專利名稱：：一種玉米淀粉生產(chǎn)總?cè)軇┑姆椒?br>技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種玉米淀粉生產(chǎn)總?cè)軇┑姆椒ā?br>背景技術(shù)：
：總?cè)軇┦侵腹I(yè)生產(chǎn)中用微生物發(fā)酵的方法獲得丁醇、丙酮、乙醇三組分混合液的統(tǒng)稱。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法是以玉米為原料，經(jīng)過粉碎、配醪、蒸煮、滅菌后熟、冷卻等工序，接入專門的菌種——丙酮、丁醇梭狀芽孢桿菌，在厭氧、溫度3840。C條件下，經(jīng)過菌種的擴大培養(yǎng)、活化，發(fā)酵2024h，發(fā)酵醪中積累丁醇、丙酮、丁醇三種物質(zhì)，經(jīng)蒸餾分離提純，得到丁醇、丙酮、乙醇三種產(chǎn)品。發(fā)酵法生產(chǎn)總?cè)軇鞘澜缟献钤缪芯康睦梦⑸锇l(fā)酵獲取的產(chǎn)品之一。1914年英國用改良的魏茨曼(weizmann)法進行生產(chǎn)，采用玉米作原料，一直沿用至今。1935年，前蘇聯(lián)開發(fā)出連續(xù)發(fā)酵新工藝，1936年美國利用廢糖密生產(chǎn)溶劑獲得成功，開創(chuàng)了"不完善"的原料生產(chǎn)總?cè)軇┭芯康南群?。國?nèi)發(fā)酵生產(chǎn)總?cè)軇┦加?954年(上海溶劑廠)用玉米，山芋干為原料進行生產(chǎn)，少數(shù)工廠曾用過糖密生產(chǎn)，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)都采用連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)工藝，二十世紀八十年代達到高潮，發(fā)酵法生產(chǎn)總?cè)軇┑膹S家多達70余家。但大都規(guī)模小，裝備差，技術(shù)不完善，產(chǎn)率低，染菌率高，成本高。至九十年代中期，由于國內(nèi)石油企業(yè)的崛起，價格低廉的以石油為原料的化學(xué)合成法產(chǎn)品逐步取代以糧食為原料的發(fā)酵法生產(chǎn)的產(chǎn)品，發(fā)酵生產(chǎn)企業(yè)紛紛關(guān)閉，其產(chǎn)品完全退出市場。進入二十一世紀后，世界各國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，對石油的需求迅速擴大和石油資源的日益枯竭，用可再生生物資源替代不可再生的石油資源，用生物技術(shù)取代化學(xué)合成技術(shù)進行總?cè)軇┥a(chǎn)，其天然、綠色的概念，循環(huán)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵，顯著的環(huán)境效益和長遠的戰(zhàn)略意義，以及生物發(fā)酵技術(shù)的進步大大降低了生產(chǎn)成本，使發(fā)酵法生產(chǎn)總?cè)軇┲匦戮邆涫袌龈偁幠芰Γ⒊蔀樾袠I(yè)發(fā)展趨勢。3總?cè)軇V泛用于醫(yī)藥、油漆、塑料、國防及輕化工等行業(yè)。正丁醇是一種重要的有機化工原料，用途非常廣泛，可用于各種塑料和橡膠制品的生產(chǎn)，還可以生產(chǎn)醋酸丁酯、丙烯酸丁酯、丁醛、丁酸、丁胺和乳酸丁酯等化工產(chǎn)品。丁醇也是樹脂、油漆、膠粘劑的溶劑及選礦用消泡劑，還是油脂、藥物和香料的萃取劑。丁醇作為一種新生物質(zhì)燃料，.與源自石油煉制的運輸燃料相比具有顯著的環(huán)境效益。丁醇與現(xiàn)有生物燃料(燃料乙醇)相比，丁醇與汽油的混合比更高，并且性質(zhì)與汽油更相似，無需對車輛進行改造，而且混合燃料的經(jīng)濟性更高，同時，能降低溫室氣體的排放。