CN1321772A - 木薯的直接糖化和使用糖类溶液的氨基酸发酵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木薯的直接糖化方法,由此可以制备出具有高浓度的糖类溶液,这种糖化不需要对木薯淀粉进行分离和提纯,本发明还公开了一种氨基酸发酵方法,其中由此制备的糖类溶液作为氨基酸发酵的原料。本发明涉及一种木薯的直接糖化方法,其中包括对去皮的生木薯进行干燥,直至水分含量是16.wt%或更低,将得到的干木薯磨成粉以提供粒径为150μm或更低的细粉末,向细粉末中添加水,加水量应能保证形成粗淀粉浆,而且淀粉含量是35.wt%或更多,之后用淀粉液化酶和糖化酶对所述的浆液进行酶液化和糖化,从而制得高浓度的糖类溶液,本发明还涉及一种氨基酸发酵方法,其中由此制备的糖类溶液作为氨基酸发酵的碳源。

Description

木薯的直接糖化和使用糖类溶液的氨基酸发酵

本发明涉及一种对木薯直接糖化的方法，由此可以制备出高浓度的糖类溶液，这种方法不需要对木薯淀粉进行分离和提纯，本发明还涉及一种氨基酸发酵方法，其中由此制备的糖类溶液被用作发酵的原料。

木薯淀粉是从木薯中制备的一种淀粉，且可以通过用淀粉酶处理将其转化成葡萄糖，葡萄糖用作各种发酵产物例如，氨基酸等的主要原料。

迄今为止，制备是这样实现的，通过将木薯磨碎，通过用水提取、筛网筛分或采用离心分离将蕴藏其间的细淀粉微粒与包括纤维物质的剩余物质分离，最后将分离的淀粉干燥。一般，木薯(生木薯)含约50％的水，而木薯淀粉基于与其产出同样量的剩余物质被排除的生木薯获得20-25％的产率。

而生木薯的分析结果显示出其含有40-45％的淀粉。且因此相当量的淀粉还遗留在被排除的包括纤维物质的剩余物质中，而没有被提取。

通常用研磨机，例如锉刀等对木薯进行研磨。但由于多少有些低的研磨效率和淀粉微粒不充分的分离，淀粉的产率还没有明显地提高。与马铃薯淀粉相比其细胞膜较厚，且其淀粉粒径小于马铃薯淀粉。事实上，在扫描电子显微镜(SEM)下，对剩余物质观察，显示出紧密地分布其中的，几乎均匀的和球形的淀粉颗粒，且大量的淀粉颗粒被膜状物质覆盖。

为了再现用锉刀研磨木薯的实验室类似条件，根据如图1所示的流程图进行淀粉生产的实验。其中用锉刀磨碎木薯，且最终获得的淀粉和剩余物质分别称量，以确定淀粉的产率。在同样的条件下，重复该实验三次(进行第1-3次)，且结果示于表1。表1(基于图1所示的流程图的淀粉生产的实验结果)

	淀粉的重量(g)	剩余物质的重量(g)	产率(％)
				进行第1次	2.75	2.78	49.8
进行第2次	2.15	2.11	50.5
				进行第3次	2.46	2.63	48.3

如表1所示，在每一次实验中获得的淀粉重量与剩余物质的重量几乎相同，因此这些结果很好地证明了实际的状况，这个状况就是与产生的最终产物木薯淀粉几乎同样量的剩余物质在木薯淀粉磨中被排除掉。

因此，考虑到大量的淀粉微粒均匀遗留在剩余物质中，且被膜状物质覆盖，由于淀粉的产出有很大的限制，因此难以通过用于分离淀粉的常规的研磨处理将存在于木薯中的淀粉充分地提取。这表明存在于木薯中的淀粉源还没有有效地利用，而且大量淀粉还被包含在从淀粉磨中排除的剩余物质中，这造成了环境污染的问题。

如果通过对木薯直接糖化，而且不需要对木薯淀粉的提取步骤，可以制备出可以用作发酵原料的高浓度的糖类水溶液是值得考虑的，则在淀粉生产期间作为副产品的剩余物质的量明显降低，且有关的环境污染问题也将被解决。本发明的实施就是基于这样的观念。

