用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝的製作方法

2023-05-01 09:45:41

用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，包括：製備粗糧水解液；製備α-澱粉酶製劑；製備市售成品。採用本發明方法後，可大幅縮短發酵培養基消毒時間，可有效提升原料利用率並提升發酵活力，還可有效提升發酵清液得率，並能顯著降低超濾廢液氨氮水平。
【專利說明】用於50-80立方米發酵液條件的α -澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種α -澱粉酶製劑大規模生產工藝，尤其是一種用於50-80立方米發酵液條件的α -澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，屬於酶製劑大規模生產領域。
【背景技術】
[0002]α-澱粉酶(a-amylase)為糖苷水解酶類(glycosylhydrases)的第13家族,屬於α -葡萄糖苷水解酶(a -Glycosylhydrases, EC3.2.1)。α -澱粉酶是一種內切酶，能水解澱粉分子中的α-1，4糖苷鍵，將其任意切成長短不一的短鏈糊精和少量的相對低分子質量糖類，直鏈澱粉和支鏈澱粉均以無規則的形式進行分解，從而使澱粉糊的粘度迅速下降，即起「液化」作用，故α -澱粉酶又稱為液化澱粉酶。
[0003]α -澱粉酶是最重要的一類酶，也是最早實現工業生產並且迄今為止用途最廣，產量最大的酶製劑品種。α-澱粉酶已應用到很多工業中如食品，發酵，紡織，造紙業，製藥業和化學藥品工業等，還擴展到其他領域，如臨床，醫學，分析化學等。α -澱粉酶的具體用途例如澱粉的液化、紡織品退漿、紙和紙漿生產中澱粉的修飾，以及用於釀酒、酒精生產和烘小立m。
[0004]據 申請人:所知，雖然現有α-澱粉酶製劑製備方法已經比較成熟，但仍然存在培養基消毒耗費時間較長，氮源利用率不夠高，發酵活力不夠高，發酵清液得率不夠高，超濾廢液氨氮水平不夠低的缺陷。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是:克服現有技術存在的問題，提供一種用於50-80立方米發酵液條件的α -澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，可有效克服現有技術缺陷。
[0006]本發明解決其技術問題的技術方案如下:一種用於50-80立方米發酵液條件的α -澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，包括以下步驟:
[0007]第一步、製備粗糧水解液:
[0008]S1-1.先用水將粗糧粉製成質量濃度為10-15%的漿液，再將漿液加熱至900C -100°C，保持10-20分鐘；然後將漿液冷卻至40°C -50°C ；
[0009]S1-2.以質量濃度為2-10%的鹼液將Sl-1所得漿液的pH值調至7.0-8.0，然後加入蛋白酶進行水解，水解過程中以所述鹼液將漿液PH值控制在7.0-8.0，水解過程持續4-6小時；
[0010]S1-3.將S1-2所得水解後漿液過濾，收集濾液，即得粗糧水解液。
[0011]第二步、製備α -澱粉酶製劑:
[0012]S2-1.配製以第一步製得粗糧水解液為氮源的發酵培養基；
[0013]S2-2.將已活化的α-澱粉酶種子液按體積比1_10%接入S2_l所得發酵培養基中，然後開始發酵，發酵溫度保持在34±4°C，發酵過程中以氨水將發酵液pH值控制在
6.5±0.5,發酵過程持續40-80小時；
[0014]S2-3.過濾S2-2所得發酵液，收集發酵清液，即得α -澱粉酶製劑。
[0015]本發明進一步完善的技術方案如下:
[0016]優選地，第一步中，先在Sl-1之前以凱氏定氮法測定粗糧粉的總蛋白含量，再在S1-2中以凱氏定氮法測定水解後漿液液體中的可溶性蛋白含量，若所述可溶性蛋白含量佔所述總蛋白含量的80-90%則終止水解過程，否則繼續水解過程。
[0017]優選地，第二步S2-1所得發酵培養基由以下組分按重量百分比混合後經120。。-121。。消毒20-25分鐘製得:
[0018]澱粉15-20%，第一步製得粗糧水解液1_10%，幹基含量20 土 2%的玉米漿液1_2%，磷酸氫二鈉0.5-1.0%，氯化銨0.1-0.3%，硫酸銨0.1-0.3%，氯化鈣0-0.1%，餘量為水。
[0019]優選地，第一步S1-2中，蛋白酶為10萬U/g的中性蛋白酶，蛋白酶的加入量為質量濃度0.05-0.3% ;第二步S2-2中，發酵過程中溶氧量保持在20-30%。
[0020]優選地，第二步S2-2中，α -澱粉酶種子液的活化過程如下:
[0021]將α -澱粉酶菌種接種LB培養液，於37°C _39°C培養6-10小時，當α -澱粉酶濃度達到108-109cfu/ml時即完成活化。
[0022]優選地，第一步S1-3和第二步S2-3中，過濾方式為板框過濾，採用150-200目的濾布。
[0023]優選地，所述粗糧粉為豆餅粉或棉籽餅粉。
[0024]優選地,第一步S1-2中,所述鹼液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。
[0025]優選地，第二步S2-3中，先將發酵液絮凝處理，再過濾。
[0026]優選地，還包括:第三步、將第二步製得α -澱粉酶製劑超濾濃縮後分裝，得市售成品。
[0027] 申請人:在深入地實踐研究中發現，導致現有技術存在缺陷的主要原因在於將粗糧粉直接用於發酵過程。基於這一重要發現， 申請人:進一步深入研究，終於得出了上述技術方案。本發明大規模生產工藝中，先將粗糧粉製成水解液，然後再用於配製發酵培養基，最後發酵獲得α -澱粉酶製劑，其中將粗糧粉製成水解液是關鍵點，採用這一關鍵點可大幅縮短發酵培養基消毒時間，可有效提升粗糧粉氮源利用率並提升發酵活力，還可有效提升發酵清液得率，並能顯著降低超濾廢液氨氮水平，也即採用這一關鍵點實現了眾多完全在預料之外的技術效果。
[0028]與現有技術相比，採用本發明工藝後改善效果明顯:發酵培養基消毒時間縮短至少15分鐘，有效降低能耗；製得α -澱粉酶製劑的酶活力提高6-10% ;發酵清液得率提高4-10% ;超濾廢液氨氮水平下降20-30%。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例對本發明作進一步詳細描述。但是本發明不限於所給出的例子。
[0030]實施例
[0031]本實施例在50-80立方米發酵液條件下大規模生產α _澱粉酶製劑及其市售成品，生產工藝包括以下步驟:[0032]第一步、製備粗糧水解液:
[0033]S1-1.先用水將粗糧粉製成質量濃度為10-15% (如12%)的漿液，再將漿液加熱至900C -1OO0C (如95°C)，保持10-20分鐘(如15分鐘)；然後將漿液冷卻至40°C -50°C (如45°C);粗糧粉為豆餅粉或棉籽餅粉 。
[0034]S1-2.以質量濃度為2-10%(如8%)的鹼液(氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液)將Sl-1所得漿液的PH值調至7.0-8.0(如7.5)，然後加入蛋白酶進行水解，水解過程中以前述鹼液將漿液pH值控制在7.0-8.0，水解過程持續4-6小時(如5小時)；其中，蛋白酶為10萬U/g的中性蛋白酶，蛋白酶的加入量為質量濃度0.05-0.3% (如0.10%)。
[0035]S1-3.將S1-2所得水解後漿液過濾，收集濾液，即得粗糧水解液。其中，過濾方式為板框過濾，採用150-200目(如180目)的濾布。
[0036]具體而言，第一步中，先在Sl-1之前以凱氏定氮法測定粗糧粉的總蛋白含量，再在S1-2中以凱氏定氮法測定水解後漿液液體中的可溶性蛋白含量，若所述可溶性蛋白含量佔所述總蛋白含量的80-90% (如87%)則終止水解過程，否則繼續水解過程。
[0037]第二步、製備α -澱粉酶製劑:
[0038]S2-1.配製以第一步製得粗糧水解液為氮源的發酵培養基；
[0039]具體而言，發酵培養基由以下組分按重量百分比混合後經120°C _121°C消毒20-25分鐘(如23分鐘)製得:
[0040]澱粉15-20% (如17%)，第一步製得粗糧水解液1-10% (如8%)，幹基含量20 土 2%的玉米漿液1-2% (如1.5%)，磷酸氫二鈉0.5-1.0% (如0.8%)，氯化銨0.1-0.3% (如0.2%)，硫酸銨0.1-0.3% (如0.2%)，氯化鈣0-0.1% (如0.03%)，餘量為水。
[0041]與現有技術相比，消毒時間縮短15分鐘，效率提高37%以上。
[0042]S2-2.將已活化的α -澱粉酶種子液按體積比1_10% (如5%)接入S2_l所得發酵培養基中，然後開始發酵，發酵溫度保持在34±4°C，發酵過程中以氨水將發酵液pH值控制在6.5±0.5，發酵過程持續40-80小時(如50小時);發酵過程中溶氧量保持在20-30% (如25%)(發酵液溶氧量按自來水溶氧量為100%來進行推算)；
[0043]具體而言，α -澱粉酶種子液的活化過程如下:
[0044]將α -澱粉酶菌種接種LB培養液，於37°C _39°C培養6-10小時，當α -澱粉酶濃度達到108-109cfu/ml時即完成活化。
[0045]S2-3.先將S2-2所得發酵液絮凝處理，再過濾發酵液，收集發酵清液，即得α -澱粉酶製劑。其中，過濾方式為板框過濾，採用150-200目(如180目)的濾布。
