CN107022582A - 一种糖渣的利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种糖渣的利用方法,属于淀粉糖生产和微生物发酵领域,能够将含有助滤剂的糖渣变废为宝,在实现资源化有效利用的前提下,提高丝状微生物的发酵产率,并降低成本。该技术方案包括将含有助滤剂的糖渣直接加入到丝状微生物的发酵培养基中以生产目标产品。本发明能够应用于葡萄糖生产企业乃至淀粉行业中对于含有助滤剂的糖渣的资源再利用中。
Description
技术领域
本发明属于淀粉糖生产和微生物发酵领域,尤其涉及一种糖渣的利用方法。
背景技术
在葡萄糖生产过程中,淀粉乳经过高温液化酶及糖化酶处理后生成葡萄糖,由于淀粉中少量的蛋白和脂肪仍然是不溶性成分,在料液中呈悬浮状态,因此需要利用过滤设备将其去除,过滤后得到的固体称为“糖渣”或“糖糟”。
目前,葡萄糖生产企业大多采用真空转鼓过滤机移除蛋白和脂肪,原因在于该设备自动化程度高,处理量大,可以连续作业,节省大量的人力,从而提高生产效率。但是,这种设备在运行时,由于需要在过滤表面预涂一层硅藻土作为助滤剂,因此利用该设备移除出来的糖渣中除了含有丰富的蛋白和脂肪,还含有大量的硅藻土,使其失去了作为饲料的价值。
鉴于技术问题和成本问题,目前尚无有效方法将硅藻土从糖渣中分离出来,只能以非常低廉的价格作为土壤肥料出售,造成了严重的资源浪费,而且糖渣在沤肥过程中产生难闻的气味,也带来了一定的环境问题。所以对糖渣的有效利用成了葡萄糖生产企业乃至淀粉行业噬待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种糖渣的利用方法,能够将含有助滤剂的糖渣变废为宝,在实现资源化有效利用的前提下,提高丝状微生物的发酵产率,并降低成本。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种糖渣的利用方法,所述糖渣为真空转鼓过滤机上移除的糖渣,所述糖渣中含有助滤剂,将含有助滤剂的糖渣直接加入到丝状微生物的发酵培养基中以生产目标产品。
作为优选技术方案,包括如下步骤:
将糖渣加入到发酵培养基中;
对所述发酵培养基进行高温灭菌,待灭菌完毕、发酵培养基降至预设发酵温度后,接入丝状微生物的培养液作为种子,然后按照丝状微生物的发酵条件进行发酵;
待发酵结束后,对含有发酵菌体和助滤剂的发酵液进行板框过滤;
对过滤后的滤液进行提取与精制,得到目标产品。
作为优选技术方案,按干基计算,所述糖渣的添加量为5-40g/L,优选15-30g/L。
作为优选技术方案,所述助滤剂为硅藻土和珍珠岩中的一种。
作为优选技术方案,所述助滤剂的含量不低于所述糖渣干基总量的20%。
作为优选技术方案,所述丝状微生物的发酵过程为好氧发酵。
作为优选技术方案,所述丝状微生物为放线菌和霉菌中的至少一种。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:
1、本发明所提供的利用方法能够将现有的含有助滤剂的糖渣变废为宝,改变了其目前只能作为土壤肥料的用途,实现了资源化利用。
2、本发明所提供的利用方法在将含有助滤剂的糖渣添加到丝状微生物发酵培养基中,不仅使糖渣中的营养得到了有效利用,还可提高目标产品的发酵产率。
3、糖渣中所含的助滤剂被二次利用,可节省新鲜助滤剂的用量,降低了生产成本,具有很好的经济效益、环境效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明实施例1所提供的400倍显微镜下观察到的灰褐链霉菌S.griseofuscus的菌体形态,其中(a)为培养基中不加糖渣时;(b)为培养基中加入糖渣20g/L时;
图2为本发明实施例2所提供的400倍显微镜下观察到的灰褐链霉菌S.griseofuscus的菌体形态,其中(a)为培养基中加入糖渣5g/L时;(b)为培养基中加入糖渣40g/L时;
图3为本发明实施例3所提供的400倍显微镜下观察到的黑曲霉Aspergillusniger的菌体形态,其中(a)为培养基中不加糖渣时;(b)为培养基中加入糖渣30g/L时。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种糖渣的利用方法,所述糖渣为真空转鼓过滤机上移除的糖渣,所述糖渣中含有助滤剂,将含有助滤剂的糖渣直接加入到丝状微生物的发酵培养基中以生产目标产品。
在上述实施例中,相较于一般的糖渣而言,本实施例中所要处理的糖渣并非普通糖渣,而是其中混有助滤剂的糖渣,其中,该助滤剂为葡萄糖生产过程中在移除淀粉中的蛋白和脂肪时所必须加入的,由于其含量较大,使得最终混有助滤剂的糖渣失去了再利用的价值。而本实施例所提供的方法则克服了上述问题,将含有助滤剂的糖渣直接加入到丝状微生物的发酵培养基中生产目标产品,不仅可充分利用糖渣中的营养成分,还可使助滤剂得到有效利用,从而使得糖渣变废为宝,具有较高的经济价值。
具体的,在一优选实施例中,包括如下步骤:
S1:将糖渣加入到发酵培养基中;
S2:对所述发酵培养基进行高温灭菌,待灭菌完毕、发酵培养基降至预设发酵温度后,接入丝状微生物的培养液作为种子,然后按照丝状微生物的发酵条件进行发酵;
在本步骤中,在丝状微生物的发酵过程中,糖渣中的葡萄糖和脂肪可以作为微生物发酵的辅助碳源,蛋白质可以作为微生物发酵的辅助氮源;糖渣中的助滤剂能够碰撞微生物的菌体,不仅可使菌球变小甚至变成菌丝,而且微生物在生长增殖时会包裹在助滤剂的外部,增强了微生物菌体内部的传氧传质能力,从而可提高微生物的生长和发酵产率。
可以理解的是,由于本实施例所提供的方法对于丝状微生物的发酵培养具有普适性,因此,不对发酵培养基以及发酵培养过程做具体限定,本领域技术人员在使用上述方法时,可根据选定的具体微生物选用其相应的培养基和发酵培养过程即可。
S3:待发酵结束后,对含有发酵菌体和助滤剂的发酵液进行板框过滤;
在本步骤中,发酵液在进行板框过滤除菌时,残留的助滤剂还能够进一步起到助滤剂的作用,从而大幅减少了新鲜助滤剂的用量,节约经济成本。
S4:对过滤后的滤液进行提取与精制,得到目标产品。
由上述实施例可知,含有助滤剂的糖渣在用于丝状微生物的发酵培养过程中,不仅使糖渣中的营养成分得到了有效利用,而且助滤剂在发酵过程中,尤其是步骤2和步骤3中也参与发酵反应发挥了重要作用,不仅可提高微生物的生长和发酵产率,而且还可减少新鲜助滤剂的加入量,降低了生产成本。
在一优选实施例中,按干基计算,所述糖渣的添加量为5-40g/L,优选15-30g/L。为了保证糖渣在丝状微生物的发酵培养过程可充分作用,本实施例中具体限定了按干基计算后的糖渣的添加量。需要说明的是,将糖渣的添加量限定在5-40g/L范围内,这主要是考虑到糖渣在添加量较小时,例如5g/L,其虽对菌丝球的直径有减小作用、对微生物的代谢活力和发酵液的滤速有提高作用,但是作用幅度均较小;而在糖渣的添加量较大时,例如40g/L,其虽也会提高微生物的代谢活力和发酵液的滤速,但是作用效果呈下降趋势,因此将5-40g/L作为糖渣添加的合理用量范围。在一更优选实施例中,结合试验可知,糖渣的添加量在15-30g/L范围内时最为适宜,不仅可有效减小菌丝球的直径,还可有效提高微生物的代谢活力和发酵液的滤速。可以理解的是,对于所加入的糖渣的量还可以为上述范围内的任一值,例如10、20、25、35g/L,本实施例中并不做具体限定,本领域技术人员可根据实际情况进行合理调整。
在一优选实施例中,所述助滤剂为硅藻土和珍珠岩中的一种。在移除淀粉中的蛋白和脂肪的过程中,可加入的助滤剂有多种选择,例如硅藻土、珍珠岩等,这些助滤剂均可适用于上述所提供的方法中,尤其是硅藻土,相较于珍珠岩,其价格低廉,更普遍适用于生产中,因此,后续具体实施例中主要以硅藻土为例进行了说明。需要说明的是,该助滤剂在糖渣中的混入是葡萄糖生产过程中使用真空转鼓过滤设备必然引入的,因此,所混入的助滤剂的含量也并非仅仅是以普通杂质的量存在,而是以相对于所述糖渣干基总量较高的含量存在,通常情况下一般不低于所述糖渣干基总量的20%。需要说明的是,这里的不低于20%是在实际生产时遇到葡萄糖减产时所加入的助滤剂的量,但在正常生产运转中,助滤剂的含量可不低于30%,甚至可达到40%,其主要取决于当日生产线的生产水平。上述实施例所提供的方法正是针对这种混有高含量的助滤剂的糖渣所提出的。