本发明的一个目的是提供一种对木薯的直接糖化方法，该方法不需要对木薯淀粉的分离和提纯，从而可以制备出高浓度的糖类水溶液。

本发明的另一个目的是提供一种氨基酸发酵方法，其中由此制备的糖类溶液用作氨基酸发酵的原料。

作为为实现上述目的的热心研究的结果，本发明的发明人已经发现当生木薯被去皮，且干燥至水分含量是16wt.％或更低时，得到的干燥物质易于磨碎，使覆盖淀粉微粒的膜破裂，从而使存在其间的淀粉用淀粉液化酶和糖化酶糖化。更具体地说，当生木薯被干燥至水分含量是16wt.％或更低时，且接着被粉碎至粒径为150μm或更低的细粉末，所得到的细粉末具有良好的水中可悬浮性，产生出35％高浓度的均匀悬浮液，且保持流畅的可流动性易于操作。且随后的酶液化和糖化可以顺利地进行，从而80％或更多的包含在粉末中的淀粉可以被糖化，以产生出40％或更高浓度的糖类溶液，它可以用作发酵的进料溶液。另外，在粉状的木薯悬浮于水中用于酶液化和糖化的情况下，在酶液化之前，用纤维素酶处理，从而使粉状的木薯可以高浓度(45-55g/dl)在水中悬浮。而且，在粉状的木薯被悬浮在水中用以酶液化和糖化的情况下，预先用淀粉液化酶处理，从而可以高浓度(45g/dl)在水中悬浮，且随后的酶液化和糖化可以顺利地进行。

在任一情况下，获得的糖类溶液适合于作为氨基酸发酵的碳源。通过发酵方式可以获得高产率的氨基酸和相应地极大地有效利用存在于木薯中的淀粉，且进一步明显降低源自木薯的包括纤维物质的剩余物质的量。本发明就是基于这些新发现。

也就是说，本发明在权利要求1中涉及一种木薯的直接糖化方法，其中包括将去皮的生木薯干燥至水分含量至16.wt％或更低，将得到的干燥的木薯粉碎，以提供平均粒径为150μm或更低的细粉末，向细粉末中添加水，加水量应能保证形成粗淀粉浆，而且淀粉含量是35.wt％或更多，之后用淀粉液化酶和糖化酶对所述的浆液进行酶液化和糖化，从而制得高浓度的糖类水溶液，本发明在权利要求2中涉及一种木薯的直接糖化方法，其中包括将去皮的生木薯干燥至水分含量至16.wt％或更低，将得到的干燥的木薯粉碎，以提供粒径为150μm或更低的细粉末，在含纤维素酶的水溶液中使所述细粉末悬浮，以制备出粗淀粉浆，其中淀粉含量是35.wt％或更多，与此同时所述的浆液经受纤维素酶处理，之后用淀粉液化酶和糖化酶对经过纤维素酶处理的浆液进行酶液化和糖化，从而制得高浓度的糖类水溶液，本发明在权利要求3中涉及一种木薯的直接糖化方法，其中包括将去皮的生木薯干燥至水分含量至16.wt％或更低，将得到的干燥的木薯粉碎，以提供粒径为150μm或更低的细粉末，在含淀粉液化酶的水溶液中使所述细粉末悬浮，以制备出粗淀粉浆，其中淀粉含量是35.wt％或更多，与此同时所述的浆液经受酶液化，之后将得到的液化溶液用糖淀粉酶进行酶糖化，从而制得高浓度的糖类水溶液，本发明在权利要求4中涉及如权利要求1至3的任一权利要求所述的方法，其中在所述干燥的木薯中的水含量是5-10.wt％，而本发明在权利要求5中涉及一种氨基酸发酵方法，其特征在于使用通过权利要求1至4任一权利要求所述的木薯直接糖化方法制备的高浓度糖类水溶液作为氨基酸发酵的原料。

下面对本发明进行具体的举例说明。

可以用作本发明原料的生木薯在收获之后易于腐败。针对其固有的属性，为了长期保藏，收获之后应立即去皮和干燥。另外，去皮的和干燥的木薯可以用研磨机细粉碎，如同木薯淀粉。在干粉中的淀粉含量是约90％，因此，干粉是主要含淀粉的粗淀粉粉末。

