專利名稱：氨基酸發酵液用改良玉米漿的制備方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氨基酸發酵液用改良玉米漿的制備方法及其應用。
背景技術：
玉米漿是淀粉生產的副產物，由玉米浸漬水制得，簡稱CSL。在浸漬玉米的過程中， 由于使用了一定量、一定濃度的亞硫酸，而使玉米種皮成為半透性膜，一些可溶性蛋白質、 無機鹽和糖可以透過半透膜種皮進入到浸漬水中，因此，玉米漿含有豐富的營養物質。在浸漬玉米的過程中，由于乳酸菌的作用而產生乳酸使浸漬液的酸度增加，玉米粒中的部分可溶性蛋白質會轉化為氨基酸溶于浸漬液中。在氨基酸發酵生產中，通常向發酵液中添加一部分有機氮作為速效氮源并利用其中的微量生長因子。現有技術一般采用酸水解的方法將豆粕水解成豆粕水解液作為有機氮源。但是，由于豆粕的價格較高，并且需要用酸水解，因此生產成本高、設備投資大、工藝復雜，且水解所用的酸對設備腐蝕大、生產環境條件惡劣。因此，為了降低成本，一般將豆粕水解液搭配少量玉米漿水解液(將玉米漿中的蛋白質水解為氨基酸)一起使用。但是，在氨基酸的連續發酵過程中，通常需要根據菌體的生長情況調整氮源的用量，而每批次的豆粕水解液與玉米漿水解液的質量都不盡相同，因此，豆粕水解液和玉米漿水解液中所含的氨基酸的種類和含量也有所區別，這就需要根據實際需要的有機氮(有機氮包括α-氨態氮、 多肽和蛋白質)的含量來調整豆粕水解液和玉米漿水解液的用量配比，以實時滿足發酵的需要。因此，在采用豆粕水解液和玉米漿水解液混合物作為氨基酸發酵液用氮源的發酵工藝操作復雜，而且不利于保證發酵水平的穩定性，而影響了發酵效率。發明目的本發明的目的在于克服現有的采用豆粕水解液和玉米漿水解液的混合物作為氨基酸發酵液用氮源的發酵工藝操作復雜，而且不利于保證發酵水平的穩定性，而降低了發酵效率的缺點，提供一種使發酵工藝操作簡單、能夠穩定發酵水平、提高發酵效率的氨基酸發酵液用改良玉米漿的制備方法。本發明的發明人發現，如果將玉米漿中的蛋白質水解為氨基酸后(玉米漿水解液)單獨用于發酵生產中時，由于水解后的蛋白水解液中含有的氨基酸的種類繁多而復雜、過于豐富，除了發酵所需氨基酸外還含有一些對發酵生產不利的氨基酸，例如，在賴氨酸生產工藝中，蛋白水解液中所含的纈氨酸、異亮氨酸等就是對發酵不利的氨基酸，而現有工藝又很難將玉米漿水解液中的對發酵生產不利的氨基酸除去，因此，仍然無法將該玉米漿的蛋白水解液作為氨基酸發酵液用氮源單獨使用。雖然，可能人們普遍認為只有將玉米漿中所含的相對含量較高的蛋白質水解成氨基酸后，才有可能充分滿足氨基酸發酵液對氮源的量的需要，但是，本發明的發明人意外地發現，一方面，采用本發明的方法得到的除去了蛋白質的改良玉米漿中的游離氨基酸的含量其實已經基本滿足氨基酸發酵液對氮源量的需要，另一方面，本發明的除去了蛋白質的改良的玉米漿排除了不利于發酵生產的氨基酸的干擾。因此，本發明所述的改良后的玉米
