CN107418897B - 一种有效利用谷氨酸发酵废弃菌体蛋白的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微生物技术领域，公开了一种有效利用谷氨酸发酵废弃菌体蛋白的工艺，其包括如下步骤：步骤1）离心、烘干以及粉碎，步骤2）破壁、水解以及离心，步骤3）吸附、微滤、超滤以及干燥。本发明为了节约成本，避免采用酶处理，并且制备出纯度较高的肽产品，工业附加值高。

Description

一种有效利用谷氨酸发酵废弃菌体蛋白的工艺

技术领域

本发明涉及微生物技术领域，特别涉及一种有效利用谷氨酸发酵废弃菌体蛋白的工艺。

背景技术

谷氨酸，是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22，大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。在食品中浓度为0.2%-0.5%，每人每天允许摄入量为0-120微克/千克(以谷氨酸计)。在食品加工中一般用量为0.2—1.5克/公斤。

阜丰集团是全球生产谷氨酸、黄原胶等氨基酸及衍生产品的龙头企业，是全球第一大味精生产企业、全球第一大黄原胶生产企业、中国生物发酵行业的航母。阜丰集团每年发酵产生的废弃菌体在几十万吨以上，并且每年以10%以上的速度增长。为了节约生产成本， 避免可利用资源浪费，申请人之前的发明专利技术“一种苏氨酸菌体蛋白利用方法”将菌体蛋白加工成蛋白饲料，取得了一定的经济效益，但是工业附加值相对较低，还没有完全发掘出其应用潜力；通过测定谷氨酸菌体蛋白的营养成分组成发现，谷氨酸菌体蛋白含有丰富的蛋白质、核酸、糖类及维生素等多种营养物质，因此除了可以用作饲料外，还可以将谷氨酸菌体蛋白作为原料开发出其他具有更高附加值的产品，例如水解蛋白粉、核糖核酸等。寡肽是由2-12个氨基酸组合而成的低分子量生物活性肽，分子量小于1000，具有许多生物活性和功能，如降血压，降血糖，抗氧化，抗肿瘤，提高免疫力等，已被广泛应用于医药、功能食品、化妆品等多个领域。目前蛋白水解制备寡肽主要有酶法水解和酸法水解，二者各有利弊，酶法水解相对温和，杂质少纯度高，成本相对较高；酸法水解相对成本较低，但是水解液颜色较深，杂质难以脱除，产品纯度较低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种有效利用谷氨酸发酵废弃菌体蛋白的工艺，该工艺操作简单、成本低廉，避免采用酶处理，并且制备出纯度较高的肽产品。

本发明是通过如下方案来实现的：

一种有效利用谷氨酸发酵废弃菌体蛋白的工艺，其包括如下步骤：步骤1）离心、烘干以及粉碎，步骤2）破壁、水解以及离心，步骤3）吸附、微滤、超滤以及干燥。

具体地，所述工艺包括如下步骤：

步骤1）离心、烘干以及粉碎：将谷氨酸发酵液通过碟片分离机进行分离，收集菌体沉淀；将菌体沉淀置于60-80℃烘干，然后粉碎机粉碎成菌体粉末；

步骤2）破壁、水解以及离心：往菌体粉末中加入相同质量的浓度为6wt%的氯化钠水溶液，并用盐酸调pH为2，然后采用超声波进行处理，处理时间为20min，再置于反应釜中，控制反应釜中压强为0.8-1.2MPa，温度为100-120℃，保温保压10min，再降压至常压，维持温度为100-120℃，继续添加盐酸，调整pH为1，水解时间为2-4h，得到水解液，自然冷却至室温，然后500rpm离心3min，收集上清液；

步骤3）吸附、微滤、超滤以及干燥：往上清液中添加吸附剂，添加量0.1-0.2wt%，200rpm搅拌处理为60min，静置30min，然后 1000rpm离心3min，收集上清液，再通过微滤膜，收集滤过液，将滤过液通过超滤膜，收集透过液，将透过液置于旋转蒸发仪中，60-70℃蒸发，最后冷冻干燥，即得寡肽。

进一步地，所述吸附剂按照如下工艺制备而得：将淀粉醚、壳聚糖以及沸石粉按照1:1:3的质量比投入到搅拌器中，500rpm搅拌3min，得到混合物料，再将混合物料与聚苯乙烯微球按照1:1的质量比添加到造粒机中，接着加入占聚苯乙烯微球质量20%的浓度为7wt%的聚乙烯醇水溶液，制成粒径为2mm的球状物；将球状物置于70℃的烘箱中干燥30min，再投入到烧结炉中进行烧结，烧结温度700℃，保温30min，取出，自然冷却至室温，得到吸附剂。

