CN114343060B - 一种乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，包括如下步骤：步骤A：向菌体渣中加入预处理剂进行预处理，将菌体渣和预处理剂混合搅拌均匀后，得到混合物料A；步骤B：常温下向混合物料A中加入环己基氨基磺酸粉末，搅拌混匀后使其充分反应，得到混合物料B；步骤C：反应结束后调节混合物料B的pH至中性，并过滤，得到混合液和滤渣；步骤D：将滤渣置于干燥设备中进行干燥，得到高氮素含量的菌体渣。本发明将菌体渣中的乳酸钙、氢氧化钙及碳酸钙等钙盐分离出去，使得滤渣中的总氮含量大大提高，可以将处理后的菌体渣作为高附加值的饲料添加剂。

Description

一种乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺

技术领域

本发明涉及菌体渣加工技术领域。具体地说是一种乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺。

背景技术

以玉米为原料在乳酸发酵生产乳酸过程中，会产生大量的菌体渣，由于发酵后菌体渣中存在较丰富的菌体蛋白、未发酵完全的淀粉、纤维等营养物质，以及未分离完全的乳酸钙等，因此可以将菌体渣用做有机钙饲料。目前，在乳酸发酵结束之后，通常会加入过量的氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙，调高发酵液的pH，使得发酵液易于过滤，并将发酵过程产生的未完全转化成乳酸钙的乳酸，全部转化成乳酸钙，便于后续乳酸钙的提取分离以提高乳酸的收率。

但如此一来，由于加入了过量的钙盐，使得发酵液在过滤之后得到的菌体渣中总氮含量大大降低，这使得菌体渣在用做饲料添加剂时，附加值大大降低。因此，这种菌体渣若要用于高附加值饲料添加剂，则需要对其进行进一步的处理以提高其蛋白的含量。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，以解决乳酸发酵后因加入氧化钙或氢氧化钙使得到的菌体渣中总氮含量降低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，包括如下步骤：

步骤A：向菌体渣中加入预处理剂进行预处理，将所述菌体渣和所述预处理剂混合搅拌均匀后，得到混合物料A；

步骤B：常温下向所述混合物料A中加入环己基氨基磺酸粉末，搅拌混匀后使其充分反应，得到混合物料B；

步骤C：反应结束后调节所述混合物料B的pH至中性，并过滤，得到混合液和滤渣；在调节pH时，可用氨水或乙酸调节；

步骤D：将所述滤渣置于干燥设备中进行干燥，得到高氮素含量的菌体渣。

上述乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，在步骤A中，所述预处理剂为二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠或磷酸脲中的一种或两种及以上的组合。菌体渣用这些预处理剂预处理后，可显著降低菌体渣分子间作用力，使得菌体渣的粘性大大降低，使得包覆在菌体渣中的乳酸钙、碳酸钙、氢氧化钙等钙盐脱离菌体渣中有机物大分子的束缚，不仅解决了现实中菌体渣包覆的乳酸钙难以通过洗涤等常规方法分离而导致乳酸浪费的问题，而且使得这些钙盐或碱与环己基氨基磺酸充分反应生成常温下水溶性的环己基氨基磺酸钙。

上述乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，所述预处理剂为依次加入的二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠和磷酸脲；所述预处理剂与所述菌体渣的质量之比为(1～3.5)：100。当预处理剂为二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠和磷酸脲时，三种预处理剂在菌体渣中充分发挥协同作用，更有利于破坏菌体渣中纤维、淀粉和蛋白质等有机大分子间及分子内的氢键，同时破坏乳酸钙、碳酸钙、氢氧化钙等钙盐之间的作用力，降低菌体渣的粘性。且当预处理与菌体渣的比例在上述范围内时，预处理效果最好。

上述乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，步骤A中，预处理包括如下步骤：

步骤A-1：将所述菌体渣摊薄后，向所述菌体渣中喷入二甲基二碳酸盐，混合搅拌均匀后，常温放置2～4h，得到混合物料A1；二甲基二碳酸盐喷到菌体渣中后，遇到菌体渣中的水分子后分解成甲醇和二氧化碳，可有效降低菌体渣中分子间作用力，从而降低粘性，且生成的二氧化碳在菌体渣由菌体渣内部逸出，使得菌体渣内部形成疏松多孔结构，有利于后续处理的进行；在试验中发现，喷入二甲基二碳酸盐放置2～4h即可使二甲基二碳酸盐充分发挥其降低菌体渣粘性的作用，又可以使菌体渣中内部形成多孔结构而不坍塌，有利于后续预处理剂的渗透及发挥破坏分子之间作用力的作用；

