降压作用。
2.甜菜碱具有明目、抗脂肪肝、保护肾脏、治疗动脉粥样硬化等心血管疾病等作用。无水甜菜碱是一种高效、优质的营养型添加剂。医药级甜菜碱可用于医药、化妆品、食品、果汁行业，以及牙科材料等。
3.甜菜碱是一种吸收快、活性高的新型天然氨基酸保湿剂，具有高度生物兼容性，极易溶于水(溶解比例是20℃时160g/100g水)，可溶于乙醇(溶解比例是8.7g/100g)，非常耐热、耐酸和耐碱，而且使用范围广，易操作、安全稳定，可以与几乎所有的表面活性剂相容，形成一个稳定透明的水相溶液而不用考虑其所用浓度。
4.甜菜碱在护理品方面主要具有能迅速改善肌肤和头发的水分保持能力，具有独特的保湿及保护细胞膜性能，同时能增加活性成分在水中的溶解度，降低表面活性剂或果酸对皮肤的刺激性，目前，甜菜碱已被广泛应用于护肤产品、洗护发产品及口腔护理产品等个人护理产品领域中。
表6.实施例5酵素成品理化指标检测结果
由以上可以看出，相对于对比例，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5在高温灭菌前分别向酶解液中加入磷酸盐甜菜碱、盐酸盐甜菜碱、一水甜菜碱、无水甜菜碱和无水甜菜碱，其中实施例5在发酵结束，喷雾干燥前，再次添加10％的无水甜菜碱。
分别将表1与表2，表3，表4、表5和表6进行对比，可以看出，实施例的酵素成品中酵母菌数、干酪乳杆菌数、蛋白酶、SOD、脂肪酶、总黄酮、总花色苷和总多酚的含量均比对比例中的含量要高，从而说明酵素产品的质量提高了，间接降低了酵素生产的成本。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种生产微生物酵素的方法，其特征在于，包括：
酶解：在原料中添加复合酶，调节第一pH值至酸性，在第一预定温度下进行酶解第一预定时间，得到酶解液；
初发酵：在酶解液中添加营养素，经高温灭菌后，接种酵母菌，在第二预定温度下、初始pH值为酸性的条件下，发酵第二预定时间，得到初发酵液；
中发酵：在第三预定温度下，对初发酵液接种干酪乳杆菌，静置发酵第三预定时间，得到中发酵液；
后发酵：在第四预定温度下，使中发酵液发酵第四预定时间，得到后发酵液；
成品获取：将后发酵液进行过滤，以得到滤液，对滤液进行喷雾干燥，以得到微生物酵素成品；
其中，在初发酵步骤中，在高温灭菌之前，还包括在酶解液中添加通式(1)化合物中的至少一种
通式(1)化合物中的R为C1～C20烷基。
2.根据权利要求1所述的生产微生物酵素的方法，其特征在于，在成品获取步骤中，对滤液进行干燥之前，还包括在滤液中添加甜菜碱，以得到兼具解酒护肝功能的微生物酵素成品。
3.根据权利要求1或2所述的生产微生物酵素的方法，其特征在于，原料包括重量比为3:3:1:1:1的菠萝皮、甘蔗渣、樱桃、西红柿和苹果。
4.根据权利要求1或2所述的生产微生物酵素的方法，其特征在于，复合酶包括纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶和果胶酶，以原料的重量为基准，纤维素酶的用量为1％(重量比)，木聚糖酶的用量为1％(重量比)，β-葡聚糖酶的用量为0.5％(重量比)，果胶酶用量为0.5％(重量比)。
5.根据权利要求1或2所述的生产微生物酵素的方法，其特征在于，营养素包括酵母膏，磷酸氢二钾，硫酸镁和碳酸铵，以酶解液的重量为基准，酵母膏的用量为0.2％(重量比)，磷酸氢二钾的用量为0.5％(重量比)，硫酸镁的用量为0.05％(重量比)，碳酸铵的用量为0.2％(重量比)。
6.根据权利要求1或2所述的生产微生物酵素的方法，其特征在于，以酶解液的重量为基准，酵母菌的接种量为0.2％(重量比)；以初发酵液的重量为基准，干酪乳杆菌的接种量为0.5％(重量比)。
7.根据权利要求1或2所述的生产微生物酵素的方法，其特征在于，第一pH值为4～6，第一预定温度为45℃～55℃，第一预定时间为2h～3h，高温灭菌的温度为105℃～135℃，第二预定温度为26℃～32℃，初始pH值为3～5，第二预定时间为14h～18h，第三预定温度为33℃～41℃，第三预定时间20h～28h，第四预定温度18℃～22℃，第四预定时间为20h～28h。
8.根据权利要求1或2所述的生产微生物酵素的方法，其特征在于，所述通式(1)化合物中的R为C1～C12烷基；优选地，所述通式(1)化合物为甜菜碱、月桂基甜菜碱、辛基甜菜碱或异丙基甜菜碱；优选地，所述通式(1)化合物为无水甜菜碱、一水甜菜碱、盐酸盐甜菜碱或磷酸甜菜碱。
9.根据权利要求1或2所述的生产微生物酵素的方法，其特征在于，在初发酵步骤中，以酶解液的重量为基准，所述通式(1)化合物的用量为0.1％(重量比)～1％(重量比)。
10.根据权利要求2所述的生产微生物酵素的方法，其特征在于，在成品获取步骤中，以后发酵液的重量为基准，所述甜菜碱的用量为0.1％(重量比)～20％(重量比)；优选地，所述甜菜碱的用量为6％(重量比)～12％(重量比)；优选地，甜菜碱为一水甜菜碱和/或无水甜菜碱。
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