一种利用农作物秸秆制备聚谷氨酸的新工艺的制作方法
【专利摘要】本发明属于氨基酸生产领域，公开了一种利用农作物秸秆制备聚谷氨酸的新工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备农作物秸秆水解液，步骤2）制备米糠提取物，步骤3）制备废弃菌体水解液，步骤4）浓缩母液，步骤5）取发酵培养基原料，步骤6）制备发酵培养基，步骤7）发酵制备聚谷氨酸。本发明对农作物秸秆进行了生化处理，结合废弃菌体，提高了发酵效率，降低了原料成本。
【专利说明】
一种利用农作物秸秆制备聚谷氨酸的新工艺
[0001]
技术领域
[0002] 本发明属于氨基酸生产领域，具体涉及一种利用农作物秸杆制备聚谷氨酸的新工 〇
【背景技术】
[0003] 聚谷氨酸(简称PGA)是谷氨酸单体以γ-位上的酰胺键聚合而形成的同质多肽。它 具有水溶性，可生物降解，不含毒性，可广泛应用于食品工业、化妆品、保健、水处理、废水处 理、卫生用品、医疗等领域，例如可以用作为增稠剂、冷冻保护剂、缓释剂、药物载体、生物粘 合剂、保湿剂、生物可降解纤维、高吸水性树脂、生物絮凝剂和重金属离子吸收剂等。
[0004] 现有技术研究聚谷氨酸发酵工艺主要集中在菌株改进，对于发酵培养基的改进较 为罕见。开发成本低廉，而且产酸量高的培养基，最大限度地降低企业成本是我们研究的方 向。基于上述技术问题，发展先进的酶法和化学法的水解新技术，制备高产率的碳源与可利 用性氮源极有可能取得突破性进展。
[0005] 玉米是北方地区种植的主要粮食作物，玉米秸杆作为农业废弃物，一般简单粉碎 处理或者燃烧处理，既不能充分利用，也容易造成环境污染。研究显示，玉米秸杆含有30%以 上的碳水化合物、2%_4%的蛋白质和05%_1%的脂肪，既可青贮，也可直接饲喂。就食草动物而 言，2kg的玉米秸杆增重净能相当于lkg的玉米籽粒，特别是经青贮、黄贮、氨化及糖化等处 理后，可提高利用率，效益将争更可观。据研究分析，玉米秸杆中所含的消化能为2235.8kJ/ kg，且营养丰富，总能量与牧草相当。我们需要对玉米秸杆进行精细加工处理，使其具有良 好的生态效益和经济效益。
[0006]
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是解决现有技术发酵培养基成本高的缺陷，提供了一种利用农作物 秸杆制备聚谷氨酸的新工艺。
[0008] 本发明是通过如下技术方案来实现的： 一种利用农作物秸杆制备聚谷氨酸的新工艺，其包括如下步骤:步骤1)制备农作物秸 杆水解液，步骤2)制备米糠提取物，步骤3)制备废弃菌体水解液，步骤4)浓缩母液，步骤5) 取发酵培养基原料，步骤6)制备发酵培养基，步骤7)发酵制备聚谷氨酸。
[0009] 具体地，所述工艺包括如下步骤： 步骤1)制备农作物秸杆水解液:将农作物秸杆投入到粉碎机中粉碎，过100目筛，然后 添加两倍重量的浓度为5M的盐酸，200rpm搅拌水解6小时，最后添加氨水，调节溶液的pH为 6 · 9_7 · 1，即得； 步骤2)制备米糖提取物： 将米糠铺成lcm厚度的平层，然后紫外线照射8min，紫外线强度为lOOOuw/cm2,再投入 到容器中，添加两倍重量的水浸泡1小时，随后添加占米糠1%重量份的α-淀粉酶，升温至70 °C，保持70°C水解1小时，然后100°C灭酶，最后将酶解液浓缩至膏状，即得； 步骤3)制备废弃菌体水解液:利用微生物发酵制得谷氨酸发酵液，过滤收集废弃菌体， 滤液用于提取谷氨酸，提取谷氨酸后的母液备用;将上述废弃菌体烘干，粉碎机粉碎成粉末 状，然后置于反应罐中，加入5mol/L的盐酸，在60°C温度下搅拌水解24小时，搅拌速度为 300转/min，反应终止后用氨水中和残余盐酸，控制溶液的pH为7.0，即得； 步骤4)浓缩母液:将步骤3)所得母液浓缩至谷氨酸含量为15g/L的浓缩液； 步骤5)取发酵培养基原料:按照重量百分比取各原料备用，其中：农作物秸杆水解液 