一种使用酶解罐自溶工艺生产好氧型单细胞蛋白的方法
【专利说明】一种使用酶解罐自溶工艺生产好氧型单细胞蛋白的方法
[技术领域]
[0001] 本发明涉及单细胞蛋白加工技术领域，特别是涉及一种使用酶解罐自溶工艺生产 好氧型单细胞蛋白的方法。
[【背景技术】]
[0002] 单细胞蛋白（Single cell protein简称SCP)又称微生物蛋白或菌体蛋白，是利 用工业废水、废气、天然气、石油烷烃类、农副加工产品以及有机废弃物等作为培养基，培养 酵母、非病源性细菌、微型菌、真菌等单细胞生物体，然后经过净化干燥处理后制成，是食品 工业和饲料工业重要的蛋白质来源。单细胞蛋白产品含有丰富的蛋白质，氨基酸的种类齐 全比例适当。单细胞蛋白还含有丰富的脂肪、碳水化合物、核酸、维生素和无机盐，并含有 钙、磷、钾、铁、镁、钠、锰等矿物质元素，还含有多种酶。酵母、酵母水解物在动物饲料中已成 功用于鱼粉蛋白的替代、动物免疫增强、饲料口感的改善等。单细胞蛋白中核苷酸及其衍生 物具有非常重要的生理生化功能，主要的功能有：作为RNA和DNA合成的原料；作为代谢的 调节物质；作为辅酶的成分，如辅酶A ;激活糖原和糖蛋白合成的重要中介物，也是磷脂合 成的中介物，活化中间产物；参与遗传信息传递;ATP是生命过程的直接能；AMP调节平滑肌 的收缩性并可调节血流量；核苷酸还可以作为甲基的供体等。
[0003] 由于有害微生物、有害化学物质、重金属等会对产品质量安全造成危害的考虑。目 前已经或正在进行产业化开发的单细胞蛋白产品的品种较少，主要集中于使用安全风险 低、来自于食品工业的产品或副产品作为原料进行单细胞蛋白的培养及生产。如啤酒酵母 及酶解啤酒酵母作为饲料原料在动物上的使用，啤酒在生产时需要达到严格的食品安全标 准，由其产生的有机质副产物和酵母蛋白的生物、化学、物理危害都达到最低，从而为饲料 工业的应用提供可靠的安全保证。
[0004] 发明专利W02009059163A1提供了一种培养单细胞蛋白的方法，培养出来的单细 胞蛋白可用作动物饲料中优质的蛋白源，该技术使用食品或饮料加工厂如啤酒厂产生的废 水作为菌体培养的液体培养基。饮料废水中具有丰富的有机质、氮磷等营养物质，且没有有 害微生物、有毒化学品的污染，虽然对于饮料工厂来说这些废水没有价值，且处理含有机质 和氮磷的废水会付出较大的成本，从微生物培养角度看，废水中的营养物质可以成为营养 丰富的培养基，可以用来生产特定的单细胞蛋白。发明专利W02009059163A1通过调节废水 中各种营养物质的比例、使用经基因改良的细菌可生产出蛋白含量较高、营养价值高的单 细胞蛋白产品，该单细胞蛋白是一种细菌的混合物，主要含有微球菌、芽孢杆菌、硝化细菌、 产碱杆菌属等好氧型细菌。同时，饮料废水在培养微生物后营养物质含量会降低，这降低了 水质污染的程度，该专利技术既可以实现高质量蛋白的生产又能将废水中有机物浓度降低 至法定标准以下，从而具有经济和环境保护的双重价值，因此该技术具有非常良好的产业 化前景。由于细菌的生长周期短、养料利用效率高，单细胞蛋白培养的产量非常高，这为产 业化开发提供经济上的保证，但是由于细菌生长的特点，培养时固形物的含量很低，一般会 低于4000mg/L。如果要将单细胞蛋白加工成产品，就需要考虑如何将单细胞蛋白从水中提 取出来并低成本的加工成低水分含量的干品。基于发明专利W02009059163A1中描述的单 细胞蛋白的特性，目前的加工技术具有以下缺陷：
[0005] 1)加工工艺只是将单细胞蛋白当作普通蛋白原料进行生产，只是集中于蛋白的脱 水、干燥、灭菌，是以生产蛋白为目标，未考虑到发明专利W02009059163A1中的细菌可通过 进一步的加工方法生产出高质量的产品；
[0006] 2)发明专利W02009059163A1技术培养出的单细胞蛋白经过研究发现含有大量内 源酶，具体包括核酸酶、蛋白酶及溶菌酶。这些酶可以分解大分子营养物质，因此使用自溶 技术细菌的内源酶可以酶解出多种的活性物质，如游离氨基酸、核苷酸、单糖等。但现有的 工艺在脱水后直接干燥及微波灭菌，这就破坏了大部分的内源酶，因此也就不会产生活性 物质；
[0007] 3)现有的加工工艺的蛋白质消化率仍然不高，仍有进一步提升的空间；
[0008] 4)单细胞蛋白具有较高含量的核酸，普通工艺干燥处理并未将核酸分解为核苷酸 且仍处于细胞内，而通过一定方法将核酸分解为核苷酸可以使单细胞蛋白应用于动物饲料 时具有诱食及免疫这两个明显的效果，现有工艺没有考虑如何将核酸分解为高价值的核苷 酸。
[0009] 专利号为201410055658. 2的中国专利公开了一种利用生物泥制备单细胞蛋白粉 的方法，是利用生物泥来生产单细胞蛋白（SCP)的资源化回收方法，将生物养殖系统沉淀 排出的生物泥浓缩后，经过离心脱水、热风瞬间烘干、气流快速冷却、微波灭菌后，即可获得 单细胞粗蛋白粉。该专利为本司的在先申请，但由于缺少自溶工序，细胞蛋白利用效率较 低。自溶是指菌体利用自身的内源酶（蛋白酶、核酸酶、溶菌酶等）将菌体内的高分子物 质水解为氨基酸、核苷酸、当糖等小分子的过程。自溶过程是一个较复杂的过程，受多种因 素影响，包括细菌种类、水分含量、温度、PH值、时间、内源酶种类等。更重要的是在自然条 件下，自溶并不是单一的过程，是生物体在死亡后腐败的前一过程，大分子物质经自溶分解 为氨基酸、核苷酸等营养物质，这为腐败微生物生长提供了重要的营养来源。因此，自溶的 结果也因微生物种类、自溶条件、目标产物等有较大差别，并且自溶失败会导致腐败产物如 氨、硫化氢、三甲胺等产生。
[0010] 专利号为2008800240991及2011102810796两个中国专利公开了酵母使用自溶工 艺进行处理，生产酵母自溶物，用以提高产品风味。但这两项专利并不适合本专利，该专利 申请采用的原料为厌氧菌，细菌特性与好氧菌差别较大，自溶的方式也有很大差别，比如厌 氧菌自溶的时间更长，需要外添加酶进行促进自溶，厌氧菌自溶对于反应容器、含水率、PH、 温度等都有较多限制，并且产物难以控制，容易产生较高含量的腐败产物。
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【发明内容】
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[0011] 本发明的目的在于弥补上述的制备单细胞蛋白的不足及缺陷，提供一种高质量、 富含活性成分的使用酶解罐自溶工艺生产好氧型单细胞蛋白的方法。
[0012] 为了实现上述目的，设计一种使用酶解罐自溶工艺生产好氧型单细胞蛋白的方 法，包括沉淀浓缩步骤、干燥步骤、灭菌步骤和粉碎包装步骤，将生物反应器产生的菌体蛋 白通过管道排入沉淀浓缩池，菌体蛋白在锥形的浓缩池底部沉淀，底部物料含水率降低至 97~98 %，使用抽料栗将浓缩池底部物料输送至自溶设备，进行自溶步骤，所述的自溶步 骤如下：
[0013] a)所述自溶设备是立式酶解反应罐，向酶解罐夹层内通入蒸汽的方式进行快速升 温，升温后改为注入低压蒸汽进行保温自溶反应；
[0014] b)所述自溶设备使用框式、桨叶式或推进式的桨叶进行搅拌并保持罐内温度一 致；
[0015] c)自溶的温度要求为：加热后的物料温度保持在65%~95°C ;
[0016] d)自溶的时间要求为：加热段将物料升温至目标温度的时间应小于30分钟，保温 段的自溶时间应在30分钟~360分钟；
[0017] 所述的灭菌步骤采用微波灭菌。
[0018] 所述的加热后的物料温度保持在65%~80°C，自溶时间为60~180分钟。
[0019] 所述的自溶步骤自溶时可以另外添加酶制剂以促进自溶并提高自溶产物的含量， 酶制剂为蛋白酶，添加量为酶解罐物料干物质的〇. 5%~2. 0%。
[0020] 具体方法步骤的顺序如下：
[0021] (1).沉淀浓缩：将生物反应器产生的菌体蛋白通过管道排入沉淀浓缩池，菌体蛋 白在锥形的浓缩池底部沉淀，底部物料含水率降低至97~98%，可进行后续自溶工序；
[0022] (2).使用抽料栗将浓缩池底部物料输送至自溶设备；
[0023] (3).自溶：<