一種利用赤蘚糖醇廢棄菌泥生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能性糖的生產(chǎn)方法，尤其涉及一種利用赤蘚糖醇生產(chǎn)廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]赤蘚糖醇是一種相對(duì)甜度為0.65的低熱量四元醇，其化學(xué)名為1，2，3，4- 丁四醇，其發(fā)熱量極低，僅約為蔗糖發(fā)熱量得十分之一。赤蘚糖醇是一種新型的功能性多元醇類甜味劑，具有低熱值、口感佳、吸濕性低、無(wú)齲齒性、對(duì)糖尿病人安全、對(duì)熱和酸十分穩(wěn)定等特點(diǎn)，同時(shí)還具有不發(fā)酵及不會(huì)引起腸胃不適等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)被廣泛應(yīng)用在低糖、保健等功能性食品中，此外，在醫(yī)藥、化工領(lǐng)域等也有廣泛應(yīng)用。其發(fā)展前景非常廣闊，備受國(guó)內(nèi)外的重視。
[0003]目前，赤蘚糖醇的工業(yè)化生產(chǎn)主要是以葡萄糖、蔗糖、淀粉等為原料采用耐高滲酵母發(fā)酵轉(zhuǎn)化而成，得到的發(fā)酵液首先進(jìn)行菌體分離，發(fā)酵清液經(jīng)膜過濾(超濾、納濾)、脫色(活性炭、樹脂)、離子交換等工序凈化，去除發(fā)酵液中殘留的培養(yǎng)基成分及菌體發(fā)酵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物等。凈化后的料液經(jīng)減壓濃縮、降溫結(jié)晶、離心分離等工序得到赤蘚糖醇結(jié)晶，重結(jié)晶后得到商品赤蘚糖醇。近年來(lái)，很多科學(xué)家對(duì)赤蘚糖醇的生產(chǎn)方法做了很多深入的研宄，查到的相關(guān)文獻(xiàn)如下:
中國(guó)專利CN 103290068B公開了一株耐高滲出芽短梗霉生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法。該方法包括以下步驟:經(jīng)過斜面制備的出芽短梗霉轉(zhuǎn)接種子培養(yǎng)基后逐級(jí)培養(yǎng)獲得種子液；將種子液接入發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)赤鮮糖醇。所述發(fā)酵培養(yǎng)是在搖床或發(fā)酵罐中進(jìn)行，其中發(fā)酵培養(yǎng)是以木糖為主要碳源，發(fā)酵罐的培養(yǎng)條件為接種量5-15%，發(fā)酵培養(yǎng)基裝量30-70%，在溶氧為55-75%、溫度為26_32°C、pH為5_8的條件下培養(yǎng)96_120h。耐高滲出芽短梗霉發(fā)酵赤蘚糖醇產(chǎn)量和達(dá)到26-34g/L，轉(zhuǎn)化率達(dá)到25-42%。
[0004]中國(guó)專利CN 102154383B公開了一種玉米粉生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法。該方法是以玉米粉為起始原料，與分離回收的酵母菌體混合配料，對(duì)物料進(jìn)行液化、糖化、蛋白水解，接種解脂假絲酵母進(jìn)行發(fā)酵，制得含有赤蘚糖醇的發(fā)酵液；再經(jīng)分離、濃縮、結(jié)晶，制得赤蘚糖醇成品。所述赤蘚糖醇發(fā)酵為將培養(yǎng)好的種子液接入經(jīng)液化、糖化、蛋白質(zhì)水解所得的物料一發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為10-20%，溫度控制28-35°C，pH調(diào)節(jié)至5.5-6.5，通風(fēng)比控制I:0.5-1，攪拌轉(zhuǎn)速100-800rpm,溶氧量控制20-30%，罐壓0.5-1.0Mpa ;流加補(bǔ)糖，補(bǔ)糖濃度50-65%，補(bǔ)糖速率在0.3-1.0%，發(fā)酵100-130h制得赤蘚糖醇發(fā)酵液。
[0005]然而上述方法生產(chǎn)赤蘚糖醇發(fā)酵結(jié)束后的菌體分離所得的菌泥約占整個(gè)發(fā)酵比重的5?10%，即每噸發(fā)酵液就會(huì)產(chǎn)生50-100kg的菌泥，因?yàn)槿狈τ行У奶幚矸椒?，生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)一般將生產(chǎn)菌泥作為垃圾處理，不僅浪費(fèi)了資源，同時(shí)也增加了企業(yè)垃圾處理費(fèi)用和環(huán)境污染負(fù)荷。隨著赤蘚糖醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，酵母菌泥的產(chǎn)量也將不斷增加，如果不能得到有效妥善的處理，必將增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境負(fù)擔(dān)，阻礙企業(yè)的健康發(fā)展。因此，合理利用赤蘚糖醇生產(chǎn)中的菌泥是當(dāng)今社會(huì)的迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于解決當(dāng)前生產(chǎn)赤蘚糖醇存在的問題，通過將赤蘚糖醇發(fā)酵結(jié)束后的廢棄菌泥收集，利用海藻酸鈉等材料對(duì)菌體進(jìn)行固定化，并加入葡萄糖溶液及少量氮源進(jìn)行發(fā)酵，獲得赤蘚糖醇糖液，得到的赤蘚糖醇糖液采用常規(guī)的脫色和離子交換進(jìn)行純化后，經(jīng)濃縮，結(jié)晶，離心分離而制得赤蘚糖醇晶體。本發(fā)明綜合利用赤蘚糖醇傳統(tǒng)微生物發(fā)酵的廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇，不僅將廢棄菌泥變廢為寶，減少了環(huán)境污染，還降低了赤蘚糖醇的生產(chǎn)成本，同時(shí)也提高赤蘚糖醇生產(chǎn)效率。