15%，废弃菌体水解液13%，葡萄糖5%，米糠提取物1%，贝壳粉0.01%，硫酸镁0.01%，磷酸二氢 钾0.01%，其余为步骤4)所得浓缩液； 步骤6)制备发酵培养基:将农作物秸杆水解液，废弃菌体水解液，葡萄糖，米糠提取物， 贝壳粉，硫酸镁以及磷酸二氢钾依次添加到浓缩液中，搅拌均匀，然后在温度108-110°C、维 持时间15分钟进行灭菌处理，再降温至30°C，制得发酵培养基； 步骤7 )发酵制备聚谷氨酸:培养枯草芽孢杆菌获得种子液，然后按照9 %的接种量接入 发酵培养基中，连续发酵42小时，得到聚谷氨酸发酵液。
[0010]优选地，所述农作物为玉米。
[0011] 优选地，所述贝壳粉的粒径为100目。
[0012] 本发明取得的有益效果主要包括： 本发明直接水解废弃的菌体作为发酵原料，提供了丰富的氯化铵以及氨基酸氮源，可 作为微生物发酵养料。
[0013] 对玉米秸杆废弃物进行了粉碎和水解处理，使得氮、磷、钾、钙、镁以及纤维素多糖 等得到有效利用;米糠属于农业废弃物，其含有大量的蛋白质，脂肪，糖以及维生素等，但是 菌株利用率较低，通过生化处理后，提高了各养分的浸出率，菌株利用率大大提高； 利用谷氨酸生产结晶母液(含少量谷氨酸和大量铵盐)建立不外加谷氨酸的聚谷氨酸 生产新工艺，既降低生产成本，又能提高谷氨酸发酵与聚谷氨酸联产的总体生产效率； 通过水解废弃菌体蛋白和利用结晶母液，开辟了聚谷氨酸生产廉价氮源提高的新策 略，并结合玉米秸杆水解液等农业废弃物的联合应用，开创了一条利用非粮和废弃生物量 水解的碳氮源生产聚氨基酸的创新技术，大大降低了成本，提高了企业利润。
[0014]
【具体实施方式】 以下将采用具体的实施例来对本发明作进一步的解释，但是不应当看作是对本发明创 新精神的限制。
[0015] 实施例1 一种利用农作物秸杆制备聚谷氨酸的新工艺，其包括如下步骤： 步骤1)制备农作物秸杆水解液:将农作物秸杆投入到粉碎机中粉碎，过100目筛，然后 添加两倍重量的浓度为5M的盐酸，200rpm搅拌水解6小时，最后添加氨水，调节溶液的pH为 6.9-7.1，即得;所述农作物为玉米； 步骤2)制备米糖提取物： 将米糠铺成lcm厚度的平层，然后紫外线照射8min，紫外线强度为lOOOuw/cm2,再投入 到容器中，添加两倍重量的水浸泡1小时，随后添加占米糠1%重量份的淀粉酶(36U/mg， Sigma公司），升温至70°C，保持70°C水解1小时，然后100°C灭酶，最后将酶解液浓缩至膏状， 即得； 步骤3)制备废弃菌体水解液:利用微生物发酵制得谷氨酸发酵液，过滤收集废弃菌体， 滤液用于提取谷氨酸，提取谷氨酸后的母液备用;将上述废弃菌体烘干，粉碎机粉碎成粉末 状，然后置于反应罐中，加入5mol/L的盐酸，以没过原料为准，在60°C温度下搅拌水解24小 时，搅拌速度为300转/min，反应终止后用氨水中和残余盐酸，控制溶液的pH为7.0，即得； 步骤4)浓缩母液:将步骤3)所得母液浓缩至谷氨酸含量为15g/L的浓缩液； 步骤5)取发酵培养基原料:按照重量百分比取各原料备用，其中：农作物秸杆水解液 15%，废弃菌体水解液13%，葡萄糖5%，米糠提取物1%，贝壳粉0.01%，硫酸镁0.01%，磷酸二氢 钾0.01%，其余为步骤4)所得浓缩液;所述贝壳粉的粒径为100目； 步骤6)制备发酵培养基:将农作物秸杆水解液，废弃菌体水解液，葡萄糖，米糠提取物， 贝壳粉，硫酸镁以及磷酸二氢钾依次添加到浓缩液中，搅拌均匀，然后在温度108-110°C、维 持时间15分钟进行灭菌处理，再降温至30°C，制得发酵培养基； 步骤7)发酵制备聚谷氨酸:培养枯草芽孢杆菌(Bacillus subtillis)CGMCC No.2108 获得种子液，然后按照9% (体积比）的接种量接入发酵培养基中，连续发酵42小时，得到聚 谷氨酸发酵液;发酵过程中的温度控制在30°C，pH控制在6.9-7.0,控制葡萄糖浓度不低于 20g/L〇