3漿完全可以作為氨基酸發酵所需的有機氮源單獨使用，或者根據待發酵氨基酸的種類簡單配合一些所需的其它補充氮源一起使用。本發明提供了一種氨基酸發酵液用改良玉米漿的制備方法，其中，該方法包括下述步驟1)將玉米漿與鹽溶液混合，使玉米漿中的蛋白質沉淀析出，并使沉淀析出的蛋白質變性；2)分離變性的蛋白質。本發明還提供了采用本發明所述的方法制備得到的改良的玉米漿在培養發酵賴氨酸用菌種中的應用。本發明還提供了采用本發明所述的方法制備得到的改良的玉米漿在發酵賴氨酸中的應用。本發明的方法是利用蛋白質鹽析的原理，通過先將玉米漿與鹽溶液混合使玉米漿中的蛋白質沉淀析出，由于蛋白質的鹽析作用是可逆過程，為了防止可逆過程的發生，保證鹽析的效果，利用加熱方法使蛋白質變性并將變性的蛋白質進行分離，得到改良的玉米漿。 經過改良的玉米漿能夠除去原液(每升)中30重量％以上的蛋白質。將本發明的改良的玉米漿用于后續的發酵工藝的發酵液中時，避免了因玉米漿中蛋白質含量過高而引起的對微生物發酵生產造成的不良影響。與現有技術相比，本發明的方法具有下述優點1)克服了采用豆粕水解液和玉米漿的混合物作為氨基酸發酵液用氮源不利于保證發酵水平的穩定性，而影響了發酵效率的問題，本發明的方法能夠保證發酵生產水平穩定，并有效提高發酵效率。2)工藝操作簡單，避免了在豆粕水解工藝中由于鹽酸的使用量大，對生產設備的腐蝕性大、勞動風險性大的缺陷。3)按照本發明的方法得到的改良的玉米漿營養豐富，氨基酸組分適宜，可以直接作為氨基酸發酵生產的有機氮源使用而無需另外搭配其它蛋白水解液使用。4)原料成本、水、電、蒸汽消耗明顯降低，自動化程度提高。
具體實施例方式按照本發明，所述氨基酸發酵液用改良玉米漿的制備方法包括下述步驟1)將玉米漿與鹽溶液混合，使玉米漿中的蛋白質沉淀析出，并使沉淀析出的蛋白質變性；2)分離變性的蛋白質。按照本發明，所述玉米漿指濕磨法生產玉米淀粉糖過程中的副產品(由玉米浸漬水濃縮得到)，外觀為黃色或褐色液體，所述玉米漿含有蛋白質、氨基酸、植酸、脂多糖和微量元素等成分。玉米漿中包括各種形態的無機氮和有機氮，包括如NH4+等無機氮和蛋白質、多肽、 游離氨基酸等中含有的有機氮，總氮表示無機氮和有機氮的總量。可以按照GB/T609-2006 的方法測定玉米漿中總氮的含量，按照GB3595-83的方法測定玉米漿中氨基氮的含量(代表無機氮的含量)，兩個含量相減即得到玉米漿中有機氮的含量。有機氮包括α-氨態氮 (游離氨基酸主要以α-氨態氮形式存在)、多肽和蛋白質，并可以根據GB/T 12143.2-1989法測定α-氨態氮和氨基氮的總量，再減去按照GB3595-83的方法測定玉米漿中氨基氮的含量即α-氨態氮的含量。蛋白質與多肽中的氮含量可以通過將有機氮與α-氨態氮兩個含量相減得到，由于多肽含量極少，因此，近似地認為有機氮與α -氨態氮兩個值相減得到的即為蛋白質中的氮含量，用該蛋白質中的氮的含量X系數6. 25即得到蛋白質的含量，上述測定方法均為本領域技術人員所公知。按照本發明，以1升玉米漿的體積為基準，所述玉米漿中的干物含量一般大于300 克，優選為350-500克，總氮含量一般為20-45克，氨基氮含量一般為3_18克，α -氨態氮的含量一般為3-7克，蛋白質含量一般為60-150克。所述干物含量指固體物質的含量，主要成分是蛋白質、氨基酸、植酸、脂多糖和微量元素等。所述干物含量的測定方法為本領域技術人員所公知，例如，重量法(恒溫干燥法)例如，在105°C下烘干至恒重的玉米漿的干基重量。按照本發明，所述玉米漿與鹽溶液的用量比例的可調節范圍較寬，只要能夠保證使玉米漿中的蛋白質沉淀析出即可；所述鹽溶液的濃度的可選擇范圍較寬，例如，可以為 25重量％至鹽的飽和濃度；而鹽溶液的濃度越高越利于蛋白質的完全、快速析出，優選情況下，所述鹽溶液的濃度為鹽的飽和濃度。