专利名称：一种利用青稞麸皮生产发酵用原料、食用油及蛋白的方法
技术领域：
本发明涉及农用廉价副产物青稞麸皮的综合利用方法，特别是涉及一种用青稞麸皮生产乳酸、乙醇等微生物发酵用原料、食用青稞麸皮油及蛋白的方法。
背景技术：
在西藏，青稞年产量为60万吨，主要用作食物、饲料和燃料，在两藏人民的生活中起着非常重要的作用(2008年)。青稞麸皮是青稞生产加工中的副产品，含量大约占青稞的 8%。因此，我国每年大约生产4. 8万吨青稞麸皮，由于青稞麸皮中含有各种酶和碾磨过程中的环境污染物，很快会变酸腐败。因此，在西藏每年都有大量的青稞麸皮被简单的用作牲畜饲料或者堆肥。尽管青稞麸皮存在这些缺点，但由于青稞麸皮含有丰富的营养成份(粗纤维约 37 %、淀粉沈％、蛋白质约14 %、水分约7 %、油脂约7 %，灰分约7 %，β -葡聚糖含量约 3%).因此可以采用合理的工艺进行综合利用来提高它的附加值。关于青稞麸皮的专利非常少，仅有的几个都强调对于青稞麸皮中单一成分的提取。例如，在申请号为200810Μ7418. 7的中国专利中，是采用加压溶剂浸提法、超声溶剂浸提法和微波溶剂浸提法从青稞麸皮中制备青稞麸皮油的方法。而这样的做法从经济上可行性较低，因为青稞麸皮油脂含量仅为7%，从成本上来说提取的意义并不大。但从另一个思路来考虑，如果采用合理的操作工艺提取出青稞麸皮中多种成分则从经济上是可行的。申请号为200810247420. 4的中国专利中提出了一种新的综合利用的方法。首先对青稞麸皮进行酶解，所采用的酶为蛋白酶、纤维素酶、复合纤维素酶、复合多糖酶(果胶酶、纤维素酶和葡聚糖酶)中的一种或任意两种组合。目的是先除去蛋白质及/或多糖类物质(并不包括淀粉类)。随后采用三相分离提取法、溶剂萃取提取或冷冻破乳提取法来提取青稞麸皮油。这一发明具有综合利用青稞麸皮中多种成分的优点，在经济上具有可行性，但仍然存在一些问题。如发明人并没有提出青稞麸皮油之外的其它物质的用途。并且发明人提出采用微波稳定化后的青稞麸皮要放置于-20°C _30°C备用，如此低的储存环境将要消耗大量的能量。综上所述，目前的青稞麸皮利用的方法中都主要是直接提取青稞麸皮油或者简单的方法对青稞麸皮进行利用，未能全面考虑青稞麸皮的综合利用。发酵行业，尤其是大宗型生物基化学品，如乳酸和乙醇等产品的发酵生产中，原料成本对于产品竞争力的影响是巨大的。早期的主要原料是玉米淀粉、酵母浸粉。随着市场的竞争激烈，为了降低成本，多种廉价原料被用于发酵，主要有为农作物下脚料，但采用青稞麸皮水解糖为原料生产L-乳酸和乙醇的研究未见报道
发明内容
本发明提供了一种用低成本的农业副产品青稞麸皮生产乳酸和乙醇等生物基化学品、青稞麸皮油及蛋白的方法。本发明所提供的用青稞麸皮生产生物基化学品、青稞麸皮油及蛋白饲料的方法， 可包括以下步骤1)以青稞麸皮为原料，加入3-4倍(w/w)的水，调节pH为6.0，加入α -淀粉酶 (5mL/kg青稞麸皮)，110°C保持5分钟，降温到95°C保温1小时；调节pH为4. 0 4. 5，加入糖化酶(5mL/kg青稞麸皮)和酸性纤维素酶(10mL/kg青稞麸皮)，60°C酶解M小时。然后调节PH为7.0，再加入中性纤维素酶(10mL/kg青稞麸皮)，60°C酶解M小时。板框过滤，上清液直接作为生物发酵用原料的碳源，用于发酵得到生物基化学品，过滤的到沉淀12)将沉淀1用滚筒在105°C下烘干至水分在10%以下，粉碎，过40目筛，加入4倍 (w/v)的溶剂(正己烷、石油醚或乙醚)，在温度60°C下搅拌4-8小时，过滤得到滤液和沉淀 2，滤液蒸馏除去溶剂，获得粗青稞麸皮油。3)用沉淀2提取蛋白或直接作为蛋白饲料。用上述方法得到的生物基化学品、青稞麸皮油及蛋白饲料也属于本发明的保护范围。有益效果本发明提供了用青稞麸皮生产生物基化学品、青稞麸皮油及蛋白饲料的方法。该方法是利用酶法水解青稞麸皮中的淀粉和纤维素转化为糖，利用糖及上清液中的营养物来生产乳酸和乙醇等生物化工产品。水解糖后的沉淀提取油脂，提油后的沉淀作为蛋白饲料，从而达到综合利用青稞麸皮的目的。由于青稞麸皮中的油脂和蛋白本身含量不高，如果直接提取，提取成本较高。而本发明中先用淀粉酶和纤维素酶将青稞麸皮中的淀粉和纤维素水解为糖，然后过滤，便将青稞麸皮中的淀粉、纤维素和其他水溶性成分全部除去。此时，残渣中油脂和蛋白质的含量可以提高到青稞麸皮的2-3倍，这样一方面在提取油脂和蛋白质时可以降低提取成本(提取所消耗的能量和物耗明显减少)，另一方面青稞麸皮中的碳源和水溶性营养物质得到了合理的利用。本发明将在青稞麸皮的综合利用中发挥重要作用，适合大面积推广和应用。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明一种用青稞麸皮生产L-乳酸和乙醇、青稞麸皮油及蛋白饲料方法的示意图
具体实施例方式下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。本发明的提供了一种综合利用青稞麸皮的新方法。利用优化的工艺先后提取出青稞麸皮中的淀粉、纤维素、油脂和蛋白。同时降低了整个提取过程的成本，充分利用了生物资源，减少生产过程的废物污染的产生，产生了更高的经济效益。本发明提供的综合利用青稞麸皮的方法，是采用酶水解青稞麸皮中的淀粉和纤维素转化为糖之后，用上清液(青稞麸皮中水溶性成分及淀粉和纤维素水解得到的糖作为碳源和营养物)作为原料来生产乳酸和乙醇等生物化工产品。然后，利用水解后的沉淀1提取油脂，提油后的沉淀2可用于提取蛋白或者直接作为蛋白饲料。具体应用如下本发明所提供的综合利用青稞麸皮的方法，可包括以下步骤参见图1所示。以下以具体实施例进一步说明本发明。下述实施例1-2采用本发明的最佳实验方案，本领域的普通技术人员能够依据本发明公开的内容显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应属于本发明的公开内容。实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。实施例1、结合图1说明，用青稞麸皮生产L-乳酸、青稞麸皮油及蛋白。1)以青稞麸皮1kg，加入3倍(w/w)的水，调节pH为6. 0，加入α -淀粉酶(5mL/kg 青稞麸皮，购自诺维信)，110°c保持5分钟，降温到95°C保温1小时；调节PH为4. 0，加入糖化酶(5mL/kg青稞麸皮，购自诺维信)和酸性纤维素酶(10mL/kg青稞麸皮，购自济宁和美生物工程有限公司)，60°C酶解M小时。然后调节pH为7.0，再加入中性纤维素酶(IOmL/ kg青稞麸皮，购自枣庄市杰诺生物酶有限公司)，60°C酶解M小时。板框过滤，过滤得到上清液和0. 34kg沉淀1。上清液中葡萄糖含量为0. ^g，直接作为生物发酵用原料，接种鼠李糖乳杆菌(Lactobacillusrhamnosus CICC No. 6003，购于中国工业微生物菌种保藏中心)， 接种量为10% (v/v)，37°C发酵M小时，发酵得到L-乳酸0.4kg。2)将沉淀1在105°C下烘干至水分在10%以下，得到0. ^kg,粉碎，过40目筛，加入4倍(w/v)的溶剂正己烷，在温度60°C下搅拌4小时，过滤得到滤液和0. 24kg沉淀2，滤液蒸馏除去溶剂，获得粗青稞麸皮油0. 05kg。3)经检测沉淀2中蛋白含量为40%，可以直接作为蛋白饲料。实施例2、用青稞麸皮生产乙醇、青稞麸皮油及蛋白。(1)以青稞麸皮1kg，加入3倍(w/w)的水，调节pH为6. 0，加入α -淀粉酶(5mL/ kg青稞麸皮，购自诺维信)，110°C保持5分钟，降温到95°C保温1小时；调节pH为4. 5， 加入糖化酶(5mL/kg青稞麸皮，购自诺维信)和酸性纤维素酶(10mL/kg青稞麸皮，购自济宁和美生物工程有限公司)，60°C酶解M小时，然后调节pH为7. 0，再加入中性纤维素酶 (10mL/kg青稞麸皮，购自枣庄市杰诺生物酶有限公司)，60°C酶解M小时。过滤得到上消液和0. 33kg沉淀1。上清液中葡萄糖含量为0. 49kg，直接作为生物发酵用原料，接种酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiaeCGMCC No. 2. 1554)，接种量为 10% (ν/ν)，30°C发酵 24 小时，发酵得到酒精0. 35kg。(2)将沉淀1在105°C下烘干至水分在10%以下，得到0J6kg，粉碎，过40目筛， 加入4倍(w/v)的溶剂正己烷，在温度60°C下搅拌8小时，过滤得到滤液和0.2kg沉淀2， 滤液蒸馏除去溶剂，获得粗青稞麸皮油0. 04kg。(3)经检测沉淀2中蛋白含量为41%，可以直接作为蛋白饲料。以上两个例子中提供了一种青稞麸皮的全面综合利用方案。在该方案中，合理的对各个操作单元进行优化组合，达到投入最小，收益最大的效果。在常见的青稞麸皮利用中，通常仅提取单一的产品，如青稞麸皮油、葡聚糖或者膳食纤维。与单一提取青稞麸皮油的工艺相比，本实施例中所提出的方案中由于先进行了酶解，因此原料的油脂含量为15% (w/w)，比直接用青稞麸皮(油脂含量为VA，w/w)提高了一倍多。提取相同量的油脂所需要的溶剂含量减少了一倍多，因此提取同样量的油脂所需成本降低了 50%左右。再加上本工艺中所得到的乳酸(或乙醇)和高浓度的蛋白饲料，整体产值比单一提取青稞麸皮油的工艺提高了近2倍。
权利要求
1.一种综合利用青稞麸皮生产生物发酵用原料、青稞麸皮油及蛋白的方法，包括以下步骤1)以青稞麸皮为原料，加入3-4倍的水，调节PH为6.0，加入α-淀粉酶，110°c保持5 分钟，降温到95°C保温1小时；调节pH为4. 0 4. 5，加入糖化酶和酸性纤维素酶，60°C酶解M小时；然后调节PH为7. 0，再加入中性纤维素酶，60°C酶解M小时；过滤或离心，上清液直接作为生物发酵用原料的碳源，用于发酵得到生物基化学品，过滤的到沉淀1备用；2)将沉淀1在105°C烘干，采用溶剂法提取油脂，得到青稞麸皮油，提油后得到沉淀2；3)用沉淀2提取蛋白或直接作为蛋白饲料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤1)中的生物基化学品为L-乳酸和乙醇。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤幻中用溶剂法提取油脂方法为沉淀1用滚筒在105°C下烘干至水分在10%以下，加入4倍(w/v)的溶剂浸泡，在温度 60°C下搅拌4-8小时，过滤得到滤液和残渣，滤液蒸馏除去溶剂，获得粗青稞麸皮油。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述溶剂为正己烷、石油醚或乙醚。
全文摘要
本发明公开了一种综合利用青稞麸皮生产生物发酵用原料、青稞麸皮油及蛋白的方法。该方法以青稞麸皮为原料，经过淀粉酶和纤维素酶分步水解，将青稞麸皮中的淀粉和纤维素水解为可溶性单糖，经过滤或离心，上清液作为直接发酵生产生物基化学品的碳源培养基，经发酵得到生物基化学品。沉淀在105℃烘干后，采用溶剂法提取油脂，得到青稞麸皮油。提油后的沉淀物可提取蛋白或直接作为蛋白饲料。本发明根据青稞麸皮中成分的特点，采用适宜的工艺路线，合理化的提取其中的所有有用物质，将在青稞麸皮的综合利用中发挥重要作用，适合大面积推广和应用。
文档编号C12P7/10GK102174601SQ20111000057
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者严建军, 张健飞, 李政, 李绩, 王玉 申请人:天津工业大学