CN110269145B - 马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法，本发明涉及一种制备细胞蛋白的工艺方法，本发明的目的是针对马铃薯淀粉工业副产物产量大，污染重，难处理的问题。工艺方法：一、将黑曲霉、乳杆菌和酵母菌均匀，得到复合菌群，复合菌群加入到发酵基料中培养，经干燥、粉碎后得到复合菌种；二、发酵罐中装有马铃薯淀粉工业副产物，向发酵罐中加入复合菌种，控制发酵过程的温度为26～32℃，发酵3～6天，得到发酵产物；三、将发酵产物排出进入固液分离器，固体产物经挤压后烘干粉碎。本发明生产细胞蛋白的复合菌群由黑曲霉、乳杆菌和酵母组成，以马铃薯淀粉工业副产物为原料，利用复合菌群转化纤维素、果胶等物质，提高饲料适口性。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备细胞蛋白的工艺方法，具体涉及一种以马铃薯淀粉工业副产物为原料发酵生产细胞蛋白的工艺方法。
背景技术
我国马铃薯淀粉工业因其产品需求增大正在迅速发展。目前，国内马铃薯淀粉的年产量仅为30万吨，而年需求量达到80万吨。到2030年，中国对马铃薯淀粉的需求量将会增加到180万吨左右。伴随马铃薯淀粉工业的兴旺发展，产生的大量副产物——汁水与薯渣对环境造成极其严重的污染。汁水的COD高达3万，用传统污水处理方法难以治理，且投入资金大、运行费用高，企业难以负担。
治理污染的根本出路在于污染物的资源化。其实，马铃薯渣与汁水富含营养，具有极大的发展潜力。但由于在淀粉加工过程中，加入了抗氧化物质、含有难以消化的纤维类物质等原因造成牲畜不能直接食用。
由于薯渣和汁水尚无科学可行的处理方法，淀粉企业要生存急需一种既能够处理薯渣和污水污染，又能使其应用潜力得以实现、产生明显经济效益的资源化高新技术。面对目前饲料产业升级发展，国产蛋白原料出现了严重短缺，已开始依赖进口，而且趋势愈演愈烈。正是针对上述实际情况，利用微生物发酵工程方法治理马铃薯汁水与薯渣对环境的污染，转化其中的各种成分，实现污染物资源化的生物技术。它既解决了困扰全球近百年的环境污染问题，又实现了污染物资源化、满足国内畜牧业迅猛发展对蛋白饲料日益增长的巨大需求，可谓一石多鸟。它的推广应用将为我国创造明显的环境、社会效益和巨大的经济效益。
发明内容
本发明的目的是针对现有马铃薯淀粉工业副产物产量大，污染重，难处理的问题，以及缺乏利用马铃薯淀粉工业副产物高效生产细胞蛋白的方法，而提供一种马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法。
本发明马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法按照下列步骤实现：
一、按照质量比为(0.8～1.2):(0.8～1.2):(0.8～1.2)将黑曲霉、乳杆菌和酵母菌均匀，得到复合菌群；将麸皮粉碎过20目筛后加入无菌水，得到发酵基料，复合菌群加入到发酵基料中混合发酵，经干燥、粉碎后得到复合菌种；
二、马铃薯淀粉工业副产物为马铃薯渣与汁水的混合物，发酵罐中装有马铃薯淀粉工业副产物，向发酵罐中加入复合菌种，控制发酵过程的温度为26～32℃，通空气量为0.1～0.3vvm，发酵时间为3～6天，得到发酵产物；
三、将发酵产物排出进入固液分离器，固体产物经挤压后烘干粉碎，完成马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺；
其中步骤二中复合菌种的加入量为马铃薯淀粉工业副产物中干物质的2～5‰。
本发明生产细胞蛋白的复合菌群由黑曲霉、乳杆菌和酵母组成，以马铃薯淀粉工业副产物为原料，利用复合菌群转化纤维素、果胶等物质，提高饲料适口性，改善肠道健康。马铃薯薯渣在汁水中，采用复合菌群发酵，温度设定为28℃，通气量为0.2vvm，发酵4天左右得到目标产品，其粗蛋白达到40％以上，SO4 2-浓度下降50～60％，减少了动物肠道疾病，提高适口性；采用本发明生产细胞蛋白的工艺方法得到的蛋白饲料饲养大鼠30天，大鼠体重明显高于对照组，无中毒症状和死亡情况；采用以上方法，水中COD由30000～50000mg/L明显降低到10000～13000mg/L，便于后期处理与利用。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法按照下列步骤实施：