此外，可以根據玉米漿中蛋白質的量的多少來調節用于沉淀玉米漿中蛋白質的鹽溶液的用量，優選情況下，所述鹽溶液與玉米漿的體積比可以為0. 5-1. 5，更優選為0. 5-1。所述鹽溶液可以是各種能夠與蛋白質發生鹽析作用的無機鹽的水溶液，并且，其中的無機離子對微生物的發酵無不良影響，例如，所述無機鹽可以選自硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉和硫酸鎂中的一種或多種；優選情況下，所述無機鹽為硫酸銨。由于硫酸銨的溫度系數小而溶解度大，在硫酸銨的溶解度范圍內，許多蛋白質和酶都可以被鹽析出來；另外，硫酸銨分段鹽析效果也比其它鹽好，不易引起蛋白質變性。除了鹽析的作用，硫酸銨還可以作為發酵生產的無機氮源，無須另外除去。因此，所述無機鹽優選為硫酸銨。由于硫酸銨與水可以互溶，因此，所述硫酸銨溶液中硫酸銨的濃度的可調節范圍較寬，出于溶解度和鹽析效果的考慮，所述硫酸銨溶液中硫酸銨的濃度優選為40-50 重量％。但硫酸銨的溶解度受溫度影響顯著，因此，所述用于溶解硫酸銨的水溫度要求足以全部溶解相應質量的硫酸銨，例如，硫酸銨的溶解度在40-50重量％，則該溫度范圍為 40-100 "C。按照本發明，為了進一步保證蛋白質的充分析出，優選情況下，所述玉米漿與鹽溶液的混合在攪拌下進行，所述混合的時間一般可以為10-50分鐘，更優選為15-30分鐘。按照本發明，在步驟(1)中，使蛋白質變性的方法可以為各種本領域常規的方法， 例如，加熱變性的方法，將含有蛋白質沉淀的玉米漿在60-110°C，優選在90-105°C下放置 30-60分鐘，優選為30-40分鐘。按照本發明，在步驟(2)中，將變性的蛋白質進行分離的方法可以采用本領域的各種常規的分離方法，例如，可以采用過濾的方法，一般可以采用板框壓濾機進行過濾。過濾的方法和條件只要能夠將變性的蛋白質分離即可，通常情況下，所述板框壓濾機的過濾面積可以為20-40平方米，板框工作壓力可以為0. 2-0. 5MPa。按照本發明，優選情況下，為了進一步降低某些物質的溶解度以到達析出固形物的目的，以及利于后續過濾除去玉米漿中的沉淀物質，所述過濾在60-80°C下進行。
按照本發明，將變性的蛋白質進行分離后得到的液相即為改良后的玉米漿溶液。 可以采用常規的檢測方法在常規的檢測條件下對改良的玉米漿中總氮、氨基氮的含量進行檢測。檢測方法可以為本文前述的本領域技術人員所公知的國家標準檢測方法。按照本發明的方法得到的改良后的玉米漿中的蛋白質的去除率能夠達到30重量％ (每升改良后的玉米漿)以上，可直接用于氨基酸發酵生產中。本發明的方法可以適用于各種氨基酸發酵液用玉米漿的改良，特別適用于賴氨酸發酵液用玉米漿的改良。按照本發明，一方面，將采用本發明提供的方法制備得到的改良的玉米漿應用于培養發酵賴氨酸用菌種的種子培養液中，即將改良的玉米漿作為氮源提供給發酵賴氨酸用的菌種，排除了對菌種的不利影響而能夠更有利于菌種的生長。另一方面，將采用本發明提供的方法制備得到的改良的玉米漿應用于發酵賴氨酸的發酵液中，避免了因玉米漿中蛋白質含量過高而引起的對微生物發酵生產造成的不良影響，從而顯著提高了賴氨酸的產率。下面將通過具體實施方式