步骤A-2：向所述混合物料A1中加入焦磷酸钠溶液，混合搅拌均匀后，常温放置4～6h，得到混合物料A2；碱性的焦磷酸钠溶液的加入有利于改变纤维素的稳定结构，促进蛋白等有机大分子物质的分解或降解，降低菌体渣的粘性，使钙盐从菌体渣中大分子的包覆中游离出来；在试验中发现，加入焦磷酸钠溶液后，放置4～6h后对菌体渣的处理效果最好；

步骤A-3：向所述混合物料A2中加入磷酸脲溶液，混合搅拌均匀后，常温放置4～6h，得到所述混合物料A。依次经过二甲基二碳酸盐和焦磷酸钠溶液处理后，菌体渣中的纤维、淀粉和蛋白等大分子之间的结合力以及钙盐与有机物分子之间的结合力显著下降，酸性的磷酸脲溶液加入后，可向纤维素分子中引入磷酸基，使得纤维素被改性，从而使纤维等大分子之间的结合力以及钙盐与有机物分子之间的结合力进一步下降，进一步降低菌体渣的粘性，钙盐得以游离出来。

上述乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，步骤A-1中，所述二甲基二碳酸盐的加入量与所述菌体渣的质量之比为(1.8～2.5)：100。

上述乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，步骤A-2中，所述焦磷酸钠溶液中焦磷酸钠的质量分数为2～3.5wt％，所述焦磷酸钠溶液中焦磷酸钠与所述菌体渣的质量之比为(1.5～3.5)：100。该浓度的焦磷酸钠溶液既可以满足预处理的效果要求，又不会引入太多水分，避免为后续菌体渣的过滤和干燥增加难度。

上述乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，步骤A-3中，所述磷酸脲溶液中磷酸脲的质量分数为1.5～3wt％，所述磷酸脲溶液中磷酸脲与所述菌体渣的质量之比为(1.5～3)：100。

上述乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，步骤B中，以菌体渣中钙的物质的量计算：向所述混合物料A中加入的所述环己基氨基磺酸的物质的量为钙的物质的量的1.1～1.2倍。可使菌体渣中的乳酸钙、碳酸钙和氢氧化钙等无机钙尽可能全部转化成可溶性的环己基氨基磺酸钙，有利于尽可能提高菌体渣作为饲料添加剂的附加值。

上述乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，步骤B中，反应时间为6～12h。该反应时间可使菌体渣中的无机钙和有机钙转化成可溶性的环己基氨基磺酸钙，同时可使菌体渣中的有机大分子的稳定结构以及无机物与有机物之间形成的稳定结构遭到破坏，菌体渣的粘性进一步降低，有利于混合物料B的过滤，同时降低过滤后滤渣干燥的难度。

上述乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，步骤D中，采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温为450～550℃，尾温为80～90℃，滚筒转速为500～600rpm/min。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

1、本发明先利用预处理剂对菌体渣进行预处理，然后再用环己基氨基磺酸与菌体渣在常温下进行反应，能够将乳酸钙、氢氧化钙、碳酸钙等水溶性差的钙盐转化为常温下易溶于水的环己基氨基磺酸钙，同时使得碱性的菌体渣向中性转变；然后经过滤将易溶于水的环己基氨基磺酸钙从菌体渣中除去，过滤后得到的滤渣为纤维、淀粉和蛋白质等的混合物，由于将菌体渣中的乳酸钙、氢氧化钙及碳酸钙等钙盐转化为环己基氨基磺酸钙后随滤液分离出去，因此得到的滤渣其总氮含量大大提高，可以将处理后的菌体渣作为高附加值的高蛋白饲料添加剂。

