一種蒸汽爆破處理農(nóng)業(yè)原料制備工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的方法
【專利摘要】針對農(nóng)業(yè)原料用于工業(yè)用發(fā)酵培養(yǎng)基時，原料利用率低，粉碎能耗高，水解酸堿用量大等問題，本發(fā)明公布了一種利用蒸汽爆破技術加工農(nóng)業(yè)原料，生產(chǎn)工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的方法。本發(fā)明利用蒸汽爆破技術，使農(nóng)業(yè)原料中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂類、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素以及其它組分發(fā)生降解或改性，大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)，同時生成發(fā)酵促進物質(zhì)。該發(fā)明降低了農(nóng)業(yè)原料進一步加工的能耗，改善了農(nóng)業(yè)原料作為工業(yè)用發(fā)酵培養(yǎng)基的產(chǎn)品性能，提高了發(fā)酵過程中的原料利用率，蒸汽爆破處理過程中產(chǎn)生的發(fā)酵促進劑促進了微生物的生長代謝及發(fā)酵產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率。蒸汽爆破處理后的農(nóng)業(yè)原料既可以作為固態(tài)發(fā)酵用培養(yǎng)基，也可用于液態(tài)發(fā)酵用培養(yǎng)基。
【專利說明】一種蒸汽爆破處理農(nóng)業(yè)原料制備工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的生產(chǎn)加工領域，特別涉及一種農(nóng)業(yè)原料有效制備工業(yè)用發(fā)酵培養(yǎng)基的方法。
【背景技術】
[0002]發(fā)酵工業(yè)在我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中具有重要地位，其發(fā)酵培養(yǎng)基用原料主要為農(nóng)業(yè)原料。農(nóng)業(yè)原料包括農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物，農(nóng)業(yè)剩余物等，其中農(nóng)產(chǎn)品主要包括玉米、小麥、稻谷、雜糧、大豆等；農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物主要包括豆柏、花生柏、麩皮等；農(nóng)業(yè)剩余物主要包括農(nóng)作物秸桿等。其中非糧原料所占比重在10%左右，以玉米為例，我國每年用于發(fā)酵行業(yè)的玉米占到玉米總產(chǎn)量的26%。
[0003]傳統(tǒng)發(fā)酵培養(yǎng)基碳源氮源的制備是將農(nóng)產(chǎn)品進行簡單的粉碎，然后再利用酸、堿或者酶對物料進行水解處理。傳統(tǒng)發(fā)酵培養(yǎng)基的制備中存在以下問題:①農(nóng)業(yè)原料均含有一定的纖維素、半纖維素、果膠等難降解多糖類物質(zhì)，在傳統(tǒng)的培養(yǎng)基加工過程中很難被降解利用，浪費資源；②農(nóng)業(yè)原料中的細胞壁物質(zhì)如纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等包裹淀粉、蛋白等組分，阻礙了它們的完全降解；③農(nóng)業(yè)原料結構致密，用于固體發(fā)酵時，那一被微生物充分利用；④發(fā)酵工業(yè)常用的碳源玉米、氮源大豆外表均含有堅韌的外殼所以在粉碎過程中要消耗大量的能耗農(nóng)業(yè)原料用于液體發(fā)酵時，需要水解成可發(fā)酵物質(zhì)，傳統(tǒng)水解化學試劑用量大，水解時間長，營養(yǎng)物質(zhì)損失嚴重，如利用酸水解方式會破壞物料中的色氨酸、絲氨酸、蘇氨酸降低了物料營養(yǎng)成分的含量及質(zhì)量，并且還要在一定溫度和壓力下進行以及后續(xù)余酸的處理也要耗費大量的化學試劑，增大了額外的成本。利用堿水解方式氨基酸則會產(chǎn)生消旋作用以及部分氨基酸脫氨基作用，也要在水解過程中提供一定的溫度和壓力，這種方法同樣存在物料營養(yǎng)物質(zhì)破壞問題以及需要后續(xù)處理水解液的問題。酶水解的方法比較溫和還能避免酸堿水解中存在的相關問題，但目前酶的價格比較高處理時間比較長還不適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0004]目前我國農(nóng)產(chǎn)品資源匱乏，而工業(yè)發(fā)酵行業(yè)對農(nóng)產(chǎn)品的需求又不斷增加，因此充分利用現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)原料顯得十分重要。