CN106399423A - 一种利用啤酒废酵母在逆境胁迫条件下制备海藻糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及食品技术领域，特别是涉及一种利用啤酒废酵母在逆境胁迫条件下高产制备海藻糖的方法，即通过对发酵培养基优化，以及增加盐度刺激、冻干过程中低温、脱水以及冻干之后的高温刺激来设置逆境胁迫条件，实现海藻使其含量得到较大幅度的提高，提取得率15~20 %。本发明利用啤酒酵母发酵制备，减少能源消耗，减轻环境污染，保护生态平衡，经济效益可观，具有广泛而长远的社会效益；制备过程中不使用有机溶剂，不产生化学副产物，方法简便易操作，海藻糖得率高。
Description
技术领域
本发明涉及食品技术领域，特别是涉及一种利用啤酒废酵母在逆境胁迫条件下高产制备海藻糖的方法。
背景技术
海藻糖又称漏芦糖、蕈糖等。是一种安全、可靠的天然糖类。海藻糖是由两个葡萄糖分子以1,1-糖苷键构成的非还原性糖，有3种异构体即海藻糖（α，α）、异海藻糖（β，β）和新海藻糖（α，β），并对多种生物活性物质具有非特异性保护作用。海藻糖在自然界中许多可食用动植物及微生物体内都广泛存在，如人们日常生活中食用的蘑菇类、海藻类、豆类、虾、面包、啤酒及酵母发酵食品中都有含量较高的海藻糖。
海藻糖对生物体具有神奇的保护作用，是因为海藻糖在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下在细胞表面能形成独特的保护膜，有效地保护蛋白质分子不变性失活，从而维持生命体的生命过程和生物特征。许多对外界恶劣环境表现出非凡抗逆耐受力的物种，都与它们体内存在大量的海藻糖有直接的关系。而自然界中如蔗糖、葡萄糖等其它糖类，均不具备这一功能。这一独特的功能特性，使得海藻糖除了可以作为蛋白质药物、酶、疫苗和其他生物制品的优良活性保护剂以外，还是保持细胞活性、保湿类化妆品的重要成分，更可作为防止食品劣化、保持食品新鲜风味、提升食品品质的独特食品配料，大大拓展了海藻糖作为天然食用甜味糖的功能。
目前海藻糖在我国已有生产，但价格很高，限制了它的大规模应用。
通过对发酵培养基优化，确定了最佳碳源、氮源、温度、盐度及对培养条件的控制，实现海藻糖在酵母菌体内的大量积累。逆性胁迫条件都会造成酵母菌体内海藻糖的积累，使其含量得到较大幅度的提高。
酵母是一些单细胞真菌，是人类文明史中被应用最早的微生物，可用于酿造生产。酵母的主要成分是蛋白质，几乎占了酵母干物质的一半含量，而且人体必需氨基酸含量充足，尤其是谷物中较缺乏的赖氨酸含量较多。另一方面，含有大量的维生素B1，维生素B2及尼克酸。所以，酵母能提高发酵食品的营养价值。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用啤酒废酵母在逆境胁迫条件下制备海藻糖的方法。该方法是利用从生产啤酒的废液中提取出啤酒废酵母，通过大量实验，确定最适合的、产最大量酵母的培养基碳源、氮源以及温度和发酵时间，再利用海藻糖特异的抗逆保护作用，设置逆境胁迫条件下（盐度、低温、脱水、高温），使啤酒废酵母产生最多的应激代谢物—海藻糖。所用原料啤酒废酵母为制造啤酒过程中产生的废液提取而得，二次利用，低碳环保，菌种简单易得，制备过程简便，海藻糖得率高，使用的仪器占地面积小，发酵效率高，操作方便，大大降低劳动强度，且操作过程中不引入不安全物质，减少能源消耗，成本低，易于机械化、自动化生产。
为此，本发明的技术方案如下：
一种利用啤酒废酵母在逆境胁迫条件下制备海藻糖的方法，包括以下步骤：
1) 将啤酒废液加蒸馏水稀释，筛分，3000 r/min离心分离，得到纯净的啤酒废酵母；
2) 种子培养：将步骤1)得到的啤酒废酵母活化后，接种于装有种子培养基的发酵罐中，160 r/min，培养温度28~30 ℃，培养20~24 h，得到种子培养液；
3) 发酵罐培养：将步骤2)得到的种子培养液按8 %接种量接种于装有发酵培养基的发酵罐中，装液量60 %，搅拌速度180 r/min，27~30 ℃条件下培养72 h，得到发酵培养液；
所述发酵培养基的组分(质量分数)为：葡萄糖 3.76 %，酵母膏1.44 %，KH2PO4 0.1 %，氯化钠 1.88 %，MgSO4·7H2O 0.05 %，121 ℃条件下灭菌20 min；
4) 将步骤3)得到的发酵培养液离心过滤，收集固形物；
5) 将步骤4)所得固形物放入冻干机中，不加热条件下冷冻干燥至湿粉状态；
6) 将步骤5)得到的干燥后的物质溶于3-5倍量水，煮沸80 min后，趁热超滤；
7) 将步骤6)得到的超滤液再次放入冻干机中常规冷冻干燥，制得海藻糖，其得率15~20 %。
步骤1)所述啤酒废液为酿造啤酒8h内收集的新鲜产物。
步骤2)所述种子培养基的组分(质量分数)为：酵母膏1 %，葡萄糖2 %，蛋白胨2 %，pH自然，121 ℃条件下灭菌20 min。
步骤6)所述超滤为使用截留相对分子质量为10000的超滤膜超滤。
本发明所述的啤酒废酵母是生产啤酒过程中最主要的副产物，是指啤酒酿造后沉降在发酵罐底部的酵母泥，主要是仍具有活性的酵母细胞和酒花碎片及少量死细胞弱细胞组成。据估算，每年生产100吨啤酒大约得到湿啤酒酵母1.5~2.0吨（含水75~80 %），折合干酵母（含水8~10 %）约为0.35~0.4吨，如此推算，目前全国一年可回收干酵母10万吨左右。加以开发经济效益非常可观。同时，酵母泥生物耗氧量和化学耗氧量在100000 mg/L以上，约占啤酒厂总污染的1/3。因此，回收利用排放的废酵母，可以减轻环境污染，保护生态平衡，使啤酒工业成为绿色工业，具有广泛而长远的社会效益。
本发明所使用的冻干机冻干法是在0℃以下进行干燥，即在产品冻结的状态下进行。在真空条件下，当水蒸汽直接升华出来后，产物剩留在冻结时的冰架中，形成类似海绵状疏松多孔架构，因此它干燥后体积大小几乎不变。再次使用前，只要加入注射用水，又会立即溶解。
本发明的优点是：
1) 利用生产啤酒过程中最主要的副产物啤酒酵母发酵制备，减少能源消耗，减轻环境污染，保护生态平衡，经济效益可观，具有广泛而长远的社会效益；
2) 与其他生产海藻糖方法相比，制备过程中不使用有机溶剂，不产生化学副产物，方法
简便易操作，海藻糖得率高。
3) 通过大量实验，确定最适合的、产最大量酵母的培养基碳源、氮源以及温度和发酵时间，将原料啤酒废酵母扩大培养；
4) 利用海藻糖特异的抗逆保护作用，通过在发酵过程中在发酵培养基中增加盐度刺激、冻干过程中低温、脱水以及冻干之后的高温刺激来设置逆境胁迫条件，使啤酒废酵母产生最多的应激代谢物—海藻糖；
5) 在培养过程中，理化条件易于控制，生产工艺规范，生产周期短，产品质量稳定，产量高，对制备设备及场所要求低，便于工业化生产，并且不受季节控制。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
种子培养基的组分(质量分数)：酵母膏1 %，葡萄糖2 %，蛋白胨2 %，pH自然，121℃条件下灭菌20 min；
发酵培养基的组分(质量分数)：葡萄糖 3.76 %，酵母膏1.44 %，KH2PO4 0.1 %，氯化钠1.88 %，MgSO4·7H2O 0.05 %，121 ℃条件下灭菌20 min。
实施例1
1) 取酿造啤酒后8小时内产生的啤酒废液1000 kg加3000 kg蒸馏水稀释后，筛分，3000 r/min离心分离，得到纯净的啤酒废酵母400 kg；
2) 种子培养：将步骤1)得到的啤酒废酵母400 kg活化后，接种于装有种子培养基的发酵罐中，160 r/min，培养温度28 ℃，培养24 h，得到种子培养液；
3) 发酵罐培养：将步骤2)得到的种子培养液接种于装有发酵培养基的发酵罐中，装液量60 %，搅拌速度180 r/min，27 ℃条件下培养72 h，得到发酵培养液；
4) 将步骤3)得到的发酵培养液用卧螺离心机离心在4000 r/min条件下离心20 min，收集固形物；
5) 将步骤4)所得固形物放入冷冻干燥机中，不加热条件下冷冻干燥，使其缓慢干燥，直至失去大部分水分，最终为只保留10 %水分的湿粉状态，得到湿粉物质250 kg；
6) 将步骤5)得到的干燥后的物质溶于800 kg水，煮沸80 min后，稍微放凉至60 ℃后用截留相对分子质量为10000的超滤膜趁热超滤，弃去如蛋白类大分子物质；
7) 将步骤6)得到的超滤液再次放入冻干机中常规冷冻干燥，制得海藻糖80.25 kg，其得率20 %。
实施例2
1) 取酿造啤酒后8小时内产生的啤酒废液2000 kg加7000 kg蒸馏水稀释后，筛分，3000 r/min离心分离，得到纯净的啤酒废酵母900 kg；
2) 种子培养：将步骤1)得到的啤酒废酵母900 kg活化后，接种于装有种子培养基的发酵罐中，160 r/min，培养温度30 ℃，培养20 h，得到种子培养液；
3) 发酵罐培养：将步骤2)得到的种子培养液接种于装有发酵培养基的发酵罐中，装液量60 %，搅拌速度180 r/min，30 ℃条件下培养72 h，得到发酵培养液；
4) 将步骤3)得到的发酵培养液用卧螺离心机离心在4000 r/min条件下离心20 min，收集固形物；
5) 将步骤4)所得固形物放入冷冻干燥机中，不加热条件下冷冻干燥，使其缓慢干燥，直至失去大部分水分，最终为只保留10 %水分的湿粉状态，得到湿粉物质510 kg；
6) 将步骤5)得到的干燥后的物质溶于2500 kg水，煮沸80 min后，稍微放凉至60 ℃后用截留相对分子质量为10000的超滤膜趁热超滤，弃去如蛋白类大分子物质；
7) 将步骤6)得到的超滤液再次放入冻干机中常规冷冻干燥，制得海藻糖150 kg，其得率16.7 %。
实施例3
1) 取酿造啤酒后8小时内产生的啤酒废液2500 kg加8000 kg蒸馏水稀释后，筛分，3000 r/min离心分离，得到纯净的啤酒废酵母1100 kg；
2) 种子培养：将步骤1)得到的啤酒废酵母1100 kg活化后，接种于装有种子培养基的发酵罐中，160 r/min，培养温度28 ℃，培养24 h，得到种子培养液；
3) 发酵罐培养：将步骤2)得到的种子培养液接种于装有发酵培养基的发酵罐中，装液量60 %，搅拌速度180 r/min，27 ℃条件下培养72 h，得到发酵培养液；
4) 将步骤3)得到的发酵培养液用卧螺离心机离心在4000 r/min条件下离心20 min，收集固形物；
5) 将步骤4)所得固形物放入冷冻干燥机中，不加热条件下冷冻干燥，使其缓慢干燥，直至失去大部分水分，最终为只保留10 %水分的湿粉状态，得到湿粉物质650 kg；
6) 将步骤5)得到的干燥后的物质溶于3000 kg水，煮沸80 min后，稍微放凉至60 ℃后用截留相对分子质量为10000的超滤膜趁热超滤，弃去如蛋白类大分子物质；
7) 将步骤6)得到的超滤液再次放入冻干机中常规冷冻干燥，制得海藻糖200 kg，其得率18.2 %。
Claims (4)
1.一种利用啤酒废酵母在逆境胁迫条件下制备海藻糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1) 将啤酒废液加蒸馏水稀释，筛分，3000 r/min离心分离，得到纯净的啤酒废酵母；
2) 种子培养：将步骤1)得到的啤酒废酵母活化后，接种于装有种子培养基的发酵罐中，160 r/min，培养温度28~30 ℃，培养20~24 h，得到种子培养液；
3) 发酵罐培养：将步骤2)得到的种子培养液按8 %接种量接种于装有发酵培养基的发酵罐中，装液量60 %，搅拌速度180 r/min，27~30 ℃条件下培养72 h，得到发酵培养液；
所述发酵培养基的组分(质量分数)为：葡萄糖 3.76 %，酵母膏1.44 %，KH2PO4 0.1 %，氯化钠 1.88 %，MgSO4·7H2O 0.05 %，121 ℃条件下灭菌20 min；
4) 将步骤3)得到的发酵培养液离心过滤，收集固形物；
5) 将步骤4)所得固形物放入冻干机中，不加热条件下冷冻干燥至湿粉状态；
6) 将步骤5)得到的干燥后的物质溶于3-5倍量水，煮沸80 min后，趁热超滤；
7) 将步骤6)得到的超滤液再次放入冻干机中常规冷冻干燥，制得海藻糖，其得率15~20 %。
2.根据权利要求1所述的一种利用啤酒废酵母在逆境胁迫条件下制备海藻糖的方法，其特征在于，步骤1)所述啤酒废液为酿造啤酒8h内收集的新鲜产物。
3.根据权利要求1所述的一种利用啤酒废酵母在逆境胁迫条件下制备海藻糖的方法，其特征在于，步骤2)所述种子培养基的组分(质量分数)为：酵母膏1 %，葡萄糖2 %，蛋白胨2%，pH自然，121 ℃条件下灭菌20 min。
4.根据权利要求1所述的一种利用啤酒废酵母在逆境胁迫条件下制备海藻糖的方法，其特征在于，步骤6)所述超滤为使用截留相对分子质量为10000的超滤膜超滤。
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