一种利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法及其应用
阅读：811发布：2024-01-05
专利汇可以提供一种利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属工业 生物 发酵 废弃物资源化利用领域，具体为一种利用Vc生物发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法及其应用。伴生制剂的制备方法为，收集Vc发酵废弃醪液，用 硫酸 调节pH至3.0～4.0，使其中的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经高温灭菌，获得无菌的伴生制剂。以0.5～5％(v/v)的比例将伴生制剂加入到Vc二步发酵培养基中，按现工艺或优化后新工艺发酵直至结束。本发明所获的伴生制剂成本低廉，解决Vc发酵废弃物处理的难题，实现其资源化利用。伴生制剂加入到Vc发酵培养过程中，为二步发酵过程提供充足的营养和伴 生物质 ，大幅度提高二步发酵的效率。，下面是一种利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法及其应用专利的具体信息内容。
1.一种利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法，其特征在于，收集Vc发酵废弃醪液，用硫酸调节pH至3.0～4.0，使其中的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经过滤除菌或高温灭菌，获得无菌的伴生制剂。
2.按照权利要求1所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法，其特征在于，按质量g/体积ml的比例计，伴生制剂中干物质含量14～18％，粗蛋白含量5.6～10.8％。
3.按照权利要求1所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法，其特征在于，Vc发酵废弃醪液是指Vc第二步发酵中山梨糖到2-酮基-L-古龙酸的转化后，发酵液经截留分子量为10kD超滤膜截留的含伴生菌株的菌体及菌体碎片及玉米浆成分的废弃醪液；其中，按质量g/体积ml的比例计，干物质含量4～8％，干物质中粗蛋白含量40～60％。
4.按照权利要求1所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法，其特征在于，为了沉淀废弃醪液中的菌体及大分子蛋白，用0.2～1.0mol/L的硫酸调节废弃醪液pH至3.0～
4.0；聚沉时，采用离心沉淀，或者采用静置方式沉淀，静置5～24h，待醪液分层后去除上层清液，得到沉淀部分。
5.按照权利要求1所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法，其特征在于，沉淀部分的灭菌方式为在121℃下保持30分钟，得到无菌的伴生制剂。
6.一种权利要求1至5之一所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的应用，其特征在于，伴生制剂以0.5～5％的体积比例加入到Vc二步发酵培养基中，发酵直至结束，加入方式为发酵零时一次性加入或在发酵过程中按发酵需要分阶段加入。
7.按照权利要求6所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的应用，其特征在于，原发酵工艺为：接种量15％(v/v)，温度29～32℃，pH 6.7～7.2，通风量为0.5v/v·m。
8.按照权利要求6所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的应用，其特征在于，改进的发酵工艺为：接种量15％(v/v)，接种液中作为产酸菌的普通生酮基古龙酸菌数量为(5～
10)×109cfu/ml，温度30～32℃，pH 6.7～7.5，发酵0～20h的通风量为0.5v/v·m，发酵20h至发酵结束的通风量为0.6v/v·m。
一种利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法及其应用
技术领域
[0001] 本发明属工业发酵废弃物资源化利用领域，具体为一种利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法及其应用。
背景技术
[0002] 我国是Vc的主要生产国，年产Vc约12万吨，每年在生产过程中会产生数十万吨的发酵废弃醪液，若直接排放会对环境造成严重污染，而用化学和生化曝气等常规方法处理，耗资、耗时过大，企业难以承担。废弃醪液能否安全、经济排放和处理，已成为制约Vc发酵企业健康发展的关键因素。实际上，发酵醪液含有多种蛋白、脂肪、生长素、矿物质等营养素，可作为营养元素再利用。近年来，有人提出将发酵醪液进行脱水干燥后制备生物有机肥，但由于脱水和干燥成本高，难以规模化应用。寻找一条简便又高效地利用发酵废弃醪液的方法和途径，是实现其资源化利用的关键。
[0003] Vc的第二步发酵为混菌发酵，通过产酸菌和伴生菌的共培养来实现产物-2-酮基-L-古龙酸的转化。然而，发酵过程因涉及两种菌，伴生菌的数量和比例以及芽孢形成等对产酸菌的生长和产酸有重要的影响。因为伴生菌数量和活性难以控制，两菌比例难以协调，从而导致近20～30％的发酵批次不能达到最佳状态，批次间发酵收率波动极大，严重影响了发酵效率。因此，优化二步发酵过程，减少伴生菌对产酸菌的抑制效应，保证伴生菌的伴生活性物质的持续高效供给，是稳定发酵过程、有效提高发酵效率的根本。
[0004] 发酵废弃醪液中除了含有大量丰富的氨基酸和矿物质，可为产酸菌的生长提供营养元素外，其中还含有大量的可促进产酸菌生长和产酸的伴生物质，如：蛋白质、激活因子等。这些营养元素和伴生活性物质若能添加到二步发酵体系中，则可有效促进产酸菌生长和产酸，从而大幅度提高二步发酵的效率。
发明内容
[0005] 针对Vc发酵废弃醪液的难以资源化利用及Vc二步发酵稳定性差、收率低等问题，本发明的目的在于提出一种利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法及其应用，将其应用于Vc的发酵过程，提高Vc二步发酵效率。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法，收集Vc发酵废弃醪液，用硫酸调节pH至3.0～4.0，使其中的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经过滤除菌或高温灭菌，获得无菌的伴生制剂。
[0009] 所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法，Vc发酵废弃醪液是指Vc第二步发酵中山梨糖到2-酮基-L-古龙酸的转化后，发酵液经截留分子量为10kD超滤膜截留的含伴生菌株的菌体及菌体碎片及玉米浆成分的废弃醪液；其中，按质量g/体积ml的比例计，干物质含量4～8％，干物质中粗蛋白含量40～60％。
[0010] 所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法，为了沉淀废弃醪液中的菌体及大分子蛋白，用0.2～1.0mol/L的硫酸调节废弃醪液pH至3.0～4.0；聚沉时，采用离心沉淀，或者采用静置方式沉淀，静置5～24h，待醪液分层后去除上层清液，得到沉淀部分。
[0011] 所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的方法，沉淀部分的灭菌方式为在121℃下保持30分钟，得到无菌的伴生制剂。
[0012] 所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的应用，伴生制剂以0.5～5％的体积比例加入到Vc二步发酵培养基中，发酵直至结束，加入方式为发酵零时一次性加入或在发酵过程中按发酵需要分阶段加入。
[0014] 所述的利用Vc发酵废弃醪液制备伴生制剂的应用，改进的发酵工艺为：接种量15％(v/v)，接种液中作为产酸菌的普通生酮基古龙酸菌数量为(5～10)×109cfu/ml，温度
30～32℃，pH6.7～7.5，发酵0～20h的通风量为0.5v/v·m，发酵20h至发酵结束的通风量为
0.6v/v·m。
30～32℃，pH6.7～7.5，发酵0～20h的通风量为0.5v/v·m，发酵20h至发酵结束的通风量为
0.6v/v·m。
[0015] 本发明的设计思想是：维生素C发酵废菌渣中含有大量伴生菌菌体和其释放的伴生物质，通过调节和沉淀，可将伴生物质进一步浓缩制成伴生制剂。伴生制剂中含有大量伴生菌释放的能显著促进产酸菌生长的物质，如：多种氨基酸、叶酸、小分子量蛋白等，它们能通过促进产酸菌增值和提高产酸菌脱氢酶活力来加速发酵过程，进而提高发酵效率。本发明通过制备伴生活性制剂，不仅使维生素C发酵废菌渣液得以资源化利用，更能促进维生素C的发酵效率，带来更大的经济效益。
[0016] 本发明具有如下优点及有益效果：
[0017] 1、本发明利用Vc废弃发酵醪液生产伴生制剂，将Vc发酵废弃醪液经酸调节后沉淀，获得含大量伴生物质的生物制剂。该方法操作简单，成本低，为废弃醪液的资源化利用开辟一条新途径。
[0018] 2、本发明利用Vc废弃发酵醪液生产伴生制剂，所获得的伴生制剂添加于Vc二步发酵培养基中，可有效提高二步发酵中产酸菌的数量及转化速率，稳定二步发酵过程，提高Vc二步发酵的总体收率。
[0019] 3、本发明利用Vc废弃发酵醪液生产伴生制剂，所获得的伴生制剂应用于Vc二步发酵生产，可以实现山梨糖到2-酮基-L-古龙酸的单菌发酵转化，大幅度提高发酵稳定性和发酵收率。
[0020] 4、本发明以Vc发酵废弃醪液为原料制备生物制剂，并将其循环应用到Vc二步发酵中，不仅实现Vc发酵废弃醪液的资源化利用，还大幅度提高Vc发酵的效率，同时实现废弃物再利用和发酵效率再提升，为企业清洁化生产、提高企业核心竞争力开辟出一条新路。
[0021] 5、本发明利用Vc发酵醪液制备的伴生制剂，不仅适用于现有的Vc混菌发酵过程，而且还适用于只有产酸菌的单菌发酵过程，其添加量和添加方式根据生产需要而定。
具体实施方式
[0022] 在具体实施过程中，本发明伴生制剂的制备方法为，收集Vc发酵废弃醪液，用硫酸调节pH至3.0～4.0，将其内的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经过滤除菌或高温灭菌，获得无菌的伴生制剂；按质量g/体积ml的比例计，伴生制剂中干物质含量14～18％，粗蛋白含量5.6～10.8％。伴生制剂以0.5～5％(v/v)的体积比例加入到Vc二步发酵培养基中，按现工艺或优化后新工艺发酵直至结束。
[0023] 下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
[0024] 实施例1
[0025] 本实施例中，Vc发酵废弃醪液，用0.5mol/L硫酸调节pH至3.0，室温下放置5h，使其所含菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经高温灭菌(121℃，30min)，获得无菌的伴生制剂。经测定，按质量(g)/体积(ml)的比例计，伴生制剂中干物质含量为15.5％(w/v)，粗蛋白含量为7.3％(w/v)。
[0026] 实施例2
[0027] 本实施例中，Vc发酵废弃醪液，用0.4mol/L硫酸调节pH至3.5，室温下放置15h，使其内的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经高温灭菌(121℃，30min)，获得无菌的伴生制剂。经测定，按质量(g)/体积(ml)的比例计，伴生制剂中干物质含量为14.3％(w/v)，粗蛋白含量为6.3％(w/v)。
[0028] 实施例3
[0029] 本实施例中，Vc发酵废弃醪液，用0.6mol/L硫酸调节pH至4.0，室温下放置24h，使其内的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经高温灭菌(121℃，30min)，获得无菌的伴生制剂。经测定，按质量(g)/体积(ml)的比例计，伴生制剂中干物质含量为16.0％(w/v)，粗蛋白含量为9.2％(w/v)。
[0030] 实施例4
[0031] 本实施例中，Vc发酵废弃醪液，用1.0mol/L硫酸调节pH至3.3，室温下放置8h，使其内的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经高温灭菌(121℃，30min)，获得无菌的伴生制剂。经测定，按质量(g)/体积(ml)的比例计，伴生制剂中干物质含量为15.0％(w/v)，粗蛋白含量为8.9％(w/v)。
[0032] 实施例5
[0033] 本实施例中，Vc发酵废弃醪液，用0.8mol/L硫酸调节pH至3.5，室温下放置12h，使其内的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经高温灭菌(121℃，30min)，获得无菌的伴生制剂。经测定，按质量(g)/体积(ml)的比例计，伴生制剂中干物质含量为16.5％(w/v)，粗蛋白含量为9.7％(w/v)。
[0034] 实施例6
[0035] 本实施例中，Vc发酵废弃醪液，用0.3mol/L硫酸调节pH至3.6，室温下放置16h，使其内的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经高温灭菌(121℃，30min)，获得无菌的伴生制剂。经测定，按质量(g)/体积(ml)的比例计，伴生制剂中干物质含量为14.8％(w/v)，粗蛋白含量为7.2％(w/v)。
[0036] 实施例7
[0037] 本实施例中，Vc发酵废弃醪液，用0.2mol/L硫酸调节pH至3.8，室温下放置20h，使其内的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经高温灭菌(121℃，30min)，获得无菌的伴生制剂。经测定，按质量(g)/体积(ml)的比例计，伴生制剂中干物质含量为15.4％(w/v)，粗蛋白含量为9.0％(w/v)。
[0038] 应用例1
[0039] 本应用例中，将实施例1所获得伴生制剂：干物质含量为15.5％(w/v)，粗蛋白含量为7.3％(w/v)，在发酵0h时，以0.5％(v/v)的比例加入到摇瓶发酵液(250mL摇瓶)中，按原接种和发酵条件(接种量15％(v/v)，29℃振荡培养40h)进行发酵培养，40h古龙酸产量为73.25mg/mL，转化率91.56％，较对照组提高古龙酸产量2.55mg/mL，提高转化率3.19％。
[0040] 应用例2
[0041] 本应用例中，将实施例4所获得伴生制剂：干物质含量为15.0％(w/v)，粗蛋白含量为8.9％(w/v)，在发酵10h时，以3％(v/v)的比例加入到摇瓶发酵液(250mL摇瓶)中，按原接种和发酵条件(接种量15％(v/v)，29℃振荡培养40h)进行发酵培养，40h古龙酸产量为75.36mg/mL，转化率94.20％，较对照组提高古龙酸产量3.14mg/mL，提高转化率3.92％。
[0042] 应用例3
[0043] 本应用例中，Vc发酵废弃醪液，用0.7mol/L硫酸溶液调节pH至3.5，室温下放置12h，使其内的菌体和大分子蛋白聚沉，分离并获得沉淀，经高温灭菌(121℃，30min)，获得无菌的伴生制剂。经测定，按质量(g)/体积(ml)的比例计，伴生制剂中干物质含量为15.3％(w/v)，粗蛋白含量为8.4％(w/v)。
[0044] 将所获得该伴生制剂在发酵30h时，以5％(v/v)的比例加入到摇瓶发酵液(250mL摇瓶)中，按原接种和发酵条件(接种量15％(v/v)，29℃振荡培养40h)进行发酵培养，40h古龙酸产量为73.15mg/mL，转化率91.44％，较对照组提高古龙酸产量3.39mg/mL，提高转化率4.24％。
[0045] 应用例4
[0046] 本应用例中，5L发酵罐，发酵0h补入实施例5所获得伴生制剂2％(v/v)，按原发酵工艺(接种量15％(v/v)，接种液中产酸菌(普通生酮基古龙酸菌，Ketogulonicigenium vulgare)数量为2×109cfu/mL，伴生菌(巨大芽孢杆菌，Bacillus megaterium)数量为1×108cfu/mL，温度29～32℃，pH 6.7～7.2，通风量为0.5v/v·m，搅拌转速300rpm)，进行连续三批发酵，平均周期46h，平均转化率91.23％。与对照组(对照组不加伴生制剂，补入等体积的无菌水，其余条件与处理组相同)比较，添加伴生制剂的出路组较对照组的周期缩短6h，转化率提高3.74个百分点。
[0047] 应用例5
[0048] 本应用例中，20L发酵罐，发酵0h补入实施例5所获得伴生制剂4％(v/v)，按原发酵工艺(接种量15％(v/v)，接种液中产酸菌(普通生酮基古龙酸菌，Ketogulonicigenium vulgare)数量为1.6×109cfu/mL，伴生菌(巨大芽孢杆菌，Bacillus megaterium)数量为8
1.7×10cfu/mL，温度29～32℃，pH 6.7～7.2，通风量为0.5v/v·m，搅拌转速300rpm)，进行连续三批发酵，平均周期48h，平均转化率92.75％。与对照组(对照组不加伴生制剂，补入等体积的无菌水，其余条件与处理组相同)比较，添加伴生制剂的处理组较对照组周期缩短
4h，转化率提高2.33个百分点。
1.7×10cfu/mL，温度29～32℃，pH 6.7～7.2，通风量为0.5v/v·m，搅拌转速300rpm)，进行连续三批发酵，平均周期48h，平均转化率92.75％。与对照组(对照组不加伴生制剂，补入等体积的无菌水，其余条件与处理组相同)比较，添加伴生制剂的处理组较对照组周期缩短
4h，转化率提高2.33个百分点。
[0049] 应用例6
[0050] 本应用例中，500L气升式发酵罐，发酵20h补入实施例6所获得伴生制剂5％(v/v)，按原发酵工艺(接种量15％(v/v)，接种液中产酸菌(普通生酮基古龙酸菌，Ketogulonicigenium vulgare)数量为1.0×109cfu/mL，伴生菌(巨大芽孢杆菌，Bacillus megaterium)数量为2.7×108cfu/mL，温度29～32℃，pH 6.7～7.2，通风量为0.5v/v·m)，进行连续三批发酵，平均周期42h，平均转化率90.60％。与对照组(对照组不加伴生制剂，补入等体积的无菌水，其余条件与处理组相同)比较，添加伴生制剂的处理组较对照组周期缩短4h，转化率提高0.89个百分点。
[0051] 应用例7
[0052] 本应用例中，500L气升式发酵罐，发酵0h补入实施例7所获得伴生制剂4％(v/v)，按改进后发酵工艺(接种量15％(v/v)，接种液中产酸菌(普通生酮基古龙酸菌，Ketogulonicigenium vulgare)数量为(5～10)×109cfu/ml，温度30～32℃，pH 6.7～7.5，发酵0～20h的通风量为0.5v/v·m，发酵20h至结束的通风量为0.6v/v·m)，进行连续三批发酵，平均周期38h，平均转化率92.60％，较对照组(对照组不加伴生制剂，补入等体积的无菌水，其余条件与处理组相同)发酵周期缩短7h，转化率提高2.38个百分点。
[0053] 实施例结果表明，本发明所获的伴生制剂成本低廉，且解决Vc发酵废弃物处理的难题，实现资源化利用。伴生制剂加入到Vc发酵培养过程中，为二步发酵过程提供充足的营养和伴生物质，从而大幅度提高二步发酵的效率。
[0054] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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