專利名稱：：生產(chǎn)甜菜渣單細(xì)胞蛋白的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明提供了一項(xiàng)將蛋白質(zhì)含量極低(2%以下)的甜菜渣利用本發(fā)明構(gòu)建的微生物混合培養(yǎng)物轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)豐富、各種氨基酸齊全、含量均衡的單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)方法。目前世界人口，特別是第三世界國家的人口的急劇增加使人類食品，特別是蛋白質(zhì)類食品的供應(yīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的危機(jī)。要解決這一問題首先必須解決發(fā)展畜牧養(yǎng)殖業(yè)所需的蛋白質(zhì)類飼料的短缺問題。發(fā)展單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)是解決目前蛋白質(zhì)類飼料短缺的最好途徑。生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白需要廉價(jià)的原料和低成本的生產(chǎn)方法，而且生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)超過或與傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)類飼料的質(zhì)量相當(dāng)。本發(fā)明提供的生產(chǎn)方法正好解決了上述問題。甜菜渣是甜菜糖廠的廢渣。其主要成分是果膠質(zhì)、纖維素和半纖維素。因?yàn)槠涞鞍踪|(zhì)含量極低(不大于2%)所以只能作為反芻動(dòng)物的低營養(yǎng)價(jià)值的纖維素質(zhì)粗飼料。甜菜制糖工業(yè)生產(chǎn)具有季節(jié)性，在榨季所排出的甜菜渣含水量大(約95%)不易貯藏。除采用加熱烘干擠壓的方法將小部分濕甜菜渣制成顆粒粕外，大部分只好作為廢物排放掉。這不僅浪費(fèi)了自然資源，也污染了環(huán)境。本發(fā)明提供的技術(shù)可以把甜菜渣中的果膠質(zhì)、纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)含量豐富的單細(xì)胞蛋白，大大地提高了甜菜渣的營養(yǎng)價(jià)值，也解決了它對(duì)環(huán)境的污染。一九八六年，臺(tái)灣學(xué)者楊盛行等人曾在臺(tái)灣出版發(fā)行的“中華微生物學(xué)和免疫學(xué)雜志”第十九卷11-22面報(bào)導(dǎo)，他們將白色木霉(Trichodermaalbum)接種在以甜菜渣作為碳源的固體培養(yǎng)基上，經(jīng)過數(shù)天的發(fā)酵過程，使甜菜渣的粗蛋白增加到百分之二十。山東省輕工業(yè)學(xué)院食品工程系的宋怡玲和山東大學(xué)微生物研究所的馬桂榮于一九八八年八月在吉林省長(zhǎng)白山舉行的“全國植物資源開發(fā)及利用”學(xué)術(shù)研討會(huì)上報(bào)導(dǎo)了利用甜菜渣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的初步研究成果。他們利用米曲霉(Aspergillusorgzae)作為生產(chǎn)菌株，采用固體發(fā)酵的方法使發(fā)酵后的甜菜渣的粗蛋白質(zhì)含量提高到18%。很明顯，在上述學(xué)者們的研究工作中，雖然發(fā)酵后的甜菜渣中的粗蛋白質(zhì)含量較未發(fā)酵前增加了三倍，但是按照甜菜渣中的碳水化合物含量計(jì)算，上述學(xué)者只是將甜菜渣部分地轉(zhuǎn)變成微生物蛋白質(zhì)，而甜菜渣中的大部分碳水化合物仍以纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等不能被單胃動(dòng)物消化的形式存在。