被干燥至水含量是16.wt％或更低的木薯，可以首先被粉碎成直径范围是1mm至10mm的颗粒，且接着根据常规方法用研磨机粉碎成粒径为150μm或更低的细粉末。

作为用于工业规模上的大量处理的机械研磨设备的例子，均质机和球磨机等可以被使用。

粉末中水分含量越小，就会有越多的颗粒，使得对于粉末的总重量粒径是150μm或更低，且更有利于酶液化和糖化的进行。由于这些原因，干粉含16.wt％或更低的水分，优选采用5-10wt.％的水分。

粉末粒径是150μm或更低时，其具有好的水中悬浮性，这样使得即使45％的浆液仍能保持良好的可流动性。且获得的糖类溶液具有的粘度低于500cp，使其易于处理。采用细粉碎粉末带来的好处是可以缩短酶液化时间和使得到的液体易于处理。

粉状的木薯可以用淀粉液化酶和淀粉酶直接酶液化和糖化，如同木薯淀粉一样。当干木薯被酶液化和糖化时，淀粉转化成水可溶葡萄糖，同时除淀粉之外的其它成分例如纤维物质保持为固体物质，因此酶糖化结束之后，它们可以通过例如离心分离和过滤之类的常规固液分离工艺被轻易地去除。

在干木薯粉悬浮于水中的情况下，值得推荐的是在酶液化之前，干木薯用纤维素酶处理。通过纤维素酶处理，粉末可以以高浓度轻易地在水中悬浮，随后酶液化和糖化促进糖化度的提高和相应地降低了剩余的固体物质的量，这就防止了当遗留有固体物质的糖类溶液用作发酵的碳源时，会遭遇这样的负面影响。

在这种情况下，值得推荐的是将所有量的要被液化的干木薯粉渐渐加入到含纤维素酶的水溶液中，而不是一下加入，从而可以以45-55g/dl的高浓度在水中悬浮，并相应地制备出40-45％高浓度的糖类溶液。

通过纤维素酶对木薯粉作用是值得考虑的，覆盖淀粉微粒的膜被酶分解，因此酶液化和淀粉糖化可以有效地进行。纤维素酶是市售得到的，例如可以使用“纤维素酶YC”(商品名，Kikkoman有限公司的产品)。优选使用通过属于木霉属的真菌生产的纤维素酶。当以滤纸分解活性(FPA)表述时，纤维素酶的使用量可以是约10单位或更多(参见酶使用手册，Chijin Shokan有限公司出版的297和298页内容)。可以是100单位或更多每克粉，优选300-1500单位每克粉。酶反应可以在40-50℃的温度范围进行，且pH是5-7。反应时间通常可以是约2-4小时。

如果已经进行了纤维素酶反应，接着淀粉液化酶，例如“T-5”(商品名，Daiwa化学工业有限公司的产品)以每克粉20单位量被加入进悬浮液中，且该混合物在85-95℃搅拌加热1小时。得到的液化液体被静置冷却至60℃，且pH用稀硫酸调节至4.2。接着糖化酶例如“NC-4.2”(商品名，Amano制药有限公司的产品)以原始采用的每克粉2-5单位的量被加入，且该混合物被加热至55-65℃，搅拌下，加热在该温度下持续40-48小时，以完成酶反应。

另外，在干木薯粉悬浮于水中的情况下，值得推荐的是预先以20单位每克粉的量向粉中添加淀粉液化酶，从而使酶液化进行得顺利。在这种情况下，在40-60℃的温度下，粉末可以缓慢地添加进含液化酶的水溶液中，而不需要将温度加热至使液化酶活性高的90℃，从而使高浓度(45-55g/dl)的浆液可以被糖化，以制备以葡萄糖浓度计40-45g/dl浓度的糖化溶液，这是由于提高了液化和糖化效率。

接下来，去皮的和干燥的木薯粉粒径和糖化度之间的关系，和糖化度和剩余率[剩余物质(包括遗留在糖化溶液中未糖化的固体物质)与使用的粉末的总量之间的比率]之间的关系通过实验实施例1说明。实验实施例1