丙酮在工業(yè)上主要作為溶劑，用于炸藥，塑料、橡膠、纖維、制革、噴漆、油脂等行業(yè)，也是合成烯酮、醋酐、碘仿、聚異戊、烯橡膠、貝基丙烯酸、甲酯、氯仿、環(huán)氧樹脂等物質(zhì)的重要原料，乙醇可作為生物燃料(乙醇汽油)，可制造香精。也是一種重要的有機化工原料，可制造乙酸，乙醚等，還可作為溶劑和防腐劑用于化妝品生產(chǎn)。2006年，我國丁醇產(chǎn)量40.47萬噸(化學(xué)合成法)進口量23.58萬噸，表觀消費量達到63.56萬噸。2007年為67萬噸，2008年預(yù)計為70萬噸，產(chǎn)品自給率約為60%。預(yù)計到2011年，丁醇需求量將達到8590萬噸，而化學(xué)合成法產(chǎn)品產(chǎn)能不會增加。二十世紀九十年代，對發(fā)酵法生產(chǎn)總?cè)軇┑难芯枯^多。如陳軍等高丁醇比丙酮丁醇梭菌的選育，(1996年)，馬光庭等糖密發(fā)酵生產(chǎn)丙酮、丁醇菌種篩選及發(fā)酵條件的選擇(1999年)胡中華等丙丁菌發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮丁醇的研究，陳守文等稻草酶法水解液的丙酮丁醇發(fā)酵(1998年)，采用的原料為玉米、糖密、纖維素。用玉米為原料生產(chǎn)總?cè)軇?，玉米中含?022%的玉米胚芽、玉米蛋白質(zhì)和玉米皮等，將作為"廢物"存在于發(fā)酵培養(yǎng)基中，是一種巨大的浪費。以年產(chǎn)一萬噸總?cè)軇槔?，消耗玉?.2萬噸，就有2520噸玉米胚芽，2100噸玉米蛋白，5040噸玉米纖維白白浪費，還增加了廢液中SS含量。本發(fā)明可以使以上資源得到充分利用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種利用已提取玉米胚芽、玉米蛋白質(zhì)和主糴皮后的玉米淀粉為原料，通過添加磷、鉀、氮和菌體生長代謝不能缺少的生長素VH，人工合成發(fā)酵培養(yǎng)基，實現(xiàn)總?cè)軇┥a(chǎn)。本發(fā)明需解決的技術(shù)問題是:.菌種環(huán)節(jié)對菌種熱處理時間的優(yōu)化；紫外線小劑量誘變刺激；6L種子培養(yǎng)添加淀粉作定向訓(xùn)養(yǎng)；發(fā)酵培養(yǎng)基配方的選擇優(yōu)化和進行發(fā)酵等技術(shù)方案，具體方法如下1.菌種熱處理時間的優(yōu)化。.用于發(fā)酵法生產(chǎn)總?cè)軇┑谋欢〈季?，屬于特有的稱為梭狀醋酪酸芽孢桿菌(Clostridiumacetobutylicum)的一種，屬于生成孢子的菌類。生成孢子時，大部份的原生質(zhì)聚集和收縮在細胞中心，原生質(zhì)收縮后，分離出特有的雙層殼膜，外腠為各種樹脂和脂肪物，對外界的作用很穩(wěn)定，內(nèi)膜薄而有彈性，常成為由孢子生成的新生細胞的外膜。薄膜的不透水性及原生質(zhì)的凝縮性，使孢子對抵抗高溫的危害具有較強的穩(wěn)定性。丙酮丁醇菌的孢子能在65'C下保溫40天而不死亡，熱至8(TC,能維持1030分鐘，在IOO'C加熱4分鐘就死亡，丙酮、丁醇菌的復(fù)壯，就是根據(jù)這一特性來淘汰衰弱細胞，常規(guī)熱處理規(guī)定用IO(TC沸水，原始孢液(試管)水浴60120s。我們對此條件進行了優(yōu)化，分別取lml原始孢液，用滅菌后的生理鹽水在無菌試管內(nèi)稀釋至10—6，分別在水浴鍋中進行了60s，90s,120s，150s，180s，210s熱處理后，傾lml入平皿38±1'C培養(yǎng)48h，選菌落數(shù)少于100個，且生長良好的菌落即水浴120s180s處理后的菌孢，經(jīng)紫外光源照射后，接入試管(容積30ml裝有15ml培養(yǎng)基)。平皿培養(yǎng)基配方蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化鈉10g，葡萄糖5g，瓊酯20g，蒸餾水1000ml，用Na0H調(diào)PH7.0±0.1。做生產(chǎn)菌種。熱處理致死率達到9095%，而原來熱處理致死率為5060%。2.紫外線小劑量刺激。將水浴120s180s熱處理后，接入平皿培養(yǎng)基能生長的菌孢，挑選形狀較5規(guī)則，表面隆起膨潤的菌落，在接入30ml試管之前，取菌種一環(huán)，移接到已滅菌的盛有生理鹽水40ml的三角瓶中，人工振蕩30分鐘，取lml菌懸液倒入已滅菌的直徑9cm培養(yǎng)皿中，至紫外光源(紫外燈20w)2030cm照射2030s，重復(fù)2次，照射后用無菌操作方法，將菌懸液分別接入若干支30ml裝有培養(yǎng)基(玉米醪6%)的試管中，38土rC培養(yǎng)2024h，擇生長好的試管作生產(chǎn)用菌種進行擴大培養(yǎng)。3.菌種訓(xùn)養(yǎng)。將生產(chǎn)用丙酮丁醇梭菌種(15ffll)接入10L培養(yǎng)瓶中進行擴大培養(yǎng)，10L種子瓶裝容量6L,種子培養(yǎng)基濃度為6%，其中玉米粉6070%，玉米淀粉3040%，調(diào)PH5.5，125。C，滅菌2535分鐘，38土1。C，培養(yǎng)1824h后，觀察生長良好菌種作發(fā)酵用菌。4.發(fā)酵發(fā)酵培養(yǎng)基組成:玉米淀粉(或淀粉乳)67%，1012040.10.3%，玉米漿1.52.5%(或玉米浸泡水5.08.4%)，NaOH調(diào)PH5.56.5，蒸汽125°C，滅菌2535分鐘，無菌操作接入6L種子液(接種比1:83)374CTC，厭氧培養(yǎng)6072h，至殘淀〈0.45%結(jié)束發(fā)酵，測總?cè)軇┘叭M份比例。本發(fā)明所得溶劑含量平均為19.3g/L，100%淀粉到溶劑轉(zhuǎn)化率36.87%。采用上述方法生產(chǎn)總?cè)軇?，將原來用玉米生產(chǎn)總?cè)軇└臑橛糜衩椎矸?或淀粉乳)生產(chǎn)總?cè)軇?。通過加入KH2P04補充磷、鉀元素，通過加入玉米漿1.52.5%(或玉米浸泡水8.4%)補充氮元素和生物素VH來實現(xiàn)總?cè)軇┑纳a(chǎn)。本發(fā)明將總?cè)軇┥a(chǎn)納入玉米深加工產(chǎn)品鏈，可降低生產(chǎn)成本；可減少廢醪懸浮固形物(SS)的含量；可回收玉米胚芽，玉米蛋白、玉米皮，將發(fā)酵中"無用"的物質(zhì)資源化利用；實現(xiàn)了總?cè)軇┥a(chǎn)的"精料發(fā)酵"。實施實例1、IOL罐的總?cè)軇┌l(fā)酵取1支丙酮丁醇梭菌(ClostridiumacetobutylicumMcCoyetal)的安瓿管，加無菌蒸餾水溶化后，取lml移接到已滅菌的盛有生理鹽水40ml的三角瓶中，人工振蕩2030分鐘，用無菌試管稀釋至10"，搖勻后IO(TC沸水熱處理3分鐘，熱處理后，取lml菌懸液倒入已滅菌的9cm培養(yǎng)皿中，至紫外光源(紫外燈20w)2030cm照射2030s,重復(fù)2次后，取菌種一環(huán)，接種于裝有15ml培養(yǎng)基(蛋白棟10g，酵母粉5g，氯化鈉10g，PH自然)的試管，38土rc恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2024h，得到生產(chǎn)用菌種。將15ml生產(chǎn)用菌種接入10L發(fā)酵罐中發(fā)酵培養(yǎng)。培養(yǎng)基組成淀粉(或淀粉乳)67%，磷酸二氫鉀(KH2P04)0.l0.3%，玉米漿1.52.5%，用NaOH調(diào)PH值5.56.5。培養(yǎng)基按15U/g淀粉加入a—耐高溫淀粉酶對淀'粉作常規(guī)的液化處理，不控制淀粉DE值。用蒸汽升溫IO(TC，保溫熟化30分鐘，降溫分別裝入6L/10L種子瓶，高壓滅菌鍋125。C滅菌2535分鐘，降溫至3『C接入菌種，厭氧發(fā)酵，溫度保持在38士rC，發(fā)酵66h72h結(jié)束發(fā)酵，得到總?cè)軇┖?7.0419.66g/L，淀粉到溶劑的轉(zhuǎn)化率34.2239.48%,重復(fù)以后過程5批，結(jié)果見下表5批10L罐發(fā)酵結(jié)果單位g/L批號丙酮丁醇'乙醇總?cè)軇┺D(zhuǎn)化率三組份比例14.7812.302.5819.6639.4862.6:24.3:13.124.2910.352.4017.0434.2260.7:25,2:14.134.3110.972.2617.5435.1262.5:24.6:12.944.7011.122.3518.1236.3961.4:25.9:13.054.1810,762.3917.3334.862.8:24.1:13.8平均4,4511.102.4017.9436.061.8:24.8:13.4從5批平行試驗結(jié)果可見，在10L發(fā)酵罐以淀粉乳為發(fā)酵原料，適當添加磷(P)、鉀(K)元素、有機氮和生物素(玉米漿或玉米浸泡水)發(fā)酵完全能正常進行，其淀粉到溶劑的轉(zhuǎn)化率，丙酮(A):T醇(B):乙醇(E)比例和用玉米作原料差別不大或優(yōu)于用玉米作原料，(用玉米作原料，玉米對總?cè)軇┑霓D(zhuǎn)化率為2425%，A:B:E=30.9:57.9:11.2)2、IOOOL發(fā)酵罐的總?cè)軇┌l(fā)酵按照實施實例1所述的種子培養(yǎng)方法，得到的6L生產(chǎn)用菌種，接入1000L7發(fā)酵罐(接種比l:83)，發(fā)酵培養(yǎng)基組成玉米淀粉(或淀粉乳)67%，磷酸二氫鉀(KH2P04)0.10.3%,玉米漿1.52.5%，用NaOH調(diào)PH值5.56.5，畫L發(fā)酵罐定容600L，在培養(yǎng)基中按15U/g淀粉加入a—耐高溫淀粉酶對淀粉作常規(guī)的液化處理，不控制淀粉DE值。培弇基用蒸汽升溫125'C，保溫熟化2530分鐘，降溫至4(TC，接入6L種子液厭氧發(fā)酵，溫度保持在39土rC，發(fā)酵6672h至殘淀〈0.45%,結(jié)束發(fā)酵，發(fā)酵醪總?cè)軇┖?820g/L，100%淀粉到溶劑的轉(zhuǎn)化率為3538%。重復(fù)以上過程5批，結(jié)果見下表，5批1000L發(fā)酵罐發(fā)酵結(jié)果單位g/L<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從1000L發(fā)酵罐5批平行試驗結(jié)果看，以玉米淀粉(乳)為原料，通過添加適當添加磷(P)、鉀(K)元素、有機氮和生物素(玉米槳或玉米浸泡水)發(fā)酵完全能正常進行，其100%淀粉到總?cè)軇┑霓D(zhuǎn)化率可達到3538%，A:B:E比例可達到26.9:64.1:9.0，優(yōu)于用玉米作原料時的生產(chǎn)水平(A:B:E=30.9:57.9:11.2)，本發(fā)明的方法能適于工業(yè)化大生產(chǎn)的應(yīng)用。綜上所述，本發(fā)明通過對丙酮丁醇梭菌(ClostridiumacetobutylicumMcCoyetal)熱激活化淘弱時間的優(yōu)化；紫外線小劑量誘變刺激，6L種子液的定向訓(xùn)養(yǎng)，在淀粉(或淀粉乳)作碳源的"不完善"的培養(yǎng)基中添加磷、鉀元素，有機氮和生物素(玉米漿或玉米浸泡'水)，配制成"完善"的人工合成培養(yǎng)基，在不改變現(xiàn)有發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備的條件下，實現(xiàn)總?cè)軇┑纳a(chǎn)，發(fā)酵轉(zhuǎn)化率在3538%，A:B:E=26.9:64.1:9.0。將原來用玉米生產(chǎn)總?cè)軇└臑橛糜衩椎矸?或淀粉乳)生產(chǎn)總?cè)軇?