一种菌酶联合处理降解角蛋白类废弃资源的方法技术

技术编号:20885019 阅读:41 留言:0更新日期:2019-04-17 13:33
本发明专利技术公开了一种菌酶联合处理角蛋白类废弃资源的方法,主要步骤如下:a.制备发酵培养基;b.将菌种接入发酵培养基制备一级种子液;c.将角蛋白类物质加入一级种子液发酵培养;d.发酵培养结束后调整反应温度,维持2‑6h;根据本发明专利技术方法,能够充分利用角蛋白类废弃资源,获取蛋白氮含量较高的终产物,提高蛋白氮回收率,是实现角蛋白类废弃资源无害化、高值化利用的有效途径,在畜禽养殖废弃资源利用、氨基酸生物有机肥、蛋白饲料、多肽蛋白氨基酸制备等领域具备良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种菌酶联合处理降解角蛋白类废弃资源的方法
本专利技术属于微生物
,具体涉及一种菌酶联合处理降解角蛋白类废弃资源的方法。
技术介绍
我国禽畜养殖产业发达,每年产生数量庞大的动物毛发、禽类羽毛、角、爪、蹄等废弃角蛋白,据统计,仅羽毛废弃物就达百万吨。这些废弃角蛋白通常得不到有效利用,环境污染问题日益凸显。角蛋白富含大量营养物质,如羽毛中的粗蛋白含量通常在80%以上,富含胱氨酸、赖氨酸、脯氨酸、丝氨酸等多种氨基酸,如果处理得当,这类废弃物将是重要的蛋白资源库。但是,目前仅少部分角蛋白废弃物得到有效回收利用,绝大部分被直接丢弃,不仅造成了环境污染,也是一种资源浪费。目前,废弃角蛋白在饲料、肥料、医药及化妆品等领域均有应用,开发空间巨大。目前,大规模加工角蛋白类资源的方法主要是物理化学水解工艺(高温高压水解法和酸碱水解法)和生物发酵工艺。物理化学水解法可以获得较高的蛋白质回收率,但是高温高压或强酸强碱会破坏部分氨基酸,导致游离氨基酸的含量极低。同时,酸碱水解法对设备要求高,且在后期的酸碱中和过程中产生大量盐分,影响产品品质。生物发酵工艺主要包括微生物直接发酵和酶水解两类。微生物发酵法利用具有角蛋白酶等分泌能力的菌株对羽毛进行降解,从而获得复合水解氨基酸。酶解法是利用特异性角蛋白酶对角蛋白物质进行降解,从而得到氨基酸类产物。与理化水解工艺比较,生物发酵工艺水解羽毛废弃物能耗较低、污染较小,并且微生物发酵产生的酶系促使角蛋白分解为多肽和氨基酸,条件温和,一方面减少了热敏氨基酸的损失,另一方面可以大幅提高游离氨基酸含量。但是生物发酵法也存在一些弊端。微生物转化角蛋白的过程中,一方面角蛋白难以被生物降解,降解效率较低。因此角蛋白降解速率高、角蛋白酶活性高的优良菌株是实现微生物转化角蛋白的关键。专利CN101372678B公开了一种角蛋白降解菌NJY1,专利CN102321553B公开了一种羽毛角蛋白厌氧降解菌株18D-TA,两种菌株均能很好的降解角蛋白。另一方面,角蛋白降解所产生的氨基酸会被微生物持续利用,转化为氨氮等无机氮,从而造成发酵产物中的氨基酸态氮(即氨基氮)含量低,非蛋白氮比重高,将会影响产品的品质。专利CN102326668B公开了一种利用18D-TA进行厌氧降解羽毛角蛋白的方法,该方法虽能快速降解角蛋白,但是产物中氨基酸氮含量低,可利用度不高。因此采用适当的发酵工艺,严格限制蛋白氮转化为无机氮,是提升产品品质的有效途径。本专利技术结合现有技术的利弊,采用菌酶联合处理工艺,提供了一种有效转化角蛋白废弃物,获取蛋白氮资源的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对角蛋白类物质转化为多肽蛋白、氨基酸等蛋白氮过程中转化效率低、有机氮/无机氮比值低的问题,提供一种菌酶联合处理降解角蛋白的方法,旨在实现角蛋白资源无害化、高值化的利用。为实现以上目的,采用的技术方案如下:一种菌酶联合处理降解角蛋白类废弃资源的方法,包括以下步骤:a.准备待降解角蛋白类物质,并制备发酵培养基;b.配制18D-TA菌菌液,并接种入步骤a所得发酵培养基中,制备一级发酵种子液;c.将步骤b所得一级发酵种子液加入步骤a所述角蛋白类物质中进行二级发酵培养,所述二级发酵培养时间为0-20h;d.所述二级发酵培养结束后,调整温度至70-90℃进行三级发酵培养,所述三级发酵培养时间为2-6h。作为本专利技术的进一步优化方案,步骤a中所述发酵培养基为厌氧培养基。作为本专利技术的进一步优化方案,步骤中a中所述18D-TA菌,菌种保藏编号为CGMCCNO.4800。作为本专利技术的进一步优化方案,步骤b中所述菌液接种体积为所述培养基体积的1%-10%;所述发酵温度为45-60℃,时间为24h。作为本专利技术的进一步优化方案,步骤c中所述角蛋白类物质包括家禽类羽毛、动物毛发和蹄甲中的至少一种;所述角蛋白类物质与发酵种子液按质量体积比为1:10-1:1。作为本专利技术的进一步优化方案,步骤c中所述的二级发酵培养温度为45-60℃。作为本专利技术的进一步优化方案,步骤d中所述调整温度的升温速率高于1℃/min。作为本专利技术的进一步优化方案,所述升温方式包括气浴加热、蒸汽加热、水浴加热、油浴加热中的至少一种。作为本专利技术的进一步优化方案,,步骤a中所述一级发酵和步骤b中所述二级发酵均为厌氧发酵,步骤c中所述三级发酵为厌氧发酵或有氧发酵。根据本专利技术所述方法,菌株18D-TA在0-20h内将羽毛等角蛋白的高级结构解聚并产生大量的角蛋白酶。调整反应温度后,由于温度升高,菌体生长受到抑制,有效降低氨基酸氮的消耗;与此同时,角蛋白酶活性最大化,促使角蛋白分子快速降解为多肽蛋白和氨基酸,并能有效的抑制多肽蛋白、氨基酸等有机氮向无机氮的转化,因此可显著提高终产物中有机氮的含量。本专利技术的有益效果是:本方法综合利用菌株18D-TA的生理代谢特点,利用菌株生长温度、产酶温度与角蛋白酶、蛋白酶活性温度的差异,通过适当的温度调控,有效的控制角蛋白水解过程和氨基酸脱氨等过程,实现角蛋白最大程度的向蛋白氮方向转化,操作方法简单,是实现角蛋白类废弃资源无害化、高值化利用的有效途径,在畜禽养殖废弃资源利用、氨基酸生物有机肥、蛋白饲料、多肽蛋白氨基酸制备等领域具备良好的应用前景。附图说明图1为实施例1得到的发酵产物各组分含量图;图2为对比例1得到的发酵产物各组分含量图;图3为实施例2得到的发酵产物各组分含量图;图4为实施例3得到的发酵产物各组分含量图;图5为实施例4得到的发酵产物各组分含量图;图6为实施例5得到的发酵产物各组分含量图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。以下实施例中菌种为角蛋白降解菌18D-TA,菌种保藏编号为CGMCCNO.4800。实施例1(1)采用亨盖特厌氧操作技术制备发酵培养基,高温高压灭菌后接种2%18D-TA液体种子液,55℃培养24h,获得一级发酵种子液。(2)向一级发酵种子液中加入50%(w/v)羽毛,55℃下发酵培养20h;(3)将发酵培养结束后的发酵液以预热方式调整温度至85℃,维持4h。(4)收集二级发酵产物,烘干粉碎成粉。(5)测定二级发酵产物各组分含量,见图1。对比例1(1)采用亨盖特厌氧操作技术制备发酵培养基,高压灭菌后接种2%18D-TA液体种子液,55℃培养24h,获得一级发酵种子液。(2)向一级发酵种子液中加入50%(w/v)羽毛,55℃下发酵培养20h;(3)将发酵培养结束后的发酵液保持55℃不变,维持4h。(3)收集二级发酵产物,烘干粉碎成粉。(4)测定二级发酵产物各组分含量,见图2。对比图1与图2,可以发现,图1中的干物质较高,且所有指标均有所提高,其中角蛋白蛋白氮的回收率提升了13%,水解氨基酸含量提升2%,酸溶性蛋白提升幅度达到144%,多肽蛋白提升率也达到139%,游离氨基酸增长率为48%,表明在发酵培养结束后升高温度,有助于角蛋白中蛋白质和氨基酸尽可能的得以保留,从而提高产物的利用价值。实施例2(1)采用亨盖特厌氧操作技术制备发酵培养基,高压灭菌后接种10%18D-TA液体种子液,55℃培养24h,获得一级发酵种子液。(2)向一级发酵种子液中加入10%(w/v)羽毛,同时以水浴加热方式调整温度至70℃,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种菌酶联合处理降解角蛋白类废弃资源的方法,其特征在于,包括以下步骤:a.准备待降解角蛋白类物质,并制备发酵培养基;b.将菌株18D‑TA接种入步骤a所得发酵培养基中,制备一级发酵种子液;c.将步骤b所得一级发酵种子液加入步骤a所述角蛋白类物质中进行二级发酵培养,所述二级发酵培养时间为0‑20h;d.所述二级发酵培养结束后,调整温度至70‑90℃进行三级发酵培养,所述三级发酵培养时间为2‑6h。