[0016] 实施例2 实施例2采用发酵培养基为:葡萄糖40g/L、玉米浆25g/L、酵母膏15g/L、谷氨酸钠20g/ L、硫酸铵10g/L、磷酸二氢钾0.2g/L、七水硫酸镁0. lg/L、硫酸亚铁0. lmg/L;其他工艺同实 施例1。
[0017] 实施例3 本发明实施例1-2发酵液中的聚谷氨酸产量，具体结果见表1: 表1
结论:本发明实施例1组和实施例2产酸量相差不大，本发明实施例1组略高;通过成本 核验本发明实施例1的发酵培养基成本仅占实施例2培养基成本的40%左右，并且实现了变 废为宝，节约了企业投入，提高了企业净收入。
[0018] 最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不 限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接 导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种利用农作物秸杆制备聚谷氨酸的新工艺，其包括如下步骤:步骤1)制备农作物 秸杆水解液，步骤2)制备米糠提取物，步骤3)制备废弃菌体水解液，步骤4)浓缩母液，步骤 5)取发酵培养基原料，步骤6)制备发酵培养基，步骤7)发酵制备聚谷氨酸。2. 根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤： 步骤1)制备农作物秸杆水解液:将农作物秸杆投入到粉碎机中粉碎，过100目筛，然后 添加两倍重量的浓度为5M的盐酸，200rpm搅拌水解6小时，最后添加氨水，调节溶液的pH为 6 · 9_7 · 1，即得； 步骤2)制备米糖提取物： 将米糠铺成lcm厚度的平层，然后紫外线照射8min，紫外线强度为lOOOuw/cm2,再投入到 容器中，添加两倍重量的水浸泡1小时，随后添加占米糠1%重量份的α-淀粉酶，升温至70°C， 保持70°C水解1小时，然后100°C灭酶，最后将酶解液浓缩至膏状，即得； 步骤3)制备废弃菌体水解液:利用微生物发酵制得谷氨酸发酵液，过滤收集废弃菌体， 滤液用于提取谷氨酸，提取谷氨酸后的母液备用;将上述废弃菌体烘干，粉碎机粉碎成粉末 状，然后置于反应罐中，加入5mol/L的盐酸，在60°C温度下搅拌水解24小时，搅拌速度为 300转/min，反应终止后用氨水中和残余盐酸，控制溶液的pH为7.0，即得； 步骤4)浓缩母液:将步骤3)所得母液浓缩至谷氨酸含量为15g/L的浓缩液； 步骤5)取发酵培养基原料：按照重量百分比取各原料备用，其中：农作物秸杆水解液 15%，废弃菌体水解液13%，葡萄糖5%，米糠提取物1%，贝壳粉0.01%，硫酸镁0.01%，磷酸二氢 钾0.01%，其余为步骤4)所得浓缩液； 步骤6)制备发酵培养基:将农作物秸杆水解液，废弃菌体水解液，葡萄糖，米糠提取物， 贝壳粉，硫酸镁以及磷酸二氢钾依次添加到浓缩液中，搅拌均匀，然后在温度108-110°C、维 持时间15分钟进行灭菌处理，再降温至30°C，制得发酵培养基； 步骤7)发酵制备聚谷氨酸:培养枯草芽孢杆菌获得种子液，然后按照9 %的接种量接入 发酵培养基中，连续发酵42小时，得到聚谷氨酸发酵液。3. 根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述农作物为玉米。4. 根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述贝壳粉的粒径为100目。
【文档编号】C12R1/125GK105936924SQ201610558409
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年7月16日
【发明人】张传森, 王均成, 丁兆堂, 卢松, 徐亚娟, 梁晓娟, 杜鹏
【申请人】内蒙古阜丰生物科技有限公司