一種利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法

2023-04-23 01:53:51 1

一種利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法
【專利摘要】本發明提供了一種利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法，通過酸解的方法製備小麥麩皮水解糖液，然後用活性炭對水解糖液中含有的發酵抑制劑進行脫毒處理，再選用具有很好適應性的麴黴（Aspergillusparasiticus）CICC40365以及配合優化的發酵營養物質混合發酵後，得到蘋果酸發酵液。本發明小麥麩皮水解率高、反應速度快、工藝簡單、成本低，並且水解糖液經過良好的脫毒處理，發酵過程糖損失低，所採用麴黴具有良好適應性，蘋果酸轉化率高。此外，本發明生產過程無毒無害，環保節能，適合工業化規模生產，能有效緩解我國及世界的能源危機，經濟效益顯著。
【專利說明】一種利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於發酵【技術領域】，尤其涉及一種利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法。
【背景技術】
[0002]L-蘋果酸(L-malicacid)，又名羥基丁二酸，是一種飽和的二元酸。外觀為白色結晶或結晶粉末，有較強的吸溼性，易溶於水、乙醇，有特殊的酸味，廣泛存在於蔬菜和水果中的一種天然有機酸，其含量僅次於檸檬酸，並具有特殊的風味。另外，L-蘋果酸也是人體代謝中的重要中間產物，易被人體吸收。因此，作為優良的酸味劑和保鮮劑被廣泛應用於食品、化妝品、醫藥等領域。
[0003]小麥是我國的主要糧食作物之一，其年產量已經超過一億多噸。小麥麩皮則是小麥制粉過程中的主要副產物，每年產量將近小麥加工量的20%，這是一項很大的資源。小麥麩皮中富含多糖、蛋白質、脂肪、維生素、礦物質等成分。但是，國內基本將小麥麩皮用於飼料工業，利用率很低，小麥麩皮中富含纖維素和半纖維素，採用適宜的水解工藝，將其轉化為可供微生物利用的單糖進而發酵製備有機酸，這對麩皮的高效綜合利用及提高其附加值具有重要的意義。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法，旨在解決現有小麥麩皮利用率低的問題。
[0005]本發明是這樣實現的，1、一種利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法，包括以下步驟:
[0006](I)將小麥麩皮粉與質量濃度為2%~4%的硫酸溶液按質量體積比為Ig:(7.5~
12.5)ml混勻，在121°C下反應lh，冷卻、過濾，取濾液；往濾液中加入過量Ca(0H)2調節pH至10~11,在8000r/min條件下離心IOmin,取上清液,往所述上清液中加酸液調節pH至中性，在8000r/min條件下離心IOmin,取上清液,得到小麥麩皮水解糖液；
[0007](2)往所述小麥麩皮水解糖液中加入為其質量10%的活性炭，在40°C水浴溫度、120r/min振蕩速度下脫毒lh，將反應液過濾，取濾液，得到發酵糖液，將所述發酵糖液蒸發濃縮至總糖濃度為100g/L ；
[0008](3)將步驟(2)得到的發酵糖液與營養物質混合後，在121°C溫度下滅菌20min，得到發酵培養液；其中，所述發酵糖液與營養物質混合後總體積按IL計算，所述發酵糖液與各營養物質的質量分別為:發酵糖液100g~110g、硫酸銨1.9g~2.2g、酵母浸粉2.7g~