进一步地，其特征在于，所述微滤膜的截留分子量为10000-20000Da。

进一步地，所述超滤膜的截留分子量为1000Da。

进一步地，所述碟片分离机的转速为4000rpm，离心时间为3min。

本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下：

本发明为了节约成本，避免采用酶处理，并且制备出纯度较高的肽产品；

本发明采用氯化钠溶液可以改变菌体细胞的渗透压使其膨胀，辅助超声波处理，有助于菌体细胞壁破碎；

本发明通过提高温度和压强，可增加分子扩散的速度，使得细胞壁的受压膨胀变薄，加快细胞壁的破裂；

本发明吸附剂采用大孔径颗粒，比表面积大，可以有效地去除色素、糖类物质、金属离子以及纤维素等，而且粒径较大，强度高，不会破裂，比较容易从液体中脱除，保证了蛋白中无残留，还可以经过煅烧再生，重复利用；

本发明通过微滤膜和超滤膜过滤处理，有效地提高了产品纯度；

本发明使用高速碟片分离机将发酵液中的谷氨酸料液和菌体蛋白高效便捷地进行分离，无需采用过滤步骤；

本发明工艺制备的寡肽纯度可达90%以上，制备工艺简单，成本低，可规模化生产，可被广泛应用于医药、功能食品、化妆品等多个领域，大幅度提高了收益。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种有效利用谷氨酸发酵废弃菌体蛋白的工艺，其包括如下步骤：

将谷氨酸发酵液通过碟片分离机进行分离，转速为4000rpm，离心时间为3min，收集菌体沉淀；将菌体沉淀置于60℃烘干，然后粉碎机粉碎成菌体粉末；

往菌体粉末中加入同等质量的6wt%的氯化钠水溶液，并用盐酸调pH为2，采用20kHz的超声波进行处理，处理时间为20min，然后置于反应釜中，控制反应釜中压强为0.8MPa，温度为100℃，保温保压10min，再降压至常压，维持温度为100℃，继续添加盐酸，调整pH为1，水解时间为3h，得到水解液，自然冷却至室温，然后500rpm离心3min，收集上清液；

往上清液中添加吸附剂，添加量0.1wt%，200rpm搅拌处理为60min，再静置30min，然后 1000rpm离心3min，收集上清液，将上清液通过截留分子量为10000Da的微滤膜，收集滤过液，将滤过液通过截留分子量为1000Da的超滤膜，收集透过液，将透过液置于旋转蒸发仪中，60-70℃蒸发，最后冷冻干燥，即得寡肽；

所述吸附剂按照如下工艺制备而得：

将淀粉醚、壳聚糖以及沸石粉按照1:1:3的质量比投入到搅拌器中，500rpm搅拌3min，得到混合物料，再将混合物料与聚苯乙烯微球按照1:1的质量比添加到造粒机中，接着加入占聚苯乙烯微球质量20%的浓度为7wt%的聚乙烯醇水溶液，制成粒径为2mm的球状物；将球状物置于70℃的烘箱中干燥30min，再投入到烧结炉中进行烧结，烧结温度700℃，保温30min，取出，自然冷却至室温，得到吸附剂。

实施例2

一种有效利用谷氨酸发酵废弃菌体蛋白的工艺，其包括如下步骤：

将谷氨酸发酵液通过碟片分离机进行分离，转速为4000rpm，离心时间为3min，收集菌体沉淀；将菌体沉淀置于80℃烘干，然后粉碎机粉碎成菌体粉末；

往菌体粉末中加入相同质量的6wt%的氯化钠水溶液，并用盐酸调pH为2，采用20kHz的超声波进行处理，处理时间为20min，然后置于反应釜中，控制反应釜中压强为1MPa，温度为120℃，保温保压10min，再降压至常压，维持温度为120℃，继续添加盐酸，调整pH为1，水解时间为2h，得到水解液，自然冷却至室温，然后500rpm离心3min，收集上清液；

往上清液中添吸附剂，添加量0.2wt%，200rpm搅拌处理为60min，静置30min，然后1000rpm离心3min，收集上清液，再通过截留分子量为20000Da的微滤膜，收集滤过液，将滤过液通过截留分子量为1000Da的超滤膜，收集透过液，将透过液置于旋转蒸发仪中，70℃蒸发，最后冷冻干燥，即得寡肽；

所述吸附剂按照如下工艺制备而得：

将淀粉醚、壳聚糖以及沸石粉按照1:1:3的质量比投入到搅拌器中，500rpm搅拌3min，得到混合物料，再与聚苯乙烯微球按照1:1的质量比添加到造粒机中，接着加入占聚苯乙烯微球质量20%的浓度为7wt%的聚乙烯醇水溶液，制成粒径为2mm的球状物；将球状物置于70℃的烘箱中干燥30min，再投入到烧结炉中进行烧结，烧结温度700℃，保温30min，取出，自然冷却至室温，得到吸附剂。

