專利名稱:單細(xì)胞蛋白和蔗糖的生產(chǎn)方法
本發(fā)明是關(guān)于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白或生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白及蔗糖的方法與設(shè)備，特別是關(guān)于使用甘蔗作原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白和蔗糖的方法與設(shè)備。
在過去20年里，曾提出了許多培養(yǎng)微生物-包括以羥類、乙醇和糖類作為微生物生長的碳源-以生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的方法。單細(xì)胞蛋白可用作人類或動物的食物成分，特別是用作家禽飼料。如果能夠使用一種在當(dāng)?shù)乜珊苋菀椎玫降牟牧献鳛樘荚?，將是單?xì)胞蛋白生產(chǎn)上的一大進(jìn)展。
由甘蔗生產(chǎn)蔗糖，可于收獲甘蔗之后，在粗糖廠中將甘蔗進(jìn)行加工處理，以生產(chǎn)出蔗糖和糖蜜等粗糖。一般是先將甘蔗燒掉頂端、葉子和沒用的部分，之后切斷并將其進(jìn)一步切成小塊，再送入粗糖廠的甘蔗接收裝置。在糖廠內(nèi)，將由接受裝置送來的甘蔗進(jìn)行壓榨，并將所產(chǎn)生的糖汁進(jìn)行澄清和蒸發(fā)處理，以產(chǎn)生出飽和糖漿，即可由其中結(jié)晶出蔗糖和糖蜜。甘蔗中可含有不同比例的蔗糖和轉(zhuǎn)化糖。在該方法中，如果甘蔗已被燒過，就必須盡快收割，以免其中的蔗糖轉(zhuǎn)化生成轉(zhuǎn)化糖。此外，還必須在有最大蔗糖含量的時期，即在一年的3至4個月的時間內(nèi)，而不是全年內(nèi)收獲并在工廠里加工處理。這就導(dǎo)致不能有效地利用工廠設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，我們提供了一種由含蔗糖的原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白或生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白和蔗糖的方法，其包括以下諸步驟處理含蔗糖原料產(chǎn)生含蔗糖的糖汁，在接收裝置中澄清糖汁，將澄清的糖汁送入發(fā)酵過程和/或進(jìn)入蔗糖生產(chǎn)過程，將部分或全部澄清的糖汁送入發(fā)酵罐，以在發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)能利用蔗糖作為生長必需之碳源的微生物，由發(fā)酵罐除去培養(yǎng)物并由其中分離出單細(xì)胞蛋白。
另外根據(jù)本發(fā)明我們提供了一種用含蔗糖的原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的方法，其包括以下步驟處理含蔗糖的原料以生產(chǎn)含蔗糖糖汁，加熱該糖汁并用一種堿處理之(加熱和堿處理步驟可依次或同時進(jìn)行)，澄清經(jīng)加熱和堿處理的糖汁，向其中加入一種或多種作為其培養(yǎng)基的無機(jī)營養(yǎng)素來處理業(yè)已澄清的糖汁，以降低所說之澄清糖汁的PH，將經(jīng)過處理的澄清糖汁送入發(fā)酵罐，在其中培養(yǎng)可利用蔗糖作碳源生長的微生物，由發(fā)酵罐中除去培養(yǎng)物并由除去的培養(yǎng)物中分離單細(xì)胞蛋白。
但實施本發(fā)明之生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的方法時，最好是在適合于同時生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白和蔗糖或其中的一種產(chǎn)品的裝置內(nèi)進(jìn)行，該裝置也包括在本發(fā)明之范圍內(nèi)。包括甜菜和甘蔗在內(nèi)的任一種含蔗糖原料均可使用，但最好是用甘蔗或由其得到的原料。本發(fā)明之方法最好是連續(xù)進(jìn)行。