3.3g、磷酸二氫鉀0.1g~0.15g、磷酸氫二鉀0.2g~0.3g、硫酸鎂0.1g~0.2g、硫酸猛0.1g~0.2g、七水合硫酸亞鐵0.05g~0.07g、碳酸鈣70g~100g ；
[0009](4)往步驟(3)中的發酵培養液加入(I~10) X 104CFU/mL麴黴菌種子培養液，在32°C、空氣通氣量2.5~30L/min、攪拌速度160r/min條件下發酵5天，收集發酵液，得到以鈣鹽的形式存在的蘋果酸；其中，所述發酵培養液與麴黴菌種子培養液的體積比為1:10。
[0010]優選地，在步驟(1)中，所述小麥麩皮粉通過以下步驟製備:將小麥麩皮在80°C溫度下烘乾，將烘乾後的小麥麩皮粉碎、過60目篩，得到小麥麩皮粉。
[0011]優選地，在步驟(1)中，所述添加Ca (OH) 2為固體粉末，分析純，純度> 95% ；所述酸液為質量濃度3%的硫酸。
[0012]優選地，在步驟(4)中，所述麴黴菌種子培養液製備方法如下:將濃度為
IX 106CFU/mL的麴黴孢子液接入到與其體積比為10:1~15:1種子培養基中，在30°C~32°C、180r/min~200r/min條件下培養16~18h ;其中，所述種子培養基按IL計算包括以下成分:葡萄糖30g、硫酸銨1.9g~2.2g、酵母浸粉2.7g~3.3g、磷酸二氫鉀0.1g~
0.15g、磷酸氫二鉀0.2g~0.3g、硫酸鎂0.1g~0.2g、硫酸猛0.1g~0.2g、七水合硫酸亞鐵 0.05g ~0.07g。
[0013]優選地,所述麴黴菌種為麴黴(Aspergillusparasiticus)CICC40365,購於中國工業微生物菌種保藏中心。
[0014]相比與現有技術的缺點和不足，本發明具有以下有益效果:
[0015](I)本發明採用酸解的方法製備小麥麩皮水解糖，該方法具有水解率高、反應速度快、工藝簡單、成本低等特點。
[0016](2)本發明對 水解液進行了活性炭脫毒處理，所得到糖液中糠醛、乙酸等發酵抑制劑含量明顯降低，能夠被本發明中採用的麴黴(Aspergillusparasiticus) CICC40365很好適應；並且該方法造成的糖損失也比較低，使最終麩皮的轉化率較高。大孔樹脂也具有較好脫毒特性，但其材料本身具有毒性，只有通過乙醇和NaOH溶液反覆清洗才能避免毒性物質殘留，工序繁瑣，並且其本身成本也很高。相比較大孔樹脂脫毒，活性炭沒有二次汙染問題，並且價格低廉。
[0017](3)本發明中採用的菌種能夠同時利用五、六碳糖，相比其他菌株而言，利用小麥麩皮水解液的效率更高。
[0018](4)本發明利用農副產物小麥麩皮為原料製備L-蘋果酸，能夠擺脫對石油基原料的過度依賴，進一步緩解我國及世界的能源危機。並且開闢了一條綠色、可持續、有潛力的生產途徑，生產成本低，具有很好的經濟性。
[0019](5)本發明利用微生物發酵的方法製備蘋果酸。其優點在於生產過程中無毒無害，環保節能，適合工業化規模生產；主要產L-蘋果酸，有利於產品的分離和提純。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0021]實施例1
[0022]A、小麥麩皮水解液的製備
[0023]將小麥麩皮除雜，置於熱風乾燥箱中，於80°C烘乾數小時。烘乾後的小麥麩皮用植物粉碎機粉碎，過60目篩，將小麥麩皮粉裝於密封袋中備用。
[0024]取小麥麩皮粉200g，加入質量濃度為3%的稀硫酸溶液2.0L，攪拌混勻，在121°C下反應lh,冷卻、過濾,取濾液，向濾液中加入過量Ca (OH) 2調pH至10~11,在8000r/min條件下離心lOmin，取上清液，向上清液中加入質量濃度為3%的稀硫酸調pH至中性，在8000r/min條件下離心IOmin,取上清液,即獲得小麥麩皮水解糖。
