一种富含乳糖的生物质联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的集成方法技术

本发明专利技术涉及一种富含乳糖的生物质联产beta‑半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的集成方法，包括富含乳糖的生物质发酵联产胞内酶beta‑半乳糖苷酶和乙醇；利用蒸馏所得的乙醇溶液透性化处理酵母全细胞；喷雾干燥透性化酵母细胞悬浮液获得beta‑半乳糖苷酶酶制剂和利用透性化处理液进一步蒸馏获得所需浓度的乙醇产品。本发明专利技术基于乳酸克鲁维酵母不仅可以内生分泌合成beta‑半乳糖苷酶，还可合成次级代谢产物乙醇的特性，首次实现了beta‑半乳糖苷酶和乙醇的联产。是一种可高效利用富含乳糖的底物联产beta‑半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的绿色环保技术，酶制剂产品质量好、产率高，且乙醇产品浓度高，具备扩试工业化生产的潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种富含乳糖的生物质联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的集成方法
本专利技术属于酶制剂制备
，涉及一种富含乳糖的生物质联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的集成方法，包括富含乳糖的生物质发酵联产胞内酶beta-半乳糖苷酶和乙醇，也包括利用蒸馏所得的乙醇溶液透性化处理酵母全细胞，且包括喷雾干燥透性化酵母细胞悬浮液获得beta-半乳糖苷酶酶制剂，还包括利用透性化处理液进一步蒸馏获得所需浓度的乙醇产品。该集成工艺是一种可高效利用乳清粉联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的绿色环保技术，酶制剂产品质量好、产率高，且乙醇产品浓度高。
技术介绍
beta-半乳糖苷酶(beta-Galactosidase,EC3.2.1.23)，又称乳糖酶或beta-D-半乳糖苷半乳糖水解酶，具有水解乳糖转化为半乳糖与葡萄糖的活性，是解决人类中乳糖不耐症的关键酶。beta-半乳糖苷酶还具有转糖苷活性，可以催化乳糖转化生成低聚半乳糖。beta-半乳糖苷酶广泛存在于动植物和微生物中，其生产主要来源于微生物，包括酵母菌、真菌和细菌。商业beta-半乳糖苷酶的主要生产来源是乳酸克鲁维酵母，乳酸克鲁维酵母不仅可内生高效表达beta-半乳糖苷酶，而且生产条件温和，易于繁殖生长，最重要的是该酵母是一种可食用的酵母，具有食品安全性。但该酵母分泌合成的beta-半乳糖苷酶是胞内酶，游离酶的生产需要细胞破壁、酶提取和纯化等复杂操作，导致酶回收效率低，且生产成本高。生物乙醇作为一种新的能源来源，是可再生原料通过微生物发酵获得的，是一种可再生的、经济上可承受的，且对环境安全的能源物质，面对化石燃料的供应减少、能源危机以及传统化石能源使用造成的严重环境问题，生物乙醇将逐渐成为石油的替代品。乳酸克鲁维酵母与酿酒酵母属于同一种属，具有酿酒酵母的兼性厌氧特性。在有氧代谢条件下，乳酸克鲁维酵母还能够发酵乳清、糖蜜等廉价原料，通过三羧酸循环代谢丙酮酸，在无氧代谢条件下，乳酸克鲁维酵母可转化丙酮酸生产生物乙醇。利用乳酸克鲁维酵母可以内生分泌合成beta-半乳糖苷酶，还可合成次级代谢产物乙醇的特性，开发一项利用乳酸克鲁维酵母高效联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的绿色环保技术，同时获得产品质量好、产率高的beta-半乳糖苷酶酶制剂和高浓度的乙醇产品，将是一项重大技术突破，具备扩试工业化生产的潜力。
技术实现思路
为解决上述酶制剂制备难题，同时得到乙醇产品，本专利技术以富含乳糖的生物质为底物开发了一种联产beta-半乳糖苷酶和乙醇的集成工艺技术。乳清，奶酪生产的副产物，含有质量比为4.5-5％的乳糖、0.6-08％的蛋白质、0.4-0.5％的脂肪和少量矿物盐类等，具有高生物需氧量和化学需氧量特性。目前，全球乳清的总产量达到1.8～1.9亿吨，而且每年产量仍在不断增长，若未利用处理好，容易造成环境的严重污染问题。因为乳清粉便于储存、运输和应用，大部分乳清被干燥成乳清粉。而且乳清粉因含有高度浓缩的乳糖和其他高营养价值成分，常被利用生产高附加值产品。以乳清粉代替乳糖和麦芽提取物的工业培养基在成本上具有极为明显的优势，此外乳清粉属于废弃生物质资源，具有废弃资源回收再利用的优势。酵母能以葡萄糖、半乳糖和乳糖作为碳源进行繁殖生长，是一种可以应用在食品领域中的对人类安全的微生物。酵母以富含乳糖的生物质为底物联产beta-半乳糖苷酶和乙醇，利用乙醇透性化处理酵母细胞，经过喷雾干燥获得beta-半乳糖苷酶酶制剂。本专利技术是一种可高效利用乳清粉联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的绿色环保技术，酶制剂产品质量好、产率高，且乙醇产品浓度高，具备扩试工业化生产的潜力。本专利技术的技术方案如下:一种富含乳糖的生物质联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的集成方法，包括如下步骤：1)富含乳糖的生物质发酵联产胞内酶beta-半乳糖苷酶和乙醇；2)利用蒸馏所得的乙醇溶液透性化处理酵母全细胞；3)喷雾干燥透性化酵母细胞悬浮液获得beta-半乳糖苷酶酶制剂4)利用透性化处理液进一步蒸馏获得所需浓度的乙醇产品所述步骤1)的方法是：将乳酸克鲁维酵母单克隆接种到种子液培养基中制备酵母种子液，然后向富含乳糖的生物质培养基中加入体积比为1～10％酵母种子液，在温度为16～37℃，搅拌转速为200～500rpm，pH值为8.5～10的条件下发酵制备，发酵时间为8～48h，获得酵母全细胞发酵液。