經(jīng)培養(yǎng)以生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的微生物可以是能利用蔗糖作為生長所需之碳源的任一種酵母或細(xì)菌。但優(yōu)選的是酵母，特別是也能利用與蔗糖一起存在的任何轉(zhuǎn)化糖的菌株。適當(dāng)?shù)木耆缬衅【平湍妇闚CYC 479，NCYC 1406和NCYC994，這些菌株的培養(yǎng)物寄存于英國COIney Lane，NOrwiCh，NR47AU國家酵母培養(yǎng)物保藏中心(NatiOnaI COIIection of Yeast CuItures，NCYC)，并可由該中心得到這些菌株。另一個適用的啤酒酵母菌株以NCYC1514號寄存于國家酵母培養(yǎng)物保藏中心，也以CBS431、ATCC10611和NRRL Y-1555等寄存號寄存于其它地方。這里CBS是CentreeI BureanVOCr SCnimmeICuItures，在荷蘭Baarn，Ooaterstraat 1，3740A9。ATTC是美國標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)物保藏中心(American Type CnIture COIIection)，在美國MaryIand 20852，BOOKViIIe，12301 ParkIawn DriVe。NRRL是美國農(nóng)業(yè)部菌種保藏中心，在美國IIIincis 61404，Peoria，1815NOrtn University Street。
本發(fā)明的方法中，如以甘蔗為含蔗糖原料，則將其處理成碎塊進(jìn)行壓榨以得到含蔗糖糖汁。典型的壓榨方法是成對結(jié)合的所謂“串聯(lián)式”進(jìn)行，并將離開壓榨機(jī)的糖汁通過篩濾以除去固體物質(zhì)。由壓榨機(jī)出來的糖汁，典型地PH在4-7的范圍內(nèi)，大多為PH5.5。
在一特別體現(xiàn)本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的加工方法中，將由“串聯(lián)式”壓榨機(jī)出來的糖汁通入澄清器，并在其進(jìn)入澄清器之前進(jìn)行加熱和堿處理。加熱和堿處理步驟可依次或同時進(jìn)行，但最好是在用堿處理之前將糖汁加熱。優(yōu)選的糖汁加熱步驟是將糖汁溫度提高到50℃至100℃尤其是在70℃至100℃范圍內(nèi)。用堿處理最好是將糖汁的PH值提高到PH6-9，特別是在PH7至PH8范圍內(nèi)。任何適當(dāng)?shù)膲A均可加入糖汁中以提高PH，但優(yōu)選的是氧化鈣或氫氧化鈣，因為將其加到糖汁中后可有助于除去有機(jī)污染物。在澄清期間，沉渣物是作為淤渣由罐的下部排出。糖汁在罐內(nèi)的典型停留時間平均為15分鐘至90分鐘。在堿處理步驟中，PH值的提高連同繼后在澄清罐中的停留，作用不只是使糖汁澄清，而且也殺死其中的任何在本方法以后的發(fā)酵階段中會反過來污染培養(yǎng)物的酵母細(xì)胞。
澄清后將欲用于制造蔗糖的糖汁通入多效蒸發(fā)體系，在此成為濃縮糖漿而進(jìn)入常規(guī)粗糖/糖蜜生產(chǎn)過程的后期階段。欲用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的糖汁則最好通入一個營養(yǎng)素混合罐，其中加入了一種或多種為以后的發(fā)酵步驟所需要的無機(jī)營養(yǎng)素，如磷酸和鉀源、鎂源和痕量元素。這些添加物最好是將經(jīng)澄清的糖汁的pH值降到2-4。營養(yǎng)素混合罐內(nèi)的溫度最好是保持在60℃至90℃。澄清之糖汁在營養(yǎng)素混合罐中的滯留時間，典型的為平均0.5至3小時。在營養(yǎng)素混合罐內(nèi)，于PH環(huán)境滯留期間，可殺死任何耐熱的中性生長菌，如立體嗜熱桿菌(BaciIIus Stereo-thermoPh-iIus)菌株，其在以前的處理中一直是存活的，如將經(jīng)處理的澄清糖汁供入發(fā)酵罐時，其可能轉(zhuǎn)而污染培養(yǎng)物。為了提高加工過程的能量利用率，最好將經(jīng)處理的澄清糖汁在其由營養(yǎng)混合罐通入發(fā)酵罐時冷卻到20℃至40℃。
