CN106282254A - 一种利用啤酒糟发酵生产γ-聚谷氨酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用啤酒糟发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，步骤为：将啤酒糟烘干、粉碎；加入硝酸，水解；加碱中和；配制发酵培养基；加入枯草芽孢杆菌，发酵；固液分离，再提取发酵液中的γ-聚谷氨酸。本发明工艺流程简单，操作方便，它既解决了目前啤酒糟对环境的污染问题，又解决了生产γ-聚谷氨酸原料成本过高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用啤酒糟发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，属于生物工程领域。
背景技术
啤酒糟是啤酒工业的主要副产品，是以大麦为原料，经发酵提取籽实中可溶性碳水化合物后的残渣。啤酒企业每投产100kg原料，产湿啤酒糟120-130kg(含水分50％-75％)。因其含水率高、不宜长久贮藏、易腐烂、不便于运输，目前在我国大多数厂家以低价直接出售给农户作饲料，用来喂养家禽和猪、牛、羊等家畜，但是，作为饲料使用量有限，所以少数厂家甚至直接当废物排放，浪费资源的同时严重破坏了啤酒厂附近的生态环境。随着经济发展和人们生活水平提高，对啤酒消费也逐年增加，我国已是目前世界上第一大啤酒生产国，因此，在生产啤酒的同时，也产生了大量的啤酒糟。如何更好地开发和利用这一营养丰富的工业废渣，已成为大家争相研究的课题。
γ-聚谷氨酸是微生物产生的一种胞外氨基酸聚合物，是一种水溶性、可被生物降解的新型高分子材料，在环保、化工等领域具有广阔的应用前景。目前由于γ-聚谷氨酸发酵培养基成本高，导致γ-聚谷氨酸价格过高缺乏市场竞争力。
枯草芽孢杆菌Z-115是山东建筑大学市政与环境工程学院分离并保存的一株生产γ-聚谷氨酸的菌株（张超，栾兴社，朱明晟，等. 各种氨基酸对枯草芽孢杆菌生产聚谷氨酸的促进作用. 食品工业［J］，2013，1（34）: 119-122.），该菌株属于枯草芽孢杆菌。在上述文章中，作者通过实验证明：在发酵初始添加 3 g/L 天冬氨酸、1.5 g/L苯丙氨酸和在对数生长期晚期添加7 g/L谷氨酸使γ-聚谷氨酸产量分别提高12.6%、23.7%和31.7%。但是该技术在实际应用中存在着发酵培养基成本高的缺点，限制了它的广泛推广与应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用啤酒糟发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，该方法解决了目前啤酒糟污染环境和γ-聚谷氨酸发酵培养基成本过高的问题。国内外文献还没有利用啤酒糟发酵生产γ-聚谷氨酸这方面的任何相关报道。
具体技术方案如下：
（1）将啤酒糟烘干、粉碎；
（2）加入1mol/L的硝酸溶液，直至完全浸没啤酒糟，在60-80℃的条件下水解3-4h；
（3）水解液自然冷却至常温后，加入10mol/L氢氧化钠溶液调pH至7.0，4000r/min离心后获得水解液；
（4）每1000mL水解液中加入4%的谷氨酸钠制成发酵培养基，121℃灭菌15 min待用；
（5）接种3％-5％的枯草芽孢杆菌，在37℃的条件下发酵50-60h；
（6）固液分离，再提取发酵液中的γ-聚谷氨酸。
上述方法中，步骤（1）中，将湿啤酒糟在105℃烘箱中烘干至含水量10％左右，再进行机械粉碎，过20-40目筛子筛分。
上述方法中，步骤（5）中，加入的枯草芽孢杆菌为Bacillus subtilis Z-115。
上述方法中，步骤（6）中，采用的提取步骤：发酵液于4000r/min离心10min除去菌体，上清液加入2.5倍体积无水乙醇，摇匀，4000r/min、5min离心得沉淀，沉淀用蒸馏水溶解，透析过夜，透析液加2倍体积无水乙醇，得到的沉淀物在105℃烘箱中干燥，得到γ-聚谷氨酸粗品。