实施例3

以发酵制备谷氨酸用的谷氨酸棒杆菌为例，检测了各组分含量分析（以干重计量）；粗蛋白74-76%，核酸6.5-7%，粗脂肪11-12；余量其他。

经过分析：谷氨酸棒状杆菌中含有17种氨基酸，其中含有人体必需的8种氨基酸中的7种，必需氨基酸含量占总氨基酸量的40%左右，非必需氨基酸的含量占总氨基酸含量的60%左右，水解后的氨基酸的种类和含量都比较丰富，是生产蛋白水解物寡肽的理想原料。

实施例4

水解后所得上清液（水解液）的水解度检测：

采用本发明实施例1为实验组；对照组1采用本领域的常规酶解方法：酸性蛋白酶与葡聚糖酶的添加比例为3：1，总加酶量为2%，pH值为4.0，水解温度50℃，底物浓度15%，水解时间12h；对照组2采用酸水解方法: 用 6mol/L 盐酸调至pH 0.5，在 110℃水解 20 h。

采用采用凯氏定氮法测定总氮；采用甲醛滴定法测定氨基酸态氮；蛋白水解度的计算：酶解的水解度%=（（水解后的氨基酸态氮-水解前的氨基酸态氮）/总氮）%。具体结果见表1：

表1

组别	实验组	对照组1	对照组2
				水解度%	92.6	43.7	64.5

实施例5

各因子对菌体细胞壁破碎率的影响：

实验组：实施例2；对照组1：采用溶菌酶处理：酶解 pH 8，酶解温度52℃，酶解时间6h，酶用量 2.0mg/g；对照组2：不采用氯化钠处理，其余同实施例2；对照组3：不采用高压处理，其余同实施例2；对照组:4：不采用超声波处理，其余同实施例2。各组别的菌体破碎率如表2：

表2

组别	实验组	对照组1	对照组2	对照组3	对照组4
						破碎率%	98.6	78.9	84.7	91.3	88.4

实施例6

本发明吸附剂对肽纯度的影响：

选择实施例1制备的吸附剂作为实验组，活性炭为对照组；操作流程参照实施例1；

检测方法：超滤透过液在波长为400nm 处测定其吸光值，按下列公式计算脱色率；同时超滤透过液在波长为280nm 处测定其吸光值，按下列公式计算氨基酸损失率。脱色率%=（（脱色前-脱色后）/脱色后）%；氨基酸损失率%=（（脱色前-脱色后）/脱色后）%。具体结果见表3：

表3

组别	脱色率%	氨基酸损失率%	寡肽纯度%
				实验组	99.3	1.75	90.4
对照组	92.6	3.14	77.8

以上列举的仅是本发明的最佳具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种有效利用谷氨酸发酵废弃菌体蛋白的工艺，所述工艺包括如下步骤：

步骤1）离心、烘干以及粉碎：将谷氨酸发酵液通过碟片分离机进行分离，收集菌体沉淀；将菌体沉淀置于60-80℃烘干，然后粉碎机粉碎成菌体粉末；

步骤2）破壁、水解以及离心：往菌体粉末中加入相同质量的浓度为6wt%的氯化钠水溶液，并用盐酸调pH为2，然后采用超声波进行处理，处理时间为20min，再置于反应釜中，控制反应釜中压强为0.8-1.2MPa，温度为100-120℃，保温保压10min，再降压至常压，维持温度为100-120℃，继续添加盐酸，调整pH为1，水解时间为2-4h，得到水解液，自然冷却至室温，然后500rpm离心3min，收集上清液；

步骤3）吸附、微滤、超滤以及干燥：往上清液中添加吸附剂，添加量0.1-0.2wt%，200rpm搅拌处理为60min，静置30min，然后 1000rpm离心3min，收集上清液，再通过微滤膜，收集滤过液，将滤过液通过超滤膜，收集透过液，将透过液置于旋转蒸发仪中，60-70℃蒸发，最后冷冻干燥，即得寡肽；

所述吸附剂按照如下工艺制备而得：将淀粉醚、壳聚糖以及沸石粉按照1:1:3的质量比投入到搅拌器中，500rpm搅拌3min，得到混合物料，再将混合物料与聚苯乙烯微球按照1:1的质量比添加到造粒机中，接着加入占聚苯乙烯微球质量20%的浓度为7wt%的聚乙烯醇水溶液，制成粒径为2mm的球状物；将球状物置于70℃的烘箱中干燥30min，再投入到烧结炉中进行烧结，烧结温度700℃，保温30min，取出，自然冷却至室温，得到吸附剂；

所述微滤膜的截留分子量为10000-20000Da；

所述超滤膜的截留分子量为1000Da；

所述碟片分离机的转速为4000rpm，离心时间为3min。