本發(fā)明屬于工業(yè)發(fā)酵用培養(yǎng)基的生產(chǎn)加工領(lǐng)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(shù)：
發(fā)酵工業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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粕、花生粕、麩皮等；農(nóng)業(yè)剩余物主要包括農(nóng)作物秸稈等。其中非糧原料所占比重在10%左右，以玉米為例，我國(guó)每年用于發(fā)酵行業(yè)的玉米占到玉米總產(chǎn)量的26%。
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(jìn)行簡(jiǎn)單的粉碎，然后再利用酸、堿或者酶對(duì)物料進(jìn)行水解處理。傳統(tǒng)發(fā)酵培養(yǎng)基的制備中存在以下問(wèn)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(guò)程中很難被降解利用，浪費(fèi)資源；②農(nóng)業(yè)原料中的細(xì)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(jié)構(gòu)致密，用于固體發(fā)酵時(shí)，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(jiān)韌的外殼所以在粉碎過(guò)程中要消耗大量的能耗；⑤農(nóng)業(yè)原料用于液體發(fā)酵時(shí)，需要水解成可發(fā)酵物質(zhì)，傳統(tǒng)水解化學(xué)試劑用量大，水解時(shí)間長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失嚴(yán)重，如利用酸水解方式會(huì)破壞物料中的色氨酸、絲氨酸、蘇氨酸降低了物料營(yíng)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(jìn)行以及后續(xù)余酸的處理也要耗費(fèi)大量的化學(xué)試劑，增大了額外的成本。利用堿水解方式氨基酸則會(huì)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(guò)程中提供一定的溫度和壓力，這種方法同樣存在物料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞問(wèn)題以及需要后續(xù)處理水解液的問(wèn)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(guān)問(wèn)題，但目前酶的價(jià)格比較高處理時(shí)間比較長(zhǎng)還不適合工業(yè)化生產(chǎn)。
目前我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品資源匱乏，而工業(yè)發(fā)酵行業(yè)對(duì)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。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)目前我國(guó)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(xué)試劑消耗量大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失嚴(yán)重，細(xì)胞壁物質(zhì)得不到有效利，資源能源消耗高等問(wèn)題，提出了一種有效提高原料利用率，同時(shí)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(wú)污染蒸汽爆破方式，破壞了農(nóng)業(yè)原料的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞內(nèi)的淀粉、蛋白等營(yíng)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(lái)的淀粉粒降解為糊精，蛋白降解為多肽等小分子；同時(shí)產(chǎn)生寡糖、可溶性小分子酚類物質(zhì)等發(fā)酵促進(jìn)劑，提高了原料利用率，賦予發(fā)酵培養(yǎng)基新的品質(zhì)。
為達(dá)到本發(fā)明的上述目的，采取的技術(shù)方案為：
（1）根據(jù)農(nóng)業(yè)原料種類和特性，將原料進(jìn)行清洗除雜、粉碎或切斷（粒徑0.5mm-5 cm）；
（2）原料復(fù)水，調(diào)整原料含水率；
（3）將原料置于蒸汽爆破設(shè)備中進(jìn)行汽爆處理；
（4）將蒸汽爆破處理后的物料進(jìn)行干燥，粉碎，包裝。
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粕、花生粕、麩皮等；農(nóng)業(yè)剩余物主要包括農(nóng)作物秸稈等；
所述的原料含水量為通過(guò)復(fù)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。
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(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，將細(xì)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(guò)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(jìn)劑；
4. 蒸汽爆破處理，破壞了農(nóng)業(yè)原料的致密結(jié)構(gòu)，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(guò)程中的能耗和化學(xué)試劑的消耗；提高了原料利用率；賦予了產(chǎn)品新的品質(zhì)。
通過(guò)蒸汽爆破技術(shù)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(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明所提供的利用蒸汽爆破技術(shù)來(lái)處理發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基原材料的工藝。所述的實(shí)施例是為了更好的解釋本發(fā)明，而不是對(duì)發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制，所有基于本發(fā)明基本思想的修改和變動(dòng)，都屬于本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1
取65 g豆粕和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(shè)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(bǔ)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(jìn)行蒸汽滅菌，滅菌后接入4×106 cfu/g Lactobacillus casei，置于恒溫培養(yǎng)箱中，同時(shí)以傳統(tǒng)培養(yǎng)基制作方式做對(duì)照，培養(yǎng)培養(yǎng)60 h，通過(guò)蒸汽爆破處理的培養(yǎng)基，發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵物中菌數(shù)為3.57×101010 cfu/g，與傳統(tǒng)培養(yǎng)基制作方式發(fā)酵物中活菌數(shù)1.62×1010 cfu/g相比，提高了2.2倍。
實(shí)施例2
取105 g玉米秸稈粉和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(shè)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(bǔ)加 10g 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(jìn)行蒸汽滅菌，滅菌后接入4×106 cfu/g Trichoderm a viride，置于恒溫培養(yǎng)箱中，同時(shí)以傳統(tǒng)培養(yǎng)基制作方式做對(duì)照，培養(yǎng)培養(yǎng)120 h，發(fā)酵結(jié)束后，通過(guò)蒸汽爆破處理的培養(yǎng)基，CMC酶活達(dá)到1100 IU/g，F(xiàn)PA酶活達(dá)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。
實(shí)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(shè)備中，通入飽和水蒸汽，0.5 MPa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(shí)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(duì)照。玉米醪培養(yǎng)基滅菌后，接種Clostridium acetobutylicum ATCC 824，接種量為10%（體積比），厭氧培養(yǎng)72 h后測(cè)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 g/l，丙酮2.48 g/l，乙醇0.54 g/l。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/l，丙酮2.304 g/l，乙醇0.768 g/l。溶劑總產(chǎn)量提高1.12倍，溶劑中丁醇比例由77.97%，提高到80%。