CN109628327B - 玉米液化残渣全利用制备高活力柠檬酸黑曲霉种子的方法 - Google Patents
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Abstract
玉米液化残渣全利用制备高活力柠檬酸黑曲霉种子的方法，属于废弃物资源化及发酵技术领域。玉米粉经喷射液化、固液分离后得到玉米液化残渣；电子束辐射处理玉米残渣，获得辐射残渣；辐射残渣与水按一定比例混合，置于超声波环境中充分浸泡，依次添加纤维素酶与蛋白酶进行水解；在上述酶解液中添加复合糖化酶(包括葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶)，获得液化残渣水解液；液化残渣水解液配置种子培养基，培养柠檬酸黑曲霉种子。本发明实现了玉米液化残渣全利用，获得了高活力的柠檬酸黑曲霉种子，提高了经济效益，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于属于废弃物资源化及发酵技术领域，尤其涉及一种玉米液化残渣全利用制备高活力柠檬酸黑曲霉种子的方法。
背景技术
玉米是一种非常重要的粮食原料，同时在制糖工业和发酵工业中扮演重要角色。玉米粉在发酵工业中，需要经过一定的液化处理，使大分子淀粉聚合物降解为小分子的糊精、葡萄糖等才可被微生物生长利用。玉米粉液化过程采用二次喷射液化，添加高温α-淀粉酶(喷射温度120-140℃)，90～95℃保温1～2h进行液化，获得玉米粉液化液，液化液经过板框压滤进行固液分离，分别得到液化清液和液化残渣，液化清液用于制糖或制备发酵培养基，液化残渣主要用作饲料或丢弃掉，用作饲料附加值非常低，直接丢弃会造成环境污染。
玉米液化残渣中存在丰富的营养成分，残渣中含总糖40％，粗蛋白35％，粗纤维16％等。如果能够实现玉米液化残渣的资源化利用，对于减轻环境污染，延伸玉米深加工产业链，均具有重要的意义。现有技术中针对玉米残渣利用进行了一些研究，专利申请号为201310003366.X的发明专利“利用复合酶水解柠檬酸发酵玉米渣获得还原糖的方法”公开了复合酶制剂(包含纤维素酶、木聚糖酶、中温淀粉酶和糖化酶)投入到加热的玉米渣浆液中，酶解时间为3～5h，经水解后的浆液过滤，得到含有还原糖的滤液，其缺点是此方法仅获取了玉米渣中部分还原糖，同时残渣中大部分蛋白质和残余糖未被高效利用，不仅造成资源浪费，也加重环境污染负担。如何高效利用液化残渣是玉米深加工产业亟待解决的重要问题之一。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本研究提出了玉米液化残渣全利用制备高活力柠檬酸黑曲霉种子的方法。
本发明的技术方案如下：
(1)玉米粉经喷射液化，板框压滤固液分离后，获得玉米液化残渣；
(2)液化残渣置于直线加速器装置中，电子束辐射处理，辐射处理强度为5～20kGy，获得辐射残渣；
(3)辐射残渣与水按照1∶1混合均匀，并置于超声波中浸泡处理，浸泡时间为20～40min，调整浸泡温度55℃；
(4)步骤(3)浸泡液调节pH 4.5，加入纤维素酶20～60FPU/g，水解1h，进一步添加蛋白酶50～80U/g，酶解1h；
(5)在步骤(4)酶解液中添加复合糖化酶进行酶解，复合糖化酶包含葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶，复合糖化酶添加量为50～200U/g，酶解时间2～4h，获得液化残渣水解液；
(6)液化残渣水解液与水按照1∶2比例混合均匀配置种子培养基，接种柠檬酸黑曲霉孢子，控制接种后孢子浓度为50万个/mL，培养一段时间，获得高活力的柠檬酸黑曲霉种子。
本发明具有如下有益技术效果：基于电子束辐射技术处理玉米液化残渣，残渣中蛋白质与纤维素、残余淀粉结构发生改性，结合在超声波环境中充分浸泡策略，促进酶分子与底物的充分渗透，显著提升了酶解效果；液化残渣时中蛋白质，经过蛋白质酶水解得到小分子肽或氨基酸，促进柠檬酸黑曲霉的生长，提高菌体活力。此外，液化残渣中被蛋白质以及纤维素包裹的残余淀粉得到充分释放，经复合糖化酶水解获得可发酵性糖，提高了发酵原料利用率。本发明技术实现了玉米液化残渣全利用，并获得了高活力的柠檬酸黑曲霉种子，提升发酵效率，降低了粮耗，达到降低生产成本的目的。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。
以下实施例及对比例中，总糖、还原糖的测定方法采用菲林滴定法，柠檬酸的测定采用HPLC测定，孢子计数采用血球计数板；如无特殊说明，均采用本领域常用设备和工艺方法。
实施例1
玉米粉经喷射液化，板框压滤固液分离后，获得玉米液化残渣；液化残渣置于直线加速器装置中，电子束辐射处理，辐射处理强度为5kGy，获得辐射残渣；辐射残渣与水按照1∶1混合均匀，并置于超声波中浸泡处理，浸泡时间为40min，调整浸泡温度55℃；浸泡液调节pH 4.5，加入纤维素酶40FPU/g，水解1h，进一步添加蛋白酶80U/g，酶解1h；在酶解液中添加复合糖化酶进行酶解，复合糖化酶包含葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶，复合糖化酶添加量为150U/g，酶解时间3h，获得液化残渣水解液；液化残渣水解液与水按照1∶2比例混合均匀配置种子培养基，接种柠檬酸黑曲霉孢子，控制接种后孢子浓度为50万个/mL，培养成熟的种子液。液化清液配置发酵培养基(调整总糖浓度16.3％)，接种成熟的种子液进行发酵培养，当还原糖浓度降至0.5％时发酵结束。成熟的种子培养周期为20h，发酵产酸为15.8％，发酵残总糖为1.9％，发酵周期57h。
实施例2
玉米粉经喷射液化，板框压滤固液分离后，获得玉米液化残渣；液化残渣置于直线加速器装置中，电子束辐射处理，辐射处理强度为10kGy，获得辐射残渣；辐射残渣与水按照1∶1混合均匀，并置于超声波中浸泡处理，浸泡时间为30min，调整浸泡温度55℃；浸泡液调节pH 4.5，加入纤维素酶60FPU/g，水解1h，进一步添加蛋白酶50U/g，酶解1h；在酶解液中添加复合糖化酶进行酶解，复合糖化酶包含葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶，复合糖化酶添加量为100U/g，酶解时间3h，获得液化残渣水解液；液化残渣水解液与水按照1∶2比例混合均匀配置种子培养基，接种柠檬酸黑曲霉孢子，控制接种后孢子浓度为50万个/mL，培养成熟的种子液。液化清液配置发酵培养基(调整总糖浓度16.3％)，接种成熟的种子液进行发酵培养，当还原糖浓度降至0.5％时发酵结束。成熟的种子培养周期为19h，发酵产酸为15.9％，发酵残总糖为1.7％，发酵周期55h。
实施例3
玉米粉经喷射液化，板框压滤固液分离后，获得玉米液化残渣；液化残渣置于直线加速器装置中，电子束辐射处理，辐射处理强度为20kGy，获得辐射残渣；辐射残渣与水按照1∶1混合均匀，并置于超声波中浸泡处理，浸泡时间为20min，调整浸泡温度55℃；浸泡液调节pH 4.5，加入纤维素酶20FPU/g，水解1h，进一步添加蛋白酶60U/g，酶解1h；在酶解液中添加复合糖化酶进行酶解，复合糖化酶包含葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶，复合糖化酶添加量为200U/g，酶解时间2h，获得液化残渣水解液；液化残渣水解液与水按照1∶2比例混合均匀配置种子培养基，接种柠檬酸黑曲霉孢子，控制接种后孢子浓度为50万个/mL，培养成熟的种子液。液化清液配置发酵培养基(调整总糖浓度16.3％)，接种成熟的种子液进行发酵培养，当还原糖浓度降至0.5％时发酵结束。成熟的种子培养周期为21h，发酵产酸为15.9％，发酵残总糖为1.6％，发酵周期53h。
实施例4
玉米粉经喷射液化，板框压滤固液分离后，获得玉米液化残渣；液化残渣置于直线加速器装置中，电子束辐射处理，辐射处理强度为10kGy，获得辐射残渣；辐射残渣与水按照1∶1混合均匀，并置于超声波中浸泡处理，浸泡时间为25min，调整浸泡温度55℃；浸泡液调节pH 4.5，加入纤维素酶30FPU/g，水解1h，进一步添加蛋白酶75U/g，酶解1h；在酶解液中添加复合糖化酶进行酶解，复合糖化酶包含葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶，复合糖化酶添加量为50U/g，酶解时间4h，获得液化残渣水解液；液化残渣水解液与水按照1∶2比例混合均匀配置种子培养基，接种柠檬酸黑曲霉孢子，控制接种后孢子浓度为50万个/mL，培养成熟的种子液。液化清液配置发酵培养基(调整总糖浓度16.3％)，接种成熟的种子液进行发酵培养，当还原糖浓度降至0.5％时发酵结束。成熟的种子培养周期为19h，发酵产酸为16.0％，发酵残总糖为1.8％，发酵周期55h。
实施例5
玉米粉经喷射液化，板框压滤固液分离后，获得玉米液化残渣；液化残渣置于直线加速器装置中，电子束辐射处理，辐射处理强度为15kGy，获得辐射残渣；辐射残渣与水按照1∶1混合均匀，并置于超声波中浸泡处理，浸泡时间为35min，调整浸泡温度55℃；浸泡液调节pH 4.5，加入纤维素酶30FPU/g，水解1h，进一步添加蛋白酶55U/g，酶解1h；在酶解液中添加复合糖化酶进行酶解，复合糖化酶包含葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶，复合糖化酶添加量为150U/g，酶解时间3.5h，获得液化残渣水解液；液化残渣水解液与水按照1∶2比例混合均匀配置种子培养基，接种柠檬酸黑曲霉孢子，控制接种后孢子浓度为50万个/mL，培养成熟的种子液。液化清液配置发酵培养基(调整总糖浓度16.3％)，接种成熟的种子液进行发酵培养，当还原糖浓度降至0.5％时发酵结束。成熟的种子培养周期为22h，发酵产酸为16.1％，发酵残总糖为2.0％，发酵周期56h。
实施例6
玉米粉经喷射液化，板框压滤固液分离后，获得玉米液化残渣；液化残渣置于直线加速器装置中，电子束辐射处理，辐射处理强度为10kGy，获得辐射残渣；辐射残渣与水按照1∶1混合均匀，并置于超声波中浸泡处理，浸泡时间为40min，调整浸泡温度55℃；浸泡液调节pH 4.5，加入纤维素酶40FPU/g，水解1h，进一步添加蛋白酶70U/g，酶解1h；在酶解液中添加复合糖化酶进行酶解，复合糖化酶包含葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶，复合糖化酶添加量为180U/g，酶解时间3h，获得液化残渣水解液；液化残渣水解液与水按照1∶2比例混合均匀配置种子培养基，接种柠檬酸黑曲霉孢子，控制接种后孢子浓度为50万个/mL，培养成熟的种子液。液化清液配置发酵培养基(调整总糖浓度16.3％)，接种成熟的种子液进行发酵培养，当还原糖浓度降至0.5％时发酵结束。成熟的种子培养周期为18h，发酵产酸为15.7％，发酵残总糖为1.5％，发酵周期55h。
对比例(现有技术)
玉米粉经喷射液化，板框压滤固液分离后，获得液化清液和液化残渣；液化混液与水混合均匀，添加硫酸铵配制种子培养基(总糖12％，总氮0.25％)，液化残渣用作饲料，黑曲霉孢子悬液接种种子培养基培养28h，获得成熟种子液。玉米液化清液配置发酵培养基，调整初始总糖浓度为16.3％，成熟种子液接种发酵培养基进行发酵培养，当还原糖浓度低于0.5％时结束发酵。成熟的种子培养周期为28h，发酵周期60h，柠檬酸含量15.8％，发酵残总糖为2.6％。
将实施例1～6各项测试指标与对比例进行比较，结果参见下表。
表1实施例1～6与对比例各项测试指标对比结果
从表1可以看出，实施例1～6采用了本发明技术，与对照组相比，发酵残总糖明显降低，降低32％；发酵指数明和发酵转化率明显提升，显著提高了发酵效率，实现玉米液化残渣的全利用，提升了原料的利用率，符合国家资源高效利用和绿色制造的发展要求，具有重要的工业应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.玉米液化残渣全利用制备高活力柠檬酸黑曲霉种子的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)玉米粉经喷射液化，板框压滤固液分离后，获得玉米液化残渣；
(2)液化残渣置于直线加速器装置中，电子束辐射处理，获得辐射残渣；
(3)辐射残渣与水按照1∶1混合均匀，并置于超声波中浸泡处理，调整浸泡温度55℃；
(4)步骤(3)浸泡液调节pH 4.5，加入纤维素酶水解1h，进一步添加蛋白酶酶解1h；
(5)在步骤(4)酶解液中添加复合糖化酶进行酶解，获得液化残渣水解液；
(6)液化残渣水解液与水按照1：2比例混合均匀配置种子培养基，接种柠檬酸黑曲霉孢子，控制接种后孢子浓度为50万个/mL，培养一段时间，获得高活力的柠檬酸黑曲霉种子；
步骤(2)电子束辐射处理强度为5～20kGy；
步骤(3)浸泡时间为20～40min；
步骤(4)纤维素酶添加量为20～60FPU/g，蛋白酶添加量为50～80U/g；
步骤(5)复合糖化酶包含葡萄糖淀粉酶和普鲁兰酶，复合糖化酶添加量为50～200U/g，酶解时间2～4h。
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