在收获之后，马上将生木薯去皮，且在目光下晒干，直至重量降低至原来的2/3，且在减压条件下，进一步在40℃持续约40小时，直至识别不出存在重量上的变化。由此约10-20cm长度的干木薯被切成1cm2的大小，且接着用混合器“Osterrizer16-速”(SUN BEAM OSTER公司的产品)细粉碎。粉末的水分含量是约5％。另外，用酸将粉末分解(通过在加入6N盐酸的沸水中加热2小时)，作为根据HPLC方法分析的结果，以葡萄糖计的淀粉含量测定为89.4％。

通过9、16、40和100目筛，粉碎的木薯粉分成4种样品。5g的各样品在搅拌下，以5部分被添加进含液化酶“T-5”(Daiwa化学工业有限公司的产品)(20单位每克粉末)的水溶液中。在添加结束之后，在沸水中进行液化反应1小时，同时进行震动操作。该反应混合物被冷却至室温静置，并用稀硫酸调节至pH值为4.5。糖化酶“NC-4”以每克粉3单位的量添加其中，且该混合物被加热至60℃。在振动下，在该温度下该糖化反应进行48小时。在糖化反应完成之后，该反应混合物经过离心分离，并分析糖化溶液以估计糖化度和剩余率。

有关粒径、糖化度和剩余率之间关系的估计结果示于表2中。从表2所示的结果可以看出，越细的粒径就会使糖化进行得越顺利。通过将粉末研磨至粒径是150μm或更低，基于使用的粉末可以获得约82％的葡萄糖，且粉末中所含的94％的淀粉被糖化。表2

粒径(μm)	葡萄糖的产率(％)	剩余率(％)	糖化度(％)
				2000	65.97	21.08	75.54
1000	72.13	14.53	82.60
				350	73.47	8.81	89.86
150	81.71	4.61	93.57

去皮的和干燥的木薯中的水分含量与通过100目(=150μm)的粉末与用研磨机研磨的干木薯获得的粉末重量比率之间的关系通过实验实施例2说明，其中所述的干木薯在规定的时间内具有各种水分含量。实验实施例2

约3-5cm长的去皮的木薯置于恒湿器中，以便于将水分含量调节至8-22％，且45g的具有给定水分含量的各木薯用“Osterrzer16-速”混合器研磨4分钟。

各研磨的样品在105℃被干燥4小时，之后用100目筛筛分。计算已经通过100目筛的粉末的重量比。去皮的和干燥的木薯中水分含量(％)和通过100目筛粉末的重量比之间的关系示于图2中。从图2中可以看出，当样品木薯中的水分含量超过16％时，粉末粉碎至150μm或更低的目标粒径的比率极大的降低。当其超过17％时，没有达到目标粒径的的粉末比率提高10％或更多。因此，在调节水分含量至16％或更低之后，进行研磨工艺，从而使研磨至150μm或更低目标粒径的粉末比率可以达到78％(约35g每批)，因此研磨效率得到提高，具有高浓度的浆液可以被送入酶反应。

当干木薯粉悬浮于水中，在酶液化之前对其使用纤维素酶处理，在这种情况下的酶处理效果用实验实施例3说明。实验实施例3

用于实验实施例1的通过100目筛的5g的木薯粉(水分含量：约5％)渐渐地加入7.2ml水中含有0.3g“纤维素酶YC”的纤维素酶的溶液中，并同时进行搅拌操作。在添加所有量的粉末之后，在振动下，反应在50℃下进行2小时。在添加7ml水之后、将0.02ml的液化酶“T-5”以每克粉末20单位的量添加其中，在振动下，该混合物在95℃下，加热1小时。该反应混合物被冷却至室温静置，且pH值用稀硫酸被调节至4.2。将0.0004ml的糖化酶“NC-4.2”以每克原始使用的粉末3单位的量添加其中，且该混合物被加热至60℃，且在该温度下搅拌48小时。在糖化反应结束之后，获得的糖化溶液经过离心分离。对糖化溶液进行分析，以估计糖化度和剩余率。结果示于表3中。为了比较，除了没有使用纤维素酶以外，进行上述同样的工艺。结果也示于表3中。表3

