一种降低美拉德反应对微生物生长和发酵抑制作用的方法技术

本发明专利技术提供一种降低美拉德反应对微生物生长和发酵抑制作用的方法，向配制好的培养基中加入烷基二元酯，培养基与烷基二元酯的混合比例为1:0.01~1，搅拌，灭菌，冷却后停止搅拌，待体系分层，分出有机相，培养基用于发酵，所述烷基二元酯具有（C

Method for reducing microbial growth and fermentation inhibition by Maillard reaction

The present invention provides a method for reducing the Maillard reaction inhibition of microbial growth and fermentation, adding two yuan to the medium alkyl ester in the prepared mixture medium with alkyl ester is two yuan 1:0.01~1, mixing, sterilizing, cooling after stop stirring, to system layer, then the organic phase medium. For fermentation, the alkyl ester is two yuan (C

【技术实现步骤摘要】
一种降低美拉德反应对微生物生长和发酵抑制作用的方法
本专利技术涉及微生物发酵工业过程的优化调控方法，具体涉及一种降低美拉德反应对微生物生长及发酵抑制作用的方法，属于微生物发酵

技术介绍
1912年法国化学家路易斯﹒卡米拉﹒美拉德在实验中偶然发现：羰基化合物（还原糖）的羰基可以与氨基化合物（氨基酸/多肽/蛋白质）中的氨基发生反应，该反应经过一系列复杂历程最终生成棕黑色的大分子物质类黑素或称拟黑素，该羰氨反应又称美拉德反应。经过各国学者多年研究，目前公认的美拉德反应机理可分以下三个阶段：起始阶段还原糖与氨基酸或蛋白质发生缩合反应，生成具有亚胺或甲亚胺特性基团的有机化合物，即席夫碱；席夫碱环化生成氨基糖；氨基糖经Amadori重排生成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖。中间阶段在酸性条件下，1-氨基-1-脱氧-2-酮糖经1,2-烯醇化反应，生成5-羟甲基糠醛；碱性条件下，1-氨基-1-脱氧-2-酮糖经2,3-烯醇化反应，生成还原酮类和脱氢还原酮类；1-氨基-1-脱氧-2-酮糖经Strecker降解反应生成Strecker醛类和吡嗪类等化合物。最终阶段该阶段反应较为复杂，历程尚未完全明确，大致是中间阶段的产物与氨基化合物聚合反应生成高分子结构不明的类黑素，此外还有一系列中间体还原酮及挥发性杂环化合物生成。有研究表明，美拉德反应的反应速率随温度的增长呈现急剧升高的趋势，且美拉德反应部分中间产物和最终产物具有抑制微生物生长的作用，因此在微生物发酵工业中为避免还原糖类碳源与氨基化合物类氮源在高温下发生美拉德反应，通常将碳源和氮源分开灭菌，待冷却后再将其混合进行微生物发酵，而该工艺手段通常存在灭菌能耗较高、设备投入成本较大的问题。同时，美拉德反应产物还具有人们不需要的色泽和一定的致癌性，因此目前关于降低或抑制美拉德反应的文献报道主要集中在食品、医药等领域，而在微生物发酵领域的相关报道较少。CN1256032C公开了一种能减轻色变的大豆蛋白酶解方法，该方法要求在酶解罐中添加微量的氧化剂（H2O2）和还原剂（Na2SO3、Na2S2O5和NaHSO3）将大豆酶解生成的少量低聚糖的羰基转化为羟基，以此抑制美拉德反应。首先该方法不回收循环使用添加到体系的可溶性盐，增加了生产成本；其次微生物发酵领域通常涉及高浓度还原糖-氨基化合物混合体系，因此该方法不适用于微生物发酵领域。CN102888325A公开了一种发酵型枣酒的加工工艺，该方法在整个工艺流程中控制加工温度最高不超过55℃，以达到抑制美拉德反应并减少褐变发生。该方法无法应用于微生物发酵领域常用的121℃高温湿热灭菌操作，并且为避免后期发酵染菌而向体系中通入SO2的方法不适用于细菌发酵培养，同时因SO2具有腐蚀性也相应地增加了设备要求及成本。CN104188006A公开了一种荞麦提取物、抑制果汁褐变的方法、制备苹果汁的方法，该方法先提取荞麦中具有抗氧化作用的黄酮类化合物，再将该荞麦提取物添加到混浊苹果汁中进行压榨、浓缩处理，以此实现抑制果汁褐变的目的。该方法主要针对食品加工过程中的酶促褐变，且操作步骤多，设备成本高，添加的荞麦提取物不与产品分离且不能循环使用，增加了产品成本。综上，在微生物发酵领域中，亟需寻找一种优化调控方法，能够在不改动现有设备和高温湿热灭菌工艺的基础上，经济、有效的降低美拉德反应对微生物生长及发酵抑制作用。
技术实现思路
