专利名称:单细胞蛋白和蔗糖的生产方法
本发明是关于生产单细胞蛋白或生产单细胞蛋白及蔗糖的方法与设备，特别是关于使用甘蔗作原料生产单细胞蛋白和蔗糖的方法与设备。
在过去20年里，曾提出了许多培养微生物-包括以羟类、乙醇和糖类作为微生物生长的碳源-以生产单细胞蛋白的方法。单细胞蛋白可用作人类或动物的食物成分，特别是用作家禽饲料。如果能够使用一种在当地可很容易得到的材料作为碳源，将是单细胞蛋白生产上的一大进展。
由甘蔗生产蔗糖，可于收获甘蔗之后，在粗糖厂中将甘蔗进行加工处理，以生产出蔗糖和糖蜜等粗糖。一般是先将甘蔗烧掉顶端、叶子和没用的部分，之后切断并将其进一步切成小块，再送入粗糖厂的甘蔗接收装置。在糖厂内，将由接受装置送来的甘蔗进行压榨，并将所产生的糖汁进行澄清和蒸发处理，以产生出饱和糖浆，即可由其中结晶出蔗糖和糖蜜。甘蔗中可含有不同比例的蔗糖和转化糖。在该方法中，如果甘蔗已被烧过，就必须尽快收割，以免其中的蔗糖转化生成转化糖。此外，还必须在有最大蔗糖含量的时期，即在一年的3至4个月的时间内，而不是全年内收获并在工厂里加工处理。这就导致不能有效地利用工厂设备。
根据本发明，我们提供了一种由含蔗糖的原料生产单细胞蛋白或生产单细胞蛋白和蔗糖的方法，其包括以下诸步骤处理含蔗糖原料产生含蔗糖的糖汁，在接收装置中澄清糖汁，将澄清的糖汁送入发酵过程和/或进入蔗糖生产过程，将部分或全部澄清的糖汁送入发酵罐，以在发酵罐内培养能利用蔗糖作为生长必需之碳源的微生物，由发酵罐除去培养物并由其中分离出单细胞蛋白。
另外根据本发明我们提供了一种用含蔗糖的原料生产单细胞蛋白的方法，其包括以下步骤处理含蔗糖的原料以生产含蔗糖糖汁，加热该糖汁并用一种碱处理之(加热和碱处理步骤可依次或同时进行)，澄清经加热和碱处理的糖汁，向其中加入一种或多种作为其培养基的无机营养素来处理业已澄清的糖汁，以降低所说之澄清糖汁的PH，将经过处理的澄清糖汁送入发酵罐，在其中培养可利用蔗糖作碳源生长的微生物，由发酵罐中除去培养物并由除去的培养物中分离单细胞蛋白。
但实施本发明之生产单细胞蛋白的方法时，最好是在适合于同时生产单细胞蛋白和蔗糖或其中的一种产品的装置内进行，该装置也包括在本发明之范围内。包括甜菜和甘蔗在内的任一种含蔗糖原料均可使用，但最好是用甘蔗或由其得到的原料。本发明之方法最好是连续进行。
经培养以生产单细胞蛋白的微生物可以是能利用蔗糖作为生长所需之碳源的任一种酵母或细菌。但优选的是酵母，特别是也能利用与蔗糖一起存在的任何转化糖的菌株。适当的菌株如有啤酒酵母菌株NCYC 479，NCYC 1406和NCYC994，这些菌株的培养物寄存于英国COIney Lane，NOrwiCh，NR47AU国家酵母培养物保藏中心(NatiOnaI COIIection of Yeast CuItures，NCYC)，并可由该中心得到这些菌株。另一个适用的啤酒酵母菌株以NCYC1514号寄存于国家酵母培养物保藏中心，也以CBS431、ATCC10611和NRRL Y-1555等寄存号寄存于其它地方。这里CBS是CentreeI BureanVOCr SCnimmeICuItures，在荷兰Baarn，Ooaterstraat 1，3740A9。ATTC是美国标准培养物保藏中心(American Type CnIture COIIection)，在美国MaryIand 20852，BOOKViIIe，12301 ParkIawn DriVe。NRRL是美国农业部菌种保藏中心，在美国IIIincis 61404，Peoria，1815NOrtn University Street。
