CN110951817A - 一种高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物发酵领域，具体涉及一种高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其包括如下步骤：步骤一：将原料进行除杂、去皮、调质、压胚、烘干；步骤二：将烘干后的胚片进行冷榨；步骤三：冷榨后进行固态发酵；步骤四：萃取；步骤五：固液分离后将湿粕干燥，得到浓缩蛋白粗品；步骤六：将浓缩蛋白粗品复配，粉碎后生产发酵专用浓缩蛋白产品；产品具有蛋白含量高，粘度低，溶解性好，生物菌种利用效果好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及生物发酵领域，具体涉及一种高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法。
背景技术
我国是世界主要医药原料药生产国家，抗生素、氨基酸、维生素等产品在世界市场占有重要地位。我国抗生素类原料药年生产总量约为5万吨，这些抗生素原料药的生产大都采用工业发酵生产，所需培养基总需求量大于20万吨。我国三大发酵制品的产量约100万吨，酶制剂如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、糖化酶等发酵生产均需大量的培养基。近年，氨基酸产能不断扩大，对培养基的需求也增长迅速。培养基的市场容量超过100万吨。
浓缩蛋白是一种优质的培养基，可用于发酵生产，如进口的美国南方油脂公司的Pharmamedia和 Proflo产品，国产的浓缩大豆蛋白、酵母浸出物；但受制于产品价格普遍较高，主要用于附加值较高的发酵产品，难以全面推广使用。目前，国内主流的浓缩蛋白的生产方法主要有三种，因其工艺路线关注的产品质量指标原因，并不适用于发酵使用。主流生产方法有乙醇浸提法、稀酸浸提法和湿热浸提法。稀酸浸提法需要大量的酸碱，并排出大量含糖物质的废水，造成后处理困难，并且会导致部分蛋白质损失。湿热浸提法会使蛋白质发生不可逆的热变性，氮溶解指数较差，使其营养价值降低，同时由于加热处理过程中会发生美拉德反应，导致产品色泽深，具有异味。国内生产大豆浓缩蛋白主要采用乙醇浸提法，该法制备无环境污染，风味清淡，色泽较浅，蛋白质得率高，但因产品中糖份较高，粘度大，在发酵中使用存在障碍。此外，超滤膜法作为一种新工艺，可以选择性去除可溶性非蛋白组分生产高质量的浓缩蛋白，但因成本过高，目前实际工业化生产应用较少。
国内普通蛋白中蛋白质质量含量约为50%、糖份约为6%，脂肪约为1～2%，不能满足高品质培养基的生产需求。因此开发了浓缩蛋白的生产方法。
如申请号为201110070810.0的中国发明专利申请公开了一种大豆胚芽联产胚芽油、低聚糖及浓缩蛋白的方法，其步骤为：（1）大豆胚芽的稳定化：新鲜大豆胚芽，进入稳定化装置，进行钝酶处理；（2）大豆胚芽的轧胚：将经步骤（1）稳定化处理的大豆胚芽，轧成薄片；（3）大豆胚芽油的亚临界流体萃取：以亚临界流体为溶酶，对经步骤（2）轧胚处理的大豆胚芽，进行1～5次逆流浸提；萃取得到的混合油和湿粕进入蒸发系统，在减压状态下脱溶；从混合油和湿粕中蒸发出的溶剂气体再经压缩机压缩、冷凝液化后循环使用；得萃取物大豆胚芽毛油，采用常规的冬化、碱炼和脱色工艺，获得精制的大豆胚芽油产品；（4）大豆低聚糖、异黄酮和皂甙的萃取：对步骤（3）得到的萃余物脱脂大豆胚芽，粉碎后过、筛，采用亚临界流体为溶酶或在亚临界流体中加入夹带剂，进行逆流浸提；萃取得到的萃取液和湿粕进入蒸发系统，在减压状态下脱溶，得到萃取物大豆低聚糖混合物和萃余物低温大豆胚芽粕；减压蒸发出的溶剂气体再经压缩机压缩、冷凝液化后循环使用；（5）大豆低聚糖的精制：对步骤（4）得到的萃取物，用乙醇萃取，萃取得到萃取物和萃余物；其中萃余物即为大豆胚芽低聚糖粗品；（8）低温大豆胚芽浓缩蛋白的制备：对步骤（4）得到的萃余物低温大豆胚芽粕，经超微粉碎或普通粉碎后过筛，得到大豆胚芽蛋白粗品；大豆胚芽蛋白粗品中加入乙醇，洗涤，过滤，将洗涤后的湿粕减压蒸发除去乙醇后，真空干燥，得到精制大豆胚芽浓缩蛋白。该项技术可同时获得胚芽油、低聚糖和大豆浓缩蛋白等五种产品,实现了大豆胚芽的全利用,生产成本低。
