专利名称：一种果糖基发酵原料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及以菊粉植物为原料制得的果糖基发酵原料代替玉米淀粉等 淀粉发酵原料作为发酵底物，应用于发酵工业中食品、燃料、化学品、材 料和生物制剂等产品的生产过程。
背景技术：
淀粉是最简单易得的葡萄糖基原料，微生物利用起来也十分的容易。 目前，我国的淀粉主要是以玉米为原料制的。不过由于我国耕地面积有限，我国年产玉米L2亿吨，产量还不足美国的一半，人均占有不到100公斤， 并且养殖消耗占70-80%，用于工业的玉米占玉米总产量的10%左右，每年 仅1000多万吨，因此，国内的玉米淀粉远远满足不了大规模的发酵工业的发展。发酵原料是指微生物可以利用的并通过微生物转化用于生产食品、燃 料、化学品、材料的原料。淀粉发酵原料是指以玉米、马铃薯、木薯等富含淀粉的植物为原料加工 生产的用于发酵工业中作为发酵原料而生产的淀粉。自然界中存在一大类富含菊粉的植物，而菊粉不仅可供某些微生物直 接利用，还可以通过水解成果糖、葡萄糖等易于微生物利用的糖。同时， 这一类植物中的菊芋等，还具有能在盐碱地、荒漠地生长，抗虫抗病的特 点。因此，利用这一类的菊粉植物，特别是菊芋，经过加工生产果糖基发 酵原料，对我国的发酵工业的发展具有重要意义。发明内容本发明的目的是提供一种果糖基发酵原料及其应用；果糖基发酵原料是 指由菊芋、菊苣等菊粉植物中以富含菊粉的器官为原料加工制得的，用于 发酵工业中作为发酵原料而生产的菊芋粉、菊粉、果糖化的菊芋粉等产品。 果糖基发酵原料所应用的领域为发酵工业中食品、燃料、化学品、材料和 生物制剂等产品的生产领域；果糖基发酵原料完全可替代淀粉发酵原料； 其生产成本低，原料来源广泛，工艺简单，技术路线成熟，可产业化实施。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种果糖基发酵原料，其可按如下过程加工，1) 将菊粉植物富含菊粉的器官晒干，经粉碎机粉碎成粉，过筛50-200 目，制成菊芋粉；2) 将菊芋粉用45 7(TC水溶解制成重量浓度10~20%溶液后，按每升加 入1000U 100000U单位的菊粉酶的比例配制菊芋粉酶解反应液，菊粉酶酶 活定义为每分钟水解底物产生1微摩尔果糖所需要的酶量，调节其pH值至4.2~6.5，在反应器中45 7(TC反应3 9h，酶解反应完全后，形成果糖化的 菊芋粉液体，或进一步经喷雾_于燥，制成果糖化的菊芋粉。
菊粉是指一系列果糖多聚物，末端带有一个葡萄糖残基；所述菊粉植物 是指在块根、块茎等器官中富含菊粉的一类植物，如菊芋、菊苣和/或大丽 花富含菊粉的植物；所述富含菊粉的器官是指菊粉植物的块根或块茎；菊 粉植物可以是自然界中筛选得到的植物，也可是人工选育或经过遗传改良 的植物。本发明是利用菊粉植物，特别是可在盐碱、荒涂地生长的菊芋为原料， 果糖基发酵原料的加工方法是指将菊芋、菊苣等菊粉植物中富含菊粉的器 官或组织通过晾晒、烘干、研磨、粉碎、菊粉酶水解等物理，化学或生物 的方法加工成果糖化的菊芋粉等便于微生物利用的发酵原料。果糖基发酵原料替代淀粉发酵原料进行发酵生产不但可应用于利用微 生物发酵生产乳酸、琥珀酸、柠檬酸、延胡羧酸、苹果酸、衣康酸、丙酮 酸、马莱酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、乙酸、1， 6-二磷酸果糖、山梨 醇、甘露醇、甘油、1， 3-丙二醇，1， 2-丙二醇，2， 3—丁二醇，3-羟基丙 酸(3-HPA)，聚乳酸，PHA， PHB等化学品和材料，还应用到甲醇、丁醇、 二甲醚等燃料的生产，以及氨基酸、啤酒、味素、调味醋等食品的生产和 酶、抗体等生物制剂的生产。
具体实施方式