一、按照质量比为(0.8～1.2):(0.8～1.2):(0.8～1.2)将黑曲霉、乳杆菌和酵母菌均匀，得到复合菌群；将麸皮粉碎过20目筛后加入无菌水，得到发酵基料，复合菌群加入到发酵基料中混合发酵，经干燥、粉碎后得到复合菌种；
二、马铃薯淀粉工业副产物为马铃薯渣与汁水的混合物，发酵罐中装有马铃薯淀粉工业副产物，向发酵罐中加入复合菌种，控制发酵过程的温度为26～32℃，通空气量为0.1～0.3vvm，发酵时间为3～6天，得到发酵产物；
三、将发酵产物排出进入固液分离器，固体产物经挤压后烘干粉碎，完成马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺；
其中步骤二中复合菌种的加入量为马铃薯淀粉工业副产物中干物质的2～5‰。
本实施方式马铃薯薯渣与汁水未灭菌。
本实施方式针对马铃薯淀粉工业副产物产量大，污染重，难处理的问题，而利用其生产一种粗蛋白含量高达40％以上，动物生长必需氨基酸齐全且富含维生素、无机盐和生长因子，明显优于普通豆粕饲料的细胞蛋白饲料的生物方法，且水中COD由30000～50000mg/L明显降低到10000～13000mg/L。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的乳杆菌为保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌或干酪乳杆菌。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述的酵母菌为酿酒酵母。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中按照质量比为1:1:1将黑曲霉、乳杆菌和酵母菌均匀。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤一中所述的发酵基料是粉碎后过20目筛的麸皮与无菌水按照质量比为1:1混合而成。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二中所述的发酵罐为气升式发酵罐。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二中马铃薯淀粉工业副产物中马铃薯渣与汁水的质量比为1:2～3。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤二中控制发酵过程的温度为28℃，通空气量为0.2vvm，发酵时间为4～6天。
本实施方式优选的发酵时间为4天。
实施例：本实施例马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法按照下列步骤实施：
一、按照质量比为1:1:1将三种不同的菌种复配，得到复合菌群，将麸皮粉碎过20目筛后按照1:1加入无菌水，得到发酵基料，复合菌群加入到发酵基料中混合发酵，经晒干、粉碎后得到复合菌种；
二、马铃薯淀粉工业副产物为马铃薯渣与汁水的混合物，发酵罐中装有马铃薯淀粉工业副产物，向发酵罐中加入复合菌种，控制发酵过程的温度为28℃，通空气量为0.2vvm，发酵时间为0～6天，得到发酵产物；
三、将发酵产物排出进入固液分离器，固体产物经挤压后烘干粉碎，液体进入水回收装置进行进一步处理后循环使用，完成马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺；
其中步骤二中复合菌种的加入量为马铃薯淀粉工业副产物中干物质的2‰。
本实施例马铃薯淀粉工业副产物薯渣与汁水的质量比为1:2.5，pH控制在5.0。上述的马铃薯薯渣与汁水未灭菌。
本实施例不同菌种复配的实验分组如下：
A.黑曲霉、保加利亚乳杆菌、酿酒酵母；
B.黑曲霉、植物乳杆菌、酿酒酵母；
C.黑曲霉、干酪乳杆菌、酿酒酵母；
D.黑曲霉、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌；
E.黑曲霉、保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌；
F.黑曲霉、植物乳杆菌、干酪乳杆菌。
