一种利用玉米副产物同时生产ε-聚赖氨酸和蛋白饲料的方法

摘要

本发明公开了一种利用玉米副产物同时生产ε-聚赖氨酸及蛋白饲料的方法。用淀粉酶和纤维素酶分别处理玉米皮和胚芽粕，将其中的淀粉和部分纤维质水解成还原糖，固液分离后的滤液与葡萄糖母液混合作为碳源，配合玉米浆作为有机氮源进行液态发酵生产ε-聚赖氨酸；固液分离后的滤渣经干燥后可获得含蛋白12～20%的玉米皮和含蛋白25～35%的胚芽粕，比常规的玉米皮和胚芽粕的蛋白含量高，由此提升了玉米皮和胚芽粕的附加值。

说明书

技术领域

本发明属于发酵和饲料生产的技术领域，具体的涉及一种利用玉米副产物同时生产ε-聚赖氨酸和蛋白饲料的方法。

背景技术

玉米含淀粉70%左右，含脂肪4～5%。在玉米深加工产业中，除去主产物淀粉、淀粉糖及玉米油，副产物占了玉米成分的25～30%。具体副产物种类有玉米皮、胚芽粕、玉米浆、蛋白粉、葡萄糖母液等。各种玉米副产物一般作为饲料原料单独销售，利润非常低。例如玉米浆，虽然蛋白质含量高，由于硫、灰分等成分的存在，作为饲料原料的适口性差，可溶性蛋白和部分糖的存在使其不易加工成固体物料，销售半径小，所以销售价格很低，成为了很多玉米加工企业的负担。葡萄糖母液经过多次回配到结晶罐，由于低聚糖浓度逐渐升高导致结晶困难而将其退出生产系统，作为一种糖源即使低价出售仍然鲜有问津，并且占用大量储罐而影响到了企业的加工链，也成为了企业头疼的问题。再比如玉米皮和胚芽粕，由于纤维质含量高，蛋白含量低，使得其动物消化率低，本身就是一种低价的饲料原料，也存在销售压力大的问题。随着玉米加工行业及饲料行业竞争日益激烈，如何解决副产物销售压力及提高附加值成为了企业的当务之急。

ε-聚赖氨酸是一种新型的天然防霉防腐剂，是一种类似于抗生素但不属于抗生素的物质，它不但对人体健康无害，还具有一定的营养价值，是今后开发的方向。ε-聚赖氨酸具有广谱抗菌性，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌均有很好的抑菌效果，是目前天然防腐剂中具有优良防腐性能和巨大商业潜力的微生物类防腐剂。2014年4月3日，国家卫生计生委批准了ε-聚赖氨酸作为食品添加剂新品种的申请。ε-聚赖氨酸可通过液态深层发酵生产，碳源种类很多，有葡萄糖、果糖、淀粉、甘油、木糖、阿拉伯糖等。有机氮源可以用牛肉膏、蛋白胨、鱼粉、酵母抽提物、玉米浆等。在发酵工业中，碳源与氮源的选择往往要考虑原料来源及价格。

发明内容

本发明的目的在于针对玉米副产物利用率极低的问题而提供一种利用玉米副产物同时生产ε-聚赖氨酸和蛋白饲料的方法，该方法将玉米皮、胚芽粕、玉米浆、葡萄糖母液进行整合，既能有效利用副产物中的碳源和氮源，又能将玉米皮和胚芽粕的蛋白含量提升，可以大规模生产应用，为企业解决玉米副产物问题提供了一条有效的途径。

本发明的技术方案为：一种利用玉米副产物同时生产ε-聚赖氨酸和蛋白饲料的方法，包括以下步骤：

（1） 分别在玉米皮和胚芽粕中加水搅拌，使其含水量均大于60%；

（2） 分别在步骤（1）所得的玉米皮和胚芽粕各物料基中加入淀粉酶和纤维素酶进行酶解，淀粉酶与纤维素酶的质量比为1:1～1:3，并且加酶总量不低于各物料基重量的0.1%；酶解温度范围为30～70℃，处理时间至少为15 h；