实施例1将菊芋块茎晒干，经粉碎机粉碎成粉，过筛50 200目，制成菊芋粉。 实施例2将实施例1制成的菊芋粉用55"C水溶解制成10%溶液后，通过1M NaOH， 1M HC1调节其pH值至6.5,按每升加入10000U单位的菊粉酶的比 例配制菊芋粉酶解反应液(菊粉酶酶活定义为每分钟水解底物产生1微摩 尔果糖所需要的酶量)，在反应器中45。C反应9h，经HPLC检测，酶解反 应完全后，形成果糖化的菊芋粉液体(葡萄糖0.9%，果糖9.1%)，经喷雾干 燥，制成果糖化的菊芋粉。实施例3将实施例1制成的菊芋粉用7(TC水溶解制成20%溶液后，通过1M NaOH， 1M HC1调节其pH值至4.2，按每升加入50000U单位的菊粉酶的比 例配制菊芋粉酶解反应液(菊粉酶酶活定义为每分钟水解底物产生1微摩 尔果糖所需要的酶量)，在反应器中7(TC反应5h，经HPLC检测，酶解反 应完全后，形成果糖化的菊芋粉液体(葡萄糖1.4%,果糖16.6%),经喷雾 干燥，制成果糖化的菊芋粉。实施例4将实施例1制成的菊芋粉用6(TC水溶解制成16%溶液后，通过1M NaOH， 1M HC1调节其pH值至5,按每升加入100000U单位的菊粉酶的比例配制菊芋粉酶解反应液(菊粉酶酶活定义为每分钟水解底物产生1微摩尔果糖所需要的酶量)，在反应器中6(TC反应3h，经HPLC检测，酶解反 应完全后，形成果糖化的菊芋粉液体(葡萄糖0.9%,果糖14.2%)，经喷雾 干燥，制成果糖化的菊芋粉。 应用例1将12种乳酸菌(菌种号丄acto6ac/〃w^ev/s AS人7， Z^cto6ac///wls 6wc/mer爿57./3, 丄^^。60!"7/"5y^v ew//ww ^457.7880，J57.2ft29 丄ewcowo^oc wasewtero/fifes爿57.20，J57.54丰 丄ewcowostocAS7.52&AS7.2"S)接入到分别用实例l、 2中制得的菊芋粉、果糖化的菊 芋粉和购买的玉米淀粉作为唯一碳源的培养基中进行厌氧发酵实验。使用分光光度计比色法测定乳酸菌生长不同时间的生物量。使用 HPLC-UV系统和Hypersil BDS C18反相色谱柱检测乳酸的含量，使用HPLC-脉冲安培检测器和阴离子交换柱(HAMILTONRCX-10)检测葡萄糖，果糖浓度。口实验结果表明，在含有果糖化的菊芋粉的培养基上生长的乳酸菌的最 高生物量和最终产物乳酸的含量和在含有玉米淀粉培养基上生长的乳酸菌 相比无显著性差异，说明在乳酸菌发酵生产中，果糖化的菊芋粉是完全可 以代替玉米淀粉作为发酵原料供乳酸菌生长并发酵生产乳酸的。 应用例2将黑曲霉04^^^///^"^^)接入到分别以菊芋粉、果糖化的菊芋粉、玉 米淀粉为唯一碳源的培养基中进行发酵培养。使用分光光度计比色法测定 黑曲霉生长不同时间的生物量。结果表明黑曲霉能够在以菊芋粉、果糖化 的菊芋粉为唯一碳源的培养基中正常生长，且与以玉米淀粉为唯一碳源的 培养基中生长的情况无显著性差异，因此，菊芋粉、果糖化的菊芋粉是完 全可以代替玉米淀粉作为发酵原料供黑曲霉生长并发酵生产柠檬酸的。应用例3将酿酒酵母(^cc/^om;;c^ cw，'w'fle)接入到分别以菊芋粉、果糖化的 菊芋粉、玉米淀粉为唯一碳源的培养基中进行发酵培养。结果表明酿酒酵 母能够在以果糖化的菊芋粉为唯一碳源的培养基中正常生长，且与以玉米 淀粉为唯一碳源的培养基中生长的情况无显著性差异，因此，果糖化的菊 芋粉是完全可以代替玉米淀粉作为发酵原料供酿酒酵母生长并发酵生产甘 油的。应用例4将大肠杆菌(￡."//)接入到分别以菊芋粉、果糖化的菊芋粉、玉米淀粉 为唯一碳源的培养基中进行发酵培养。结果表明大肠杆菌能够在以果糖化 的菊芋粉为唯一碳源的培养基中正常生长，且与以玉米淀粉为唯一碳源的培养基中生长的情况无显著性差异，因此，果糖化的菊芋粉是完全可以代 替玉米淀粉作为发酵原料供大肠杆菌生长。 应用例5将一株丁醇生产菌C/oWWd/ww sacc/zara/ e^w^y/acetom'CM/w接入至'J分另U 以菊芋粉、果糖化的菊芋粉、玉米淀粉为唯一碳源的培养基中进行发酵培 养。结果表明丁酉享生产菌C7osW(i/MW sacc/2ara/ er6^y/(3cetom'cwm育g句多在以 果糖化的菊芋粉为唯一碳源的培养基中正常生长，且与以玉米淀粉为唯一 碳源的培养基中生长的情况无显著性差异，因此，果糖化的菊芋粉是完全 可以代替玉米淀粉作为发酵原料供丁，生产菌C7o^7^Mm sacc/zaro/ er6w(v/acgto"/c顯生长并生产丁醇的。