针对现有技术中在微生物发酵领域缺乏切实有效的降低美拉德反应对微生物生长及发酵抑制的问题，本专利技术为解决以还原糖为碳源、以氨基化合物为氮源的微生物发酵培养基在高温湿热灭菌过程中普遍发生的美拉德反应抑制微生物生长及发酵的问题，提供一种利用烷基二元酯作为美拉德反应抑制剂的方法，可以维持现有高温湿热灭菌工艺和设备，并省去培养基分消环节，从而满足微生物发酵领域对经济、有效降低抑制微生物生长及发酵的美拉德反应的需求。本专利技术的技术目的通过以下技术方案实现：一种降低美拉德反应对微生物生长和发酵抑制作用的方法，向配制好的培养基中加入烷基二元酯，培养基与烷基二元酯的混合比例为1:0.01~1，搅拌，灭菌，冷却后停止搅拌，待体系分层，分出有机相，培养基用于发酵，所述烷基二元酯具有如下结构通式：（CnH2n+1）-OOC-（CH2）m-COO-（CnH2n+1）其中，m、n均为整数，0≤m≤8，1≤n≤16。进一步的，所述培养基与烷基二元酯的混合比例优选为1:0.08~0.15，可以保证降低美拉德反应的效果，又能节省原料烷基二元酯，此外，所述烷基二元酯经收集后可循环利用。进一步的，所述烷基二元酯优选为密度大于水、沸点高于水的酯类，更优选为丙二酸二乙酯、丁二酸二乙酯和己二酸二甲酯的至少一种。进一步的，本专利技术所述的方法更适用于大型发酵罐内的培养基灭菌，可以在很大程度上节省工艺，在灭菌过程中保持搅拌，搅拌可以加强发酵罐内混合体系的动量传递、质量传递和热量传递，同时也能使水-有机两相充分混合达到或接近乳化状态，所述搅拌的转速为10～800rpm，优选为80~150rpm。另外，在灭菌结束后，待体系冷却后再停止搅拌，防止冷却前高温下发生美拉德反应，待体系分层后，密度大于水的烷基二元酯位于下层，通过发酵罐的出料口即可将烷基二元酯分离出来，而培养基可直接用于发酵。大大节省了灭菌工艺，降低染菌的风险。进一步的，所述灭菌为高温湿热灭菌，它更容易造成美拉德反应，高温湿热灭菌是指用饱和水蒸气、沸水或流通蒸汽进行灭菌的方法，在50～135℃高温湿热灭菌1～1000min。例如现有技术中最常用的121℃、30min灭菌条件下更适用于采用本专利技术方法来降低美拉德反应。进一步的，本专利技术的培养基尤指糖浓度和氮浓度较高的培养基，且培养基中的碳源为还原糖，具有游离醛基、半缩醛羟基或游离羰基等基团，选自葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖、木糖或核糖中的至少一种；所述氮源为具有氨基的有机化合物，选自牛肉膏、蛋白胨、酵母提取物、豆粕和玉米浆中的至少一种。在本专利技术的方法中，当向培养基中添加烷基二元酯后，再将培养基混合进行高温湿热灭菌处理，该培养基颜色明显比不添加烷基二元酯而直接混合灭菌的培养基颜色浅。将灭菌培养基中的烷基二元酯分离除去后进行发酵对比实验，结果表明微生物在烷基二元酯处理过的培养基上的生长指标和发酵指标都明显优于未经烷基二元酯处理的培养基对照组。有研究表明美拉德反应的中间产物席夫碱、氨基糖、5-羟甲基糠醛以及最终产物类黑素具有抑制微生物生长和发酵的作用，根据实验现象和结果推断本专利技术的作用机理如下：1、本专利技术所用的烷基二元酯为直链结构，其中的羰基易与氨基化合物反应，通过阻止还原糖与氨基化合物反应来抑制美拉德反应的发生；2、烷基二元酯与美拉德中间产物发生反应，通过减少美拉德反应体系通量降低了美拉德最终产物的生成量；3、烷基二元酯与培养基混合可形成水-有机两相体系，美拉德反应的中间产物和最终产物因萃取作用而主要集中在烷基二元酯的有机相中，随烷基二元酯的分离而被分离出培养基。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、烷基二元酯的加入能够有效的降低体系中的美拉德反应通量，并能通过萃取原理将美拉德反应中间产物和最终产物从体系中分离出去，处理后的培养基更适于微生物生长与发酵，显著地提高了培养基的每批本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低美拉德反应对微生物生长和发酵抑制作用的方法，其特征在于：向配制好的培养基中加入烷基二元酯，培养基与烷基二元酯的混合比例为1:0.01~1，搅拌，灭菌，冷却后停止搅拌，待体系分层，分出有机相，培养基用于发酵，所述烷基二元酯具有如下结构通式：（C

【技术特征摘要】
1.一种降低美拉德反应对微生物生长和发酵抑制作用的方法，其特征在于：向配制好的培养基中加入烷基二元酯，培养基与烷基二元酯的混合比例为1:0.01~1，搅拌，灭菌，冷却后停止搅拌，待体系分层，分出有机相，培养基用于发酵，所述烷基二元酯具有如下结构通式：（CnH2n+1）-OOC-（CH2）m-COO-（CnH2n+1）其中，m、n均为整数，0≤m≤8，1≤n≤16。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述培养基与烷基二元酯的混合比例为1:0.08~0.15。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述烷基二元酯选自丙二酸二乙酯、丁二酸二乙酯和己二酸二甲酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚新武，师文静，高大成，张霖，李晓姝，廖莎，樊亚超，孙启梅，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11