專利名稱：一種果糖基發酵原料及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及以菊粉植物為原料制得的果糖基發酵原料代替玉米淀粉等 淀粉發酵原料作為發酵底物，應用于發酵工業中食品、燃料、化學品、材 料和生物制劑等產品的生產過程。
背景技術：
淀粉是最簡單易得的葡萄糖基原料，微生物利用起來也十分的容易。 目前，我國的淀粉主要是以玉米為原料制的。不過由于我國耕地面積有限，我國年產玉米L2億噸，產量還不足美國的一半，人均占有不到100公斤， 并且養殖消耗占70-80%，用于工業的玉米占玉米總產量的10%左右，每年 僅1000多萬噸，因此，國內的玉米淀粉遠遠滿足不了大規模的發酵工業的發展。發酵原料是指微生物可以利用的并通過微生物轉化用于生產食品、燃 料、化學品、材料的原料。淀粉發酵原料是指以玉米、馬鈴薯、木薯等富含淀粉的植物為原料加工 生產的用于發酵工業中作為發酵原料而生產的淀粉。自然界中存在一大類富含菊粉的植物，而菊粉不僅可供某些微生物直 接利用，還可以通過水解成果糖、葡萄糖等易于微生物利用的糖。同時， 這一類植物中的菊芋等，還具有能在鹽堿地、荒漠地生長，抗蟲抗病的特 點。因此，利用這一類的菊粉植物，特別是菊芋，經過加工生產果糖基發 酵原料，對我國的發酵工業的發展具有重要意義。發明內容本發明的目的是提供一種果糖基發酵原料及其應用；果糖基發酵原料是 指由菊芋、菊苣等菊粉植物中以富含菊粉的器官為原料加工制得的，用于 發酵工業中作為發酵原料而生產的菊芋粉、菊粉、果糖化的菊芋粉等產品。 果糖基發酵原料所應用的領域為發酵工業中食品、燃料、化學品、材料和 生物制劑等產品的生產領域；果糖基發酵原料完全可替代淀粉發酵原料； 其生產成本低，原料來源廣泛，工藝簡單，技術路線成熟，可產業化實施。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種果糖基發酵原料，其可按如下過程加工，1) 將菊粉植物富含菊粉的器官曬干，經粉碎機粉碎成粉，過篩50-200 目，制成菊芋粉；2) 將菊芋粉用45 7(TC水溶解制成重量濃度10~20%溶液后，按每升加 入1000U 100000U單位的菊粉酶的比例配制菊芋粉酶解反應液，菊粉酶酶 活定義為每分鐘水解底物產生1微摩爾果糖所需要的酶量，調節其pH值至4.2~6.5，在反應器中45 7(TC反應3 9h，酶解反應完全后，形成果糖化的 菊芋粉液體，或進一步經噴霧_于燥，制成果糖化的菊芋粉。
菊粉是指一系列果糖多聚物，末端帶有一個葡萄糖殘基；所述菊粉植物 是指在塊根、塊莖等器官中富含菊粉的一類植物，如菊芋、菊苣和/或大麗 花富含菊粉的植物；所述富含菊粉的器官是指菊粉植物的塊根或塊莖；菊 粉植物可以是自然界中篩選得到的植物，也可是人工選育或經過遺傳改良 的植物。本發明是利用菊粉植物，特別是可在鹽堿、荒涂地生長的菊芋為原料， 果糖基發酵原料的加工方法是指將菊芋、菊苣等菊粉植物中富含菊粉的器 官或組織通過晾曬、烘干、研磨、粉碎、菊粉酶水解等物理，化學或生物 的方法加工成果糖化的菊芋粉等便于微生物利用的發酵原料。果糖基發酵原料替代淀粉發酵原料進行發酵生產不但可應用于利用微 生物發酵生產乳酸、琥珀酸、檸檬酸、延胡羧酸、蘋果酸、衣康酸、丙酮 酸、馬萊酸、天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、乙酸、1， 6-二磷酸果糖、山梨 醇、甘露醇、甘油、1， 3-丙二醇，1， 2-丙二醇，2， 3—丁二醇，3-羥基丙 酸(3-HPA)，聚乳酸，PHA， PHB等化學品和材料，還應用到甲醇、丁醇、 二甲醚等燃料的生產，以及氨基酸、啤酒、味素、調味醋等食品的生產和 酶、抗體等生物制劑的生產。
具體實施方式