（3） 酶解结束后，分别将玉米皮酶解母液和胚芽粕酶解母液进行固液分离，分别得到玉米皮酶解滤液Ⅰ、玉米皮酶解滤渣Ⅰ、胚芽粕酶解滤液Ⅰ和胚芽粕酶解滤渣Ⅰ；用质量两倍于玉米皮酶解滤液Ⅰ的水洗涤玉米皮酶解滤渣Ⅰ，用质量两倍于胚芽粕酶解滤液Ⅰ的水洗涤胚芽粕酶解滤渣Ⅰ；再次进行固液分离得到玉米皮酶解滤液Ⅱ、玉米皮酶解滤渣Ⅱ、胚芽粕酶解滤液Ⅱ和胚芽粕酶解滤渣Ⅱ；

（4）步骤（3）中所得玉米皮和胚芽粕的各总滤渣，含水量均为55～60%，分别用烘干设备干燥后，获得蛋白饲料玉米皮和胚芽粕；

（5）将步骤（3）中所得全部滤液Ⅰ与全部滤液Ⅱ混合，再与葡萄糖母液混合，该部分糖浆作为发酵碳源；另取玉米副产物中的玉米浆作为发酵有机氮源；

（6）ε-聚赖氨酸的发酵培养基成分为：糖浆、玉米浆、(NH₄)₂SO₄和MgSO₄；

（7）根据常规的ε-聚赖氨酸发酵工艺，用步骤（6）所述培养基发酵生产ε-聚赖氨酸。

所述步骤（6）中的糖浆包括滤液Ⅰ、滤液Ⅱ和葡萄糖母液。

所述步骤（7）中发酵的温度为25～40℃。

所述步骤（7）中发酵所用ε-聚赖氨酸产生菌为白色链霉菌S.albulus、利迪链霉菌S.lydicus、北里孢菌Kitasatospora.sp、灰橙链霉菌S.griseoaurantiacus、淀粉酶产色链霉菌S.diastatochromogenes、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis、禾粟链霉菌S.graminearus、吸水链霉菌S.hygroscopicus、灰褐链霉菌S.griseofuscus、稠李链霉菌S.padanus中的至少一种。

本发明的有益效果为：本发明所述方法用淀粉酶和纤维素酶处理玉米皮和胚芽粕，将其中的淀粉和部分纤维质酶解成还原糖。玉米皮和胚芽粕经过酶解后进行固液分离，滤液作为碳源发酵生产ε-聚赖氨酸，滤渣烘干后作为蛋白饲料。常规玉米皮的蛋白含量为7-10%，常规胚芽粕蛋白含量为16-18%，而本发明中获得的玉米皮蛋白含量为12-20%，胚芽粕蛋白含量为25-35%。本发明所述方法具有以下优点：

1、生产成本低、投资少、见效快、效益高。

2、酶解及发酵条件粗放，周期短，生产效率高。

3、对玉米副产物中的玉米皮、胚芽粕、葡萄糖母液、玉米浆进行有效整合，既能发酵生产ε-聚赖氨酸，又提升了玉米皮和胚芽粕的附加值。

本发明首次涉及以玉米副产物发酵生产ε-聚赖氨酸以及提升玉米皮和胚芽粕的附加值，为玉米深加工行业处理副产物提供了一条有效的解决途径，具有重大的经济效益和社会效益。

具体实施方式

以下是实施例，将对本发明进一步说明，但对本发明没有限制。

实施例1

（1）取玉米皮1 kg，加入水3 kg，则物料含水量为75%；取胚芽粕1 kg，加入水3 kg，

则物料含水量为75%；

（2）分别往两种物料中加入淀粉酶1.5 g，纤维素酶1.5 g，即加酶量为物料干基的0.15%。

搅拌均匀后，将物料放入50℃的烘箱中，放置24 h；

（3）将玉米皮和胚芽粕的物料取出，分别用三层纱布包裹，用力挤压进行固液分离，获

得滤液和滤渣。玉米皮物料可获得滤液1.5 kg，滤渣2.5 kg；胚芽粕物料可获得滤液1.8 kg，滤渣2.2 kg；

（4）往玉米皮滤渣中加入3 kg水，混合均匀后后再次用纱布挤压，获得滤液3.2 kg ，

滤渣2.3 kg；往胚芽粕滤渣中加入3 kg水，混合均匀后再次用纱布挤压，获得滤液3.2 kg，滤渣2 kg；

（5）分别将2.3 kg的玉米皮滤渣和2 kg的胚芽粕滤渣放入烘箱中，80 ℃烘干后，获得玉米皮0.7 kg，蛋白含量为14%；获得胚芽粕0.55 kg，蛋白含量为30%。