本发明的方法中，如以甘蔗为含蔗糖原料，则将其处理成碎块进行压榨以得到含蔗糖糖汁。典型的压榨方法是成对结合的所谓“串联式”进行，并将离开压榨机的糖汁通过筛滤以除去固体物质。由压榨机出来的糖汁，典型地PH在4-7的范围内，大多为PH5.5。
在一特别体现本发明优点的加工方法中，将由“串联式”压榨机出来的糖汁通入澄清器，并在其进入澄清器之前进行加热和碱处理。加热和碱处理步骤可依次或同时进行，但最好是在用碱处理之前将糖汁加热。优选的糖汁加热步骤是将糖汁温度提高到50℃至100℃尤其是在70℃至100℃范围内。用碱处理最好是将糖汁的PH值提高到PH6-9，特别是在PH7至PH8范围内。任何适当的碱均可加入糖汁中以提高PH，但优选的是氧化钙或氢氧化钙，因为将其加到糖汁中后可有助于除去有机污染物。在澄清期间，沉渣物是作为淤渣由罐的下部排出。糖汁在罐内的典型停留时间平均为15分钟至90分钟。在碱处理步骤中，PH值的提高连同继后在澄清罐中的停留，作用不只是使糖汁澄清，而且也杀死其中的任何在本方法以后的发酵阶段中会反过来污染培养物的酵母细胞。
澄清后将欲用于制造蔗糖的糖汁通入多效蒸发体系，在此成为浓缩糖浆而进入常规粗糖/糖蜜生产过程的后期阶段。欲用于生产单细胞蛋白的糖汁则最好通入一个营养素混合罐，其中加入了一种或多种为以后的发酵步骤所需要的无机营养素，如磷酸和钾源、镁源和痕量元素。这些添加物最好是将经澄清的糖汁的pH值降到2-4。营养素混合罐内的温度最好是保持在60℃至90℃。澄清之糖汁在营养素混合罐中的滞留时间，典型的为平均0.5至3小时。在营养素混合罐内，于PH环境滞留期间，可杀死任何耐热的中性生长菌，如立体嗜热杆菌(BaciIIus Stereo-thermoPh-iIus)菌株，其在以前的处理中一直是存活的，如将经处理的澄清糖汁供入发酵罐时，其可能转而污染培养物。为了提高加工过程的能量利用率，最好将经处理的澄清糖汁在其由营养混合罐通入发酵罐时冷却到20℃至40℃。
可在任何适当的发酵罐内发酵微生物，以生产单细胞蛋白。但最好使用“加压循环”发酵罐，培养物在其中是连续循环的，该体系包括一个升管和一个下导管，分别联接在上端和下端，通过压缩空气将培养物“吹”入升导管的下部。以氨气氮源送入压缩空气流中是很方便的。这样的发酵罐已在我们的英国专利1353088，1417486和1417487号中述及。根据发酵中所使用的微生物菌株，发酵温度一般是在30℃到40℃。为了将发酵罐内培养物的温度控制在这个范围之内，须有一个致冷器。在天气热时，可望给发酵罐装上致冷系统。
将发酵步骤中产生的培养物由发酵罐中除去，并进行发酵后处理，包括产物增稠和蒸发干燥等步骤，以得到干燥的单细胞蛋白。蒸发干燥步骤中，通常可使用英国专利1477039号中所述的方法。
单细胞蛋白产品可作为人和动物的食物组合物的成分，如作为家禽饲料的蛋白质添加物，以部分地代替一般所用的植物蛋白质。配制出最小成本并达到必须营养明细表中要求的家禽饲料。在明细表中所列的主要条目有总代谢能量、总蛋白质含量和必需氨基酸量。已发现在食物配料中通常所用的植物蛋白质添加物可用较小量的单细胞蛋白代替，同时可保持同样的营养规格，因而相同重量的单细胞蛋白的营养价值超过植物蛋白质。
当用甘蔗作原料时，本发明的方法是特别有利的。因为发酵过程是在含水介质中进行的，故将糖汁吸入过程之前，不必由糖汁中除去水份。本方法中蔗糖和转化糖均可转变成单细胞蛋白也是一个进步，这样即可在全年中收割甘蔗，而不必象目前的作法-只在蔗糖含量最大时收获。如经烧烤除去甘蔗枯叶，即不再一定要抢在转化前收割。