本发明利用啤酒糟生产γ-聚谷氨酸，可显著提高其附加值，为啤酒糟的资源化利用提供一条新的途径，适合国家“十二五”规划产业政策，应用前景非常广阔。本发明具有以下优点：
（1）本发明解决了啤酒糟对环境的污染问题，首次提出利用啤酒糟来生产附加值高的γ-聚谷氨酸。
（2）利用啤酒糟生产γ-聚谷氨酸，解决了γ-聚谷氨酸发酵培养基成本过高的问题，培养基成本可以降低90%以上。
（3）目前啤酒糟的预处理一般均采用加入纤维素酶以提高啤酒糟的糖化率，但酶制剂价格昂贵，导致处理成本过高缺乏市场竞争力。本发明采用的是硝酸，处理成本更低。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其进行限定。如无特别说明，下述实施例中出现的百分数均为重量百分数。
实施例
1
采用下述方法制备γ-聚谷氨酸：
1、将湿啤酒糟在105℃烘箱中烘干至含水量10％左右，再进行机械粉碎，过20-40目筛子筛分。
2、加入1mol/L的硝酸溶液，直至完全浸没啤酒糟，在60℃的条件下水解3h。
3、水解液自然冷却至常温后，加入10mol/L氢氧化钠溶液调pH至7.0，4000r/min离心后获得水解液。
4、每1000mL水解液中加入4%的谷氨酸钠制成发酵培养基，121℃灭菌15 min待用。
5、接种3％的枯草芽孢杆菌Z-115，在37℃的条件下发酵50h。
6、发酵液于4000r/min离心10min除去菌体，上清液加入2.5倍体积无水乙醇，摇匀，4000r/min、5min离心得沉淀，沉淀用蒸馏水溶解，透析过夜，透析液加2倍体积无水乙醇，得到的沉淀物在105℃烘箱中干燥，得到γ-聚谷氨酸粗品，产量为17.8g/L。
实施例
2
采用实施例1的方法制备γ-聚谷氨酸，不同的是，步骤2采用的过程是：加入1mol/L的硝酸溶液，直至完全浸没啤酒糟，在70℃的条件下水解3h。γ-聚谷氨酸的最终产量为18.8g/L。
实施例
3
采用实施例1的方法制备γ-聚谷氨酸，不同的是，步骤5采用的过程是：接种5％的枯草芽孢杆菌，在37℃的条件下发酵60h，γ-聚谷氨酸的最终产量为19.2g/L。
Claims (4)
1.一种利用啤酒糟发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将啤酒糟烘干、粉碎；
（2）加入1mol/L的硝酸溶液，直至完全浸没啤酒糟，在60-80℃的条件下水解3-4h；
（3）水解液自然冷却至常温后，加入10mol/L氢氧化钠溶液调pH至7.0，4000r/min离心后获得水解液；
（4）每1000mL水解液中加入4%的谷氨酸钠制成发酵培养基，121℃灭菌15 min待用；
（5）接种3％-5％的枯草芽孢杆菌，在37℃的条件下发酵50-60h；
（6）固液分离，再提取发酵液中的γ-聚谷氨酸。
2.根据权利要求1所述的一种利用啤酒糟发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，其特征在于步骤（1）中将湿啤酒糟在105℃烘箱中烘干至含水量10％左右，再进行机械粉碎，过20-40目筛子筛分。
3.根据权利要求1所述的一种利用啤酒糟发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，其特征在于步骤（5）加入的枯草芽孢杆菌为Bacillus subtilis Z-115。
4.根据权利要求1所述的一种利用啤酒糟发酵生产γ-聚谷氨酸的方法，其特征在于步骤（6）中采用的提取步骤：发酵液于4000r/min离心10min除去菌体，上清液加入2.5倍体积无水乙醇，摇匀，4000r/min、5min离心得沉淀，沉淀用蒸馏水溶解，透析过夜，透析液加2倍体积无水乙醇，得到的沉淀物在105℃烘箱中干燥，得到γ-聚谷氨酸粗品。
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