纤维素酶处理	葡萄糖产率(％)	剩余率(％)	糖化度(％)
				采用	90.6	6.0	96.63
未采用	84.0	10.0	89.77

从表3所示的结果可以看出，在酶液化之前的纤维素酶处理，与没有采用纤维素酶处理的对照样品相比，导致较高的糖化度和很少的剩余率。因此，用纤维素酶对粉状的木薯处理可以说明显地改善了糖化效率和随后糖化中糖化溶液的品质。

另外，即使在纤维素酶浓度低至约10单位/ml的情况下，以FPA计，干木薯粉渐渐地加入，从而可以保持可流动性，直至得到的浆液浓度高达50g/dl。这样保持可流动性的浆液的液化和糖化进行顶利，用以提供高浓度的糖化溶液。

干木薯粉悬浮在水中，预先用液化酶处理情况下的液化酶效果通过实验实施例4说明。实验实施例4

通过向4ml水中添加预定量的液化酶“Y-5”制得的水溶液被保持在40℃，接着将6g通过100目筛的干木薯粉(水含量：约5％)缓慢地添加其中，制得10ml总体积的浆液。得到的浆液在实验实施例1类似的条件下，进行酶液化和糖化。添加的液化酶的量调整到每克粉100单位(这对于淀粉的量是标准的量)，其两倍的量和0(没有添加)，且将在液化处理之前，在所有的情况下，进一步添加液化酶以便于成为每克粉200单位。

虽然，在将粉末悬浮于水溶液期间，它们之间在可悬浮性方面没有明显的区别，在预先添加酶和未添加酶的情况下，当用以影响液化的温度上升时，它们之间看出有明显的区别。在这两种情况中，预先添加酶的，液化反应进行得迅速，使得浆液在30分钟的过程内就成为流畅的液体，所述的30分钟是常规液化反应时间的一半。在这个时间点，预先没有添加酶的对照样品没有完全液化。

剩余率、糖化度和添加的液化酶的量之间的关系示于表4中。表4

添加酶的量(单位/g粉末)	葡萄糖的产率(％)	剩余率(％)	糖化度(％)
				200	79.83	5.42	83.05
100	81.10	6.21	84.37
				0	61.21	23.38	63.68

从表4中所示的结果可以看出，预先添加液化酶的样品与预先没有添加液化酶的对照样品相比较，在剩余率和糖化度方面明显不同，由此表明通过预先用酶处理木薯粉可以使酶液化和糖化有效地进行。

另外，在上述方法中55g的干木薯粉被缓慢地添加进含液化酶的水溶液中，用以制备100ml的总体积的浆液，在将粉末悬浮于水溶液期间，液化之前温度调整到40℃，即将在胶凝作用之前，将温度调整至60℃，在液化酶高活性时温度调整至80℃。在如实验实施例1类似的条件下进行酶液化和糖化。结果示于表5中。表5

调整的温度(℃)	葡萄糖的产率(％)	剩余率(％)	糖化度(％)
				40	71.9	10.7	74.8
60	73.6	8.8	76.61
				80	63.1	10.9	65.61

在糖化溶液的浓度方面，看不出它们之间有很大的区别。在将粉末悬浮于含液化酶的水溶液期间比较所设定的温度，在60℃，在糖化度方面提供最好的结果，但40℃提供最出色的可悬浮性。在80℃的情况下，可以感觉到糖化溶液的粘度提高，大量溶液附着于反应容器的内壁。

本发明的另一个特点在于由干木薯获得的糖化溶液，用作氨基酸发酵的原料。

氨基酸发酵的种类没有特别的限制。氨基酸发酵的例子包括：产生氨基酸例如，谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苏氨酸、丝氨酸、脯氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、精氨酸、鸟氨酸、谷氨酸盐、天冬酰胺等的发酵。

用于这些发酵的微生物，可以使用各种氨基酸发酵中所公知的微生物。下面是举例说明：

-L-谷氨酸发酵：乳发酵短杆菌ATCC13869

-L-赖氨酸发酵：乳发酵短杆菌ATCC21800

-L-色氨酸发酵：大肠埃希氏杆菌AGX17(PGX44)(NRRLB-12263)