[0025]B、水解液脫毒處理
[0026]將200g活性炭添加至步驟A得到的小麥麩皮水解液中，置於水浴搖床中在40°C、120r/min振蕩速度條件下脫毒lh，反應結束後，過濾得發酵糖液；將該發酵糖液用旋轉蒸發儀蒸發濃縮至總糖濃度為100g/L。
[0027]C、培養基製備
[0028]在步驟B中濃縮後的發酵糖液中添加營養物質後得到發酵培養基，按IL計算，發酵培養基各組分濃度為:麩皮水解液糖100g/L，硫酸銨2g/L，酵母浸粉3g/L，磷酸二氫鉀
0.lg/L，磷酸氫二鉀0.2g/L，硫酸鎂0.lg/L，硫酸錳0.lg/L，七水合硫酸亞鐵0.05g/L，碳酸鈣 70g/L。
[0029]將5L發酵培養基泵入7L規模的發酵罐內，直接121°C在位滅菌20min。
[0030]D、所述麴黴囷種子培養液製備
[0031]方法如下:將濃度為lX106CFU/mL的麴黴孢子液接入到與其體積比為10:1~15:1種子培養基中，在30°C~32°C、180r/min~200r/min條件下培養16~18h，得到濃度為(I~10) X 104CFU/mL的麴黴菌種子培養液；其中，所述種子培養基按IL計算包括以下成分:葡萄糖30g、硫酸銨1.9g~2.2g、酵母浸粉2.7g~3.3g、磷酸二氫鉀0.1g~0.15g、磷酸氫二鉀0.2g~0.3g、硫酸鎂0.1g~0.2g、硫酸猛0.1g~0.2g、七水合硫酸亞鐵0.05g~
0.07go
[0032]其中，所用發酵菌種為麴黴(AspergiIlusparasiticus)CICC40365，購於中國工業微生物菌種保藏中心。
[0033]E、發酵產蘋果酸
[0034]將250mL麴黴菌種子培養液接入發酵罐中，在溫度32°C、空氣通氣量2.5L/min、攪拌轉速160r/min條件下發酵5天，所得發酵液中產物蘋果酸以鈣鹽的形式存在，蘋果酸濃度達到51.38g/L，5L發酵液中製備獲得256.90g蘋果酸。
[0035]實施例2
[0036]A、小麥麩皮水解液的製備
[0037]將小麥麩皮除雜，置於熱風乾燥箱中，於80°C烘乾數小時。烘乾後的小麥麩皮用植物粉碎機粉碎，過60目篩，將小麥麩皮粉裝於密封袋中備用。
[0038]取小麥麩皮粉15kg，加入質量濃度為3%的稀硫酸溶液150L，攪拌混勻，在121°C下反應Ih,冷卻、過濾,取濾液，向濾液中加入過量Ca (OH) 2調pH至10~11,在8000r/min條件下離心lOmin，取上清液，向上清液中加入質量濃度為3%的稀硫酸調pH至中性，在8000r/min條件下離心IOmin,取上清液,即獲得小麥麩皮水解糖。
[0039]B、水解液脫毒處理
[0040]將15kg活性炭添加至步驟A得到的小麥麩皮水解液中，置於水浴搖床中在40°C、120r/min振蕩速度條件下脫毒lh，反應結束後，過濾得發酵糖液；將該發酵糖液用旋轉蒸發儀蒸發濃縮至總糖濃度為100g/L。
[0041]C、培養基製備[0042]在步驟B中濃縮後的發酵糖液中添加營養物質後得到發酵培養基，按IL計算，發酵培養基各組分濃度為:麩皮水解液糖100g/L，硫酸銨2g/L，酵母浸粉3g/L，磷酸二氫鉀
0.lg/L，磷酸氫二鉀0.2g/L，硫酸鎂0.lg/L，硫酸錳0.lg/L，七水合硫酸亞鐵0.05g/L，碳酸鈣 70g/L。
[0043]將450L發酵培養基泵入500L規模的發酵罐內，直接121°C在位滅菌20min。
[0044]D、所述麴黴囷種子培養液製備