2、向菌体渣中加入二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠或磷酸脲等作为预处理剂可以有效降低菌体渣的粘性，这是因为：这些组分能够有效减弱甚至破坏菌体渣中分子间氢键等作用力，有利于蛋白质、纤维、淀粉和乳酸钙等有机物分子与碳酸钙、氢氧化钙等无机化合物分子形成的复合物分化、分解，同时预处理剂的加入还可以在一定程度上弱化分子内的氢键，有利于降低菌体渣的粘性；另外，焦磷酸钠在遇到环己基氨基磺酸后产生的磷酸根可以起到对纤维素改性的作用，磷酸脲对纤维素也能起到一定的改性作用，使纤维素分子间的结合力下降，从而使得被纤维、淀粉和蛋白质等有机物大分子包覆的乳酸钙、氢氧化钙、碳酸钙等游离出来与环己基氨基磺酸进行反应，促进难溶性钙盐转化成可溶性环己基氨基磺酸钙，提高难溶性钙盐向可溶性环己基氨基磺酸钙转化的比例。另外，磷酸脲作为一种常用的饲料添加剂，其加入可以提高菌体渣的氮素含量。

3、过滤后的滤液中主要成分为环己基氨基磺酸钙和乳酸、乳酸盐等，对滤液进一步加工，可将其用于饲料添加剂。

具体实施方式

实施例1

本实施例中乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，包括如下步骤：

步骤A：向菌体渣中加入预处理剂进行预处理，将菌体渣和预处理剂混合搅拌均匀后，得到混合物料A；所述预处理剂为依次加入的二甲基二碳酸盐、焦磷酸钠和磷酸脲；

预处理的具体操作过程包括如下步骤：

步骤A-1：将菌体渣摊薄后，向菌体渣中喷入二甲基二碳酸盐，混合搅拌均匀后，常温放置3h，得到混合物料A1；所用二甲基二碳酸盐的加入量与菌体渣的质量之比为1.8：100；

步骤A-2：向混合物料A1中加入焦磷酸钠溶液，混合搅拌均匀后，常温放置4h，得到混合物料A2；所述焦磷酸钠溶液中焦磷酸钠的质量分数为3wt％，所加入的焦磷酸钠溶液中焦磷酸钠与所述菌体渣的质量之比为1.5：100；

步骤A-3：向混合物料A2中加入磷酸脲溶液，混合搅拌均匀后，常温放置4h，得到混合物料A；所述磷酸脲溶液中磷酸脲的质量分数为2wt％，所加入的磷酸脲溶液中磷酸脲与所述菌体渣的质量之比为3：100。

步骤B：常温下向混合物料A中加入环己基氨基磺酸粉末，搅拌混匀后使其充分反应，反应时间为10h，得到混合物料B；以菌体渣中钙的物质的量计算：向所述混合物料A中加入的所述环己基氨基磺酸的物质的量为钙的物质的量的1.1倍；

步骤C：反应结束后调节混合物料B的pH至中性，并过滤，得到混合液和滤渣；本实施例中用氨水调节混合物料B的pH；

步骤D：将滤渣置于干燥设备中进行干燥，得到高氮素含量的菌体渣。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在500℃，尾温控制在80℃，滚筒转速为600rpm/min。

干燥后，将本实施例制备得到的菌体渣利用GB/T6436-2018 4乙二胺四乙酸二钠络合滴定法，测得其钙含量相比原菌体渣降低了93.4％；而且由于钙元素含量大幅降低，可以推测碳酸钙和氢氧化钙大部分都从原菌体渣中脱除，使最终得到的菌体渣中氮素含量相比未处理前大幅提高，获得了附加值较高的高蛋白菌体渣。

实施例2

本实施例中乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，包括如下步骤：

步骤A：向菌体渣中加入预处理剂进行预处理，将菌体渣和预处理剂混合搅拌均匀后，得到混合物料A；所述预处理剂为二甲基二碳酸盐；

预处理的具体操作过程为：

将菌体渣摊薄后，向菌体渣中喷入二甲基二碳酸盐，混合搅拌均匀后，常温放置4h，然后加入与菌体渣相同质量的清水，搅拌混合均匀后，得到混合物料A；所用二甲基二碳酸盐的加入量与菌体渣的质量之比为2.5：100。