[0007]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是采用的技術(shù)方案是:
一種利用赤蘚糖醇生產(chǎn)廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法，該方法包括以下步驟:
(1)將經(jīng)過常規(guī)斜面活化的赤蘚糖醇菌種用接種環(huán)取I環(huán)接種至一級(jí)培養(yǎng)基中，在溫度為25?30°C、pH為4.5?7.5、轉(zhuǎn)速為100?225r/min的條件下，進(jìn)行搖床培養(yǎng)24?36h獲得一級(jí)種子液，再將一級(jí)種子液以5?10%(v/v)的接種量接入二級(jí)培養(yǎng)基，在溫度25?30°C、pH為4.5?7.5、轉(zhuǎn)速為100?225r/min的條件下，進(jìn)行搖床培養(yǎng)12?18h獲得二級(jí)種子液，將二級(jí)種子液以5?10%(v/v)的接種量接入至發(fā)酵培養(yǎng)基中，在溫度為25?30°C、pH為4.5?7.5、溶氧量為10?80%、轉(zhuǎn)速為100?400r/min的條件下進(jìn)行發(fā)酵120?168h，制得赤蘚糖醇糖液和菌泥的混合物；
(2)將步驟(I)所述混合物用離心機(jī)分離，制得赤蘚糖醇糖液和菌泥，將菌泥加水稀釋打勻成10?20%重量體積比的菌泥懸液；
(3)將步驟(2)所述菌泥懸液與I?5%重量體積比的固定化載體混合均勻，轉(zhuǎn)移至固定化器皿中，滴入重量體積比為2-5%的氯化鈣固定3?4h，其中菌泥:固定化載體:氯化鈣各組分的重量比為10?20: 2?5:1?2，以常規(guī)方法制備得到固定化細(xì)胞顆粒；
(4)上步驟(3)所述固定化細(xì)胞顆粒按10?20%的重量比，加入含有10?50%重量體積比的葡萄糖和0.5?2%重量體積比的氮源的滅菌發(fā)酵液中，其中葡萄糖和氮源的重量比為5?100: I，在溫度為25?32°C和pH = 4.5?7.5的條件下進(jìn)行發(fā)酵，以發(fā)酵液中葡萄糖的殘留小于0.1%的重量體積比則為轉(zhuǎn)化中止的控制指標(biāo)，得到赤蘚糖醇糖液；
(5)將得到的赤蘚糖醇糖液采用常規(guī)方法脫色和離子交換進(jìn)行純化后，經(jīng)常規(guī)方法濃縮，結(jié)晶，離心分離后制得赤蘚糖醇晶體。
[0008]以上所述赤蘚糖醇菌種包括解假絲酵母叢梗孢酵母(.Moniliella和類絲抱酵母(Tri chosporonoi des megachi liens is)中飽一種。
[0009]以上一種利用赤蘚糖醇生產(chǎn)廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法，所述步驟(4 )所述發(fā)酵在發(fā)酵減弱后，更新的滅菌發(fā)酵液進(jìn)行再次發(fā)酵。
[0010]以上一種利用赤蘚糖醇生產(chǎn)廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法，步驟
(4)所述氮源為酵母粉和/或尿素。
[0011]以上一種利用赤蘚糖醇生產(chǎn)廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法，步驟
(3)所述固定化載體為海藻酸鈉、明膠和殼聚糖中的一種。
[0012]以上一種利用赤蘚糖醇生產(chǎn)廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法，步驟(I)所述一級(jí)培養(yǎng)基、二級(jí)培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的組份均包含:重量體積比為10?30%的蔗糖和/或葡萄糖，重量體積比為I?5%的酵母粉，其中蔗糖和/或葡萄糖和酵母粉的重量比為2?30: 1
[0013]以上一種利用赤蘚糖醇生產(chǎn)廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法，步驟
(4)所述葡萄糖的殘留量采用常規(guī)的高效液相色譜檢測(cè)分析。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果為:
(I)本發(fā)明綜合利用赤蘚糖醇傳統(tǒng)微生物發(fā)酵的廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇，不僅將廢棄菌泥變廢為寶，減少了環(huán)境污染，還降低了赤蘚糖醇的生產(chǎn)成本，同時(shí)也提高赤蘚糖醇生產(chǎn)效率，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，生態(tài)效益。
