CN102504998A - 一种复配培养基的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以棉籽、大豆、花生等农产品为原料，进行精细深加工，生产适合微生物生长和代谢的复配培养基。本发明的技术方案是：一种复配培养基的生产工艺，步骤包括棉籽蛋白的生产、花生蛋白/大豆蛋白的生产、一次复配、二次复配。本发明的有益效果为：1)本发明培养基在发酵过程中符合微生物的需求，能够被有效的利用，避免发酵培养的冗余部分进入发酵废液中，有利于实现清洁生产；2)本发明培养基解决了发酵生产过程因添加氮源种类多、质量波动大等原因导致的发酵效价低、生产不稳定以及发酵废液污染大等方面的问题；3)本发明的培养基符合目标微生物生长和代谢特性，微生物利用效果好，产品成本低，生产质量提高，生产水平稳定。
Description
技术领域
本发明涉及以棉籽、大豆、花生等农产品为原料，进行精细深加工，生产适合微生物生长和代谢的复配培养基。
背景技术
我国抗生素类药品年生产总量约为5万吨，这些抗生素原料药的生产都采用工业发酵生产，所需氮源培养基总需求量大于10万吨。我国三大发酵制品的产量约100万吨，酶制剂如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、糖化酶等，氨基酸如赖氨酸、L-丙氨酸、谷氨酸和天门冬氨酸等的发酵生产均需大量的培养基。生物农药如井冈霉素、苏云金杆菌、阿维菌素等产品年产量数十万吨，所需培养基的量也很大。目前国内工业发酵所需氮源培养基总量在50万吨以上。
美国的药用培养基(Pharmamedia和Proflo)是一种低酚棉籽蛋白产品，在欧、美、日等国广泛应用于发酵工业如抗生素、酶制剂、维生素和氨基酸等的发酵生产，其应用的广泛程度超过了任何其它氮源。我国过去由于脱酚技术一直未能应用于工业化生产中，发酵用低酚棉籽蛋白市场一直为空白。国内抗生素生产企业引进菌种时，其培养基的配方中大多采用美国的药用培养基。为了在国内寻找同类产品，哈医药、鲁抗等企业做了几年的大量工作(如曾拟引进生产工艺技术)，由于各种因素，引进未成现实，而由于进口药用培养基价格昂贵，医药企业不得不寻找药用培养基的替代品，这一现状是造成我国抗生素和酶制剂发酵水平低下，生产效率低于国外同行业的一个重要原因。
我国工业发酵的培养基主要有玉米浆、黄豆(饼)粉、花生(饼)粉、棉籽(饼)粉、蚕蛹粉、酵母粉、鱼粉等。这些有机氮源一般都是农副产品的有效成分被提取后的废弃物，生产工艺简单、落后，生产过程的控制粗放而简单，产品的质量稳定性极差。以玉米浆为例，玉米用亚硫酸浸泡后分离出淀粉，产生的玉米浸泡水经过加热浓缩就得到了玉米浆，加工过程中没有细化的质量指标，加之玉米品种的不同，使得全国各地玉米浆的质量差异很大，同一地区不同时期的玉米浆的质量也差异很大，这给微生物发酵产品的生产带来了“先天不足”。又以黄豆饼粉为例，黄豆被压榨出油后所得的残渣，经简单的干燥、粉碎(或研磨)就得到了黄豆饼粉，其中仍有许多不溶性物质和高分子物质，使微生物利用有效营养物质的效率大大降低。培养基的成分分析也只限于总氮、脂肪含量、水分等常规指标，无法满足发酵工业的需求。国内众多的发酵企业，也是将多种氮源如玉米浆、豆粕、棉粕、棉籽蛋白等多种氮源分别采购，检测其各自的蛋白、脂肪、微量元素后按照生产需求进行组合配方，但是仍然无法克服氮源的不稳定性对于发酵生产的负面影响。这已成为我国微生物发酵工业向精深、高效方面发展的主要限制因素之一。
培养基的最重要的有效组分分别为蛋白质、脂肪和微量元素。蛋白和脂肪通过正常的生产工艺可以进行控制和调节，使之达到对应的技术指标；而微量元素因原料受产地、品种、气候等方面的影响以及加工过程中的温湿度影响，波动较大。微量元素是指多种微量元素的集合体，组分繁多；且不同微生物菌种对其各个成分配比要求也不相同。微量元素含量的稳定性、匀质性、精准性已经成为制约国内外发酵培养基生产的瓶颈。如果培养基中某种微量元素缺乏，将成为“短板”微量元素，引起发酵整体水平降低，并导致其他成分的不充分利用，造成发酵废液中富含蛋白、脂肪等各种营养，使污水处理成本增加。
质量稳定、成分合理的培养基短缺已经成为制约我国和先进国家竞争的主要因素。传统的培养基是农副产品的加工后的副产品，产品均一性差，单批产品质量指标波动大，成分指标不明晰、不稳定造成发酵生产不稳定，阻碍了发酵生产的精确化、准确化控制。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的培养基成分不明确、质量不稳定的问题，采用蛋白复配技术、匀质化调配技术，提供了一种复配培养基的生产工艺。
本发明的技术方案是：一种复配培养基的生产工艺，其步骤为：
1)棉籽蛋白的生产
采用齿棍式剥壳机将棉籽剥成2～4瓣，然后进行仁壳分离，剥壳后的物料用三层阶梯式分离筛分离棉仁，用滚筒式软化锅对分离后的棉仁进行软化，并调节水分，软化温度60～80℃，软化后进行轧胚，胚片厚度0.3～0.4mm，胚片用平板式烘干机烘干，烘干温度85℃，烘干后棉仁水分小于6％，然后采用6号溶剂油脱除棉籽油，并采用甲醇脱酚，将脱酚后的物料烘干生产脱毒棉籽蛋白；
2)花生蛋白/大豆蛋白的生产
花生/大豆经清理、干燥、冷却、脱皮、轧胚，然后用乙醇的混合溶剂浸出，浸出温度55℃～90℃，浸出时间60min～120min，混合溶剂与物料的比例为1∶0.8～3(质量比)，使花生仁/大豆的水分≤15％，经脱溶剂制得花生蛋白/大豆蛋白。
3)一次复配
将上述的棉籽蛋白、花生蛋白、大豆蛋白作为培养基的粗料，进行混合，混合比例：棉籽蛋白∶花生蛋白∶大豆蛋白为4～6∶2～4∶1～3(质量比)，将混合蛋白料进行第一次匀质化调配，达到完全匀质化，然后快速检测；
4)二次复配
依据产品的要求，计算出微量元素的添加量，通过自动控制系统进行精准补量，并按照比例将第一次调配后的蛋白料和微量元素进行第二次匀质化调配；蛋白∶微量元素＝10∶0.000025～0.0025(质量比)，然后进行二次检测，符合产品质量要求后包装。
优选的是，步骤1)中所述的分离后的仁中含壳率小于8％，壳中含仁率小于0.5％。
优选的是，步骤2)中所述的乙醇的混合溶剂为己烷和乙醇，混合比例为1∶0.3～3(质量比)。
优选的是，步骤3)中所述的匀质化调配为：物料进入混合设备后，搅拌轴上浆叶的斜度、速率进行调节，以确保物料沿径向、环向、轴向三向运动，形成复合循环，物料在机内受机械作用而处于半失重状态，广泛交错产生对流、扩散，从而达到均匀混合。
优选的是，为保证微量元素和大批量的粗料混合的均匀性，先将微量元素提前和小批量的粗料进行均匀混合，然后将小批量和大批量的进行混合。
优选的是，小批量混合的重量比为微量元素∶小批量粗料＝1∶20～100。
步骤3)中所述的快速检测为：检测粗料中关键微量元素的含量，和数据库中目标微生物生长需求的指标进行对比，计算得出微量元素的缺量。
优选的是，所述的微量元素为铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷的至少一种。
本发明的有益效果为：
1)本发明培养基的各组分定量配比，并精准补充限制性元素，在发酵过程中培养基符合微生物的需求，能够被有效的利用，避免发酵培养的冗余部分进入发酵废液中，有利于实现清洁生产，有利于三废处理和环境保护；
2)本发明按照目标菌种的实际需要将棉籽蛋白、大豆蛋白、花生蛋白、微量元素等多种原料进行复配，其氨基酸、微量元素等各种成分配比更加合理，更符合微生物的生产营养需求，生产添加使用方便高效，菌种利用效果更好，发酵水平得到明显提高，彻底解决了发酵生产过程因添加氮源种类多、质量波动大等原因导致的发酵效价低、生产不稳定以及发酵废液污染大等方面的问题；
3)本发明的培养基符合目标微生物生长和代谢特性，微生物利用效果好，产品成本低，生产质量提高，生产水平稳定。
具体实施方式
实施例1
1)棉籽蛋白的生产
采用齿棍式剥壳机将棉籽剥成2～4瓣，然后进行仁壳分离，剥壳后的物料用三层阶梯式分离筛分离棉仁，分离后的仁中含壳率小于8％，壳中含仁率小于0.5％，用滚筒式软化锅对分离后的棉仁进行软化，并调节水分，软化温度80℃，软化后进行轧胚，胚片厚度0.4mm，胚片用平板式烘干机烘干，烘干温度85℃，烘干后棉仁水分小于6％，然后采用6号溶剂油脱除棉籽油，并采用甲醇脱酚，将脱酚后的物料烘干生产脱毒棉籽蛋白；
2)花生蛋白/大豆蛋白的生产
花生/大豆经清理、干燥、冷却、脱皮、轧胚，然后用乙醇的混合溶剂浸出，混合溶剂中，己烷和乙醇混合比例为1∶3(质量比)。浸出温度90℃，浸出时间120min，混合溶剂与物料的比例为1∶3(质量比)，使花生仁/大豆的水分≤15％，经脱溶剂制得花生蛋白/大豆蛋白。
3)一次复配
将上述的棉籽蛋白、花生蛋白、大豆蛋白作为培养基的粗料，进行混合，混合比例：棉籽蛋白∶花生蛋白∶大豆蛋白为6∶3∶1(质量比)，将混合蛋白料进行第一次匀质化调配，将质量比为1∶100的微量元素提前和小批量的粗料进行均匀混合，然后再和其余物料进行混合，物料进入混合设备后，搅拌轴上浆叶的斜度、速率进行调节，以确保物料沿径向、环向、轴向三向运动，形成复合循环，物料在机内受机械作用而处于半失重状态，广泛交错产生对流、扩散，从而达到均匀混合，然后快速检测粗料中关键微量元素的含量；
4)二次复配
依据产品的要求，和数据库中目标微生物生长需求的指标进行对比，计算得出微量元素的缺量，即为微量元素的添加量，通过自动控制系统进行精准补量，并按照比例将第一次调配后的蛋白料和微量元素进行第二次匀质化调配；蛋白∶微量元素＝10∶0.0025(质量比)，然后进行二次检测，符合产品质量要求后包装。
实施例2
1)棉籽蛋白的生产
采用齿棍式剥壳机将棉籽剥成2～4瓣，然后进行仁壳分离，剥壳后的物料用三层阶梯式分离筛分离棉仁，分离后的仁中含壳率小于8％，壳中含仁率小于0.5％，用滚筒式软化锅对分离后的棉仁进行软化，并调节水分，软化温度60℃，软化后进行轧胚，胚片厚度0.3mm，胚片用平板式烘干机烘干，烘干温度85℃，烘干后棉仁水分小于6％，然后采用6号溶剂油脱除棉籽油，并采用甲醇脱酚，将脱酚后的物料烘干生产脱毒棉籽蛋白；
2)花生蛋白/大豆蛋白的生产
花生/大豆经清理、干燥、冷却、脱皮、轧胚，然后用乙醇的混合溶剂浸出，混合溶剂中，己烷和乙醇混合比例为1∶0.3(质量比)。浸出温度50℃，浸出时间60min，混合溶剂与物料的比例为1∶0.8(质量比)，使花生仁/大豆的水分≤15％，经脱溶剂制得花生蛋白/大豆蛋白。
3)一次复配
将上述的棉籽蛋白、花生蛋白、大豆蛋白作为培养基的粗料，进行混合，混合比例：棉籽蛋白∶花生蛋白∶大豆蛋白为4∶4∶2(质量比)，将混合蛋白料进行第一次匀质化调配，将质量比为1∶20的微量元素提前和小批量的粗料进行均匀混合，然后再和其余物料进行混合，物料进入混合设备后，搅拌轴上浆叶的斜度、速率进行调节，以确保物料沿径向、环向、轴向三向运动，形成复合循环，物料在机内受机械作用而处于半失重状态，广泛交错产生对流、扩散，从而达到均匀混合，然后快速检测粗料中关键微量元素的含量；
4)二次复配
依据产品的要求，和数据库中目标微生物生长需求的指标进行对比，计算得出微量元素的缺量，即为微量元素的添加量，通过自动控制系统进行精准补量，并按照比例将第一次调配后的蛋白料和微量元素进行第二次匀质化调配；蛋白∶微量元素＝10∶0.000025(质量比)，然后进行二次检测，符合产品质量要求后包装。
实施例3
1)棉籽蛋白的生产
采用齿棍式剥壳机将棉籽剥成2～4瓣，然后进行仁壳分离，剥壳后的物料用三层阶梯式分离筛分离棉仁，分离后的仁中含壳率小于8％，壳中含仁率小于0.5％，用滚筒式软化锅对分离后的棉仁进行软化，并调节水分，软化温度70℃，软化后进行轧胚，胚片厚度0.3mm，胚片用平板式烘干机烘干，烘干温度85℃，烘干后棉仁水分小于6％，然后采用6号溶剂油脱除棉籽油，并采用甲醇脱酚，将脱酚后的物料烘干生产脱毒棉籽蛋白；
2)花生蛋白/大豆蛋白的生产
花生/大豆经清理、干燥、冷却、脱皮、轧胚，然后用乙醇的混合溶剂浸出，混合溶剂中，己烷和乙醇混合比例为1∶2(质量比)。浸出温度70℃，浸出时间90min，混合溶剂与物料的比例为1∶2(质量比)，使花生仁/大豆的水分≤15％，经脱溶剂制得花生蛋白/大豆蛋白。
3)一次复配
将上述的棉籽蛋白、花生蛋白、大豆蛋白作为培养基的粗料，进行混合，混合比例：棉籽蛋白∶花生蛋白∶大豆蛋白为3∶4∶3(质量比)，将混合蛋白料进行第一次匀质化调配，将质量比为1∶50的微量元素提前和小批量的粗料进行均匀混合，然后再和其余物料进行混合，物料进入混合设备后，搅拌轴上浆叶的斜度、速率进行调节，以确保物料沿径向、环向、轴向三向运动，形成复合循环，物料在机内受机械作用而处于半失重状态，广泛交错产生对流、扩散，从而达到均匀混合，然后快速检测粗料中关键微量元素的含量；
4)二次复配
依据产品的要求，和数据库中目标微生物生长需求的指标进行对比，计算得出微量元素的缺量，即为微量元素的添加量，通过自动控制系统进行精准补量，并按照比例将第一次调配后的蛋白料和微量元素进行第二次匀质化调配；蛋白∶微量元素＝10∶0.00025(质量比)，然后进行二次检测，符合产品质量要求后包装。
实施例中得到的产品成本降低，发酵产品质量也明显改善，同时生产水平稳定。以我国某生产企业为例，该厂原应用酵母粉作为培养基，现在用本专利工艺生产的培养基后，每吨可降低成本1200元，该厂年原消耗酵母粉1800吨，经计算可节约成本216万元；同时，因发酵单位的提高增加的效益为260万元，综合效益为476万元。
Claims (8)
1.一种复配培养基的生产工艺，其步骤为：
1)棉籽蛋白的生产
采用齿棍式剥壳机将棉籽剥成2～4瓣，然后进行仁壳分离，剥壳后的物料用三层阶梯式分离筛分离棉仁，用滚筒式软化锅对分离后的棉仁进行软化，并调节水分，软化温度60～80℃，软化后进行轧胚，胚片厚度0.3～0.4mm，胚片用平板式烘干机烘干，烘干温度85℃，烘干后棉仁水分小于6％，然后采用6号溶剂油脱除棉籽油，并采用甲醇脱酚，将脱酚后的物料烘干生产脱毒棉籽蛋白；
2)花生蛋白/大豆蛋白的生产
花生/大豆经清理、干燥、冷却、脱皮、轧胚，然后用乙醇的混合溶剂浸出，浸出温度55℃～90℃，浸出时间60min～120min，混合溶剂与物料的比例为1∶0.8～3(质量比)，使花生仁/大豆的水分≤15％，经脱溶剂制得花生蛋白/大豆蛋白。
3)一次复配
将上述的棉籽蛋白、花生蛋白、大豆蛋白作为培养基的粗料，进行混合，混合比例：棉籽蛋白∶花生蛋白∶大豆蛋白为4～6∶2～4∶1～3(质量比)，将混合蛋白料进行第一次匀质化调配，达到完全匀质化，然后快速检测；
4)二次复配
依据产品的要求，计算出微量元素的添加量，通过自动控制系统进行精准补量，并按照比例将第一次调配后的蛋白料和微量元素进行第二次匀质化调配；蛋白∶微量元素＝10∶0.000025～0.0025(质量比)，然后进行二次检测，符合产品质量要求后包装。
2.如权利要求1所述的一种复配培养基的生产工艺，其特征在于，步骤1)中所述的分离后的仁中含壳率小于8％，壳中含仁率小于0.5％。
3.如权利要求1所述的一种复配培养基的生产工艺，其特征在于，步骤2)中所述的乙醇的混合溶剂为己烷和乙醇，混合比例为1∶0.3～3(质量比)。
4.如权利要求1所述的一种复配培养基的生产工艺，其特征在于，步骤3)中所述的匀质化调配为：物料进入混合设备后，搅拌轴上浆叶的斜度、速率进行调节，以确保物料沿径向、环向、轴向三向运动，形成复合循环，物料在机内受机械作用而处于半失重状态，广泛交错产生对流、扩散，从而达到均匀混合。
5.如权利要求4所述的一种复配培养基的生产工艺，其特征在于，为保证微量元素和大批量的粗料混合的均匀性，先将微量元素提前和小批量的粗料进行均匀混合，然后将小批量和大批量的进行混合。
6.如权利要求5所述的一种复配培养基的生产工艺，其特征在于，小批量混合的重量比为微量元素∶小批量粗料＝1∶20～100。
7.如权利要求1所述的一种复配培养基的生产工艺，其特征在于，步骤3)中所述的快速检测为：检测粗料中关键微量元素的含量，和数据库中目标微生物生长需求的指标进行对比，计算得出微量元素的缺量。
8.如权利要求1或7任意一项所述的一种复配培养基的生产工艺，其特征在于，所述的微量元素为铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷的至少一种。
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