[0045]方法如下:將濃度為lX106CFU/mL的麴黴孢子液接入到與其體積比為10:1~15:1種子培養基中，在30°C~32°C、180r/min~200r/min條件下培養16~18h，得到濃度為(I~10) X 104CFU/mL的麴黴菌種子培養液；其中，所述種子培養基按IL計算包括以下成分:葡萄糖30g、硫酸銨1.9g~2.2g、酵母浸粉2.7g~3.3g、磷酸二氫鉀0.1g~0.15g、磷酸氫二鉀0.2g~0.3g、硫酸鎂0.1g~0.2g、硫酸猛0.1g~0.2g、七水合硫酸亞鐵0.05g~
0.07g。
[0046]其中，所用發酵菌種為麴黴(AspergiIlusparasiticus)CICC40365,購於中國工業微生物菌種保藏中心。
[0047]E、發酵產蘋果酸
[0048]將22.5L麴黴菌種子培養液接入發酵罐中，在溫度32°C、空氣通氣量30L/min、攪拌轉速160r/min條件下發酵5天，所得發酵液中產物蘋果酸以鈣鹽的形式存在，蘋果酸濃度達到49.22g/L，450L發酵液中製備獲得22.15kg蘋果酸。
[0049]實施例3
[0050]A、小麥麩皮水解液的製備
[0051]將小麥麩皮除雜，置於熱風乾燥箱中，於80°C烘乾數小時。烘乾後的小麥麩皮用植物粉碎機粉碎，過60目篩，將小麥麩皮粉裝於密封袋中備用。
[0052]取小麥麩皮粉100g，加入質量濃度為3%的稀硫酸溶液1.0L,攪拌混勻，在121°C下反應Ih,冷卻、過濾,取濾液，向濾液中加入過量Ca (OH) 2調pH至10~11,在8000r/min條件下離心lOmin，取上清液，向上清液中加入質量濃度為3%的稀硫酸調pH至中性，在8000r/min條件下離心IOmin,取上清液,即獲得小麥麩皮水解糖。
[0053]B、水解液脫毒處理
[0054]將100g活性炭添加至步驟A得到的小麥麩皮水解液中，置於水浴搖床中在40°C、120r/min振蕩速度條件下脫毒lh，反應結束後，過濾得發酵糖液；將該發酵糖液用旋轉蒸發儀蒸發濃縮至總糖濃度為100g/L。
[0055]C、培養基製備
[0056]在步驟B中濃縮後的發酵糖液中添加營養物質後得到發酵培養基，按IL計算，發酵培養基各組分濃度為:麩皮水解液糖100g/L，硫酸銨2g/L，酵母浸粉3g/L，磷酸二氫鉀
0.lg/L，磷酸氫二鉀0.2g/L，硫酸鎂0.lg/L，硫酸錳0.lg/L，七水合硫酸亞鐵0.05g/L，碳酸鈣 70g/L。
[0057]將1000mL發酵培養基加入10個250mL三角瓶中，每個三角瓶100mL。放入滅菌鍋121°C 下滅菌 20min。
[0058]D、所述麴黴囷種子培養液製備
[0059]方法如下:將濃度為IX 106CFU/mL的麴黴孢子液接入到與其體積比為10:1~15:1種子培養基中，在30°C~32°C、180r/min~200r/min條件下培養16~18h，得到濃度為(I~10) X 104CFU/mL的麴黴菌種子培養液；其中，所述種子培養基按IL計算包括以下成分:葡萄糖30g、硫酸銨1.9g~2.2g、酵母浸粉2.7g~3.3g、磷酸二氫鉀0.1g~0.15g、磷酸氫二鉀0.2g~0.3g、硫酸鎂0.1g~0.2g、硫酸猛0.1g~0.2g、七水合硫酸亞鐵0.05g~
0.07go
[0060]其中，所用發酵菌種為麴黴(Aspergi I lusparasi ticus)CICC40365，購於中國工業微生物菌種保藏中心。
[0061]E、發酵產蘋果酸
[0062]將每個三角瓶中接入5mL麴黴菌種子培養液後，置於培養箱中，在溫度32°C，轉速200r/min條件下發酵5天，所得發酵液中產物蘋果酸以鈣鹽的形式存在，蘋果酸濃度達到52.14g/L。