现有技术中采用正己烷除油脱脂后，再醇洗脱糖，如申请号为201910052836.9的中国发明专利申请公开了一种大豆浓缩蛋白的提取新方法一种大豆浓缩蛋白提取方法，包括以下步骤：(1)大豆预处理：大豆经筛选、破碎、风选、软化、轧胚得到胚片；(2)脱脂浸提：将步骤(1)所得胚片采用正己烷进行脱脂浸提，浸提后分离得到混合油和湿粕；(3)醇洗脱糖：将步骤(2)所得湿粕通过密闭输送设备直接输送进入乙醇萃取器内经乙醇混合淋洗脱糖，得含正己烷和乙醇的豆粕；(4)挤压脱溶及真空干燥：将步骤3所得含正己烷和乙醇的豆粕经过挤压工段，进入一级和二级烘干脱溶设备脱溶、干燥，回收乙醇及正己烷，然后将所得产品经粉碎、包装得成品大豆浓缩蛋白。该现有技术将浸出除油和蛋白醇洗车间合二为一，萃取脱脂后的湿粕不经过低温烘干就直接进入乙醇萃取工段醇洗脱糖、烘干处理。
该项现有技术中获得的蛋白产品中蛋白质可以达到65%、糖份约为2%，脂肪约为1～2%，但是以上现有技术均存在如下缺陷：为了实现除油和脱糖的目的，仍然需要经过两步浸提、萃取或醇洗的操作来进行，不仅增大能耗、延长蛋白提取时间、提高生产成本；而且在反复操作过程中，被提取物温度有所上升，容易导致蛋白变性及与其他成分的结合，降低了产品的营养成分含量；产品成本较高影响了产品工业化应用，市场竞争力受限。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种一种高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，使其具有能耗低、用时短、成本低的特点，且能够制得浓缩蛋白粗品蛋白质含量高、糖份含量低、脂肪含量适中的产品。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将原料进行除杂、去皮、调质、压胚、烘干；
步骤二：将烘干后的胚片进行冷榨；
步骤三：冷榨后进行固态发酵，干燥后二次轧胚；
步骤四：将轧胚后的物料在萃取溶剂中萃取，然后固液分离；萃取溶剂采用一种或多种沸点为60-90℃的溶剂；
步骤五：固液分离后将湿粕干燥，得到浓缩蛋白粗品；
步骤六：将浓缩蛋白粗品复配，粉碎后生产发酵专用浓缩蛋白产品。
优化的，萃取溶剂采用正己烷、乙醇的混合液，两者体积比为1:（10～15），其中乙醇采用质量浓度为80～95%的乙醇水溶液。
优化的，得到的浓缩蛋白粗品的蛋白质质量分数大于等于65%，糖份质量分数低于2%，脂肪质量分数为1～4%。
优化的，所述原料为花生、大豆、棉籽、芝麻、油菜籽中的一种或多种。
优化的，步骤一的具体操作为：先对原料进行除杂去皮，利用双层蒸炒锅梯度加热进行调质，温度为55～75℃；然后软化，软化后含水量为12%～14%；将软化后的原料压胚，胚片厚度0.45～0.65mm；将胚片烘干至水分含量为7%～9%。
优化的，步骤二的具体操作为：采用冷榨设备压榨，控制榨膛压力，使得物料温度控制在85℃以下，粕中残油低于8%；当粕中残油高于8%时，进行二次冷榨。
优化的，步骤三的具体操作为：采用固态发酵工艺，将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、果胶酶按照质量比为1:（0 .6～0 .8）:（0 .3～0 .5）配制成水溶液，按照料水比为1:0.2～0.4均匀喷洒在物料中，充分搅拌均匀；酶解温度为40℃～55℃，酶解时间为10～14h，中间搅拌1～2次；酶解后烘干处理，烘干温度为70～85℃。
优化的，步骤五的具体操作为：固液分离后将湿粕干燥，温度控制在75℃以下。