-L-苯丙氨酸发酵：乳发酵短杆菌AJ12637(FERMBP-4160)，参见法国专利申请公开：No.2686898。

-L-酪氨酸发酵：乳发酵短杆菌AJ12081(FERM P-7249)，参见日本专利特许公开：No.70093/1985。

-L-苏氨酸发酵：嗜乙酰乙酸棒状杆菌AJ12318(FERMBP-1172)，参见美国专利US5188945

-L-异亮氨酸发酵：黄色短杆菌AJ12149(FERMBP-759)，参见美国专利US4656135

除了本发明获得的糖化溶液用作碳源以外，用于发酵的培养基可以是公知的培养基。上述糖化溶液可以被作为全部或部分的碳源。在用作部分碳源的情况下，其余的碳源可以是迄今为止使用过的碳源。发酵方法也可以是常规的方法。当使用本发明的糖化溶液时，微生物的增殖率变得很大，使得发酵时间与使用葡萄糖作为发酵碳源的公知方法相比，可以被缩短约1-5小时。

基于通过发酵获得的各种氨基酸的糖类的浓度和产率接近等于公知方法获得的。

源自木薯的细固体物质混合进发酵液体培养基，该培养基使用了通过木薯直接糖化制备的糖化溶液。然而，它们对源自发酵液体培养基的所需氨基酸的分离和提纯几乎没有负面影响。当微生物用膜过滤时，根据发酵微生物的种类和采用的木薯研磨程度，在一些情况下，过滤速度降低。在这种情况下，例如离心分离的方式可以用来去除微生物。

氨基酸，例如赖氨酸的主要用途是直接用于饲料领域。因此，在赖氨酸打算用于饲料的情况下，发酵液体培养基可以直接浓缩和干燥，例如通过流化床干燥，从而可以获得颗粒饲料添加剂。

下列实施例更详细地说明了本发明，但本发明并不仅限于此。糖化溶液-制备实施例1

通过100目筛的450g木薯粉(水份含量：约5％)被悬浮于水中，经调节使总量变为1L。得到的浆液在搅拌下被加热至85℃，且向其中添加1.5ml的液化酶“T-5”。液化反应进行1小时，且之后反应混合物被冷却至60℃静置。在这个时间点，用稀硫酸调节pH值至4.5，并添加0.5ml的糖化酶“NC-4.2”。在振动下，糖化反应在60℃进行48小时。

在糖类溶液中的葡萄糖浓度是37.5g/dl(糖化度：90％)。糖化溶液-制备对比实施例

除了使用的干木薯粉含20％的水(粉末通过100目筛的比率：52％)以外，重复如糖化溶液-制备实施例1的类似的工艺，进行酶液化和糖化。结果，糖类溶液中的葡萄糖浓度是34.6g/dl(糖化度：83％)。糖化溶液-制备实施例2

通过将40g的纤维素酶“CELLULASEYC”在搅拌下，溶于10L水中所制备的水溶液被加热至40℃。在搅拌下，通过100目筛的10kg木薯粉(淀粉含量：89％)在1小时的时间渐渐被加入其中。在添加所有的木薯粉之后，在搅拌下，50℃下，进行2小时酶反应。

将3.3ml的液化酶“T-5”添加其中。在搅拌下，在90℃进行液化反应1小时，之后反应混合物被冷却至60℃静置。在这个时间点，用稀硫酸调节pH值至4.2，并添加11.3ml的糖化酶“NC-4.2”。得到的混合物被加热至60℃，并在此温度下搅拌48小时。反应溶液被冷却至室温以获得18.5L的糖类溶液。

在糖类溶液中的葡萄糖浓度是44g/dl(糖化度：87％)。糖化溶液-制备实施例3

将133ml的液化酶“T-5”，在搅拌下，溶于20L的水中而制备的水溶液被加热至40℃。在搅拌下，通过100目筛的17kg木薯粉(淀粉含量：74％)在1小时的时间渐渐被加入其中。搅拌操作在90℃进行1小时。反应混合物被冷却至60℃静置。在这个时间点，用稀硫酸调节pH值至4.2，并添加20ml的糖化酶“NC-4.2”。得到的混合物被加热至60℃，并在此温度下搅拌48小时。反应溶液被冷却至室温以获得37.5L的糖类溶液。

在糖类溶液中的葡萄糖浓度是35g/dl(糖化度：97％)。发酵实施例1

作为培养基，270ml的含60g/L市售葡萄糖、1g/L的MgSO₄、lg/L的KH₂PO₄、15ml/L的大豆酸水解产物和300μg/L的生物素的底物溶液在120℃下加热15分钟灭菌，并置于S型罐中。

