一种利用豆渣酶解液优化黄原胶发酵中氮源的工艺

摘要

本发明属于生物发酵技术领域，公开了一种利用豆渣酶解液优化黄原胶发酵中氮源的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：1）粉碎和蒸汽爆破，2）微波酸解，3）酸解，4）灭酶、离心以及浓缩，5）制备黄原胶培养基。本发明通过对豆渣进行处理获得酶解液，能够部分或全部取代酵母膏，产胶效率和品质差异并不大，但是大幅降低了发酵成本。

说明书

技术领域

本发明属于生物发酵技术领域，涉及一种利用豆渣酶解液优化黄原胶发酵中氮源的工艺。

背景技术

豆渣是生产豆奶或豆腐过程中的副产品。具有蛋白质,脂肪,钙,磷,铁等多种营养物质。中国是豆腐生产的发源地，具有悠久的豆腐生产历史，豆腐的生产、销售量都较大，相应的豆渣产量也很大。

随着科学的发展，人类文化素质的提高，人们已从营养学的角度开始重新认识豆渣。经研究证明，大豆中有一部分营养成分残留在豆渣中，一般豆渣含水份85%，蛋白质3.0%，脂肪0.5%，碳水化合物（纤维素、多糖等）8.0%，此外，还含有钙、磷、铁等矿物质。

豆渣营养丰富，饲喂畜禽是一个一举多得的好方法。还有一些研究将豆渣进行水解，用来提取大豆肽、膳食纤维或多糖。一些现有技术例举如下。

现有技术1：豆渣酶解工艺及其水解液发酵抗性菌株筛选，大豆科学2017年，公开了：工业化生产实际出发,探讨了豆渣的高效水解技术、酵母菌株的选育及其培养工艺。不同工艺条件下,采用纤维素酶和普鲁兰酶水解豆渣,以葡萄糖为标准测量水解后料液中糖含量,得出水解豆渣的最佳工艺条件:温度55℃,料液比为1∶24,先用普鲁兰酶水解,调至pH5.0,再用纤维素酶水解,调至pH5.5,普鲁兰酶3 h,纤维素酶1 h,时间比为3∶1,加酶总量为3%,普鲁兰酶∶纤维素酶为3∶1。用此条件对豆渣进行水解得到水解液,料液中含糖量最高位为160.7mg/kg。用含量为35%的水解液去培养抗性菌株,筛选的抗性菌株C发酵效果较好,酵母含量达18.49g/L。

现有技术2：豆渣蛋白肽的酶解工艺、抗氧化作用及其特性研究，中国粮油学报2014年，以豆渣蛋白为原料、对DPPH清除率为考察指标,从胰蛋白酶、中性蛋白酶、风味蛋白酶和碱性蛋白酶中筛出中性蛋白酶为最佳水解酶;利用单因素和正交试验探讨豆渣蛋白肽的最佳制备工艺;以抗坏血酸(VC)为对照,研究豆渣蛋白肽的总还原力;研究豆渣蛋白肽的部分特性。结果表明,豆渣蛋白肽的最佳制备工艺为:pH 7,温度70℃,豆渣蛋白浓度4 mg/mL及酶量100 U。豆渣蛋白肽等电点约为3.0,在pH 3～12范围内,其提取率逐渐增加。

部分研究将豆渣直接酶解制备红曲。

现有技术3：红曲霉液态发酵豆渣产红曲色素培养基的优化，中国饲料2013年，以豆渣为主要基质，红曲霉 ZL307-F8为出发菌株，采用响应面方法对红曲霉液态发酵豆渣生产红曲色素的培养基进行了优化，旨在为液态发酵产红曲色素的研究和开发以及豆渣的综合利用提供一定的理论依据。

现有技术并未出现将豆渣应用于黄原胶发酵的相关研究，申请人尝试将豆粕应用到氨基酸发酵中，例如，专利技术“利用豆粕水解产物制备发酵培养基的方法”，对豆粕进行处理，将豆粕粉碎，置于反应釜中，然后添加玉米浆和谷氨酸渣，再加入柠檬酸，配置成固含量为30-40%的悬液，再采用高压均质机进行均质处理，使得粒径细化；升温至90℃，超声辅助水解5-20min；继续水解5-7h，然后微波辅助水解2-4min，停止微波，降温至45℃，添加氨水，调整pH为2.5-3.5，再添加酸性蛋白酶，酶解6-9h，95℃灭酶3min，然后过滤出渣，再添加活性炭脱色，过滤去除活性炭，得到豆粕水解产物，与常规的酵母浸膏相比较，采用豆粕水解物作为氮源，无论在发酵菌体浓度还是谷氨酸产量方面，均有一定程度的提高。