应用例6将几丁质酶生产菌接入到分别以菊芋粉、果糖化的菊芋粉、玉米淀粉 为唯一碳源的培养基中进行发酵培养。结果表明几丁质酶生产菌能够在以 果糖化的菊芋粉为唯一碳源的培养基中正常生长，且与以玉米淀粉为唯一 碳源的培养基中生长的情况无显著性差异，因此，果糖化的菊芋粉是完全 可以代替玉米淀粉作为发酵原料供几丁质酶生产菌生长并生产几丁质酶 的。应用例7爿waeraZ)/os/ /n'〃Mm racc/"/") ra(^Mcera接入至lJ分另lJ以菊芋粉、果糖化的菊芋 粉、玉米淀粉为唯一碳源的培养基中进行发酵培养。结果表明^"/"ok^7/ww"/"/"^"^^ce朋能够在以果糖化的菊芋粉为唯一碳源的培养基中正常生 长，且与以玉米淀粉为唯一碳源的培养基中生长的情况无显著性差异，因 此，果糖化的菊芋粉是完全可以代替玉米淀粉作为发酵原料供A^"o^"7/w■swcc/m'c—odwcms生长并生产丁醇的。 应用例8将运动发酵单胞菌wo6他接入到分别以菊芋粉、果糖化的 菊芋粉、玉米淀粉为唯一碳源的培养基中进行发酵培养。结果表明运动发 酵单胞菌Z;womo"m mo6/fc能够在以果糖化的菊芋粉为唯一碳源的培养基 中正常生长，且与以玉米淀粉为唯一碳源的培养基中生长的情况无显著性 差异，因此，果糖化的菊芋粉是完全可以代替玉米淀粉作为发酵原料供运 动发酵单胞菌/woM/s生长。以上应用例所釆用的细菌培养条件为各菌种所公知的常用条件，如 培养温度为25-42。C，培养时间为36-120h，培养基的含水量为60-65%wt。
权利要求
1. 一种果糖基发酵原料，其特征在于其可按如下过程加工，1)将菊粉植物富含菊粉的器官晒干，经粉碎机粉碎成粉，过筛50～200目，制成粉；2)将菊芋粉用45～70℃水溶解制成重量浓度10～20％溶液后，按每升加入1000U～100000U单位的菊粉酶的比例配制菊芋粉酶解反应液，菊粉酶酶活定义为每分钟水解底物产生1微摩尔果糖所需要的酶量，调节其pH值至4.2～6.5，在反应器中45～70℃反应3～9h，酶解反应完全后，形成果糖化的菊芋粉液体，或进一步经喷雾干燥，制成果糖化的菊芋粉。
2. 根据权利要求1所述的果糖基发酵原料，其特征在于所述菊粉植 物是指菊芋、菊苣和/或大丽花富含菊粉的植物；所述富含菊粉的器官是指 菊粉植物的块根或块茎。
3. 根据权利要求1所述的果糖基发酵原料，其特征在于菊粉植物可 以是自然界中筛选得到的植物，也可是人工选育或经过遗传改良的植物。
4. 一种权利要求1所述的果糖基发酵原料的应用，其特征在于所述 果糖基发酵原料可替代现有的淀粉发酵原料进行发酵生产，可应用于利用 微生物发酵生产乳酸、琥珀酸、柠檬酸、延胡羧酸、苹果酸、衣康酸、丙 酮酸、马莱酸、天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、乙酸、1， 6-二磷酸果糖、山 梨醇、甘油、1， 3-丙二醇，1， 2-丙二醇，2， 3—丁二醇，3-羟基丙酸(3-HPA)， 聚乳酸，PHA、 PHB、甲醇、丁醇或二甲醚，以及氨基酸、啤酒、味素、 调味醋、酶或抗体的生产。
全文摘要
本发明涉及一种果糖基发酵原料及其应用，1)将菊粉植物富含菊粉的器官晒干，经粉碎机粉碎成粉，过筛50～200目，制成粉；2)将粉用45～70℃水溶解制成重量浓度10～20％溶液后，按每升加入1000U～100000U单位的菊粉酶的比例配制菊芋粉酶解反应液，调节其pH值至4.2～6.5，在反应器中45～70℃反应3～9h，酶解反应完全后，形成果糖化的菊芋粉液体，或经进一步喷雾干燥，制成果糖化的菊芋粉。其生产成本低，原料来源广泛，工艺简单，技术路线成熟，可产业化实施。
文档编号C12P7/00GK101245353SQ20071001044
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月15日 优先权日2007年2月15日
发明者正 周, 曲天明, 曹海龙, 李曙光, 杜昱光 申请人:中国科学院大连化学物理研究所