[0063]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所 作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)將小麥麩皮粉與質量濃度為2%~4%的硫酸溶液按質量體積比為Ig: (7.5~12.5)ml混勻,在121 °C下反應Ih,冷卻、過濾,取濾液；往濾液中加入過量Ca (OH)2調節pH至10~11,在8000r/min條件下離心IOmin,取上清液,往所述上清液中加酸液調節pH至中性,在8000r/min條件下離心IOmin,取上清液,得到小麥麩皮水解糖液； (2)往所述小麥麩皮水解糖液中加入為其質量10%的活性炭，在40°C水浴溫度、120r/min振蕩速度下脫毒lh，將反應液過濾，取濾液，得到發酵糖液，將所述發酵糖液蒸發濃縮至總糖濃度為100g/L ； (3)將步驟(2)得到的發酵糖液與營養物質混合後，在121°C溫度下滅菌20min，得到發酵培養液；其中，所述發酵糖液與營養物質混合後總體積按IL計算，所述發酵糖液與各營養物質的質量分別為:發酵糖液100g~110g、硫酸銨1.9g~2.2g、酵母浸粉2.7g~3.3g、磷酸二氫鉀0.1g~0.15g、磷酸氫二鉀0.2g~0.3g、硫酸鎂0.1g~0.2g、硫酸猛0.1g~0.2g、七水合硫酸亞鐵0.05g~0.07g、碳酸鈣70g~100g ； (4)往步驟(3)中的發酵培養液加入(I~10)X 104CFU/mL麴黴菌種子培養液，在32 °C、空氣通氣量2.5~30L/min、攪拌速度160r/min條件下發酵5天，收集發酵液，得到以鈣鹽的形式存在的蘋果酸；其中，所述發酵培養液與麴黴菌種子培養液的體積比為1:10。
2.如權利要求1所述的利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法，其特徵在於，在步驟(I)中，所述小麥麩皮粉通過以下步驟製備:將小麥麩皮在80°C溫度下烘乾，將烘乾後的小麥麩皮粉碎、過60目篩，得到小麥麩皮粉。
3.如權利要求2所述的利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法，其特徵在於，在步驟(I)中，所述添加Ca (OH) 2為固體粉末，分析純，純度> 95% ;所述酸液為質量濃度3%的硫酸。
4.如權利要求3所述的利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法，其特徵在於，在步驟(4)中，所述麴黴菌種子培養液製備方法如下:將濃度為I X 106CFU/mL的麴黴孢子液接入到與其體積比為10:1~15:1種子培養基中，在30°C~32°C、180r/min~200r/min條件下培養16~18h ;其中，所述種子培養基按IL計算包括以下成分:葡萄糖30g、硫酸銨1.9g~2.2g、酵母浸粉2.7g~3.3g、磷酸二氫鉀0.1g~0.15g、磷酸氫二鉀0.2g~0.3g、硫酸鎂0.1g~0.2g、硫酸錳0.1g~0.2g、七水合硫酸亞鐵0.05g~0.07g。
5.如權利要求4所述的利用小麥麩皮水解糖發酵產蘋果酸的方法，其特徵在於，所述麴黴菌種為麴黴(Aspergillusparasiticus) CICC40365,購於中國工業微生物菌種保藏中心。
【文檔編號】C12P7/46GK103789359SQ201410036126
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】李興江, 吳悅, 潘麗軍, 姜紹通, 李碩, 劉亞, 孫婷 申請人:合肥工業大學