但是豆粕的成分和豆渣差异较大，豆粕的主要成分为：蛋白质40%～48%，赖氨酸2.5%～3.0%，色氨酸0.6%～0.7%，蛋氨酸0.5%～0.7%。豆渣含水份85%，蛋白质3.0%，脂肪0.5%，碳水化合物（纤维素、多糖等）8.0%，此外，还含有钙、磷、铁等矿物质。豆渣蛋白含量较低，而且含有较多的纤维、多糖组分，如果经过简单水解将其应用于黄原胶发酵中，不但吸收利用度较差，还存在黄原胶分离纯化难度增加的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的技术缺陷，提供了一种利用豆渣酶解液优化黄原胶发酵中氮源的工艺。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种利用豆渣酶解液优化黄原胶发酵中氮源的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：1）粉碎和蒸汽爆破，2）微波酸解，3）酸解，4）灭酶、离心以及浓缩，5）制备黄原胶培养基。

进一步地，所述工艺包括如下步骤：

1）粉碎和蒸汽爆破：将豆渣置于 60-70℃条件下干燥12-24h，粉碎，然后置于压力1.2-1.5MPa、停留时间8-12min的条件下进行蒸汽爆破预处理，然后进行爆破，收集豆渣粉；

2）微波酸解：将豆渣粉按照1kg：4-6L的比例添加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，加热升温至60-70℃下，保温条件下，用400W功率的微波处理80-120s，然后继续酸解2-4h；

3）酸解：添加氨水调整pH为3.0-4.0，保持温度为40℃，再添加酸性蛋白酶，添加量为200U/L，酶解时间为6-10h；

4）灭酶、离心以及浓缩：95℃灭酶3min，以500rpm离心3min，收集上层液体，蒸发浓缩3-5倍，自然降至室温，得到豆渣酶解液；

5）制备黄原胶培养基：取葡萄糖40g/L、玉米淀粉60g/L、豆渣酶解液50-100g/L、酵母膏0-5g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB

更进一步地，所述工艺包括如下步骤：

1）粉碎和蒸汽爆破：将豆渣置于 60℃条件下干燥24h，粉碎，然后置于压力1.2MPa、停留时间10min的条件下进行蒸汽爆破预处理，然后进行爆破，收集豆渣粉；

2）微波酸解：将豆渣粉按照1kg：5L的比例添加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，加热升温至60℃下，保温条件下，用400W功率的微波处理120s，然后继续酸解2h；

3）酸解：添加氨水调整pH为3.0，保持温度为40℃，再添加酸性蛋白酶，添加量为200U/L，酶解时间为6h；

4）灭酶、离心以及浓缩：95℃灭酶3min，以500rpm离心3min，收集上层液体，蒸发浓缩3倍，自然降至室温，得到豆渣酶解液；

5）制备黄原胶培养基：取葡萄糖40g/L、玉米淀粉60g/L、豆渣酶解液100g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB

更进一步地，所述工艺包括如下步骤：

1）粉碎和蒸汽爆破：将豆渣置于 65℃条件下干燥12h，粉碎，然后置于压力1.3MPa、停留时间8min的条件下进行蒸汽爆破预处理，然后进行爆破，收集豆渣粉；

2）微波酸解：将豆渣粉按照1kg：4L的比例添加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，加热升温至60℃下，保温条件下，用400W功率的微波处理90s，然后继续酸解3h；

3）酸解：添加氨水调整pH为3.5，保持温度为38℃，再添加酸性蛋白酶，添加量为200U/L，酶解时间为8h；

4）灭酶、离心以及浓缩：95℃灭酶3min，以500rpm离心3min，收集上层液体，蒸发浓缩3倍，自然降至室温，得到豆渣酶解液；

5）制备黄原胶培养基：取葡萄糖40g/L、玉米淀粉60g/L、豆渣酶解液50g/L、酵母膏5g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB

更进一步地，所述工艺包括如下步骤：

1）粉碎和蒸汽爆破：将豆渣置于 70℃条件下干燥16h，粉碎，然后置于压力1.4MPa、停留时间9min的条件下进行蒸汽爆破预处理，然后进行爆破，收集豆渣粉；

2）微波酸解：将豆渣粉按照1kg：6L的比例添加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，加热升温至60℃下，保温条件下，用400W功率的微波处理120s，然后继续酸解2.5h；

3）酸解：添加氨水调整pH为3.5，保持温度为38℃，再添加酸性蛋白酶，添加量为200U/L（每升溶液中添加酶活力200U），酶解时间为8h；

4）灭酶、离心以及浓缩：95℃灭酶3min，以500rpm离心3min，收集上层液体，蒸发浓缩3.5倍，自然降至室温，得到豆渣酶解液；

5）制备黄原胶培养基：取葡萄糖40g/L、玉米淀粉60g/L、豆渣酶解液750g/L、酵母膏2.5g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB

与现有技术相比，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：

本发明打破了企业对豆渣营养价值低下、处理难度大，无法应用于黄原胶发酵的偏见。

本发明通过对豆渣进行处理获得酶解液，能够部分或全部取代酵母膏，产胶效率和品质差异并不大，但是大幅降低了发酵成本。

豆渣中的蛋白被纤维素所包裹，较难以分离，蒸汽爆破预处理破坏了木质素与半纤维素对蛋白的包裹作用，使纤维素的结晶区受到破坏，原料的孔隙率和内表面积增大，因而更有利于后续蛋白的水解作用进行。

微波能够使得蛋白分子在电磁场中发生震动，使得蛋白的结构变得松散，降低结合紧密度，巯基被破坏，内部结构发生改变，也使得酸分子和肽链的接触答复增加，从而有利于进一步的酸解。

氨水能够调节pH，还能与过剩的盐酸进行反应生产氯化铵，为菌株提供一定的无机氮源。

具体实施方式

本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种利用豆渣酶解液优化黄原胶发酵中氮源的工艺，其包括如下步骤：

1）粉碎和蒸汽爆破：将豆渣置于 60℃条件下干燥24h，粉碎，然后置于压力1.2MPa、停留时间10min的条件下进行蒸汽爆破预处理，然后进行爆破，收集豆渣粉；

2）微波酸解：将豆渣粉按照1kg：5L的比例添加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，加热升温至60℃下，保温条件下，用400W功率的微波处理120s，然后继续酸解2h；

3）酸解：添加氨水调整pH为3.0，保持温度为40℃，再添加酸性蛋白酶，添加量为200U/L（每升溶液中添加酶活力200U），酶解时间为6h；

4）灭酶、离心以及浓缩：95℃灭酶3min，以500rpm离心3min，收集上层液体，蒸发浓缩3倍，自然降至室温，得到豆渣酶解液；

5）制备黄原胶培养基：取葡萄糖40g/L、玉米淀粉60g/L、豆渣酶解液100g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB

氨基态氮含量测定：利用甲醛滴定法进行测定，豆渣酶解液中氨基氮的含量为4-5g/L，约为酵母膏的十分之一，因此选择添加量为酵母膏的十倍进行替代。

实施例2

一种利用豆渣酶解液优化黄原胶发酵中氮源的工艺，其包括如下步骤：

1）粉碎和蒸汽爆破：将豆渣置于 65℃条件下干燥12h，粉碎，然后置于压力1.3MPa、停留时间8min的条件下进行蒸汽爆破预处理，然后进行爆破，收集豆渣粉；

2）微波酸解：将豆渣粉按照1kg：4L的比例添加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，加热升温至60℃下，保温条件下，用400W功率的微波处理90s，然后继续酸解3h；

3）酸解：添加氨水调整pH为3.5，保持温度为38℃，再添加酸性蛋白酶，添加量为200U/L（每升溶液中添加酶活力200U），酶解时间为8h；

4）灭酶、离心以及浓缩：95℃灭酶3min，以500rpm离心3min，收集上层液体，蒸发浓缩3倍，自然降至室温，得到豆渣酶解液；

5）制备黄原胶培养基：取葡萄糖40g/L、玉米淀粉60g/L、豆渣酶解液50g/L、酵母膏5g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB

氨基态氮含量测定：利用甲醛滴定法进行测定，豆渣酶解液中氨基氮的含量为4-5g/L，约为酵母膏的十分之一，因此选择添加量为酵母膏的十倍进行替代。

实施例3

一种利用豆渣酶解液优化黄原胶发酵中氮源的工艺，其包括如下步骤：

1）粉碎和蒸汽爆破：将豆渣置于 70℃条件下干燥16h，粉碎，然后置于压力1.4MPa、停留时间9min的条件下进行蒸汽爆破预处理，然后进行爆破，收集豆渣粉；

2）微波酸解：将豆渣粉按照1kg：6L的比例添加浓度为0.1mol/L的盐酸溶液，加热升温至60℃下，保温条件下，用400W功率的微波处理120s，然后继续酸解2.5h；

3）酸解：添加氨水调整pH为3.5，保持温度为38℃，再添加酸性蛋白酶，添加量为200U/L（每升溶液中添加酶活力200U），酶解时间为8h；

4）灭酶、离心以及浓缩：95℃灭酶3min，以500rpm离心3min，收集上层液体，蒸发浓缩3.5倍，自然降至室温，得到豆渣酶解液；

5）制备黄原胶培养基：取葡萄糖40g/L、玉米淀粉60g/L、豆渣酶解液750g/L、酵母膏2.5g/L、油酸10g/L、碳酸钙3g/L、七水硫酸镁1g/L、磷酸氢二钾1g/L、黄腐酸20mg/L、VB

氨基态氮含量测定：利用甲醛滴定法进行测定，豆渣酶解液中氨基氮的含量为4-5g/L，约为酵母膏的十分之一，因此选择添加量为酵母膏的十倍进行替代。

实施例4

利用上述发酵培养基发酵制备黄原胶的工艺，其包括如下步骤：

黄单胞菌ATCC 17915种子液（1×10

实施例5

氮源组合对黄原胶发酵产量的影响。

表1

注 酵母膏按照30元/kg计，豆渣酶解液经核算价格为1.8元/kg。

结论：本发明采用豆渣酶解液来取代部分酵母膏，对发酵产黄原胶的产量和粘度均未产生较大影响，豆渣酶解液50g/L+酵母膏5g/L的组合黄原胶产量最高，随着豆渣酶解液添加量的增加，黄原胶产量有少许降低，但是粘度有所增加。综合黄原胶产量、粘度以及发酵成本来考虑，选择豆渣酶解液为50-100g/L的添加量较为合适。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。