30ml的产生L-谷氨酸的微生物乳发酵短杆菌(ATCC13869)预培养的接种培养基被置于其中，使其具有300ml的总量，并开始发酵。在搅拌旋转速度为1-1.2krpm和通风率为1/lvvm的条件下进行发酵。在整个发酵期间，用氨水溶液使pH值保持在7.5。发酵温度保持在30℃。在开始发酵5小时之后，聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯以培养基中其浓度是2000mg/L的浓度被添加。

制备两种糖化(糖类)溶液。向糖化溶液-制备实施例1(下文称作“木薯糖化溶液1”)中获得的糖类溶液中添加少量的市售葡萄糖以制备具有葡萄糖浓度为40g/dl的糖类溶液。另一种葡萄糖浓度是40g/dl的糖类溶液(下文称作“葡萄糖溶液”)，其制备只使用市售葡萄糖。各糖类溶液在120℃下加热15分钟进行灭菌，以供使用。

作为糖化溶液，使用木薯糖化溶液1、葡萄糖溶液和木薯糖化溶液1和葡萄糖溶液以1∶1混合的溶液。向这三种糖化溶液中添加聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯，以在糖化溶液中的浓度是2000mg/L的浓度被添加，由此制备的各底物溶液连续送入S-型罐中，以便于使发酵液体培养基中的葡萄糖浓度保持在1-2g/dl。

各发酵结果显示当葡萄糖底物溶液被连续送入时，获得产率为56％的L-谷氨酸，而50％和100％木薯底物溶液的情况下，获得的L-谷氨酸分别是56％和57％的产率。当50％和100％木薯底物溶液被连续送入，培养时间相对于葡萄糖底物溶液的情况下，分别被缩短3.7小时和4.2小时。

上述获得的各发酵液体培养基用市售中空纱束型膜组件进行膜分离处理。结果在膜传递系数方面，它们之间看不出有明显的区别。另外，通过该膜的溶液通过添加盐酸将pH调节为3.2，因此L-谷氨酸结晶出来，并毫不困难地通过过滤分离出来。发酵实施例2

使用糖化溶液-制备实施例2中获得的糖化溶液，在50L罐中进行L-谷氨酸发酵。除了接种培养基的液体量是2.8L、发酵开始时的液体量是20L、搅拌旋转速度是250rpm，目糖化的葡萄糖浓度是44d/dl以外，发酵是在如发酵实施例1同样的条件下进行的。

作为各发酵的结果，当木薯底物溶液送入培养基时，获得的L-谷氨酸的产率同葡萄糖底物溶液情况下获得的产率一样是50％。与送入葡萄糖底物溶液相比，送入木薯底物溶液提供的发酵溶液被缩短约1小时。发酵实施例3

20ml的含30g/L市售葡萄糖、10g/L的氯化铵、3g/L的尿素、1g/L的KH₂PO₄、100mg/L的MgSO₄·7H₂O、10mg/L的FeSO₄·7H₂O、8mg/L的MnSO₄·4H₂O、1g/L的大豆酸水解产物(作为氮源)、0.1mg/L的盐酸硫胺和0.3mg/L的生物素，且具有7.0pH值的培养基分别注入三个500ml的振荡瓶。在115℃加热10分钟灭菌之后，用一铂环的在液体培养基斜面上生长48小时的乳发酵短杆菌(ATCC21800)接种培养基，在31.5℃下振摇24小时进行接种培养。

300ml的含80g/L的废糖蜜、50g/L的硫酸铵、1g/L的KH₂PO₄、1g/L的MgSO₄·7H₂O、100mg/L的大豆酸水解产物(作为氮源)、0.1mg/L的盐酸硫胺和0.3mg/L的生物素，且具有7.0pH值的培养基分别注入三个1L的小尺寸玻璃发酵容器中，且在120℃加热15分钟灭菌。在冷却至31.5℃之后，在上述瓶中培养的15ml培养基分别添加到三个发酵容器中，并在31.5℃，以搅拌旋转速度为700rpm和通风率为1/2vvm的条件下进行培养。当在培养基中糖类的浓度变得小于5g/L，表明原料培养基开始供应。