可在任何適當(dāng)?shù)陌l(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵微生物，以生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。但最好使用“加壓循環(huán)”發(fā)酵罐，培養(yǎng)物在其中是連續(xù)循環(huán)的，該體系包括一個升管和一個下導(dǎo)管，分別聯(lián)接在上端和下端，通過壓縮空氣將培養(yǎng)物“吹”入升導(dǎo)管的下部。以氨氣氮源送入壓縮空氣流中是很方便的。這樣的發(fā)酵罐已在我們的英國專利1353088，1417486和1417487號中述及。根據(jù)發(fā)酵中所使用的微生物菌株，發(fā)酵溫度一般是在30℃到40℃。為了將發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)物的溫度控制在這個范圍之內(nèi)，須有一個致冷器。在天氣熱時，可望給發(fā)酵罐裝上致冷系統(tǒng)。
將發(fā)酵步驟中產(chǎn)生的培養(yǎng)物由發(fā)酵罐中除去，并進(jìn)行發(fā)酵后處理，包括產(chǎn)物增稠和蒸發(fā)干燥等步驟，以得到干燥的單細(xì)胞蛋白。蒸發(fā)干燥步驟中，通?？墒褂糜鴮＠?477039號中所述的方法。
單細(xì)胞蛋白產(chǎn)品可作為人和動物的食物組合物的成分，如作為家禽飼料的蛋白質(zhì)添加物，以部分地代替一般所用的植物蛋白質(zhì)。配制出最小成本并達(dá)到必須營養(yǎng)明細(xì)表中要求的家禽飼料。在明細(xì)表中所列的主要條目有總代謝能量、總蛋白質(zhì)含量和必需氨基酸量。已發(fā)現(xiàn)在食物配料中通常所用的植物蛋白質(zhì)添加物可用較小量的單細(xì)胞蛋白代替，同時可保持同樣的營養(yǎng)規(guī)格，因而相同重量的單細(xì)胞蛋白的營養(yǎng)價值超過植物蛋白質(zhì)。
當(dāng)用甘蔗作原料時，本發(fā)明的方法是特別有利的。因為發(fā)酵過程是在含水介質(zhì)中進(jìn)行的，故將糖汁吸入過程之前，不必由糖汁中除去水份。本方法中蔗糖和轉(zhuǎn)化糖均可轉(zhuǎn)變成單細(xì)胞蛋白也是一個進(jìn)步，這樣即可在全年中收割甘蔗，而不必象目前的作法-只在蔗糖含量最大時收獲。如經(jīng)燒烤除去甘蔗枯葉，即不再一定要搶在轉(zhuǎn)化前收割。
如果是只在一年的某段時間收割甘蔗，則可使用儲存的粗糖和糖蜜，或濃縮的糖漿繼續(xù)進(jìn)行加工處理。
通過附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡明。附圖中圖1是用甘蔗作粗糖來源實施本發(fā)明方法的工廠之基本設(shè)備。
圖2更詳細(xì)地圖解說明用甘蔗作粗糖來源實施體現(xiàn)本發(fā)明方法之突出特征的工廠設(shè)備。
在圖1所示的工藝流程中，將甘蔗短條送到甘蔗接受裝置，由此送入甘蔗壓榨機(jī)2，其為成對或“串聯(lián)式”工作的，并通過管路3提供吸浸水。壓榨的糖汁由甘蔗壓榨機(jī)流入澄清器4，同時甘蔗渣被運(yùn)到蔗渣爐5。在澄清器4中使糖汁與廢淤渣分開，而廢淤渣沿管6排出。離開澄清器的澄清糖汁流可被分成兩股，其中一股通入發(fā)酵罐7，被轉(zhuǎn)化為單細(xì)胞蛋白，而另一股則進(jìn)入多效蒸發(fā)裝置8，經(jīng)常規(guī)的制糖加工處理步驟生產(chǎn)出蔗糖和糖蜜。圖1中常規(guī)工藝的進(jìn)一步處理步驟的圖解說明包括在邊線9之內(nèi)。如此設(shè)計的工廠設(shè)備是將澄清的糖汁同時通入發(fā)酵罐7和蒸發(fā)裝置8，或可根據(jù)任何時候的隨意需要只導(dǎo)入兩者之一中。
發(fā)酵罐7中澄清糖汁的糖構(gòu)成含水培養(yǎng)基中微生物生長的碳源，微生物經(jīng)連續(xù)培養(yǎng)和收獲得到單細(xì)胞蛋白。澄清的糖汁在送入發(fā)酵罐7之前，通常先與培養(yǎng)基中的水和某些(或所有的)其它營養(yǎng)素相混合。由壓縮機(jī)將壓縮空氣提供給發(fā)酵罐7，并用致冷系統(tǒng)11控制發(fā)酵罐7中培養(yǎng)基的溫度。微生物的培養(yǎng)物不斷地由發(fā)酵罐7中撤除，并經(jīng)過蒸發(fā)干燥裝置12等的進(jìn)一步處理，由此干燥的單細(xì)胞蛋白產(chǎn)物沿管路13離開工廠。