這種狀況限制了它的作為除反芻動(dòng)物之外的其它動(dòng)物(如家禽、豬、魚等)的蛋白質(zhì)飼料的可能性。要把甜菜渣迅速地、高轉(zhuǎn)化率地轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸锛?xì)胞蛋白就必須找到具有下列特性的微生物，首先，這種微生物具有同時(shí)把構(gòu)成甜菜渣的纖維素、果膠質(zhì)、半纖維素降解為構(gòu)成這些多聚物的單體的能力;其次，這種微生物具有同時(shí)利用這些單體并將它們轉(zhuǎn)變成細(xì)胞物質(zhì)的能力。從已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)看，這種微生物是不可能存在的。即使找到一種具有分解上述多聚物能力的微生物，由于分解代謝產(chǎn)物的阻遏作用，這種微生物在生長(zhǎng)中也不能同時(shí)分解利用上述構(gòu)成甜菜渣的多聚物。然而，利用多種微生物的協(xié)同作用則有可能把甜菜渣迅速地、高轉(zhuǎn)化率地轉(zhuǎn)變?yōu)閱渭?xì)胞蛋白。本發(fā)明特別構(gòu)建了一個(gè)由多種微生物組成的混合培養(yǎng)物。此種由混合菌株組成的混合培養(yǎng)物在分解甜菜渣中的以多種糖構(gòu)成的多聚物的形式存在的碳水化合物時(shí)具有十分諧調(diào)的協(xié)同作用，改善了由單一的微生物分解甜菜渣中的多聚物時(shí)出現(xiàn)的分解效率低和碳源利用不充分的現(xiàn)象。因此，本發(fā)明構(gòu)建的這種由多種微生物組成的生產(chǎn)菌株可以在相當(dāng)短的發(fā)酵時(shí)間里(1-2天)幾乎把甜菜渣中的全部果膠質(zhì)、纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化為微生物細(xì)胞。產(chǎn)品的粗蛋白質(zhì)達(dá)到45%以上，而且此種由多種微生物細(xì)胞構(gòu)成的單細(xì)胞蛋白改善了由單一微生物細(xì)胞組成的單細(xì)胞蛋白氨基酸種類和比例往往不夠理想的狀況。這種單細(xì)胞蛋白的氨基酸組成以及各種氨基酸之間的比例除含硫氨基酸稍低之外均超過聯(lián)合國糧組織所推薦的最佳蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，利用本發(fā)明所提供的技術(shù)可以利用甜菜渣生產(chǎn)出高營養(yǎng)效價(jià)的飼料添加劑。存在于本發(fā)明構(gòu)建的混合培養(yǎng)物中的微生物構(gòu)成了一個(gè)能有效的利用甜菜渣為碳源的微生物區(qū)系?；旌吓囵B(yǎng)物中的各種微生物構(gòu)成了一個(gè)降解甜菜渣中多聚物的多基因體系，使它們?cè)跔I養(yǎng)上是自我滿足的，因此十分穩(wěn)定。發(fā)酵過程可以在敞口的容器中進(jìn)行，發(fā)酵基質(zhì)不需事先進(jìn)行滅菌處理。發(fā)酵過程不存在被雜菌污染的危險(xiǎn)。因此采用此發(fā)明生產(chǎn)甜菜渣單細(xì)胞蛋白時(shí)，可以完全省去滅菌過程和對(duì)無菌壓縮空氣的需要，以節(jié)約能源(燃料)和減低動(dòng)力的消耗，而且發(fā)酵周期短，轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品成本比已知最佳單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)過程降低40%以上。本發(fā)明構(gòu)建的微生物混合培養(yǎng)物還具有降解其它纖維素類廢棄物(例如甘蔗渣、甘薯渣、木薯渣，土豆渣等)生產(chǎn)高質(zhì)量單細(xì)胞蛋白的能力。因此本發(fā)明具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用潛力。本發(fā)明可通過以下措施實(shí)現(xiàn)將甜菜渣用飼料粉碎機(jī)磨細(xì)至全部通過二十目篩，添加無機(jī)營養(yǎng)液使甜菜渣在發(fā)酵液中的含量為5-10%制得發(fā)酵培養(yǎng)液。接種由下列七種微生物組成的混合培養(yǎng)物(接種量1∶10-1∶30)土曲霉(Aspergillusterreus)解淀粉芽孢桿菌(Bacillusamyloliquefaciens)解硫胺素芽孢桿菌(Bacillusthiaminolyticus)施氏假單孢菌(Pseudomonasstutzeri)旋動(dòng)無色桿菌(Achromatiumvalutans)克氏纖維粘細(xì)菌(CytophagaKrzemieniewska)乙酸鈣不動(dòng)桿菌(Acinetobactercalcoaceticus)接種之后在32℃-37℃下通氣培養(yǎng)30-40小時(shí)，發(fā)酵過程即告結(jié)束。發(fā)酵過程所用的接種物可以是上述七種微生物的純種培養(yǎng)物按照特定比例搭配而成的混合物，也可以按照本發(fā)明指示的發(fā)酵過程得到發(fā)酵產(chǎn)物或發(fā)酵容器器壁和底部的殘余的發(fā)酵產(chǎn)物。因此，本發(fā)明可以按照分批發(fā)酵的形式也可以采用半連續(xù)發(fā)酵形式進(jìn)行。向發(fā)酵產(chǎn)物中添加本發(fā)明研制的絮凝劑，絮凝劑的配方是氯化鋁0.1-0.5%，聚丙烯酰胺0.0005-0.001%，充分混勻后即可采用過濾法獲得含水50%的半成品。經(jīng)85℃熱風(fēng)干燥，粉碎后即可得到含粗蛋白45%以上的淺棕色的具有芳香氣味的單細(xì)胞蛋白質(zhì)粉末。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例之一1、將干燥的甜菜渣顆粒粕，用粉碎機(jī)械(如飼料粉碎機(jī))破碎至通過20目標(biāo)準(zhǔn)篩;2、向5份粉碎了的甜菜渣中添加95份由尿素、硫酸銨、磷酸鹽、硫酸鎂等無機(jī)化合物組成的營養(yǎng)液(pH調(diào)至4.5-8.0);3、按照發(fā)酵液的體積接種1/10-1/30體積的由土曲霉等七種微生物組成的混合培養(yǎng)物;4、發(fā)酵過程在轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，偏心距為2cm的37℃恒溫?fù)u床中進(jìn)行31小時(shí)(搖瓶為150毫升三角瓶，裝量30毫升);5、向發(fā)酵液中添加絮凝劑，攪拌均勻后過濾(濾液可以作為下次配料用水，以節(jié)約用水，并消除其對(duì)環(huán)境的污染)。6、濾餅置85℃的烘箱中烘干，粉碎后即可得到粗蛋白含量在45%以上，氨基酸種類齊全，而且符合聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦的最佳蛋白質(zhì)的氨基酸組成(見下表)。產(chǎn)品為淺棕色的帶有芳香氣味的無毒、無致病性的單細(xì)胞蛋白。實(shí)施例之二1、將含水量為90-95%的新鮮甜菜渣同一定量的尿素，硫酸銨，磷酸鹽，硫酸鎂等無機(jī)化合物混合，用豆?jié){磨制機(jī)磨漿(pH調(diào)至4.0-8.0);2、按照制得的發(fā)酵液的體積接種1/10-1/30體積的由土曲霉等七種微生物組成的混合培養(yǎng)物;3、發(fā)酵過程在轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，偏心距為2cm的37℃恒溫?fù)u床中進(jìn)行31小時(shí)(搖瓶為150毫升三角瓶、裝量30毫升);4、向發(fā)酵液中添加絮凝劑，攪拌均勻后過濾。5、濾餅置85℃的烘箱中烘干，粉碎后即可得到粗蛋白含量在45%以上，氨基酸種類齊全，而且符合FAO推薦的最佳蛋白質(zhì)的氨基酸組成標(biāo)準(zhǔn)的單細(xì)胞蛋白產(chǎn)品(見下表)。產(chǎn)品為淺黃色，帶有芳香氣味的無毒、無致病性的單細(xì)胞蛋白。甜菜渣單細(xì)胞蛋白的氨基酸組成成分與FAO推薦值之比較權(quán)利要求1.一種利用微生物混合培養(yǎng)物生產(chǎn)甜菜渣單細(xì)胞蛋白的新方法，其特征是(1)所說的微生物混合培養(yǎng)物是由土曲霉(Aspergillustrreus)克氏纖維粘細(xì)菌(CytophagaKrzemieniewska)解硫氨素芽孢桿菌(Bacillusthiaminolyticus)施氏假單孢菌(Pseudomonasstutzeri)施動(dòng)無色桿菌(Achromatiumvalutans)乙酸鈣不動(dòng)桿菌(Acinetobactercalcoaceticus)解淀粉芽孢桿菌(Bacillusamyloliquefaciens)組成。(2)微生物混合培養(yǎng)物的生物學(xué)特征?；旌吓囵B(yǎng)物在以甜菜渣為碳源的液體發(fā)酵培養(yǎng)基中在通氣培養(yǎng)的條件下迅速生長(zhǎng)成為粘稠狀的，具有清香味的細(xì)胞懸浮液pH在4.5-8.0范圍(最佳pH6.0)。它能將果膠質(zhì)、纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化成單細(xì)胞蛋白質(zhì)，其轉(zhuǎn)化率在50%以上。氨基酸的成分是</tables>(3)所說的微生物混合培養(yǎng)物具有極強(qiáng)的抗污染能力，在生產(chǎn)過程中使用的發(fā)酵液不需進(jìn)行滅菌和任何消毒處理即可投入生產(chǎn)。(4)所說的微生物混合培養(yǎng)物是在32°-37℃的溫度下，振蕩培養(yǎng)30-48小時(shí)，該混合培養(yǎng)物能直接分解利用果膠質(zhì)、纖維素和半纖維素，并以果膠質(zhì)、纖維素和半纖維素作為唯一的碳源，在營養(yǎng)方面形成自我滿足的微生物體系。2.根據(jù)權(quán)利要求1中說的微生物混合培養(yǎng)物生產(chǎn)甜菜渣單細(xì)胞蛋白新方法，其特征是絮凝劑的配方是氯化鋁0.1-0.5%和聚丙烯酰胺0.0005-0.001%。3.根據(jù)權(quán)利要求1、2中說的微生物混合培養(yǎng)物生產(chǎn)甜菜渣單細(xì)胞蛋白新方法，其特征是收獲產(chǎn)品之后的發(fā)酵廢液不僅可以作為配制新鮮的培養(yǎng)基的菌種源，而且對(duì)發(fā)酵過程具有促進(jìn)作用。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3中說的微生物混合培養(yǎng)物生產(chǎn)甜菜渣單細(xì)胞蛋白新方法，其特征是此種由七種微生物混合培養(yǎng)物可以用于將其它纖維素類物質(zhì)(如甘蔗渣、甘薯渣、木薯渣、土豆渣等)轉(zhuǎn)化為單細(xì)胞蛋白的工業(yè)生產(chǎn)過程中。全文摘要甜菜榨糖廠的廢棄物甜菜渣的蛋白質(zhì)含量極低，限制了它作為飼料的營養(yǎng)價(jià)值。利用本發(fā)明所提供的技術(shù)可以使甜菜渣轉(zhuǎn)變?yōu)榇值鞍踪|(zhì)含量超過百分之四十五的單細(xì)胞蛋白。產(chǎn)品的氨基酸除含硫氨基酸外均超過聯(lián)合國糧農(nóng)組織所推薦的最佳蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品無毒、無致病性，氣味芳香，易被動(dòng)物消化，是品質(zhì)優(yōu)良的蛋白質(zhì)類飼料。本發(fā)明提供的單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)方法，尚有設(shè)備投資少、操作簡(jiǎn)單、能耗低、生產(chǎn)周期短、轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品成本低廉、對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)C12N1/00GK1050560SQ89107689公開日1991年4月10日申請(qǐng)日期1989年9月25日優(yōu)先權(quán)日1989年9月25日發(fā)明者馬輝文,王疆元申請(qǐng)人:武漢大學(xué)