【技术特征摘要】
1.一种菌酶联合处理降解角蛋白类废弃资源的方法,其特征在于,包括以下步骤:a.准备待降解角蛋白类物质,并制备发酵培养基;b.将菌株18D-TA接种入步骤a所得发酵培养基中,制备一级发酵种子液;c.将步骤b所得一级发酵种子液加入步骤a所述角蛋白类物质中进行二级发酵培养,所述二级发酵培养时间为0-20h;d.所述二级发酵培养结束后,调整温度至70-90℃进行三级发酵培养,所述三级发酵培养时间为2-6h。2.根据权利要求1所述的一种菌酶联合处理降解角蛋白类废弃资源的方法,其特征在于,步骤a中所述发酵培养基为厌氧培养基。3.根据权利要求1所述的一种病死畜禽厌氧生物降解的方法,其特征在于,步骤中a中所述18D-TA菌,菌种保藏编号为CGMCCNO.4800。4.根据权利要求1所述的一种菌酶联合处理降解角蛋白类废弃资源的方法,其特征在于,步骤b中所述菌液浓度为108-109个/mL;所述菌液接种体积为所述培养基体积的1%-10%;所...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄艳邓宇马诗淳
申请(专利权)人:农业部沼气科学研究所
类型:发明
国别省市:四川,51

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