在工廠中糖的生產(chǎn)方面，是將進(jìn)入多效蒸發(fā)裝置8的澄清糖汁濃縮，以產(chǎn)生飽合糖漿(糖膏)，送入結(jié)晶/離心裝置14。在蒸發(fā)裝置8中產(chǎn)生的冷凝物沿管路15離開工廠。兩股產(chǎn)物流16和17由結(jié)晶/離心裝置14離開工廠。產(chǎn)物流16攜帶粗糖，流17攜帶廢糖蜜，典型的含水混合物中包含約34%(重量)的蔗糖和18%(重量)的轉(zhuǎn)化糖。該方法一般可生產(chǎn)出相對重量比約為73%的粗糖和27%的廢糖漿。
由蔗渣爐5提供的蒸汽沿管路18進(jìn)入多效蒸發(fā)裝置8和蒸發(fā)干燥裝置12。
圖2中所示工廠設(shè)備包含如圖1所示者相同的基本特征，包括甘蔗接受裝置1，經(jīng)管路3提供吸浸水的甘蔗壓榨機(jī)2，澄清器4，蔗渣爐5，配有致冷系統(tǒng)11并由壓縮機(jī)10提供壓縮空氣的發(fā)酵罐7，以及多效蒸發(fā)裝置8和蒸發(fā)干燥裝置12-兩者由蔗渣爐5經(jīng)管路18提供蒸氣，所有這些裝置均顯示于圖2中。單細(xì)胞蛋白產(chǎn)物沿管路13離開工廠，澄清器4中的廢淤渣沿管路6排出，可作為土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)促進(jìn)劑撒布于農(nóng)田。圖2中沒有顯示常規(guī)制糖過程的繼后處理步驟，即結(jié)晶/離心裝置14，粗糖流16和廢糖蜜流17。應(yīng)意識到，在圖2的工廠設(shè)備中離開多效蒸發(fā)裝置8的飽和糖漿，是與圖2工廠中生產(chǎn)的相應(yīng)階段的糖漿作同樣處理的。
圖2工廠中的發(fā)酵罐7為我們的英國專利1355008號中所述這種類型的“加壓循環(huán)”發(fā)酵罐。圖2中詳細(xì)圖解說明離開壓榨機(jī)2之糖汁在其提供給發(fā)酵罐7和/或多效蒸發(fā)裝置8之前所作的各種處理。
離開壓榨機(jī)2的壓榨之糖汁首先通過篩19除去殘留的固體物，之后在加熱器20中加熱到60℃至95℃。再將經(jīng)過加熱的糖汁送入堿處理罐21，罐內(nèi)加入一種堿以提高其PH。離開篩19的壓榨糖汁PH值為5.5，經(jīng)在罐21中處理該P(yáng)H可升高到8。加到罐21中的最為適當(dāng)?shù)膲A為氧化鈣或氫氧化鈣，其可除去有機(jī)污染物。壓榨的糖汁通入澄清器4。沿管路6離開澄清器4的廢淤渣通過濾器22，其中的濾液返回澄清的糖汁流。離開澄清器4和欲轉(zhuǎn)化為粗糖及糖蜜的澄清糖汁通入多效蒸發(fā)裝置8，以常規(guī)制糖方法作進(jìn)一步的處理;而準(zhǔn)備在單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)中用作碳源的糖汁則通入營養(yǎng)素混合罐23。在此加入其它培養(yǎng)基營養(yǎng)素和消泡劑，分別沿補(bǔ)給線24和25進(jìn)入罐23。加入了營養(yǎng)素的澄清糖汁由罐23通過糖汁冷卻器26進(jìn)入發(fā)酵罐7。在生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的發(fā)酵過程中，用于供給培養(yǎng)基的優(yōu)選的氮源是氣態(tài)氨。該營養(yǎng)素單獨(dú)地加入混合罐23中的澄清糖汁內(nèi)。其沿管路27，與來自壓縮機(jī)10的壓縮空氣混合，送入發(fā)酵罐7。不斷地由發(fā)酵罐7撤除含微生物的培養(yǎng)物，先送到產(chǎn)物增稠器28，之后到蒸發(fā)干燥裝置12，由此成為單細(xì)胞蛋白產(chǎn)物的干燥的微生物細(xì)胞通過管路13離開工廠。由產(chǎn)物增稠器28來的再循環(huán)培養(yǎng)基沿管路29返回發(fā)酵罐7。蒸發(fā)干燥裝置12由蔗渣爐5沿管路18得到蒸汽，并分別經(jīng)管路30和線路31得到油(見英國專利1477039號)和動力。澄清的冷凝物沿管路32離開蒸發(fā)干燥裝置。
如圖1所示的一樣，圖2所示的工廠設(shè)備可根據(jù)需要用以生產(chǎn)粗糖/廢糖蜜或單細(xì)胞蛋白或生產(chǎn)這兩類產(chǎn)品。
當(dāng)只開動圖1和2的工廠設(shè)備生產(chǎn)粗糖和廢糖蜜時，其功能相似于普遍的粗糖廠。
勘誤表 CPCH85642權(quán)利要求