，?7%濃度的玉米淀粉(或淀粉乳)替代7.58.0%濃度的玉米粉，可以降低生產(chǎn)成本，可以使發(fā)酵廢醪中SS減少2028X(用玉米生產(chǎn)，發(fā)酵廢醪中SS為1.321.54%，用玉米淀粉生產(chǎn)，發(fā)酵廢醪中SS為0.90.94%)，使占玉米總重量約2022%的玉米胚芽，玉米蛋白、玉米皮得到利用，使總?cè)軇┥a(chǎn)工藝由"粗料發(fā)酵"進入"精料發(fā)酵"階段，為糧食的資源化利用開辟了一條新路，在發(fā)酵法生產(chǎn)總?cè)軇┕S推行清潔生產(chǎn)有重要意義。9權(quán)利要求1.一種玉米淀粉生產(chǎn)總?cè)軇┑姆椒?，其特征在于以提取玉米胚芽、玉米蛋白質(zhì)和玉米皮后的玉米淀粉為原料，通過以下方法制成總?cè)軇?，取丙酮丁醇梭菌原始孢液，用滅菌后的生理鹽水在無菌試管中稀釋至10-6，搖勻后在100℃沸水熱處理120s～180s，傾入平皿38±1℃培養(yǎng)48h后，經(jīng)過紫外光源照射20～30s，重復(fù)2次，接種于裝有培養(yǎng)基的試管中，38±1℃培養(yǎng)20～24h，得到生產(chǎn)用菌種；將生產(chǎn)用菌液接入發(fā)酵罐中發(fā)酵培養(yǎng)，溫度在37～40℃，60h～72h結(jié)束發(fā)酵，得到總?cè)軇?.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種玉米淀粉生產(chǎn)總?cè)軇┑姆椒?，其特征在于所述平皿中培養(yǎng)基配方蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化鈉10g，葡萄糖5g，瓊酯20g，蒸餾水1000ml，用NaOH調(diào)pH7.0±0.1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種玉米淀粉生產(chǎn)總?cè)軇┑姆椒?，其特征在于所述發(fā)酵罐中培養(yǎng)基組成玉米淀粉或乳67%，磷酸二氫鉀KH2P040.10.3%，玉米漿1.52.5%或玉米浸泡水5.08.4%，用NaOH調(diào)pH值5.56.5，125。C高壓滅菌2535分鐘，降溫至38。C接入菌種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種玉米淀粉生產(chǎn)總?cè)軇┑姆椒?，其特征在于紫外照射后得到的生產(chǎn)用菌種還進行了馴化、擴大培養(yǎng)，將生產(chǎn)用菌種接入培養(yǎng)瓶中進行擴大培養(yǎng)，培養(yǎng)基濃度為6%，其中玉米粉6070%，玉米淀粉3040%,調(diào)pH5.5，125。C滅菌2535分鐘，將菌種在38士rC，培養(yǎng)1824h后，觀察生長良好菌液作發(fā)酵用菌。全文摘要本發(fā)明公開了一種直接利用玉米淀粉生產(chǎn)總?cè)軇┑姆椒?。采用提取玉米胚芽、玉米蛋白質(zhì)和玉米皮后的玉米淀粉為原料，通過添加磷(P)、鉀(K)、氮(N)和菌體生長代謝不能缺少的生長素(VH)，人工合成“完善的”發(fā)酵培養(yǎng)基，實現(xiàn)總?cè)軇┥a(chǎn)。其特點是一、對菌種熱處理時間進行了優(yōu)化和紫外線小劑量誘變刺激。二、6L種子培養(yǎng)基玉米醪濃度為6％，其中添加30％～40％的淀粉替代玉米，對菌種作定向訓(xùn)養(yǎng)。三、對發(fā)酵培養(yǎng)基選用磷酸二氫鉀、玉米漿(或玉米浸泡水)組合配方，形成了工業(yè)化生產(chǎn)工藝。本發(fā)明降低生產(chǎn)成本，所得總?cè)軇┖科骄鶠?9.3g/L，100％淀粉對總?cè)軇┑霓D(zhuǎn)化率達到36.87％。文檔編號C12P7/16GK101463368SQ200910071290公開日2009年6月24日申請日期2009年1月14日優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日發(fā)明者華延峰,熊萬剛,王術(shù)貴,王清艷申請人:黑龍江龍鳳玉米開發(fā)有限公司