[0046]經檢測，第二步所得α-澱粉酶製劑的發酵活力為1400_1800U/ml，與現有技術相t匕，發酵活力提高6-10%，提升效果明顯。此外，第二步S2-3過濾時，20m3的發酵液過濾後可得18m3的發酵清液，與現有技術相比，發酵清液得率提高4-10%，提升效果明顯。
[0047]第三步、將第二步製得α -澱粉酶製劑超濾濃縮後分裝，得市售成品。
[0048]經檢測，超濾廢液氨氮濃度為100-150mg/L，與現有技術相比，超濾廢液的氨氮水平下降20-30%，工藝綠色環保。
[0049]除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，包括以下步驟: 第一步、製備粗糧水解液: S1-1.先用水將粗糧粉製成質量濃度為10-15%的漿液，再將漿液加熱至90°C -1OO0C,保持10-20分鐘；然後將漿液冷卻至40°C -50°C ； S1-2.以質量濃度為2-10%的鹼液將Sl-1所得漿液的pH值調至7.0-8.0，然後加入蛋白酶進行水解，水解過程中以所述鹼液將漿液PH值控制在7.0-8.0,水解過程持續4-6小時； 51-3.將S1-2所得水解後漿液過濾，收集濾液，即得粗糧水解液。 第二步、製備α-澱粉酶製劑: 52-1.配製以第一步製得粗糧水解液為氮源的發酵培養基； S2-2.將已活化的α-澱粉酶種子液按體積比1-10%接入S2-1所得發酵培養基中，然後開始發酵，發酵溫度保持在34±4°C，發酵過程中以氨水將發酵液pH值控制在6.5±0.5，發酵過程持續40-80小時； S2-3.過濾S2-2所得發酵液，收集發酵清液，即得α-澱粉酶製劑。
2.根據權利要求1所述 用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，第一步中，先在Sl-1之前以凱氏定氮法測定粗糧粉的總蛋白含量，再在S1-2中以凱氏定氮法測定水解後漿液液體中的可溶性蛋白含量，若所述可溶性蛋白含量佔所述總蛋白含量的80-90%則終止水解過程，否則繼續水解過程。
3.根據權利要求1所述用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，第二步S2-1所得發酵培養基由以下組分按重量百分比混合後經120。。-121。。消毒20-25分鐘製得: 澱粉15-20%，第一步製得粗糧水解液1_10%，幹基含量20 土 2%的玉米漿液1_2%，磷酸氫二鈉0.5-1.0%，氯化銨0.1-0.3%，硫酸銨0.1-0.3%，氯化鈣0-0.1%，餘量為水。
4.根據權利要求1所述用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，第一步S1-2中，蛋白酶為10萬U/g的中性蛋白酶，蛋白酶的加入量為質量濃度0.05-0.3% ;第二步S2-2中，發酵過程中溶氧量保持在20-30%。
5.根據權利要求1至4任一項所述用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，第二步S2-2中，α -澱粉酶種子液的活化過程如下: 將α -澱粉酶菌種接種LB培養液，於37°C _39°C培養6-10小時，當α -澱粉酶濃度達到108-109cfu/ml時即完成活化。
6.根據權利要求5所述用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，第一步S1-3和第二步S2-3中，過濾方式為板框過濾，採用150-200目的濾布。
7.根據權利要求6所述用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，所述粗糧粉為豆餅粉或棉籽餅粉。
8.根據權利要求7所述用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，第一步S1-2中，所述鹼液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。
9.根據權利要求8所述用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，第二步S2-3中，先將發酵液絮凝處理，再過濾。
10.根據權利要求1至4任一項所述用於50-80立方米發酵液條件的α-澱粉酶製劑大規模清液發酵生產工藝，其特徵是，還包括: 第三步、將第二步製得 α -澱粉酶製劑超濾濃縮後分裝，得市售成品。
【文檔編號】C12N9/26GK103540578SQ201310460224
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】樓志華, 朱為民, 丁紅輝, 嶽彩元 申請人:江蘇省奧谷生物科技有限公司