對本發明進行進一步的詳細描述。下述實施例中檢測玉米漿中總氮、氨基氮、α -氨態氮的含量方法為本領域技術人員所公知的國家標準。(按照GB/T609-2006測定總氮含量，按照GB 3595-83測定氨基氮含量，按照GB/T 12143. 2-1989的甲醛法測定出α -氨態氮和氨基氮的總含量，再減去按照 GB3595-83的方法測定的氨基氮的含量即α _氨態氮的含量)對比例1中的豆粕水解液和玉米漿水解液購自中糧生化公主嶺有限公司。實施例1本實施例用于說明本發明提供的氨基酸發酵液用改良的玉米漿的制備方法。(1)在60°C下，將硫酸銨與水在反應釜中混合、攪拌30分鐘，得到質量百分比濃度為40重量％的硫酸銨水溶液6. 2m3 ；(2)將6. 6m3玉米漿(每升玉米漿中干物含量為350克，總氮含量為28. 5克，氨基氮含量為3. 3克，α-氨態氮含量為5. 4克，蛋白質含量為123. 75克)泵入反應釜中，攪拌 30分鐘，使玉米漿與硫酸銨水溶液充分反應； (3)加水定容至13. 2m3，攪拌混合30分鐘；(4)升高溫度至105°C后保溫40分鐘；(5)降溫至 70°C ；(6)將上述溶液通過板框過濾機進行過濾，過濾時過濾面積為40平方米，過濾壓力 0. 4MPa ；(7)過濾后得到的液相進入改良玉米漿(每升玉米漿中干物含量為280克，總氮含量為42. 4克，氨基氮含量為28克，α -氨態氮含量為5. 4克，蛋白質含量為56. 25克)儲罐，儲存備用。實施例2本實施例用于說明本發明提供的氨基酸發酵液用改良的玉米漿的制備方法。(1)在70°C下，將硫酸鈉與水在反應釜中混合、攪拌30分鐘，得到質量百分比濃度為25重量％的硫酸鈉水溶液9. 75m3 ；(2)將13m3玉米漿(每升玉米漿中干物含量為400克，總氮含量為32. 3質量體積比％，氨基氮含量為3. 5克，α -氨態氮含量為5. 9克，蛋白質含量為143. 13克)泵入反應釜中，攪拌30分鐘，使玉米漿與硫酸鈉水溶液充分反應；(3)加水定容至26. 5m3，攪拌混合30分鐘；(4)升高溫度至100°C后保溫30分鐘；(5)降溫至 80°C ；(6)將上述溶液通過板框過濾機進行過濾，過濾時過濾面積為40平方米，進料壓力 0. 4MPa ；(7)過濾后得到的液相進入改良玉米漿(每升玉米漿中干物含量為320克，總氮含量為20. 6克，氨基氮含量為3克，α -氨態氮含量為5. 9克，蛋白質含量為73. 13克)儲罐，儲存備用。實施例3本實施例用于說明本發明提供的氨基酸發酵液用改良的玉米漿的制備方法。(1)在30°C下，將氯化鈉與水在反應釜中混合、攪拌20分鐘，得到質量百分比濃度為26. 5重量％的氯化鈉水溶液5m3 ；(2)將IOm3玉米漿(每升玉米漿中干物含量為450克，總氮含量為34. 7克，氨基氮含量為4.5克，α-氨態氮含量為6. 2克，蛋白質含量為150克)泵入反應釜中，攪拌45 分鐘，使玉米漿與氯化鈉水溶液充分反應；(3)加水定容至20m3，攪拌混合15分鐘；(4)升高溫度至95°C后保溫60分鐘；⑶降溫至75°C;(6)將上述溶液通過板框過濾機進行過濾，過濾時過濾面積為40平方米，進料壓力 0. 2MPa ；(7)過濾后得到的液相進入改良玉米漿(每升玉米漿中干物含量為370克，總氮含量為24. 6克，氨基氮含量為4克，α -氨態氮含量為6. 2克，蛋白質含量為90克)儲罐，儲存備用。實施例4本實施例用于說明本發明提供的氨基酸發酵液用改良的玉米漿的制備方法。