資源能源消耗高，努力提高非糧原料比重，減少玉米等糧食原料的消耗量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對目前我國農(nóng)業(yè)原料作為發(fā)酵用培養(yǎng)基存在的原料利用率低，化學試劑消耗量大，營養(yǎng)物質(zhì)損失嚴重，細胞壁物質(zhì)得不到有效利，資源能源消耗高等問題，提出了一種有效提高原料利用率，同時改善產(chǎn)品品質(zhì)的發(fā)酵工業(yè)用培養(yǎng)基的制備方法。這種方法采用低壓無污染蒸汽爆破方式，破壞了農(nóng)業(yè)原料的細胞壁結構，使細胞內(nèi)的淀粉、蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)充分暴露；淀粉、蛋白等高分子物質(zhì)發(fā)生降解，淀粉由原來的淀粉粒降解為糊精，蛋白降解為多肽等小分子；同時產(chǎn)生寡糖、可溶性小分子酚類物質(zhì)等發(fā)酵促進劑，提高了原料利用率，賦予發(fā)酵培養(yǎng)基新的品質(zhì)。[0006]為達到本發(fā)明的上述目的，采取的技術方案為:
(1)根據(jù)農(nóng)業(yè)原料種類和特性，將原料進行清洗除雜、粉碎或切斷(粒徑0.5mm-5 cm)；
(2)原料復水，調(diào)整原料含水率；
(3)將原料置于蒸汽爆破設備中進行汽爆處理；
(4)將蒸汽爆破處理后的物料進行干燥，粉碎，包裝。
[0007]所述的農(nóng)業(yè)原料包括包括農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物，農(nóng)業(yè)剩余物等,其中農(nóng)產(chǎn)品主要包括玉米、小麥、稻谷、雜糧、大豆等；農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物主要包括豆柏、花生柏、麩皮等；農(nóng)業(yè)剩余物主要包括農(nóng)作物秸桿等；
所述的原料含水量為通過復水，原料均勻含水量為20-80% ；
所述的蒸汽爆破處理為蒸汽壓力0.4-2.0 MPa的條件下處理2_10 min。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
1.蒸汽爆破處理，破壞了農(nóng)業(yè)原料的細胞壁結構，將細胞內(nèi)淀粉、蛋白等物質(zhì)充分暴露，有利于后續(xù)加工利用；
2.蒸汽爆破處理，高溫高壓環(huán)境下農(nóng)業(yè)原料中淀粉、蛋白質(zhì)、脂類、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等大分子物質(zhì)發(fā)生降解或改性，大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)，增加了可溶性；
3.蒸汽爆破過程中產(chǎn)生小分子可溶性物質(zhì)，如寡糖、酚類物質(zhì)等，為天然發(fā)酵促進
劑；
4.蒸汽爆破處理，破壞了農(nóng)業(yè)原料的致密結構，物料疏松，提高了物料的多孔性；
5.高溫高壓環(huán)境下，農(nóng)業(yè)原料中的有毒物質(zhì)如黃曲霉毒素等發(fā)生降解，起到解毒的作
用；
6.本發(fā)明降低了農(nóng)業(yè)原料加工培養(yǎng)基過程中的能耗和化學試劑的消耗；提高了原料利用率；賦予了廣品新的品質(zhì)。
[0009]通過蒸汽爆破技術處理的農(nóng)業(yè)原料即可用于固態(tài)發(fā)酵又可用于液態(tài)發(fā)酵。
【具體實施方式】
[0010]下面結合具體實施例來詳細說明本發(fā)明所提供的利用蒸汽爆破技術來處理發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基原材料的工藝。所述的實施例是為了更好的解釋本發(fā)明，而不是對發(fā)明權利要求保護范圍的限制，所有基于本發(fā)明基本思想的修改和變動，都屬于本發(fā)明請求保護的范圍。
[0011]實施例1
取65 g豆柏和110 g麩皮，粉碎至10目，調(diào)整含水量至30%，置于4 L蒸汽爆破設備中，通入飽和水蒸汽，0.7 MPa下維持5 min，突然泄壓，收集蒸汽爆破后的物料，補加2 g葡萄糖，6 g乳清蛋白，3 g碳酸鈣，0.2 g硫酸銨，0.1 g硫酸鎂，加入適量蒸餾水至含水量43%，將攪拌均勻的培養(yǎng)基放入不銹鋼鐵盆中，進行蒸汽滅菌，滅菌后接入4X IO6 cfu/gLactobacillus casei,置于恒溫培養(yǎng)箱中，同時以傳統(tǒng)培養(yǎng)基制作方式做對照,培養(yǎng)培養(yǎng)60 h，通過蒸汽爆破處理的培養(yǎng)基，發(fā)酵結束后發(fā)酵物中菌數(shù)為3.57X 10101° cfu/g，與傳統(tǒng)培養(yǎng)基制作方式發(fā)酵物中活菌數(shù)1.62X 101° cfu/g相比，提高了 2.2倍。