步骤B：常温下向混合物料A中加入环己基氨基磺酸粉末，搅拌混匀后使其充分反应，反应时间为12h，得到混合物料B；以菌体渣中钙的物质的量计算：向所述混合物料A中加入的所述环己基氨基磺酸的物质的量为钙的物质的量的1.2倍；

步骤C：反应结束后调节混合物料B的pH至中性，并过滤，得到混合液和滤渣；本实施例中用氨水调节混合物料B的pH；

步骤D：将滤渣置于干燥设备中进行干燥，得到高氮素含量的菌体渣。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在500℃，尾温控制在80℃，滚筒转速为600rpm/min。

干燥后，将本实施例制备得到的菌体渣利用GB/T6436-2018 4乙二胺四乙酸二钠络合滴定法，测得其钙含量相比原菌体渣降低了81.5％；而且由于钙元素含量大幅降低，可以推测碳酸钙和氢氧化钙大部分都从原菌体渣中脱除，使最终得到的菌体渣中氮素含量相比未处理前大幅提高，获得了附加值较高的高蛋白菌体渣。

实施例3

本实施例中乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，包括如下步骤：

步骤A：向菌体渣中加入预处理剂进行预处理，将菌体渣和预处理剂混合搅拌均匀后，得到混合物料A；所述预处理剂为焦磷酸钠；

预处理的具体操作过程包括如下步骤：

将菌体渣摊薄后，向菌体渣中加入焦磷酸钠溶液，混合搅拌均匀后，常温放置6h，得到混合物料A；所述焦磷酸钠溶液中焦磷酸钠的质量分数为3.5wt％，所加入的焦磷酸钠溶液中焦磷酸钠与所述菌体渣的质量之比为3.5：100。

步骤B：常温下向混合物料A中加入环己基氨基磺酸粉末，搅拌混匀后使其充分反应，反应时间为12h，得到混合物料B；以菌体渣中钙的物质的量计算：向所述混合物料A中加入的所述环己基氨基磺酸的物质的量为钙的物质的量的1.2倍；

步骤C：反应结束后调节混合物料B的pH至中性，并过滤，得到混合液和滤渣；本实施例中用氨水调节混合物料B的pH；

步骤D：将滤渣置于干燥设备中进行干燥，得到高氮素含量的菌体渣。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在500℃，尾温控制在80℃，滚筒转速为600rpm/min。

干燥后，将本实施例制备得到的菌体渣利用GB/T6436-2018 4乙二胺四乙酸二钠络合滴定法，测得其钙含量相比原菌体渣降低了86.2％；而且由于钙元素含量大幅降低，可以推测碳酸钙和氢氧化钙大部分都从原菌体渣中脱除，使最终得到的菌体渣中氮素含量相比未处理前大幅提高，获得了附加值较高的高蛋白菌体渣。

实施例4

本实施例中乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，包括如下步骤：

步骤A：向菌体渣中加入预处理剂进行预处理，将菌体渣和预处理剂混合搅拌均匀后，得到混合物料A；所述预处理剂为磷酸脲；

预处理的具体操作过程包括如下步骤：

将菌体渣摊薄后，向菌体渣中加入磷酸脲溶液，混合搅拌均匀后，常温放置6h，得到混合物料A；所述磷酸脲溶液中磷酸脲的质量分数为3wt％，所述磷酸脲溶液中磷酸脲与所述菌体渣的质量之比为3：100。

步骤B：常温下向混合物料A中加入环己基氨基磺酸粉末，搅拌混匀后使其充分反应，反应时间为12h，得到混合物料B；以菌体渣中钙的物质的量计算：向所述混合物料A中加入的所述环己基氨基磺酸的物质的量为钙的物质的量的1.2倍；

步骤C：反应结束后调节混合物料B的pH至中性，并过滤，得到混合液和滤渣；本实施例中用氨水调节混合物料B的pH；

步骤D：将滤渣置于干燥设备中进行干燥，得到高氮素含量的菌体渣。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在500℃，尾温控制在80℃，滚筒转速为600rpm/min。

干燥后，将本实施例制备得到的菌体渣利用GB/T6436-2018 4乙二胺四乙酸二钠络合滴定法，测得其钙含量相比原菌体渣降低了89.0％；而且由于钙元素含量大幅降低，可以推测碳酸钙和氢氧化钙大部分都从原菌体渣中脱除，使最终得到的菌体渣中氮素含量相比未处理前大幅提高，获得了附加值较高的高蛋白菌体渣。