1.一種由含蔗糖的原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白或生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白及蔗糖的方法，其包括的步驟有處理含蔗糖原料以得到含蔗糖糖汁、在接受澄清之糖汁進(jìn)入發(fā)酵過程和/或蔗糖生產(chǎn)過程的裝置中澄清糖汁、將所有的或部分的澄清糖汁供入發(fā)酵罐以在其中培養(yǎng)能利用蔗糖為碳源生長的微生物、由發(fā)酵罐內(nèi)除去培養(yǎng)物并從該除去之培養(yǎng)物中分離出單細(xì)胞蛋白。
2.一種由含蔗糖原料生長單細(xì)胞蛋白的方法，其包括的步驟有處理含蔗糖原料以得到含蔗糖糖汁、加熱糖汁并用一種堿處理之(加熱和堿處理步驟依次或同時進(jìn)行)、澄清經(jīng)加熱和堿處理的糖汁、向澄清的糖汁中加進(jìn)一種或多種用以配制培養(yǎng)基的無機(jī)營養(yǎng)素以降低所說之澄清糖汁的PH、將經(jīng)處理的澄清糖汁供入發(fā)酵罐以在其中培養(yǎng)能利用蔗糖為碳源供生長的微生物、由發(fā)酵罐內(nèi)除去培養(yǎng)物并從該除去之培養(yǎng)物中分離出單細(xì)胞蛋白。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或權(quán)利要求
2的方法，其中含蔗糖原料是甘蔗。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求
1-3的方法，其中在發(fā)酵罐中培養(yǎng)的微生物是一種酵母。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其中的酵母是啤酒酵母的一個菌株。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2-5中任一項的方法，其中加熱步驟是將糖汁的溫度升高到50℃至100℃范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
2-6中任一項的方法，其中堿處理步驟是將糖汁的PH提高到PH6至PH9范圍內(nèi)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項的方法，其中澄清是在罐中進(jìn)行的，且糖汁在罐中的留存時間平均為15分鐘至90分鐘。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任一項的方法，其中于澄清后將無機(jī)營養(yǎng)素加到將送入發(fā)酵罐的糖汁中，以使其PH值降到PH2-4，并保持于這個PH值，于罐內(nèi)留存30分鐘至3小時。
10.一種用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白和蔗糖的設(shè)備，其包含下列特征部分的組合(1)處理含蔗糖原料以生產(chǎn)含蔗糖糖汁的處理部分;(2)運(yùn)輸含蔗糖糖汁到澄清器的運(yùn)輸部分;(3)澄清含蔗糖糖汁的澄清器;(4)將澄清的含蔗糖糖汁由澄清器分別供入發(fā)酵罐和蔗糖生產(chǎn)設(shè)備之蒸發(fā)裝置的供應(yīng)部分;(5)用于需氧培養(yǎng)微生物的發(fā)酵罐連同由發(fā)酵罐中排除培養(yǎng)物的排除裝置和由排除的培養(yǎng)物中分離單細(xì)胞蛋白的分離裝置;(6)用來自澄清器的澄清之含蔗糖糖汁生產(chǎn)蔗糖的蔗糖生產(chǎn)裝置。
專利摘要
一種在可生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白和蔗糖的工廠中由含蔗糖原料，特別是由甘蔗生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的方法和設(shè)備。該工廠可單獨(dú)生產(chǎn)一種產(chǎn)品或一同生產(chǎn)這兩種產(chǎn)品。
文檔編號C12P19/00GK85104377SQ85104377
公開日1986年12月10日 申請日期1985年6月10日
發(fā)明者布賴恩·劉易斯·弗雷德里克·羅杰斯, 羅伯特·布賴恩·瓦齊, 約翰·克里斯托弗·伍德 申請人:帝國化學(xué)工業(yè)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan