凝结芽孢杆菌及其在玉米浸泡中的应用

1.本发明涉及玉米深加工技术领域，具体涉及一株凝结芽孢杆菌及其在玉米浸泡中的应用。


背景技术：

2.玉米淀粉的生产主要分为干法和湿法两类，其中湿法工艺是目前应用比较广泛的一种淀粉制备工艺。在湿法工艺中，玉米籽粒浸泡后，经粗、细研磨，使胚芽、纤维和蛋白质分离，最终获得高纯度的玉米淀粉。浸泡是玉米淀粉湿法生产工艺中第一道也是最重要的一道工序，浸泡效果的好坏对玉米淀粉得率的影响是十分显著的。
3.浸泡的目的是使玉米籽粒软化，破坏或者削弱蛋白质与淀粉颗粒之间的结合力，使淀粉游离出来。目前，常规玉米浸泡工艺通常需要向浸泡液中添较高浓度的so2(通常在2000-5000ppm左右)，以充分破坏包裹在淀粉外侧的蛋白质网结构。玉米浸泡液中的so2浓度对于玉米浸泡效果的影响很大，通常，so2浓度越高，淀粉分离越容易，当浓度低于1000ppm时，其对蛋白质网的分散作用很弱，淀粉分离困难。
4.然而，大量so2的使用一方面会造成环境污染、设备腐蚀等问题，另一方面，亦会导致淀粉产品中亚硫酸残留过高，影响产品质量，无法满足食品安需要。此外，浸泡在整个玉米淀粉提取工艺中所占时间最长，能耗高，因此浸泡周期的长短对于玉米淀粉生产效率具有重要影响。
5.近年来，国内外研究人员为了提高玉米浸泡效率，减少玉米浸泡过程中的so2使用，开发出了利用酶制剂或菌剂进行辅助浸泡的玉米浸泡工艺。但是，酶制剂的成本高，使用条件苛刻，很难在工业条件下进行大规模应用。而且，由于玉米浸泡所需的温度较高(一般在50℃左右)，因此采用酶制剂或菌剂进行辅助浸泡时，考虑到酶或菌株的活性，通常需要采用分步浸泡法，即在采用不同温度条件的浸泡阶段分别使用含so2的浸泡水和含酶制剂或菌剂的浸泡水进行玉米浸泡。此外，为了获得较为理想的浸泡效果，通常采用酶制剂或菌剂辅助浸泡的方法时还需要对玉米粒进行粉碎处理。因此，虽然酶制剂或菌剂的使用提高了玉米浸泡效果，减少了so2的用量，但同时也增加了设备投资及能耗，延长了工艺流程，不利于玉米淀粉生产效率的提高。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了克服现有技术存在的玉米浸泡工艺中so2使用量高、浸泡时间长、能耗高等问题，提供一株凝结芽孢杆菌及其在玉米浸泡中的应用，该菌株具有耐高温、耐酸等特点，采用该菌株及本发明中基于该菌株制备的菌剂进行玉米浸泡时，能够缩短浸泡时间、降低so2使用量，同时，相比于现有技术中采用酶制剂或菌剂的辅助浸泡的玉米浸泡工艺，本发明提供的方法操作更加简单，更易工业化推广。
7.为了实现上述目的，本发明一方面提供一株凝结芽孢杆菌(bacillus coagulans)，所述凝结芽孢杆菌的保藏编号为cgmcc no.23993。
8.本发明第二方面提供一种改善玉米浸泡效果的菌剂，所述菌剂中含有如上所述的凝结芽孢杆菌。
9.本发明第三方面提供如上所述的凝结芽孢杆菌或菌剂在玉米深加工中的应用。
10.本发明第四方面提供一种玉米浸泡方法，所述方法包括将如上所述的凝结芽孢杆菌或菌剂接种至玉米浸泡液中，进行玉米浸泡。
11.通过上述技术方案，本发明能够取得如下有益效果：
12.(1)采用本发明提供的凝结芽孢杆菌及基于该菌株制成的菌剂用于玉米浸泡时，浸泡效果好，淀粉得率高。
13.(2)本发明提供的凝结芽孢杆菌及基于该菌株制成的菌剂用于玉米浸泡时，能够降低二氧化硫的使用量(至多可使二氧化硫用量降低至0)，提高了食品安全性。
14.(3)本发明提供的凝结芽孢杆菌具有耐高温、耐酸等特点，从而将该菌株接种至玉米浸泡液中可以采用一步法进行玉米浸泡，即在进行玉米浸泡时无需与含二氧化硫的浸泡液分步进行浸泡，而且进行玉米浸泡时也无需对玉米进行粉碎处理，与现有的采用耐高温菌剂辅助浸泡的方法相比，本发明提供的方法在减少二氧化硫用量的同时，还简化了操作、缩短了工艺流程，节约了能耗和处理成本，十分利于工业化大规模推广使用。
15.生物保藏
16.本发明中的凝结芽孢杆菌(bacillus coagulans)于2021年11月29日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮政编码：100101)(保藏单位的缩写为cgmcc)，保藏编号为cgmcc no.23993。
具体实施方式
17.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
18.本发明中，未进行特殊说明的情况下，“凝结芽孢杆菌”和“所述凝结芽孢杆菌”均指本发明提供的凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993。
19.本发明的发明人在研究的过程中偶然地发现了一株耐酸、耐高温的凝结芽孢杆菌(bacillus coagulans)，经过进一步研究发现，该凝结芽孢杆菌具有稳定的发酵性能，同时可以利用糖类产生乳酸。而且，当将该菌株加入到玉米浸泡水中时，能够稳定提高玉米浸泡效果，提高玉米淀粉得率。
20.基于上述发现，本发明一方面提供一株凝结芽孢杆菌(bacillus coagulans)，所述凝结芽孢杆菌的保藏编号为cgmcc no.23993。
21.本发明第二方面提供一种改善玉米浸泡效果的菌剂，所述菌剂中含有如上所述的凝结芽孢杆菌。
22.本发明中，对于所述菌剂中的凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993的含量没有特别限制，只要使得该菌剂用于玉米浸泡时能够改善浸泡效果，提高玉米淀粉得率即可。
23.本发明提供的菌剂中，既可以仅以凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993为有效成分，还
no.23993的具体浓度没有特别限制，只要其与玉米浸泡液混合后的浓度符合前述要求即可。
35.优选地，所述培养液中凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993的含量使得该培养液的od
600
值达到5以上，优选为5-7。
36.本发明中，对于用于扩培的培养基没有特别限制，只要适合凝结芽孢杆菌生长繁殖即可。例如，可以采用玉米浆干粉(cslp)培养基等。
37.本发明中，对于扩培的条件没有特别限制，其可以根据凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993的特点以及培养效果(例如培养时间的长短、扩培效果等)进行调整。优选地，所述扩培的条件包括：温度48-52℃，时间20-30h。所述扩培可以在摇床条件(例如转速100-300rpm、摇床培养规模100-1000ml等)下进行。
38.本发明的发明人经过进一步地研究，发现将本发明提供的凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993接种于玉米浸泡液中后，在不添加二氧化硫的情况下即可有效提高玉米浸泡效果，获得较为理想的玉米淀粉得率。而在少量添加二氧化硫后，玉米浸泡效果能够得到进一步提高。
39.基于上述发现，根据本发明的一种优选实施方式，其中，所述玉米浸泡液中不含二氧化硫。
40.根据本发明的另一种优选实施方式，其中，所述玉米浸泡液中还含有二氧化硫。
41.本发明中，对于二氧化硫的用量没有特别限制，只要其能够进一步提高玉米浸泡效果即可。为了在获得理想的玉米浸泡效果的同时，控制二氧化硫的使用带来的亚硝酸盐残留等问题，提高所得玉米淀粉的食品安全性，降低二氧化硫对环境、设备的影响，优选地，所述玉米浸泡液中的二氧化硫含量不超过1000ppm。
42.更优选地，所述玉米浸泡液中的二氧化硫含量不超过800ppm。优选为400-800ppm，更优选为600-800ppm。
43.本发明的发明人在研究的过程中还发现，采用本发明提供的凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993接种于玉米浸泡液中，进行玉米浸泡时，无需对玉米(粒)进行破碎处理即可获得较为理想的浸泡效果。
44.因此，基于上述发现，根据本发明的优选实施方式，其中，所述方法不包括对玉米进行破碎的步骤。
45.此外，本发明提供的凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993具有耐酸、耐高温等特点，因此，可以直接将玉米(粒)浸泡于含有凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993(以及so2)的玉米浸泡液中，采用前述浸泡条件，进行“一步法”玉米浸泡。
46.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。应当能够理解的是，以下实施例仅用于示例性地进一步解释和说明本发明的内容，而不用于限制本发明。
47.以下实施例中，未进行特殊说明的情况下，采用的试剂均购自正规化学试剂或生物试剂供应商，纯度为化学纯。
48.以下实施例中，未进行特殊说明的情况下，处理温度均为室温(25
±
3℃)。
49.以下实施例中，采用的玉米浆干粉培养基的配方为：葡萄糖20g/l，玉米浆干粉16g/l，柠檬酸三铵2g/l，乙酸钠2g/l，磷酸氢二钾2g/l，硫酸镁0.2g/l，硫酸锰0.05g/l。
50.实施例1
51.本实施例用于说明本发明提供的凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993的分离、纯化和保藏。
52.(一)菌株分离和纯化
53.本发明的发明人从中粮生化能源(榆树)有限公司的玉米淀粉生产线中的逆流浸泡工艺采用的玉米浸泡液中分离获得了一株凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993。具体分离、纯化过程如下：
54.采用玉米浆干粉液体培养基为富集培养基，其组成为：葡萄糖20g/l，牛肉膏10g/l，蛋白胨10g/l，酵母膏5g/l，柠檬酸三铵2g/l，乙酸钠5g/l，磷酸氢二钾2g/l，硫酸镁0.2g/l，硫酸锰0.05g/l。
55.取中粮生化能源(榆树)有限公司，逆流浸泡工艺中玉米浸泡6h时的玉米浸泡液0.5ml，置于富集培养基中，在50
±
2℃恒温培养箱中进行传代培养，每代培养24h。
56.经20次传代后菌体的生长趋于稳定，从中分离获得耐高温、耐酸、乳酸生产能力且菌群结构稳定的微生物菌群。经涂平板划线、分离、纯化，从上述微生物菌群中分离得到单菌落dut21，经16s rdna全序列比对鉴定(委托生工生物工程(上海)股份有限公司进行)，菌株dut21为凝结芽孢杆菌(bacillus coagulans)。
57.(二)菌株保藏
58.将分离获得的凝结芽孢杆菌(bacillus coagulans)dut21于2021年11月29日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮政编码：100101)(保藏单位的缩写为cgmcc)，保藏编号为cgmcc no.23993。
59.实施例2
60.本实施例用于说明本发明提供的凝结芽孢杆菌cgmcc no.23993对玉米浸泡效果的提高。
61.采用玉米浆干粉培养基对凝结芽孢杆菌dut21进行培养，具体培养条件包括：50
±
2℃的温度下，200rpm摇床培养24小时，获得dut21培养液备用。经检测该dut21培养液的od
600
值约为6.1
±
0.7(折合dut21的有效活菌数约为6.08
×
108cfu/ml)。
62.(一)凝结芽孢杆菌dut21接种量对玉米浸泡效果的影响
63.采用dut21培养液的接种量为4体积％、6体积％、8体积％、10体积％、12体积％，总体积为150ml(余量用无菌水补齐)的玉米浸泡液。在该浸泡液中通入一定量的so2，使得浸泡液中so2的浓度为1000ppm。在玉米浸泡液中加入40g玉米粒，在50
±
2℃浸泡44h，获得浸泡混合物。
64.将所述浸泡混合物进行细粉碎后依次过50目筛和200目筛，滤液依次经过静置过夜(室温，约15h)、离心分离(3700rpm，10min)和干燥(50
±
2℃，干燥至恒重)处理后，获得玉米淀粉。
65.采用以下公式，对于不同接种量获得的玉米淀粉得率进行计算，具体结果详见表1。
66.玉米淀粉得率(％)＝(w2/w1)
×
100％
67.式中，w2为获得的玉米淀粉质量(g)；w1为浸泡后玉米干重(g)。
68.表1
[0069][0070][0071]
(二)浸泡液中so2浓度对玉米浸泡效果的影响
[0072]
采用dut21培养液的接种量为10体积％，总体积为150ml(余量用无菌水补齐)的玉米浸泡液，在该浸泡液中通入不同量的so2，使得浸泡液中的so2含量分别为0、400ppm、600ppm、800ppm、1000ppm。在玉米浸泡液中加入40g玉米粒，置于50
±
2℃浸泡44h。采用试验(一)中的方法制备玉米淀粉，并对玉米淀粉得率进行计算。结果详见表2。
[0073]
表2
[0074][0075]
注：表2中，得率i为仅采用so2浸泡的对照组玉米淀粉得率，得率ⅱ为采用凝结芽孢杆菌与so2联合浸泡的实验组玉米淀粉得率。
[0076]
(三)浸泡时间对玉米浸泡效果的影响
[0077]
采用dut21培养液的接种量为10体积％，总体积为150ml(余量用无菌水补齐)的玉米浸泡液，该玉米浸泡液中通入so2使浸泡液中的二氧化硫含量为1000ppm。在玉米浸泡液中加入40g玉米粒，分别置于50
±
2℃浸泡24h、30h、36h、40h。采用试验(一)中的方法制备玉米淀粉，并对玉米淀粉得率进行计算。结果详见表3。
[0078]
表3
[0079]
浸泡时间/h24303640玉米淀粉得率/％47.061.263.563.2
[0080]
根据表3的内容可以看出，制备玉米淀粉的过程中，采用含dut21培养液的玉米浸
泡液进行玉米浸泡时，仅需30h即可达到60％以上的玉米淀粉得率。由此说明凝结芽孢杆菌dut21能够有效缩短玉米浸泡时间，改善玉米浸泡效果。
[0081]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。