实施例5

本实施例中乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，包括如下步骤：

步骤A：向菌体渣中加入预处理剂进行预处理，将菌体渣和预处理剂混合搅拌均匀后，得到混合物料A；所述预处理剂为清水；

预处理的具体操作过程包括如下步骤：

步骤A-1：将菌体渣摊薄后，向菌体渣中喷入清水，混合搅拌均匀后，常温放置3h，得到混合物料A1；所用清水的加入量与菌体渣的质量之比为1.8：100；

步骤A-2：向混合物料A1中再次加入清水，混合搅拌均匀后，常温放置4h，得到混合物料A2；清水与菌体渣的质量之比为1：2；

步骤A-3：向混合物料A2中再次加入清水，混合搅拌均匀后，常温放置4h，得到混合物料A；清水与菌体渣的质量之比为1.5：1。

步骤B：常温下向混合物料A中加入环己基氨基磺酸粉末，搅拌混匀后使其充分反应，反应时间为10h，得到混合物料B；以菌体渣中钙的物质的量计算：向所述混合物料A中加入的所述环己基氨基磺酸的物质的量为钙的物质的量的1.1倍；

步骤C：反应结束后调节混合物料B的pH至中性，并过滤，得到混合液和滤渣；本实施例中用氨水调节混合物料B的pH；

步骤D：将滤渣置于干燥设备中进行干燥，得到高氮素含量的菌体渣。所述干燥设备采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温控制在500℃，尾温控制在80℃，滚筒转速为600rpm/min。

干燥后，将本实施例制备得到的菌体渣利用GB/T6436-2018 4乙二胺四乙酸二钠络合滴定法，测得其钙含量相比原菌体渣降低了73.7％；而且由于钙元素含量大幅降低，可以推测碳酸钙和氢氧化钙大部分都从原菌体渣中脱除，使最终得到的菌体渣中氮素含量相比未处理前大幅提高，获得了附加值较高的高蛋白菌体渣。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：向菌体渣中加入预处理剂进行预处理，将所述菌体渣和所述预处理剂混合搅拌均匀后，得到混合物料A；

步骤A中，预处理包括如下步骤：

步骤A-1：将所述菌体渣摊薄后，向所述菌体渣中喷入二甲基二碳酸盐，混合搅拌均匀后，常温放置2～4h，得到混合物料A1；所述二甲基二碳酸盐的加入量与所述菌体渣的质量之比为（1.8～2.5）：100；

步骤A-2：向所述混合物料A1中加入焦磷酸钠溶液，混合搅拌均匀后，常温放置4～6h，得到混合物料A2；所述焦磷酸钠溶液中焦磷酸钠的质量分数为2～3.5wt%，所述焦磷酸钠溶液中的焦磷酸钠与所述菌体渣的质量之比为（1.5～3.5）：100；

步骤A-3：向所述混合物料A2中加入磷酸脲溶液，混合搅拌均匀后，常温放置4～6h，得到所述混合物料A；所述磷酸脲溶液中磷酸脲的质量分数为1.5～3wt%，所述磷酸脲溶液中磷酸脲与所述菌体渣的质量之比为（1.5～3）：100；

步骤B：常温下向所述混合物料A中加入环己基氨基磺酸粉末，搅拌混匀后使其充分反应，得到混合物料B；

步骤C：反应结束后调节所述混合物料B的pH至中性，并过滤，得到混合液和滤渣；

步骤D：将所述滤渣置于干燥设备中进行干燥，得到高氮素含量的菌体渣。

2.根据权利要求1所述的乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，其特征在于，步骤B中，以菌体渣中钙的物质的量计算：向所述混合物料A中加入的所述环己基氨基磺酸的物质的量为钙的物质的量的1.1～1.2倍。

3.根据权利要求1所述的乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，其特征在于，步骤B中，反应时间为6～12h。

4.根据权利要求1所述的乳酸生产中提高菌体渣中蛋白含量的工艺，其特征在于，步骤D中，采用滚筒干燥器进行干燥，干燥时：头温为450～550℃，尾温为80～90℃，滚筒转速为500～600rpm。