斜面培养基：葡萄糖1.0%，玉米浆1.0%，琼脂2.0%，pH 7.5，115℃灭菌20 min。

种子培养基：葡萄糖2.0%，玉米浆1.0%，硫酸镁0.1%，pH 7.5，115℃灭菌20 min。

在该实施例中，第一次固液分离获得玉米皮滤液1.5 kg，胚芽粕滤液1.8 kg；第二次固液分离获得玉米皮滤液3.2 kg，胚芽粕滤液3.2kg。将这些滤液混合，共9.7 kg。

发酵培养基：滤液10.3 kg，葡萄糖母液1 kg，玉米浆0.5 kg，(NH₄)₂SO₄ 100 g，MgSO₄ 10 g，115℃灭菌20 min。

将白色链霉菌S. albulus的孢子接入斜面培养基，30℃培养7天，获得菌种斜面；然后接一环斜面菌种入种子培养基，30℃培养1天，获得白色链霉菌的种子液。

    在容积为15 L的发酵罐中装入上述发酵培养基，将1 L白色链霉菌种子液接入发酵培养基。发酵温度为30℃，初始pH 为7.5，通气量为1.0 vvm，搅拌转速为500 rpm。当pH自然下降到4.0时，往罐中流加浓度为15%的氨水，维持发酵液pH为4.0±0.2，当还原糖浓度低于5 g/L时发酵结束。此时发酵液中含有ε-聚赖氨酸的浓度为15 g/L。

实施例2

（1）    取玉米皮1 kg，加入水3 kg，则物料含水量为75%；取胚芽粕1 kg，加入水3 kg，则物料含水量为75%。

（2）    分别往两种物料中加入淀粉酶3 g，纤维素酶3 g，即加酶量为物料干基的0.3%。搅拌均匀后，将物料放入50℃的烘箱中，放置24 h。

（3）    将玉米皮和胚芽粕取出，分别用三层纱布包裹，用力挤压拧紧，获得滤液和滤渣。玉米皮物料可获得滤液1.7 kg，滤渣2.3 kg；胚芽粕物料可获得滤液2 kg，滤渣2 kg。

（4）    往玉米皮滤渣中加入3 kg水，混合后再次用纱布挤压，获得滤渣2 kg，滤液3.3 kg；往胚芽粕滤渣中加入3 kg水，混合后再次用纱布挤压，获得滤渣1.7 kg，滤液3.3 kg。

（5）    分别将2 kg的玉米皮滤渣和1.7 kg的胚芽粕滤渣放入烘箱中，80 ℃烘干，获得玉米皮0.55 kg，蛋白含量为18%；获得胚芽粕0.45 kg，蛋白含量为35%。

斜面培养基：葡萄糖1.0%，玉米浆1.0%，琼脂2.0%，pH 7.5，115℃灭菌20 min。

种子培养基：葡萄糖2.0%，玉米浆1.0%，硫酸镁0.1%，pH 7.5，115℃灭菌20 min。

在该实施例中，第一次固液分离获得玉米皮滤液1.7 kg，胚芽粕滤液2 kg；第二次固液分离获得玉米皮滤液3.3 kg，胚芽粕滤液3.3 kg。将这些滤液混合，共10.3 kg。

发酵培养基：滤液10.3 kg，葡萄糖母液1 kg，玉米浆0.5 kg，(NH₄)₂SO₄ 100 g，MgSO₄ 10 g，115℃灭菌20 min。

将白色链霉菌S. albulus的孢子接入斜面培养基，30℃培养7天，获得菌种斜面；然后接一环斜面菌种入种子培养基，30℃培养1天，获得白色链霉菌的种子液。

    在容积为15 L的发酵罐中装入上述发酵培养基，将1 L白色链霉菌种子液接入发酵培养基。发酵温度为30℃，初始pH 为7.5，通气量为1.0 vvm，搅拌转速为500 rpm。当pH自然下降到4.0时，往罐中流加浓度为15%的氨水，维持发酵液pH为4.0±0.2，当还原糖浓度低于5 g/L时发酵结束。此时发酵液中含有ε-聚赖氨酸的浓度为15 g/L。