[0015](2)本發(fā)明利用固定化技術(shù)制備固定化菌體，固定化技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單，省時(shí)，材料便宜易得，固定化菌體顆粒強(qiáng)度高，不易破碎，產(chǎn)物分離容易等優(yōu)點(diǎn)。
[0016](3)本發(fā)明方法得到的赤蘚糖醇濃度達(dá)到105g/L,葡萄糖轉(zhuǎn)化成赤蘚糖醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到40%。
[0017](4)采用葡萄糖為主要原料，產(chǎn)生的赤蘚糖醇轉(zhuǎn)化率高且不累積甘油、戊五醇和乙醇等副產(chǎn)物，同時(shí)可以避免從石油帶來(lái)的不可食的污染成分。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例。
[0019]叢梗抱酵母(#o/?i7i<977a /7o77i/7i5.)菌種購(gòu)買于美國(guó)ACTT ；
解假絲酵母(lipolytica)菌種購(gòu)買于美國(guó)ACTT ；
類絲抱酵母(Tri chosporonoi des megachi liensi s)菌種購(gòu)買于美國(guó) ACTT ；
接種環(huán)為常州東譜科學(xué)儀器有限公司的產(chǎn)品，規(guī)格為5 μ Lo
[0020]實(shí)施例1
一種利用赤蘚糖醇生產(chǎn)廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法，采用以下工藝步驟:
(I)將經(jīng)過常規(guī)斜面活化的叢梗孢酵母(Moniliella pollinis)菌種，用接種環(huán)取I環(huán)菌種接種至一級(jí)培養(yǎng)基中，在溫度為28?30°C、pH為5.5、轉(zhuǎn)速為200r/min的條件下，進(jìn)行搖床培養(yǎng)24h獲得一級(jí)種子液，再將一級(jí)種子液以5% (v/v)的接種量接入二級(jí)培養(yǎng)基，在溫度28?30°C、pH為5.5、轉(zhuǎn)速為200r/min的條件下，進(jìn)行搖床培養(yǎng)16h獲得二級(jí)種子液；用30L的發(fā)酵罐裝液量為20L，將二級(jí)種子液以8% (1.6L)的接種量接入至發(fā)酵培養(yǎng)基中，在溫度為28?30°C、pH為5.5、溶氧量為10?80%，轉(zhuǎn)速為300r/min的條件下進(jìn)行發(fā)酵120h，制得赤蘚糖醇糖液和菌泥的混合物；所述一級(jí)培養(yǎng)基、二級(jí)培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基的組份均含有:30%重量體積比的蔗糖和1%重量體積比的酵母粉，其中蔗糖和酵母粉的重量分別為6kg和0.2kg。
[0021](2)將步驟(I)所述混合物用管式離心機(jī)在轉(zhuǎn)速為16000r/min的條件下離心20min，制得赤蘚糖醇糖液和菌泥，收集到1.0kg的菌泥，將菌泥加水稀釋打勻成懸液；
(3)將1.0kg菌泥加水稀釋打勻成20%重量體積比的菌泥懸液，用0.15kg的海藻酸鈉制成3%重量體積比的溶液再與菌泥懸液混合均勻，轉(zhuǎn)移至固定化器皿中，滴入用0.1kg氯化鈣制成重量體積比為2%的氯化鈣溶液固定4h，以常規(guī)方法制備得到的固定化細(xì)胞顆粒； (4)上步驟(3)得到的1kg固定化細(xì)胞顆粒按20%的重量比，加到用2kg葡萄糖制成20%重量體積比的溶液和用0.05kg酵母粉制成0.5%重量體積比的溶液的滅菌發(fā)酵液中，在溫度為30°C、pH為5.5、轉(zhuǎn)速為200r/min的條件下進(jìn)行發(fā)酵，取樣用高效液相色譜法檢測(cè)，以發(fā)酵液中葡萄糖的殘留小于0.1 %的重量體積比則為轉(zhuǎn)化中止的控制指標(biāo)，得到赤蘚糖醇糖液；
(5)將得到的赤蘚糖醇糖液采用常規(guī)方法脫色和離子交換進(jìn)行純化后，經(jīng)常規(guī)方法濃縮，結(jié)晶，離心分離后制得赤蘚糖醇晶體。
[0022]發(fā)酵結(jié)束時(shí)赤蘚糖醇濃度達(dá)到80g/L,葡萄糖轉(zhuǎn)化成赤蘚糖醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到40%。步驟(4)發(fā)酵減弱后，更新新的滅菌發(fā)酵液進(jìn)入下一批發(fā)酵，發(fā)酵總批次為5批，轉(zhuǎn)化時(shí)間為20天。
[0023]實(shí)施例2
一種利用赤蘚糖醇生產(chǎn)廢棄菌泥制備固定化菌體生產(chǎn)赤蘚糖醇的方法，采用以下工藝步驟:
(I)將經(jīng)過常規(guī)斜面活化的叢梗孢酵母(Moniliella pollinis)菌種用接種環(huán)取I環(huán)菌種接種至一級(jí)培養(yǎng)基中，在溫度為28?30°C、pH為5.5、轉(zhuǎn)速為200r/min的條件下，進(jìn)行