所述的种子液培养基是每升培养基中含有1～30g酵母膏，1～30g蛋白胨和1～10g氯化钠；所述的富含乳糖的生物质选自乳糖、乳清或乳清粉；所述的培养基是每升培养基中含有1～100g富含乳糖的生物质，1～30g酵母膏和1～30g蛋白胨；所述的酵母全细胞含有beta-半乳糖苷酶胞内酶；所述的发酵液中还含有浓度为5～20g/L的乙醇。所述的乳酸克鲁维酵母购置于中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号为CICC1773。所述步骤2)的方法是：将上述所述的发酵液进行离心分离，获得发酵上清液和酵母全细胞沉淀，利用旋转蒸发仪在35～45℃，0.07～0.08MPa条件下蒸馏发酵上清液获得浓度为体积比37％～50％的蒸馏乙醇溶液；酵母全细胞沉淀用于透性化处理；采用浓度为体积比20％～50％的蒸馏乙醇溶液透性化处理浓度为1～100g/L的酵母全细胞，透性化处理温度为0～37℃，透性化处理时间为5s～5min，离心分离获得乙醇处理液和透性化酵母细胞，向透性化酵母细胞加入pH值为4～10的50mM磷酸钠缓冲液使透性化酵母细胞质量比为1％～10％，经洗涤再离心除去上清液，获得透性化酵母细胞。所述步骤3)的方法是：取一定质量的透性化细胞(细胞干重)，加入相应体积的50mMpH7.0磷酸钠缓冲液使固形物含量为2～3％，摇匀，制得透性细胞悬浮液，通过喷雾干燥可获得单位酶活为2.6～5.2U/mg，含水率为5.9～8.7％的beta-半乳糖苷酶酶制剂。喷雾干燥条件是：进口温度180～220℃，雾化压力2.5～3.5bar，进料速度450～500mL/h，鼓风速率4～5m/s。所述步骤4)的方法是：将透性化酵母细胞离心分离获得乙醇处理液，利用旋转蒸发仪在35～45℃，0.07～0.08MPa条件下蒸馏乙醇处理液获得浓度为体积比75～95％的蒸馏乙醇产品，其中，浓度为体积比75％的乙醇产品可用于灭菌消毒，浓度为体积比95％的乙醇产品可用作燃料。此外，乙醇是一种良好的有机溶剂。还可通过进一步二次蒸馏制备无水乙醇，能应用于燃料、工业试剂或医药等领域。本专利技术的所述的离心条件为离心转速1000～15000rpm，离心时间1～20min。本专利技术提供一种富含乳糖的生物质联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的集成方法，与现有技术相比具有以下优点：(1)本专利技术基于乳酸克鲁维酵母不仅可以内生分泌合成beta-半乳糖苷酶，还可合成次级代谢产物乙醇的特性，首次实现了beta-半乳糖苷酶和乙醇的联产。该集成工艺技术是一种可高效利用富含乳糖的底物联产be本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富含乳糖的生物质联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的集成方法，其特征是包括如下步骤：/n1)富含乳糖的生物质发酵联产胞内酶beta-半乳糖苷酶和乙醇；/n2)利用蒸馏所得的乙醇溶液透性化处理酵母全细胞；/n3)喷雾干燥透性化酵母细胞悬浮液获得beta-半乳糖苷酶酶制剂/n4)利用透性化处理液进一步蒸馏获得所需浓度的乙醇产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种富含乳糖的生物质联产beta-半乳糖苷酶酶制剂和乙醇产品的集成方法，其特征是包括如下步骤：
1)富含乳糖的生物质发酵联产胞内酶beta-半乳糖苷酶和乙醇；
2)利用蒸馏所得的乙醇溶液透性化处理酵母全细胞；
3)喷雾干燥透性化酵母细胞悬浮液获得beta-半乳糖苷酶酶制剂
4)利用透性化处理液进一步蒸馏获得所需浓度的乙醇产品。


2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤1)的方法是：将乳酸克鲁维酵母单克隆接种到种子液培养基中制备酵母种子液，然后向富含乳糖的生物质培养基中加入体积比为1～10％酵母种子液，在温度为16～37℃，搅拌转速为200～500rpm，pH值为8.5～10的条件下发酵制备，发酵时间为8～48h，获得酵母全细胞发酵液。


3.如权利要求2所述的方法，其特征是所述的种子液培养基是每升培养基中含有1～30g酵母膏，1～30g蛋白胨和1～10g氯化钠；所述的富含乳糖的生物质选自乳糖、乳清或乳清粉；所述的培养基是每升培养基中含有1～100g富含乳糖的生物质，1～30g酵母膏和1～30g蛋白胨；所述的酵母全细胞含有beta-半乳糖苷酶胞内酶；所述的发酵液中还含有浓度为5～20g/L的乙醇。


4.如权利要求2所述的方法，其特征是所述的乳酸克鲁维酵母购置于中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号为CICC1773。


5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤2)的方法是：将上述所述的发酵液进行离心分离，获得发酵上清液和酵母全细胞...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐崴，尤生萍，殷庆典，苏荣欣，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12