如果是只在一年的某段时间收割甘蔗，则可使用储存的粗糖和糖蜜，或浓缩的糖浆继续进行加工处理。
通过附图对本发明作进一步阐明。附图中图1是用甘蔗作粗糖来源实施本发明方法的工厂之基本设备。
图2更详细地图解说明用甘蔗作粗糖来源实施体现本发明方法之突出特征的工厂设备。
在图1所示的工艺流程中，将甘蔗短条送到甘蔗接受装置，由此送入甘蔗压榨机2，其为成对或“串联式”工作的，并通过管路3提供吸浸水。压榨的糖汁由甘蔗压榨机流入澄清器4，同时甘蔗渣被运到蔗渣炉5。在澄清器4中使糖汁与废淤渣分开，而废淤渣沿管6排出。离开澄清器的澄清糖汁流可被分成两股，其中一股通入发酵罐7，被转化为单细胞蛋白，而另一股则进入多效蒸发装置8，经常规的制糖加工处理步骤生产出蔗糖和糖蜜。图1中常规工艺的进一步处理步骤的图解说明包括在边线9之内。如此设计的工厂设备是将澄清的糖汁同时通入发酵罐7和蒸发装置8，或可根据任何时候的随意需要只导入两者之一中。
发酵罐7中澄清糖汁的糖构成含水培养基中微生物生长的碳源，微生物经连续培养和收获得到单细胞蛋白。澄清的糖汁在送入发酵罐7之前，通常先与培养基中的水和某些(或所有的)其它营养素相混合。由压缩机将压缩空气提供给发酵罐7，并用致冷系统11控制发酵罐7中培养基的温度。微生物的培养物不断地由发酵罐7中撤除，并经过蒸发干燥装置12等的进一步处理，由此干燥的单细胞蛋白产物沿管路13离开工厂。
在工厂中糖的生产方面，是将进入多效蒸发装置8的澄清糖汁浓缩，以产生饱合糖浆(糖膏)，送入结晶/离心装置14。在蒸发装置8中产生的冷凝物沿管路15离开工厂。两股产物流16和17由结晶/离心装置14离开工厂。产物流16携带粗糖，流17携带废糖蜜，典型的含水混合物中包含约34%(重量)的蔗糖和18%(重量)的转化糖。该方法一般可生产出相对重量比约为73%的粗糖和27%的废糖浆。
由蔗渣炉5提供的蒸汽沿管路18进入多效蒸发装置8和蒸发干燥装置12。
图2中所示工厂设备包含如图1所示者相同的基本特征，包括甘蔗接受装置1，经管路3提供吸浸水的甘蔗压榨机2，澄清器4，蔗渣炉5，配有致冷系统11并由压缩机10提供压缩空气的发酵罐7，以及多效蒸发装置8和蒸发干燥装置12-两者由蔗渣炉5经管路18提供蒸气，所有这些装置均显示于图2中。单细胞蛋白产物沿管路13离开工厂，澄清器4中的废淤渣沿管路6排出，可作为土壤团粒结构促进剂撒布于农田。图2中没有显示常规制糖过程的继后处理步骤，即结晶/离心装置14，粗糖流16和废糖蜜流17。应意识到，在图2的工厂设备中离开多效蒸发装置8的饱和糖浆，是与图2工厂中生产的相应阶段的糖浆作同样处理的。
图2工厂中的发酵罐7为我们的英国专利1355008号中所述这种类型的“加压循环”发酵罐。图2中详细图解说明离开压榨机2之糖汁在其提供给发酵罐7和/或多效蒸发装置8之前所作的各种处理。
离开压榨机2的压榨之糖汁首先通过筛19除去残留的固体物，之后在加热器20中加热到60℃至95℃。再将经过加热的糖汁送入碱处理罐21，罐内加入一种碱以提高其PH。离开筛19的压榨糖汁PH值为5.5，经在罐21中处理该PH可升高到8。加到罐21中的最为适当的碱为氧化钙或氢氧化钙，其可除去有机污染物。压榨的糖汁通入澄清器4。沿管路6离开澄清器4的废淤渣通过滤器22，其中的滤液返回澄清的糖汁流。离开澄清器4和欲转化为粗糖及糖蜜的澄清糖汁通入多效蒸发装置8，以常规制糖方法作进一步的处理;而准备在单细胞蛋白生产中用作碳源的糖汁则通入营养素混合罐23。在此加入其它培养基营养素和消泡剂，分别沿补给线24和25进入罐23。加入了营养素的澄清糖汁由罐23通过糖汁冷却器26进入发酵罐7。