(1)在60°C下，將硫酸鎂與水在反應釜中混合、攪拌30分鐘，得到質量百分比濃度為40重量％的硫酸鎂水溶液9m3 ；(2)將15m3玉米漿(每升玉米漿中干物含量為380克，總氮含量為30. 7克，氨基氮含量為4.2克，α-氨態氮含量為5.5克，蛋白質含量為131. 25克)泵入反應釜中，攪拌 30分鐘，使玉米漿與硫酸鎂水溶液充分反應；(3)加水定容至30m3，攪拌混合40分鐘；(4)升高溫度至110°C后保溫30分鐘；(5)降溫至 60°C ；(6)將上述溶液通過板框過濾機進行過濾，過濾時過濾面積為40平方米，進料壓力 0. 2MPa ；(7)過濾后得到的液相進入改良玉米漿(每升玉米漿中干物含量為300克，總氮含量為23. 8克，氨基氮含量為3. 6克，α -氨態氮含量為5. 5克，蛋白質含量為91. 9克)儲罐，儲存備用。
實驗實施例1-4本實驗實施例用于說明賴氨酸的制備。(1)玉米原料的浸泡將100重量份玉米用300重量份水進行浸泡，并通入SO2使得浸漬溶液中含有0. 15 重量％的亞硫酸。浸泡溫度控制在50°C，浸泡時間50小時。浸泡后的玉米含水在46重量％。(2)破碎將步驟(1)得到的玉米脫去胚芽、種皮，然后將玉米進一步粉碎、濃縮制成淀粉乳。(3)酶解液化將步驟(2)得到的淀粉乳調濃度至16° Β 波美度(波美度是表示溶液濃度的一種方法。由波美比重計測得)用碳酸鈣調節PH至6，以每克粉碎產物的干重計，加入40酶活力單位的α -淀粉酶(諾維信公司購得)，并在90°C下保溫酶解120分鐘后得到酶解液化產物。(4)酶解糖化將步驟(3)得到的酶解液化產物降溫至60°C左右，加硫酸調整PH至4，以每克干物的干重計，加入90酶活力單位的糖化酶(諾維信公司購得)，并在60°C下保溫糖化24小時，使DE值彡98%。通過用液壓式板框壓濾機進行壓濾，分離出酶解清液(糖液)。(5)將步驟(4)得到的酶解糖化產物用旋轉蒸發器進行真空濃縮至總糖的60重量％，得到濃縮糖液待用。(6)分別將實施例1-4得到0. 8重量份的改良玉米漿與40重量份的酶解糖液物質以及1. 5重量份的磷酸二氫鉀、1. 0重量份的硫酸鎂、0. 2重量份的蘇氨酸混合制備得到發酵底物。加熱到121°C消毒，維持20分鐘后快速降溫至37°C，接入黃色短桿菌菌種(菌株原種FB42購自江南大學)，在37°C、攪拌轉速900轉/分鐘、0. 5體積體積/分鐘的通氣條件下進行菌種培養，當菌液稀釋25倍后用可見光分光光度計在波長為562納米下測定吸光值達到0. 09 (吸光值即表示了菌液中菌體的數量)，停止培養。將上述培養的黃色短桿菌菌液加入到含有0. 4重量份的改良玉米漿與20重量份的酶解糖液物質以及1. 5重量份的磷酸二氫鉀、1. 0重量份的硫酸鎂、2. 0重量份的甜菜堿混合制備得到發酵底物已消毒發酵液的發酵罐中，接種量為發酵罐定容體積的10%。在 37°C、攪拌轉速900轉/分鐘、1體積體積/分鐘的通氣條件下進行發酵。發酵過程中流加步驟(5)得到的濃縮糖液，使發酵液中還原糖維持在10克/升左右，另外為了補充氮源還需流加硫酸銨溶液(濃度40重量％ )，使發酵液中氨基氮含量維持在1克/升左右進行發酵培養48小時。根據GB 3595-83標準檢測發酵過程中的氨基氮含量，根據GB 10794-89標準檢測發酵過程中的賴氨酸含量(以賴氨酸鹽酸鹽計)，并計算賴氨酸發酵轉化率。轉化率=發酵液的賴氨酸含量X發酵液的體積/(種子罐用糖質量+發酵罐用糖質量)，其中賴氨酸含量為質量體積比。結果如表1所示。表 權利要求