[0012]實施例2
取105 g玉米秸桿粉和85 g麩皮，粉碎至40目，調(diào)整含水量至30%，置于4 L蒸汽爆破設備中，通入飽和水蒸汽，1.2 MPa下維持5 min，突然泄壓，收集蒸汽爆破后的物料，補加IOg硫酸二氫鉀，20g硫酸銨，2g氯化鈣，15g七水硫酸鎂，0.02g七水硫酸亞鐵，0.032g硫酸錳，0.034g氯化鋅，0.04g氯化鈷，加入適量蒸餾水至含水量43%，將攪拌均勻的培養(yǎng)基放入不銹鋼鐵盆中，進行蒸汽滅菌，滅菌后接入4X IO6 cfu/g Trichoderm a n'riofe,置于恒溫培養(yǎng)箱中，同時以傳統(tǒng)培養(yǎng)基制作方式做對照，培養(yǎng)培養(yǎng)120 h,發(fā)酵結束后,通過蒸汽爆破處理的培養(yǎng)基，CMC酶活達到1100 IU/g，F(xiàn)PA酶活達到54 IU/g，比傳統(tǒng)培養(yǎng)基制備方式CMC酶活和FPA酶活分別提高了 2.2倍和1.8倍。
[0013] 實施例3
取500 g玉米碴，調(diào)整含水量至50%，置于4 L蒸汽爆破設備中，通入飽和水蒸汽，0.5MPa下維持10 min，突然泄壓，收集蒸汽爆破后的物料，干燥后粉碎至100目，配置6%的玉米醪培養(yǎng)基，同時以未蒸汽爆破玉米碴粉碎后的玉米為原料配置培養(yǎng)基，作為對照。玉米醪培養(yǎng)基滅菌后，接種acetobutylicum ATCC 824,接種量為10%(體積比),厭氧培養(yǎng)72 h后測定發(fā)酵培養(yǎng)基中的溶劑含量。未處理玉米醪培養(yǎng)基溶劑產(chǎn)量為2.285%，其中丁醇10.69 8/1，丙酮2.48 g/Ι，乙醇0.54 g/Ι。汽爆后的玉米醪培養(yǎng)基溶劑產(chǎn)量2.56%，其中丁醇12.288 g/Ι，丙酮2.304 g/Ι，乙醇0.768 g/Ι。溶劑總產(chǎn)量提高1.12倍，溶劑中丁醇比例由TL 97%，提高到80%。
【權利要求】
1.一種蒸汽爆破處理農(nóng)業(yè)原料制備工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的方法，其特征在于包含以下步驟: (1)根據(jù)農(nóng)業(yè)原料的種類和特性，將原料進行清洗除雜、粉碎或切斷； (2)原料復水，調(diào)整原料含水量； (3)將原料置于蒸汽爆破設備中進行蒸汽爆破處理； (4)將蒸汽爆破處理后的物料進行干燥，粉碎，包裝。
2.如權利要求1所述的一種蒸汽爆破處理農(nóng)業(yè)原料制備工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的方法，其步驟(1)所述的農(nóng)業(yè)原料包括包括農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物，農(nóng)業(yè)剩余物，其中農(nóng)產(chǎn)品主要包括玉米、小麥、稻谷、雜糧、大豆；農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物主要包括豆柏、花生柏、麩皮；農(nóng)業(yè)剩余物主要包括農(nóng)作物秸桿。
3.如權利要求1所述的一種蒸汽爆破處理農(nóng)業(yè)原料制備工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的方法，其中步驟(1)所述的粉碎或切斷，粉碎或切斷后農(nóng)業(yè)原料粒徑為0.5 mm-5 cm。
4.如權利要求1所述的一種蒸汽爆破處理農(nóng)業(yè)原料制備工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的方法，其步驟(2)所述的原料含水量為20-80%。
5.如權利要求1所述的一種蒸汽爆破處理農(nóng)業(yè)原料制備工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的方法，其步驟3)所述的蒸汽爆破 處理為蒸汽壓力0.4-2.0 MPa的條件下處理2_10 min。
【文檔編號】C12R1/885GK103881945SQ201410006658
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權日:2014年1月8日
【發(fā)明者】魏遠 申請人:北京中科百瑞能工程技術有限責任公司