實施例1將菊芋塊莖曬干，經粉碎機粉碎成粉，過篩50 200目，制成菊芋粉。 實施例2將實施例1制成的菊芋粉用55"C水溶解制成10%溶液后，通過1M NaOH， 1M HC1調節其pH值至6.5,按每升加入10000U單位的菊粉酶的比 例配制菊芋粉酶解反應液(菊粉酶酶活定義為每分鐘水解底物產生1微摩 爾果糖所需要的酶量)，在反應器中45。C反應9h，經HPLC檢測，酶解反 應完全后，形成果糖化的菊芋粉液體(葡萄糖0.9%，果糖9.1%)，經噴霧干 燥，制成果糖化的菊芋粉。實施例3將實施例1制成的菊芋粉用7(TC水溶解制成20%溶液后，通過1M NaOH， 1M HC1調節其pH值至4.2，按每升加入50000U單位的菊粉酶的比 例配制菊芋粉酶解反應液(菊粉酶酶活定義為每分鐘水解底物產生1微摩 爾果糖所需要的酶量)，在反應器中7(TC反應5h，經HPLC檢測，酶解反 應完全后，形成果糖化的菊芋粉液體(葡萄糖1.4%,果糖16.6%),經噴霧 干燥，制成果糖化的菊芋粉。實施例4將實施例1制成的菊芋粉用6(TC水溶解制成16%溶液后，通過1M NaOH， 1M HC1調節其pH值至5,按每升加入100000U單位的菊粉酶的比例配制菊芋粉酶解反應液(菊粉酶酶活定義為每分鐘水解底物產生1微摩爾果糖所需要的酶量)，在反應器中6(TC反應3h，經HPLC檢測，酶解反 應完全后，形成果糖化的菊芋粉液體(葡萄糖0.9%,果糖14.2%)，經噴霧 干燥，制成果糖化的菊芋粉。 應用例1將12種乳酸菌(菌種號丄acto6ac/〃w^ev/s AS人7， Z^cto6ac///wls 6wc/mer爿57./3, 丄^^。60!"7/"5y^v ew//ww ^457.7880，J57.2ft29 丄ewcowo^oc wasewtero/fifes爿57.20，J57.54豐 丄ewcowostocAS7.52&AS7.2"S)接入到分別用實例l、 2中制得的菊芋粉、果糖化的菊 芋粉和購買的玉米淀粉作為唯一碳源的培養基中進行厭氧發酵實驗。使用分光光度計比色法測定乳酸菌生長不同時間的生物量。使用 HPLC-UV系統和Hypersil BDS C18反相色譜柱檢測乳酸的含量，使用HPLC-脈沖安培檢測器和陰離子交換柱(HAMILTONRCX-10)檢測葡萄糖，果糖濃度。口實驗結果表明，在含有果糖化的菊芋粉的培養基上生長的乳酸菌的最 高生物量和最終產物乳酸的含量和在含有玉米淀粉培養基上生長的乳酸菌 相比無顯著性差異，說明在乳酸菌發酵生產中，果糖化的菊芋粉是完全可 以代替玉米淀粉作為發酵原料供乳酸菌生長并發酵生產乳酸的。 應用例2將黑曲霉04^^^///^"^^)接入到分別以菊芋粉、果糖化的菊芋粉、玉 米淀粉為唯一碳源的培養基中進行發酵培養。使用分光光度計比色法測定 黑曲霉生長不同時間的生物量。結果表明黑曲霉能夠在以菊芋粉、果糖化 的菊芋粉為唯一碳源的培養基中正常生長，且與以玉米淀粉為唯一碳源的 培養基中生長的情況無顯著性差異，因此，菊芋粉、果糖化的菊芋粉是完 全可以代替玉米淀粉作為發酵原料供黑曲霉生長并發酵生產檸檬酸的。應用例3將釀酒酵母(^cc/^om;;c^ cw，'w'fle)接入到分別以菊芋粉、果糖化的 菊芋粉、玉米淀粉為唯一碳源的培養基中進行發酵培養。結果表明釀酒酵 母能夠在以果糖化的菊芋粉為唯一碳源的培養基中正常生長，且與以玉米 淀粉為唯一碳源的培養基中生長的情況無顯著性差異，因此，果糖化的菊 芋粉是完全可以代替玉米淀粉作為發酵原料供釀酒酵母生長并發酵生產甘 油的。應用例4將大腸桿菌(￡."http://)接入到分別以菊芋粉、果糖化的菊芋粉、玉米淀粉 為唯一碳源的培養基中進行發酵培養。結果表明大腸桿菌能夠在以果糖化 的菊芋粉為唯一碳源的培養基中正常生長，且與以玉米淀粉為唯一碳源的培養基中生長的情況無顯著性差異，因此，果糖化的菊芋粉是完全可以代 替玉米淀粉作為發酵原料供大腸桿菌生長。 應用例5將一株丁醇生產菌C/oWWd/ww sacc/zara/ e^w^y/acetom'CM/w接入至'J分另U 以菊芋粉、果糖化的菊芋粉、玉米淀粉為唯一碳源的培養基中進行發酵培 養。結果表明丁酉享生產菌C7osW(i/MW sacc/2ara/ er6^y/(3cetom'cwm育g句多在以 果糖化的菊芋粉為唯一碳源的培養基中正常生長，且與以玉米淀粉為唯一 碳源的培養基中生長的情況無顯著性差異，因此，果糖化的菊芋粉是完全 可以代替玉米淀粉作為發酵原料供丁，生產菌C7o^7^Mm sacc/zaro/ er6w(v/acgto"/c顯生長并生產丁醇的。