1.一種氨基酸發酵液用改良玉米漿的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟1)將玉米漿與鹽溶液混合，使玉米漿中的蛋白質沉淀析出，并使沉淀析出的蛋白質變性；2)分離變性的蛋白質。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述鹽溶液與玉米漿的體積比為0.5-1. 5 ；所述鹽溶液的濃度為25重量％至鹽的飽和濃度。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述鹽溶液與玉米漿的體積比為0.5-1。
4.根據權利要求1-3中任意一項所述的方法，其中，所述鹽溶液為無機鹽的水溶液，所述無機鹽選自硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉和硫酸鎂中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，在步驟(1)中，所述玉米漿與鹽溶液的混合在攪拌下進行，所述混合的時間為10-50分鐘。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，在步驟(1)中，使沉淀析出的蛋白質變性的方法包括將含有蛋白質沉淀的玉米漿在60-110°C下保溫30-60分鐘。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，在步驟(2)中，分離變性的蛋白質的方法包括在 60-80°C下，采用板框壓濾機對含有變性的蛋白質的玉米漿進行過濾。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，以1升玉米漿的體積為基準，所述玉米漿中的干物含量為300-500克，總氮的含量為20-45克，氨基氮的含量為3_18克，α -氨態氮的含量為3-7克，蛋白質的含量為60-150克。
9.由權利要求1-8中任意一項所述的方法制備得到的改良的玉米漿在培養發酵賴氨酸用菌種中的應用。
10.由權利要求1-8中任意一項所述的方法制備得到的改良的玉米漿在發酵賴氨酸中的應用。
全文摘要
氨基酸發酵液用改良玉米漿的制備方法，其中，該方法包括下述步驟1)將玉米漿與鹽溶液混合，使玉米漿中的蛋白質沉淀析出，并使沉淀析出的蛋白質變性；2)分離變性的蛋白質。本發明還提供了改良的玉米漿在培養發酵賴氨酸用菌種中的應用以及在發酵賴氨酸中的應用。本發明所述的改良后的玉米漿完全可以作為氨基酸發酵所需的有機氮源單獨使用，或者根據待發酵氨基酸種類簡單配合一些所需的其它補充氮源一起使用。將本發明的改良的玉米漿用于后續的發酵工藝的發酵液中時，避免了因玉米漿中蛋白質含量過高而引起的對微生物發酵生產造成的不良影響。
文檔編號C12R1/13GK102373247SQ201010263390
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月25日 優先權日2010年8月25日
發明者盧宗梅, 周勇, 安全, 鐘華 申請人:中糧生物化學(安徽)股份有限公司