制备有2种补料培养基，含有下述成分：由市售的葡萄糖制备的40g/dl葡萄糖浓度的溶液作为糖化溶液，或将少量的市售葡萄糖添加进由糖化溶液-制备实施例3获得的糖化溶液中使其以葡萄糖浓度计为40g/dl的浓度，由此制备的溶液作为糖化溶液、大豆酸水解产物(如氮100mg/L)、0.1mg/L的盐酸硫胺和0.3mg/L的生物素。调节补料培养基的补加速率进行连续培养，使得培养基中的糖类浓度小于5g/L。

在分别供应了100ml补料培养基之后，连续进行培养直至培养基中的糖类被消耗尽。测量培养基中L-赖氨酸积聚的浓度。

在两种容器中发酵的结果，在补加葡萄糖的情况下，L-赖氨酸的产率是35％，而在补加木薯的情况下，L-赖氨酸的产率是38％。发酵实施例4

使用在糖化溶液-制备实施例3中获得的糖化溶液在50L罐中进行L-赖氨酸发酵。除了接种培养基的液体量是2.75L、发酵开始时的液体量是18L、搅拌旋转速度是250rpm和通风率为1/2vvm以外，如发酵实施例3同样的条件进行发酵。

结果，在补加葡萄糖的情况下，L-赖氨酸的产率是34％，而在补加木薯的情况下，L-赖氨酸的产率是37％。

如上所述，本发明提供一种木薯的直接糖化方法，这种方法不需要对由此得到的淀粉进行分离步骤，其中去皮和干燥的木薯被粉碎，且接着进行酶化和糖化，从而使含在粉状木薯中的80％或更多的淀粉被糖化，以制备出具有40％或更高浓度的糖类溶液，该溶液可以用作氨基酸发酵的原料液体。而当所述的糖类溶液用作氨基酸发酵的碳源时，可以在短时间内以高产率获得氨基酸。另外，通过本发明，木薯中几乎所有的淀粉可以被糖化，且进一步用作氨基酸发酵的碳源，并降低了源自木薯的不受欢迎的剩余物质的量。

图1显示的是源自木薯的淀粉和剩余物质的制备实施例的流程图。

图2显示的是去皮的和干燥的木薯中水分含量(％)和粒径为150μm或更小的粉末重量比(％)之间的关系图。

Claims (5)

1．一种木薯的直接糖化方法，其中包括将去皮的生木薯干燥至水分含量至16.wt％或更低，将得到的干燥的木薯粉碎，以提供平均粒径为150μm或更低的细粉末，向细粉末中添加水，加水量应能保证形成粗淀粉浆，而且淀粉含量是35.wt％或更多，之后用淀粉液化酶和糖化酶对所述的浆液进行酶液化和糖化，从而制得高浓度的糖类水溶液。

2．一种木薯的直接糖化方法，其中包括将去皮的生木薯干燥至水分含量至16.wt％或更低，将得到的干燥的木薯粉碎，以提供粒径为150μm或更低的细粉末，在含纤维素酶的水溶液中使所述细粉末悬浮，以制备出粗淀粉浆，其中淀粉含量是35.wt％或更多，与此同时所述的浆液经受纤维素酶处理，之后用淀粉液化酶和糖化酶对经过纤维素酶处理的浆液进行酶液化和糖化，从而制得高浓度的糖类水溶液。

3．一种木薯的直接糖化方法，其中包括将去皮的生木薯干燥至水分含量至16.wt％或更低，将得到的干燥的木薯粉碎，以提供粒径为150μm或更低的细粉末，在含淀粉液化酶的水溶液中使所述细粉末悬浮，以制备出粗淀粉浆，其中淀粉含量是35.wt％或更多，与此同时所述的浆液经受酶液化，之后将得到的液化溶液用糖化酶进行酶糖化，从而制得高浓度的糖类水溶液。

4．根据权利要求1至3的任一权利要求所述的方法，其中在所述干燥的木薯中的水含量是5-10.wt％。

5．一种氨基酸发酵方法，其特征在于使用通过权利要求1至4任一权利要求所述的方法制备的高浓度糖类水溶液作为氨基酸发酵的原料。

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