在一优选实施例中,上述实施例所提供的方法适用于丝状微生物的好氧发酵过程中,即有通风搅拌的发酵过程中;且所述丝状微生物可为放线菌和霉菌中的至少一种。对于放线菌和霉菌的具体种类本实施例并不做具体限定,该方法对不同种类的放线菌和霉菌均具有普适性,本领域技术人员可根据实际情况进行应用。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的糖渣的利用方法,下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
将糖渣添加到灰褐链霉菌S.griseofuscus生产ε-聚赖氨酸的发酵培养基中。
含糖渣培养基(g/L):糖渣20,葡萄糖50,酵母粉5,(NH4)2SO4 10,KH2PO4·2H2O1.4,MgSO4·7H2O 0.5,K2HPO4·2H2O 0.8,FeSO4·7H2O 0.03,ZnSO4·7H2O 0.03,pH 6.8。
无糖渣培养基(g/L):葡萄糖50,酵母粉5,(NH4)2SO4 10,KH2PO4·2H2O 1.4,MgSO4·7H2O 0.5,K2HPO4·2H2O 0.8,FeSO4·7H2O 0.03,ZnSO4·7H2O 0.03,pH 6.8。
分别在500ml的三角瓶中加入100ml的上述两种培养基,各分装10瓶,在115℃条件下灭菌20min。每瓶培养基中接种S.griseofuscus的孢子2环,放入摇床中培养72小时,温度30℃,转速200rpm。
培养结束后,取两种培养基中的发酵液在400倍显微镜下观察S.griseofuscus的菌体形态如图1(a)所示。在正常的发酵条件下,即不添加糖渣的时候,S.griseofuscus呈现“菌丝球”形态,且菌球直径较大,约为300微米左右,而添加20g/L的糖渣后,如图1(b)所示,S.griseofuscus虽然还是菌丝球,但是直径明显减小,约为180微米左右,这是因为糖渣中含有的硅藻土在发酵过程中碰撞S.griseofuscus而减少了菌丝球的直径。
培养结束后,测定含糖渣培养基中的ε-聚赖氨酸浓度为2.35g/L,而不含糖渣培养基中的ε-聚赖氨酸浓度为1.75g/L,即在培养基中添加糖渣可以使ε-聚赖氨酸产量提高34.3%。众所周知,菌丝球的直径越小,比表面积就越大,所以添加糖渣后,S.griseofuscus在发酵过程中接触到的营养和氧气的机会就越多,微生物的代谢活力增强,最终使得发酵产物ε-聚赖氨酸的量显著增加。
再取两种培养基(含糖渣培养基和无糖渣培养基)的发酵液各100ml,用直径11cm的滤纸套在漏斗上进行过滤除菌,用秒表测量过滤时间。结果为,同样获得50ml的滤液,含糖渣培养基的发酵液所用时间为160秒,而无糖渣培养基的发酵液所用时间为240秒,说明糖渣中的硅藻土对过滤操作起到了助滤剂的作用,滤速提高了50%。
实施例2
同实施例1,将糖渣添加到灰褐链霉菌S.griseofuscus生产ε-聚赖氨酸的发酵培养基中,与实施例1不同的是,糖渣的添加量分别为5g/L和40g/L。
培养结束后,取发酵液在400倍显微镜下观察S.griseofuscus的菌体形态。加入5g/L糖渣的菌丝球,直径为280微米左右,与不加糖渣的菌丝球差不多,如图2(a)所示。而加入40g/L糖渣时,如图2(b)所示,菌丝球基本上不再呈现菌丝球的形态,而是分散的菌丝,这说明糖渣添加量较高时,硅藻土含量也高,碰撞S.griseofuscus的机会就越多,导致微生物变成了菌丝。按照实施例1中的条件测试,实施例2中添加的糖渣量分别为5g/L和40g/L时,各指标测试结果如表1所示:
表1:糖渣的添加量分别为5g/L和40g/L时的各指标结果
糖渣添加量 | 菌丝球直径 | ε-聚赖氨酸浓度 | 发酵液滤速 |
0 | 300微米 | 1.75g/L | 240秒 |
5g/L | 280微米 | 1.85g/L | 220秒 |
40g/L | 无 | 2.15g/L | 200秒 |
从表1可以看出,糖渣的添加量较小时,例如5g/L时,虽对S.griseofuscus的菌丝球直径有减小作用、对ε-聚赖氨酸浓度和发酵液滤速有提高作用,但是作用幅度较小。而糖渣的添加量较大时,例如40g/L时,相比于不添加糖渣,虽会提高ε-聚赖氨酸浓度和发酵液的滤速,但是相比于实施例1来说,作用效果有所下降,说明糖渣在S.griseofuscus的培养基中添加量不宜过大。
实施例3
将糖渣添加到黑曲霉Aspergillus niger发酵生产葡萄糖酸钠的发酵培养基中。
含糖渣培养基(g/L):糖渣30,葡萄糖200,(NH4)2SO4 5,MgSO4·7H2O 0.5,K2HPO4·2H2O 0.8,pH 6.8。
无糖渣培养基(g/L):葡萄糖200,(NH4)2SO4 5,MgSO4·7H2O 0.5,K2HPO4·2H2O0.8,pH 6.8。
培养结束后,取两种培养基的发酵液在400倍显微镜下观察Aspergillus niger的菌体形态。与实施例1类似,不加糖渣的菌丝球,直径为780微米左右,如图3(a)所示,而加入30g/L糖渣时,菌丝球直径显著变小,为460微米左右,如图3(b)所示。按照实施例1中的条件测试,实施例3中添加的糖渣量分别为0g/L和30g/L时,各指标测试结果如表2所示:
表2:糖渣的添加量分别为0/L和3g/L时的各指标结果
糖渣添加量 | 菌丝球直径 | 葡萄糖酸钠浓度 | 发酵液滤速 |
0 | 780微米 | 142g/L | 210秒 |
30g/L | 460微米 | 196g/L | 150秒 |
从表2可以看出,含糖渣培养基中的葡萄糖酸钠浓度为196g/L,而不含糖渣培养基中的葡萄糖酸钠浓度为142g/L,即在培养基中添加糖渣可以使葡萄糖酸钠产量提高38%。并且,在同样获得50ml滤液时,含糖渣培养基的发酵液所用时间为150秒,而无糖渣培养基的发酵液所用时间为210秒,说明糖渣中的硅藻土对过滤操作起到了助滤剂的作用,滤速提高了40%。
Claims (7)
1.一种糖渣的利用方法,其特征在于,所述糖渣为真空转鼓过滤机上移除的糖渣,所述糖渣中含有助滤剂,将含有助滤剂的糖渣直接加入到丝状微生物的发酵培养基中以生产目标产品。
2.根据权利要求1所述的利用方法,其特征在于,包括如下步骤:
将糖渣加入到发酵培养基中;
对所述发酵培养基进行高温灭菌,待灭菌完毕、发酵培养基降至预设发酵温度后,接入丝状微生物的培养液作为种子,然后按照丝状微生物的发酵条件进行发酵;
待发酵结束后,对含有发酵菌体和助滤剂的发酵液进行板框过滤;
对过滤后的滤液进行提取与精制,得到目标产品。
3.根据权利要求1或2所述的利用方法,其特征在于,按干基计算,所述糖渣的添加量为5-40g/L,优选15-30g/L。
4.根据权利要求3所述的利用方法,其特征在于,所述助滤剂为硅藻土和珍珠岩中的一种。
5.根据权利要求4所述的利用方法,其特征在于,所述助滤剂的含量不低于所述糖渣干基总量的20%。
6.根据权利要求3所述的利用方法,其特征在于,所述丝状微生物的发酵过程为好氧发酵。
7.根据权利要求3所述的利用方法,其特征在于,所述丝状微生物为放线菌和霉菌中的至少一种。
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GR01 | Patent grant | ||
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