以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法技术

本发明专利技术提供一种以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法，属于生物发酵技术领域，所述方法是首先利用酸性溶液/碱性溶液与强氧化剂预处理秸秆，再经高压连续爆破获得可消化多糖基料，然后利用可消化多糖基料与无机氮源、好氧菌及木质纤维素酶制剂共同经好氧发酵，制得所述秸秆单细胞蛋白。本发明专利技术通过将秸秆致密抗降解结构进行解构，实现纤维素、半纤维素以及木质素三素的有效分离，并有效提高了秸秆中纤维的糖化率，使获得的可消化多糖基料能够作为原料，充分用于微生物发酵，提高生产的秸秆单细胞蛋白中蛋白含量。细胞蛋白中蛋白含量。

【技术实现步骤摘要】
以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法


[0001]本专利技术涉及生物发酵技术，尤其涉及一种以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法。

技术介绍

[0002]我国蛋白原料的进口依赖度非常高，每年进口豆粕8000万吨以上，因此新蛋白原料开发需求巨大。其中以秸秆为原料生产单细胞菌体蛋白有可能是解决蛋白缺乏问题主要途径之一。
[0003]目前，秸秆生产菌体蛋白的技术普遍存在的问题是蛋白含量提高很低，原因是秸秆中纤维不能有效利用。现有技术中，一般是以秸秆(不同作物秸秆)为原料经过简单的物理粉碎后(包括切割，粉碎或者超微粉碎等)，添加各类不同辅料(如糖蜜、玉米、麸皮、豆粕等不同的饲料原料)以及乳酸、酵母等益生菌在一定湿度(30～50％)、温度条件下进行厌氧发酵进行生产。经过这样简单的厌氧发酵，一般蛋白含量仅提高1～2个百分点。
[0004]而这里之所以会造成无法较好提高蛋白含量的主要原因是秸秆经过物理粉碎后，其细胞壁致密的抗降解屏障没有打开，而由葡萄糖、木糖等还原糖形成由纤维素、半纤维素与木质素组成的致密网状结构，导致其很难被微生物直接消化利用，进而导致无法实现微生物增殖。
[0005]有研究提出预处理概念，希望实现木纤维素、半纤维素以及木质素的三素分离。但目前的预处理一般使用酸碱法处理(酸碱法处理一般在秸秆中加入一定比例的硫酸或者氨水、氢氧化钠等)，这种办法比简单的物理粉碎效果好，但处理结果仍不理想，只有少部分秸秆中致密的结构被打开，仍然无法实现三素分离。同时还造成另外一个问题，就是在酸碱法处理过程中还可能会产生有害物质(酸碱法处理过程中会产生糠醛、呋喃等化合物，这类化合物在后续发酵过程中还会进一步抑制微生物生长)。
[0006]因此，目前仍然无法很好的利用秸秆来生产单细胞菌体蛋白。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术提供一种以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0009]一种以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法，包括以下步骤：
[0010]1)取酸性溶液/碱性溶液与强氧化剂共同处理秸秆(即强氧化剂与酸性溶液共同处理秸秆，或者强氧化剂与碱性溶液共同处理秸秆)，得前处理的秸秆；
[0011]2)前处理的秸秆在高温高压条件下，通入高温蒸汽进行高压连续爆破，并间歇式喷爆出料，所出料即为可消化多糖基料；
[0012]3)取可消化多糖基料加入无机氮源、好氧菌及木质纤维素酶制剂进行好氧发酵，即得所述秸秆单细胞蛋白。
[0013]进一步的，步骤1)中，所述处理的方式为喷淋、浸泡或气流输送；
[0014]所述强氧化剂为次氯酸水溶液、双氧水或臭氧；
[0015]其中，臭氧采用气流输送的方式对秸秆进行处理。
[0016]进一步的，所述次氯酸水溶液的浓度为0.4～0.6wt％；所述双氧水的浓度为0.5～0.8wt％。
[0017]进一步的，步骤2)中，所述高压连续爆破的压力为0.5～0.8MPa、温度为150～180℃、时间为5～30min；
[0018]所述高温蒸汽的通入压力为0.5～0.8MPa、通入温度为160～180℃；
[0019]所述高温蒸汽的通气量与前处理的秸秆的体积重量比为1～1.5L∶1kg；
[0020]所述间歇式喷爆过程中，每次的间隔时间为30～60s，每次喷爆的持续时间为3～5s。
[0021]进一步的，步骤1)中，所述酸性溶液为硫酸水溶液、盐酸水溶液、柠檬酸水溶液或乳酸水溶液；
[0022]所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液或氨水水溶液；
[0023]所述强氧化剂为次氯酸水溶液或双氧水时，所述酸性溶液/碱性溶液与所述强氧化剂的体积比为2～10∶1。
[0024]进一步的，所述硫酸水溶液的浓度为0.5～2wt％；所述柠檬酸水溶液的浓度为0.5～2wt％；所述乳酸水溶液的浓度为0.5～2wt％；
[0025]所述氢氧化钠水溶液的浓度为1～3wt％；所述氨水水溶液的浓度为15～25wt％。
[0026]进一步的，步骤1)中，喷淋或浸泡的时间为5min以上。
[0027]进一步的，步骤3)中，所述无机氮源为硫酸铵水溶液；
[0028]硫酸铵水溶液的浓度为40.0～60.0wt％；
[0029]所述好氧菌为产朊假丝酵母和黑曲霉菌；
[0030]产朊假丝酵母和黑曲霉菌的菌体含量比例为(6～8)∶(4～2)。
[0031]进一步的，步骤3)中，所述好氧发酵的温度为35～40℃；所述好氧发酵过程中，体系中的含水量为40～50％；
[0032]所述好氧发酵过程中，每隔1～3h翻刨一次可消化多糖基料通氧，并补加无机氮源。
[0033]进一步的，步骤3)中，所述无机氮源的添加量为可消化多糖基料的1.5～2.5wt％；
[0034]所述好氧菌的添加量为可消化多糖基料的2.5～3.5wt％；
[0035]所述木质纤维素酶制剂的添加量为可消化多糖基料的2.5～3.5wt％。
[0036]本专利技术的以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法的有益效果为：
[0037]本专利技术通过将秸秆致密抗降解结构进行解构(其中，解构的过程包括步骤1)和步骤2))，实现纤维素、半纤维素以及木质素三素的有效分离，形成木质素、葡聚糖(不同聚合度纤维素)、木聚糖(不同聚合度半纤维素)以及少量葡萄糖和木糖等还原糖，相对于未处理的原料分离效率提高80％以上，提高秸秆中纤维的糖化率，使获得的可消化多糖基料能够作为原料充分用于微生物发酵，提高生产的秸秆单细胞蛋白中蛋白含量；
[0038]本专利技术通过控制解构过程中的工艺条件，不仅实现了三素高效分离，而且还能够有效抑制呋喃、糠醛等化合物产生，有利于后续微生物或动物肠道吸收利用；
[0039]本专利技术通过选用酸性溶液/碱性溶液与强氧化剂配合使用，在解构过程中处理能
够有效提高三素分离效果，还能够高效降解秸秆中的霉菌毒素，霉菌毒素降解率达80％以上，将呕吐霉素从3000ppb降至600ppb以下；
[0040]本专利技术通过添加木质纤维素酶制剂，可以有效将解构的纤维素以及半纤维素等酶解成为葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等还原糖，有效提高秸秆糖化率；解构过程中，对纤维素、半纤维素的还原糖转化率可达50％以上；
[0041]本专利技术利用酶解形成的还原糖作为微生物生长营养碳源被益生菌(好氧菌)消化吸收利用，积累菌体，使所得秸秆单细胞蛋白中蛋白含量超过28％。
具体实施方式
[0042]下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0043]实施例1一种以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)取酸性溶液/碱性溶液与强氧化剂共同处理秸秆，得前处理的秸秆；2)前处理的秸秆在高温高压条件下，通入高温蒸汽进行高压连续爆破，并间歇式喷爆出料，所出料即为可消化多糖基料；3)取可消化多糖基料加入无机氮源、好氧菌及木质纤维素酶制剂进行好氧发酵，即得所述秸秆单细胞蛋白。2.根据权利要求1所述的以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法，其特征在于，步骤1)中，所述处理的方式为喷淋、浸泡或气流输送；所述强氧化剂为次氯酸水溶液、双氧水或臭氧；其中，臭氧采用气流输送的方式对秸秆进行处理。3.根据权利要求2所述的以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法，其特征在于，所述次氯酸水溶液的浓度为0.4～0.6wt％；所述双氧水的浓度为0.5～0.8wt％。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法，其特征在于，步骤2)中，所述高压连续爆破的压力为0.5～0.8MPa、温度为150～180℃、时间为5～30min；所述高温蒸汽的通入压力为0.5～0.8MPa、通入温度为160～180℃；所述高温蒸汽的通气量与前处理的秸秆的体积重量比为1～1.5L：1kg；所述间歇式喷爆过程中，每次的间隔时间为30～60s，每次喷爆的持续时间为3～5s。5.根据权利要求1
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3中任一项所述的以秸秆为原料生产秸秆单细胞蛋白的方法，其特征在于，步骤1)中，所述酸性溶液为硫酸水溶液、盐酸水溶液、柠檬酸水溶液或乳酸水溶液；所述碱性溶液为氢氧化钠水溶液或氨水水溶液；所述强氧化剂为次氯酸水溶液或双氧水时，所述酸性溶液/碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东远，
申请(专利权)人：中科康源唐山生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：