本申请中各种比例和百分比如无特别说明，均指质量比、质量分数。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过将浸出除油和蛋白醇洗脱糖工序合二为一，采用萃取溶剂同时提取油脂和糖份，能够在一个步骤中快速除去浓缩蛋白中冷榨后剩余的油脂，同时有效去除糖份的含量，减少了操作步骤，缩短了蛋白提取时间，溶剂损耗降低了30%以上，增效降耗，而且在合二为一的操作过程中，避免了温度反复上升，降低了蛋白变性及与其他成分的结合的概率，提高了产品的营养成分含量，且制得的浓缩蛋白粗品蛋白质含量高、糖份含量低、脂肪含量适中。
2、发酵物中糖份的存在，不仅使发酵液的粘度增大，降低溶氧传递速率，发酵生产需采用大功率的搅拌系统，搅拌动力消耗大，同时又引起发酵液产生大量泡沫，增加生产控制难度。发酵专用浓缩蛋白产品糖份低、粘度低，易于分散在发酵液中，能够降低发酵生产搅拌能耗，大大节约能耗。
3、较高的温度使蛋白质结合更多的糖类物质，并且结合的非常紧密，形成难溶的聚集化合物，阻碍了的蛋白质的溶出及其他非蛋白质的洗脱，使得蛋白质的利用变得非常困难，影响发酵效价。本发明全程低温，包括调质、冷榨、发酵、溶剂萃取、物料干燥等过程，温度控制在85℃以下，最大程度避免了蛋白变性及与其他成分的结合，保持了产品的营养成分，同时通过避免蛋白和糖份结合，保证了糖类物质的去除效率。
4、本发明以花生或大豆、棉籽、芝麻、油菜籽等为原料，加工生产发酵专用浓缩蛋白产品，其浓缩蛋白粗品蛋白质大于等于65%、糖份低于2%，脂肪1～4%，具有原料易得、成本合理、蛋白含量高的特点，易于在国内工业化生产推广使用。针对现有国内质优价廉的发酵专用浓缩蛋白匮乏局面，提供了一种能够满足微生物生长营养要求的新生产工艺。
5、本发明步骤一中通过采用科学的调质温度、软化含水量、胚片厚度和含水量能够保证胚片紧密适度，保证后续低温冷榨工序的顺利进行；同时冷榨压力控制不仅关系本工序的温度、油脂提取等指标；也是后续固态发酵工序相关参数制定的基础。相关参数的科学制定，保证了调质、低温冷榨、固态发酵等多个工序顺利贯通，实现产品质量指标。
具体实施方式
下面结合具体实施方式具体说明本发明的技术方案。
本实施方式采用的技术方案为：一种高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，包括如下步骤：
步骤一：将原料进行除杂、去皮、调质、压胚、烘干；
步骤二：将烘干后的胚片进行冷榨；
步骤三：冷榨后进行固态发酵，干燥后二次轧胚；
步骤四：将轧胚后的物料在萃取溶剂中萃取，然后固液分离；萃取溶剂采用一种或多种沸点为60-90℃的溶剂；
步骤五：固液分离后将湿粕干燥，得到浓缩蛋白粗品；
步骤六：将浓缩蛋白粗品复配，粉碎后生产发酵专用浓缩蛋白产品。
其中，萃取溶剂采用正己烷、乙醇的混合液，两者体积比为1:（10～15），其中乙醇采用质量浓度为80～95%的乙醇水溶液。
其中，得到的浓缩蛋白粗品的蛋白质质量分数大于等于65%，糖份质量分数低于2%，脂肪质量分数为1～4%。
其中，所述原料为花生、大豆、棉籽、芝麻、油菜籽中的一种或多种。
其中，步骤一的具体操作为：先对原料进行除杂去皮，利用双层蒸炒锅梯度加热进行调质，温度为55～75℃；然后软化，软化后含水量为12%～14%；将软化后的原料压胚，胚片厚度0.45～0.65mm；将胚片烘干至水分含量为7%～9%。
其中，步骤二的具体操作为：采用冷榨设备压榨，控制榨膛压力，使得物料温度控制在85℃以下，粕中残油低于8%；当粕中残油高于8%时，进行二次冷榨。
其中，步骤三的具体操作为：采用固态发酵工艺，将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、果胶酶按照质量比为1:（0 .6～0 .8）:（0 .3～0 .5）配制成水溶液，按照料水比为1:0.2～0.4均匀喷洒在物料中，充分搅拌均匀；酶解温度为40℃～55℃，酶解时间为10～14h，中间搅拌1～2次；酶解后烘干处理，烘干温度为70～85℃。
其中，步骤五的具体操作为：固液分离后将湿粕干燥，温度控制在75℃以下。
本实施方式在其他条件相同的情况下，通过在步骤四中改变正己烷、乙醇的比例得到实施例1-3和对比例1-4。
对比例5：对比例5与实施例1的区别在于将步骤四分为两步操作，一步为用正己烷脱脂浸提，第二步为用乙醇萃取脱糖。
实施例1-3、对比例1-5的具体区别见表1。检测实施例1-3、对比例1-5制得的浓缩蛋白粗品的蛋白质质量分数、糖份质量分数、脂肪质量分数，记载在表1中。测量实施例1-3、对比例1-5使用的正己烷和乙醇的体积总量，以对比例5使用量为基准，分别计算实施例1-3、对比例1-4使用量比对比例5的使用量降低的比例，记录在表1中。
表1
通过上表对比可知，本发明提供的生产方法制得的浓缩蛋白粗品蛋白质大于等于65%、糖份低于2%，脂肪1～4%，优于对比例；本发明提供的生产方法每种溶剂使用量降低30%以上，优于现有技术；综上本发明能够制得浓缩蛋白粗品蛋白质含量高、糖份含量低、脂肪含量适中的产品，且具有降低溶剂容量，降低成本的特点。据测算，产品生产成本降低180元/吨左右，产品利润率提升了30%左右，经济效益显著。
Claims (8)
1.一种高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将原料进行除杂、去皮、调质、压胚、烘干；
步骤二：将烘干后的胚片进行冷榨；
步骤三：冷榨后进行固态发酵，干燥后二次轧胚；
步骤四：将轧胚后的物料在萃取溶剂中搅拌萃取，然后固液分离；萃取溶剂采用一种或多种沸点为60-90℃的溶剂；
步骤五：固液分离后将湿粕干燥，得到浓缩蛋白粗品；
步骤六：将浓缩蛋白粗品复配，粉碎后生产发酵专用浓缩蛋白产品。
2.根据权利要求1所述的高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其特征在于：萃取溶剂采用正己烷、乙醇的混合液，两者体积比为1:（10～15），其中乙醇采用质量浓度为80～95%的乙醇水溶液。
3.根据权利要求2所述的高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其特征在于：得到的浓缩蛋白粗品的蛋白质质量分数大于等于65%，糖份质量分数低于2%，脂肪质量分数为1～4%。
4.根据权利要求3所述的高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其特征在于：所述原料为花生、大豆、棉籽、芝麻、油菜籽中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其特征在于：步骤一的具体操作为：先对原料进行除杂去皮，利用双层蒸炒锅梯度加热进行调质，温度为55～75℃；然后软化，软化后含水量为12%～14%；将软化后的原料压胚，胚片厚度0.45～0.65mm；将胚片烘干至水分含量为7%～9%。
6.根据权利要求5所述的高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其特征在于：步骤二的具体操作为：采用冷榨设备压榨，控制榨膛压力，使得物料温度控制在85℃以下，粕中残油低于8%；当粕中残油高于8%时，进行二次冷榨。
7.根据权利要求6所述的高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其特征在于：步骤三的具体操作为：采用固态发酵工艺，将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、果胶酶按照质量比为1:（0 .6～0 .8）:（0 .3～0 .5）配制成水溶液，按照料水比为1:0.2～0.4均匀喷洒在物料中，充分搅拌均匀；酶解温度为40℃～55℃，酶解时间为10～14h，中间搅拌1～2次；酶解后烘干处理，烘干温度为70～85℃。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的高效发酵专用浓缩蛋白的生产方法，其特征在于：步骤五的具体操作为：固液分离后将湿粕干燥，温度控制在75℃以下。
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