本实施例中黑曲霉(Aspergillus niger)、酿酒酵母(Brewer's yeast)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)均为本实验室自行筛选。
生产中需要的黑曲霉和酿酒酵母按108cfu/mL接入PDA培养基中，28℃，180rpm培养5天后获得初级种子；植物乳杆菌按108cfu/mL接入MRS培养基中，37℃，180rpm培养2天后获得初级种子。将麸皮粉碎过20目筛后按照1:1加入无菌水，将初级种子液混合发酵，获得的次级种子晒干粉碎后即可使用。
菌种复配组合对马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的影响如表1，B组合的蛋白饲料产量质量百分比最低，为68.44％，可以说明B组合的菌群可以使薯渣和汁水充分发酵，由于充分发酵消耗了大量的营养干物质，由此得出B组合更适合此发酵反应；通过溶液还原糖的比较可以看出B组合利用比较完全，相对菌体数量差异可以得到B组合纤维素和果胶等物质得到了最大转化；从COD可以看出，六组组合COD相对于原水都有了明显的降低，但是B组合最为明显；从粗蛋白指标来看，依然是B组合得到的产量最大为49.92％。通过以上分析，可以得出采用黑曲霉、植物乳杆菌和酿酒酵母为最优组合，效果最好。
表1菌种复配组合对马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的影响
表2发酵时间对马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的影响
在未灭菌的薯渣和汁水比例为1:2.5，接种量为不少于干物质的2‰，温度28±2℃、通气量0.2vvm，全封闭发酵罐中发酵4天时，该马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白可得到粗蛋白含量40％以上的细胞蛋白饲料，COD去除率可达到75％以上。
本实施例是马铃薯淀粉工业副产物在高效转化菌群作用下，选择适宜的条件生产蛋白含量高、适口性好、改善肠道微循环的细胞蛋白饲料，并且显著降低COD，减少马铃薯淀粉工业对环境的影响。以马铃薯薯渣和汁水为液态发酵培养基，控制发酵条件，生产细胞蛋白。随着我国养殖饲养业的飞速发展，国产饲料革命已经到来，面对优质蛋白饲料的短缺，本发明无疑是最好的补充。本发明生产的细胞蛋白饲料蛋白含量高，氨基酸成分齐全，必需氨基酸含量较高，维生素含量明显优于豆粕和鱼粉等，同时富含的核酸和动物促生因子，使动物更好生长繁殖。
Claims (4)
1.马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法，其特征在于该工艺方法按照下列步骤实现：
一、按照质量比为1: 1: 1将黑曲霉、植物乳杆菌和酿酒酵母菌混匀，得到复合菌群；将麸皮粉碎过20目筛后加入无菌水，得到发酵基料，复合菌群加入到发酵基料中混合发酵，经干燥、粉碎后得到复合菌种；
二、马铃薯淀粉工业副产物为马铃薯渣与汁水的混合物，发酵罐中装有马铃薯淀粉工业副产物，向发酵罐中加入复合菌种，控制发酵过程的温度为28℃，通空气量为0.1～0.3vvm，发酵时间为4～6天，得到发酵产物；
三、将发酵产物排出进入固液分离器，固体产物经挤压后烘干粉碎，完成马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺；
其中步骤二中复合菌种的加入量为马铃薯淀粉工业副产物中干物质的2～5‰。
2.根据权利要求1所述的马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法，其特征在于步骤一中所述的发酵基料是粉碎后过20目筛的麸皮与无菌水按照质量比为1:1混合而成。
3.根据权利要求1所述的马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法，其特征在于是步骤二中所述的发酵罐为气升式发酵罐。
4.根据权利要求1所述的马铃薯淀粉工业副产物发酵生产细胞蛋白的工艺方法，其特征在于步骤二中马铃薯淀粉工业副产物中马铃薯渣与汁水的质量比为1:2～3。
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