應用例6將幾丁質酶生產菌接入到分別以菊芋粉、果糖化的菊芋粉、玉米淀粉 為唯一碳源的培養基中進行發酵培養。結果表明幾丁質酶生產菌能夠在以 果糖化的菊芋粉為唯一碳源的培養基中正常生長，且與以玉米淀粉為唯一 碳源的培養基中生長的情況無顯著性差異，因此，果糖化的菊芋粉是完全 可以代替玉米淀粉作為發酵原料供幾丁質酶生產菌生長并生產幾丁質酶 的。應用例7爿waeraZ)/os/ /n'〃Mm racc/"/") ra(^Mcera接入至lJ分另lJ以菊芋粉、果糖化的菊芋 粉、玉米淀粉為唯一碳源的培養基中進行發酵培養。結果表明^"/"ok^7/ww"/"/"^"^^ce朋能夠在以果糖化的菊芋粉為唯一碳源的培養基中正常生 長，且與以玉米淀粉為唯一碳源的培養基中生長的情況無顯著性差異，因 此，果糖化的菊芋粉是完全可以代替玉米淀粉作為發酵原料供A^"o^"7/w■swcc/m'c—odwcms生長并生產丁醇的。 應用例8將運動發酵單胞菌wo6他接入到分別以菊芋粉、果糖化的 菊芋粉、玉米淀粉為唯一碳源的培養基中進行發酵培養。結果表明運動發 酵單胞菌Z;womo"m mo6/fc能夠在以果糖化的菊芋粉為唯一碳源的培養基 中正常生長，且與以玉米淀粉為唯一碳源的培養基中生長的情況無顯著性 差異，因此，果糖化的菊芋粉是完全可以代替玉米淀粉作為發酵原料供運 動發酵單胞菌/woM/s生長。以上應用例所釆用的細菌培養條件為各菌種所公知的常用條件，如 培養溫度為25-42。C，培養時間為36-120h，培養基的含水量為60-65%wt。
權利要求
1. 一種果糖基發酵原料，其特征在于其可按如下過程加工，1)將菊粉植物富含菊粉的器官曬干，經粉碎機粉碎成粉，過篩50～200目，制成粉；2)將菊芋粉用45～70℃水溶解制成重量濃度10～20％溶液后，按每升加入1000U～100000U單位的菊粉酶的比例配制菊芋粉酶解反應液，菊粉酶酶活定義為每分鐘水解底物產生1微摩爾果糖所需要的酶量，調節其pH值至4.2～6.5，在反應器中45～70℃反應3～9h，酶解反應完全后，形成果糖化的菊芋粉液體，或進一步經噴霧干燥，制成果糖化的菊芋粉。
2. 根據權利要求1所述的果糖基發酵原料，其特征在于所述菊粉植 物是指菊芋、菊苣和/或大麗花富含菊粉的植物；所述富含菊粉的器官是指 菊粉植物的塊根或塊莖。
3. 根據權利要求1所述的果糖基發酵原料，其特征在于菊粉植物可 以是自然界中篩選得到的植物，也可是人工選育或經過遺傳改良的植物。
4. 一種權利要求1所述的果糖基發酵原料的應用，其特征在于所述 果糖基發酵原料可替代現有的淀粉發酵原料進行發酵生產，可應用于利用 微生物發酵生產乳酸、琥珀酸、檸檬酸、延胡羧酸、蘋果酸、衣康酸、丙 酮酸、馬萊酸、天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、乙酸、1， 6-二磷酸果糖、山 梨醇、甘油、1， 3-丙二醇，1， 2-丙二醇，2， 3—丁二醇，3-羥基丙酸(3-HPA)， 聚乳酸，PHA、 PHB、甲醇、丁醇或二甲醚，以及氨基酸、啤酒、味素、 調味醋、酶或抗體的生產。
全文摘要
本發明涉及一種果糖基發酵原料及其應用，1)將菊粉植物富含菊粉的器官曬干，經粉碎機粉碎成粉，過篩50～200目，制成粉；2)將粉用45～70℃水溶解制成重量濃度10～20％溶液后，按每升加入1000U～100000U單位的菊粉酶的比例配制菊芋粉酶解反應液，調節其pH值至4.2～6.5，在反應器中45～70℃反應3～9h，酶解反應完全后，形成果糖化的菊芋粉液體，或經進一步噴霧干燥，制成果糖化的菊芋粉。其生產成本低，原料來源廣泛，工藝簡單，技術路線成熟，可產業化實施。
文檔編號C12P7/00GK101245353SQ20071001044
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月15日 優先權日2007年2月15日
發明者正 周, 曲天明, 曹海龍, 李曙光, 杜昱光 申請人:中國科學院大連化學物理研究所