在生产单细胞蛋白的发酵过程中，用于供给培养基的优选的氮源是气态氨。该营养素单独地加入混合罐23中的澄清糖汁内。其沿管路27，与来自压缩机10的压缩空气混合，送入发酵罐7。不断地由发酵罐7撤除含微生物的培养物，先送到产物增稠器28，之后到蒸发干燥装置12，由此成为单细胞蛋白产物的干燥的微生物细胞通过管路13离开工厂。由产物增稠器28来的再循环培养基沿管路29返回发酵罐7。蒸发干燥装置12由蔗渣炉5沿管路18得到蒸汽，并分别经管路30和线路31得到油(见英国专利1477039号)和动力。澄清的冷凝物沿管路32离开蒸发干燥装置。
如图1所示的一样，图2所示的工厂设备可根据需要用以生产粗糖/废糖蜜或单细胞蛋白或生产这两类产品。
当只开动图1和2的工厂设备生产粗糖和废糖蜜时，其功能相似于普遍的粗糖厂。
勘误表 CPCH85642权利要求
1.一种由含蔗糖的原料生产单细胞蛋白或生产单细胞蛋白及蔗糖的方法，其包括的步骤有处理含蔗糖原料以得到含蔗糖糖汁、在接受澄清之糖汁进入发酵过程和/或蔗糖生产过程的装置中澄清糖汁、将所有的或部分的澄清糖汁供入发酵罐以在其中培养能利用蔗糖为碳源生长的微生物、由发酵罐内除去培养物并从该除去之培养物中分离出单细胞蛋白。
2.一种由含蔗糖原料生长单细胞蛋白的方法，其包括的步骤有处理含蔗糖原料以得到含蔗糖糖汁、加热糖汁并用一种碱处理之(加热和碱处理步骤依次或同时进行)、澄清经加热和碱处理的糖汁、向澄清的糖汁中加进一种或多种用以配制培养基的无机营养素以降低所说之澄清糖汁的PH、将经处理的澄清糖汁供入发酵罐以在其中培养能利用蔗糖为碳源供生长的微生物、由发酵罐内除去培养物并从该除去之培养物中分离出单细胞蛋白。
3.根据权利要求
1或权利要求
2的方法，其中含蔗糖原料是甘蔗。
4.根据前述权利要求
1-3的方法，其中在发酵罐中培养的微生物是一种酵母。
5.根据权利要求
3的方法，其中的酵母是啤酒酵母的一个菌株。
6.根据权利要求
2-5中任一项的方法，其中加热步骤是将糖汁的温度升高到50℃至100℃范围内。
7.根据权利要求
2-6中任一项的方法，其中碱处理步骤是将糖汁的PH提高到PH6至PH9范围内。
8.根据前述权利要求
中任一项的方法，其中澄清是在罐中进行的，且糖汁在罐中的留存时间平均为15分钟至90分钟。
9.根据前述权利要求
中任一项的方法，其中于澄清后将无机营养素加到将送入发酵罐的糖汁中，以使其PH值降到PH2-4，并保持于这个PH值，于罐内留存30分钟至3小时。
10.一种用于生产单细胞蛋白和蔗糖的设备，其包含下列特征部分的组合(1)处理含蔗糖原料以生产含蔗糖糖汁的处理部分;(2)运输含蔗糖糖汁到澄清器的运输部分;(3)澄清含蔗糖糖汁的澄清器;(4)将澄清的含蔗糖糖汁由澄清器分别供入发酵罐和蔗糖生产设备之蒸发装置的供应部分;(5)用于需氧培养微生物的发酵罐连同由发酵罐中排除培养物的排除装置和由排除的培养物中分离单细胞蛋白的分离装置;(6)用来自澄清器的澄清之含蔗糖糖汁生产蔗糖的蔗糖生产装置。
专利摘要
一种在可生产单细胞蛋白和蔗糖的工厂中由含蔗糖原料，特别是由甘蔗生产单细胞蛋白的方法和设备。该工厂可单独生产一种产品或一同生产这两种产品。
文档编号C12P19/00GK85104377SQ85104377
公开日1986年12月10日 申请日期1985年6月10日
发明者布赖恩·刘易斯·弗雷德里克·罗杰斯, 罗伯特·布赖恩·瓦齐, 约翰·克里斯托弗·伍德 申请人:帝国化学工业公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan