专利名称：无污染玉米酵母生产方法
技术领域：
本发明属于繁殖微生物单细胞蛋白的生产方法。
为了弥补蛋白质生产的不足，各国科学家们研究开发多种原料制造单细胞蛋白，如60年代初问世的石油酵母，随后发展到用甲烷、甲醇、乙醇、乙酸等化工产品为原料，当时石油及其制品是量大价廉易得的工业原料，可以赖以实现单细胞蛋白大生产，但后又因石油危机的爆发而受挫。为此科学工作者近年来转向以可再生资源为原料的单细胞蛋白生产研究，它包括以淀粉、糖质、木质纤维素、乳清以及食品发酵工业废水废渣为原料来生产单细胞蛋白。
目前一般以淀粉为原料来生产单细胞蛋白的工艺路线，首先是将淀粉进行水解糖化，通常采用强酸水解(盐酸或硫酸)或双酶水解法(α-淀粉酶及糖化酶)，也有少数采用酸酶水解或酶酸水解的，但所用酸皆为强酸(参见张力田<淀粉糖>，73-74(1981年)，轻工业出版社)。强酸水解法需要耐高温高压耐腐蚀的设备，糖液色泽深，玉米中的蛋白质损失较多。双酶法须要价贵的α-淀粉酶。淀粉糖化后制得的糖液，在发酵罐中进行酵母细胞培养。目前已报道的酵母细胞高密度培养均在机械搅拌发酵罐中进行间歇式培养，且都不是用玉米原料(参见Mori Hironori等，J.Ferment.Technol，61(4)，391-401(1983)及D.O.Hitzman，World Biotech.Rep，1，459-465(1985))，这种机械搅拌的发酵罐能耗高，规模不易放大，不适应大规模生产的要求。再有在一般酵母工业中，均有大量废水排放，严重污染环境。因此如上述以淀粉为原料生产单细胞蛋白的一般工艺方法存在着很多缺点，为了满足生产单细胞蛋白的需要，对其生产工艺的研究仍是人们热衷研究的课题。
本发明目的是对玉米酵母生产工艺进行改进，设计一个适用于大规模连续化工业生产的工艺路线。以玉米为原料，改进用磷酸-糖化酶法水解糖化，以降低生产成本并提高糖液质量，采用在空气提升式发酵罐内高密度酵母细胞连续培养，降低能耗，规模易于放大，并采用废水循环利用工艺，以防止环境污染。
本发明无污染玉米酵母生产方法包括1.玉米粉用磷酸-糖化酶法进行水解糖化制备糖液。
2.将制备的糖液在空气提升式发酵罐内，采用高密度酵母细胞连续培养。
3.采用废水循环利用新工艺。
本发明的工艺生产流程示意图如下
淀粉原料的水解糖化情况，不仅影响微生物的生长，而且直接影响产物对原料的收率及生产成本，因此历来受到发酵工业的高度重视。本发明以玉米粉淀粉为原料(玉米粉通过40-100目/吋2筛孔)，采用磷酸-糖化酶水解糖化法，巧妙地将在后步发酵时加入的供酵母生长需要的磷酸提前加入代替双酶法中的α-淀粉酶，用磷酸进行淀粉水解，然后再用糖化酶进行糖化，将玉米中的淀粉转化为葡萄糖供培养酵母。本发明的磷酸-糖化酶水解糖化法与双酶法比较，不仅省用了价贵的α-淀粉酶，而且可以缩短后续的糖化酶作用时间，降低生产成本。与强酸水解法相比，本发明不需要耐高温高压耐腐蚀的设备，糖液色泽浅，糖的回收率高，玉米中的蛋白质很少被破坏，留在玉米粉渣中，使玉米粉渣中的蛋白质含量达到26-30%(一般玉米中蛋白质含量是8-10%)，从玉米粉渣中可回收原料玉米中所含蛋白质的70-75%。因此，如果玉米粉去皮去胚，胚芽可用于生产玉米油，淀粉经水解糖化后用于生产酵母，蛋白质和纤维素留在玉米粉渣中，作为付产品可供生产蛋白饲料，也可作为低糖分高蛋白纤维的特种保健食品，实现了玉米的综合利用。
玉米粉磷酸-糖化酶法制备糖液的水解温度为100-160℃，水解时间为0.5-5小时，磷酸用量0.8-5%(对玉米的重量%)，随着磷酸用量的增加，水解时间可以缩短，水解温度可适当降低，但磷酸用量主要取决于酵母生长的需要，玉米粉原料与所加废水之比为1∶3-6。糖化酶用量为0.1-0.5%(对玉米的重量%)，糖化温度为37-60℃，糖化时间1-8小时，糖化酶用量增大，糖化温度提高，则糖化时间可缩短。玉米淀粉糖化率可达90-95%。
将制备的糖液在空气提升式发酵罐中进行高密度酵母细胞连续培养，应用空气提升式发酵罐，规模易于放大，能耗低，能适应大规模连续化工业生产的要求。采用高密度酵母细胞连续培养，不仅提高生产能力，而且废水量大为减少，有利于进行废水的循环利用。
本发明采用选育的菌种产朊假丝酵母，生长速度快，对糖转化率高，蛋白质含量丰富，产朊假丝酵母已收载入中国药典，是公众的可供药用，食用的优良酵母菌种，为本发明产品玉米酵母的应用开辟了药用、食用及饲料用多种途径。
高密度酵母细胞连续培养的培养基组成是每升磷酸-糖化酶法制备的糖液中添加氯化钾及硫酸镁各0.5-5克，氯化钠，氯化钙，硫酸锌及硫酸亚铁等无机盐各0.1-0.5克。培养温度27-40℃，PH2.8-6.0，稀释速率0.08-0.2小时-1，风液比为2-3∶1。发酵液中干酵母浓度可达40-82.1克/升，发酵液经离心分离，所得湿酵母以新鲜用水洗涤，分离得酵母浆，再经干燥，即得产品玉米酵母干粉。干酵母蛋白质含量达50-55%，酵母对糖转化率为50-55%。
一般生产酵母工业中，均伴有大量废水排放，严重污染环境。本发明在上述磷酸-糖化酶法制备糖液及高密度酵母细胞连续培养的基础上，采用废水循环利用新工艺。发酵液离心分离后的废水及离心后的湿酵母再以新鲜用水洗涤分离的废水合并一起循环利用，用于原料玉米粉的水解或在水解糖化后压滤过程中洗涤玉米粉渣用，做到了无废水排放，不污染环境，利国利民，也有利于本发明的工业化应用。
本发明无污染玉米酵母生产方法，是以玉米为原料，将饲料粗粮玉米加工转化为蛋白饲料，虽消耗饲料粮，但用2.9吨玉米可生产一吨酵母用于代替鱼粉生产配合饲料，其饲养效果可节约5-6吨饲料粮，是有效的节粮措施。玉米淀粉采用磷酸-糖化酶法进行水解，所得糖液色泽浅，糖的回收率高，降低了成本。将糖液在空气提升式发酵罐中进行高密度酵母细胞连续培养，规模易于放大，能耗低，生产能力大，而且废水量大为减少，有利于本发明采用废水循环利用新工艺，适用于大规模连续化工业生产的要求。玉米粉渣中蛋白质含量达26-30%，玉米粉渣可回收原料玉米中所含蛋白质量的70-75%，实现了玉米的综合利用，也使本发明做到无废水无废渣的排放，有利于环境保护。
为了更好地理解本发明，现举例如下实施例1在反应锅内放入玉米粉1.8公斤，循环利用的废水10.2升及浓磷酸50克，于150℃水解1小时。冷却后，加糖化酶3.6克，于60℃糖化3.5小时，压滤，用循环利用的废水洗涤玉米渣，回收的糖液中含还原糖1311克，干玉米渣蛋白质含量27.59%。于2.2升空气提升式发酵罐内培养产朊假丝酵母，装料量1.2升，进行连续培养，培养基组成为1升糖液内含氯化钾1克，硫酸镁0.5克，氯化钠0.1克，氯化钙0.2克，硫酸锌0.1克及硫酸亚铁0.2克。温度33℃，PH4.0，稀释速率0.167小时-1，通风比例2.5∶1。发酵液内干酵母浓度为53.2克/升，共得干酵母725克，酵母蛋白质含量52.05%，酵母对糖转化率55.29%。离心发酵液所得废水及洗涤离心沉淀酵母之废水供下一批玉米粉水解用或洗涤玉米粉渣。
实施例2在反应锅中放入玉米粉1.5公斤，循环利用的废水4.5升及浓磷酸15克，于160℃水解4小时。冷却后，加糖化酶6克，于40℃糖化8小时，压滤，用循环利用的废水洗涤玉米渣，得糖液中含还原糖1034克，干玉米渣蛋白质含量29.82%。发酵罐内连续培养的培养基组成为每升糖液内含氯化钾4.5克，硫酸镁1.6克，氯化钠0.2克，氯化钙0.3克，硫酸锌0.1克及硫酸亚铁0.2克，稀释速率0.083小时-1，其余条件同实施例1。发酵液内干酵母浓度为82.1克/升，共得干酵母534克，酵母蛋白质含量53.35%，酵母对糖转化率51.52%，废水处理同实施例1。
实施例3在反应锅中放入玉米粉1.8公斤，循环利用的废水9.5升及浓磷酸80克，于100℃水解3.5小时。冷却后，加糖化酶3.6克，于60℃糖化3.5小时，压滤，用循环利用的废水洗涤玉米渣，得糖液中含还原糖1290克，干玉米渣蛋白质含量27.30%。发酵罐内连续培养的培养基组成为1升糖液内含氯化钾3克，硫酸镁1克，氯化钠0.1克，氯化钙0.1克，硫酸锌0.1克及硫酸亚铁0.1克，其余条件同实施例1。发酵液内干酵母浓度为52.5克/升，得干酵母673克，酵母蛋白质含量53.10%，酵母对糖转化率52.10%，废水处理同实施例1。
实施例4于5000升反应锅内加入玉米粉1000公斤，循环利用的废水4000升，浓磷酸20公斤，110℃水解2.5小时，冷却后，加糖化酶1.8公斤，60℃糖化6小时，压滤，用循环利用废水洗涤玉米渣，如此反应6次，共用玉米粉6000公斤，合并糖液，共含还原糖4180公斤，干玉米渣中蛋白质含量平均27.38%。于12立方米空气提升式发酵罐内进行连续培养，罐内装液量5000升，每1000升糖液内含氯化钾1.5公斤，硫酸镁0.4公斤，氯化钠0.1公斤，氯化钙0.2公斤，硫酸锌0.1公斤，硫酸亚铁0.2公斤，风液比3∶1，稀释速率0.125小时-1。发酵液干酵母浓度为51.8克/升，共得干酵母2120公斤，酵母对糖转化率50.72%，干酵母蛋白质含量51.95%，废水供下次配料及洗涤玉米渣用。
权利要求
1.一种无污染玉米酵母生产方法，其特征在于包括(1)玉米粉采用磷酸-糖化酶法进行水解糖化制备糖液，水解温度100-160℃，水解时间0.5-5小时，磷酸用量0.8-5%(对玉米的重量%)，玉米粉与所加循环用废水之比为1∶3-6，糖化酶用量为0.1-0.5%(对玉米的重量%)，糖化温度37-60℃，糖化时间1-8小时；(2)糖液在空气提升式发酵罐中进行高密度酵母细胞连续培养，培养基组成是每升糖液中含氯化钾及硫酸镁各0.5-5克，氯化钠，氯化钙，硫酸锌及硫酸亚铁各0.1-0.5克，培养温度27-40℃，PH2.8-6.0，稀释速率0.08-0.2小时-1，风液比为2-3∶1；(3)采用废水循环利用工艺。
2.按权利要求1所述的玉米酵母生产方法，其特征在于玉米粉通过40-100目/吋2筛孔。
3.按权利要求1所述的玉米酵母生产方法，其特征在于酵母细胞培养中采用产朊假丝酵母菌种。
全文摘要
一种以玉米为原料的无污染玉米酵母生产方法，玉米粉用磷酸—糖化酶法制备糖液供培养酵母，在空气提升式发酵罐内采用高密度酵母细胞连续培养得玉米酵母。副产品玉米粉渣中蛋白质含量可达26-30％，可实现玉米的综合利用。还采用废水循环利用新工艺，使工艺生产中做到无废水、无废渣排放，不污染环境，本方法适用于大规模工业生产。
文档编号C12N1/16GK1057071SQ9110745
公开日1991年12月18日 申请日期1991年7月18日 优先权日1991年7月18日
发明者王大琛, 方凤山 申请人:中国科学院上海有机化学研究所