專利名稱：一種提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種以小麥麩皮為原料提取蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及こ醇的方法。
背景技術：
小麥麩皮是小麥粉碎生產(chǎn)面粉過程中的副產(chǎn)品，在我國儲量100萬噸/年，其中殘留淀粉含量約25%，蛋白含量15-20%，纖維素含量約10%，半纖維素約15%，木質(zhì)素約3%，小麥麩皮主要用作飼料，綜合利用效率不高，麩皮中的殘留淀粉含量高，非常適合丙酮丁醇發(fā)酵。丁醇是新一代的生物燃料，與現(xiàn)有的生物燃料相比，丁醇與汽油的混合比 高，無需對車輛進行改造，同時具有顯著的環(huán)境效益，能降低溫室氣體的排放，在未來的運輸燃料結構中將會占有重要的比重，同時丁醇還是ー種大宗化工原料；丙酮可作為制造醋酸纖維素膠片薄膜、塑料和涂料的溶劑，又可用于生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯(MMA)、雙酚A、醇醛縮合物等化エ產(chǎn)品。こ醇是良好的有機溶劑和消毒剤，其殺菌作用較快，消毒效果可靠，對人刺激性小，無毒，對物品無損害，多用于皮膚消毒以及醫(yī)療器械臨床的消毒。丙酮丁醇的生產(chǎn)方法有化學合成法和微生物發(fā)酵法，微生物發(fā)酵法主要利用糧食為原料，由于糧食成本高，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮丁醇在90年代初，被日益成熟、成本低廉的石油化工法所取代。近年來隨著石油資源的日趨減少和環(huán)境問題的不斷惡化，利用可再生資源微生物發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇等大宗化工能源產(chǎn)品，重新引起世界各國的普遍關注。。小麥鉄皮蛋白和小麥蛋白相比，具有更聞的清蛋白和球蛋白含量以及賴氣酸含量，比小麥蛋白的營養(yǎng)價值和生理價值更高，可以用作多種食品添加剤，如飲料、肉制品、冰淇淋等。目前，小麥麩皮蛋白主要以堿法提取為主，但是已報道的文獻和公開的專利都是以提取蛋白為目標，本發(fā)明通過堿法提取蛋白，并控制蛋白提取率，使得提取后的殘渣用于聯(lián)產(chǎn)丙酮丁醇，這種以小麥麩皮提取蛋白聯(lián)產(chǎn)丙酮丁醇的エ藝未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術中的缺陷，提供一種提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及こ醇的方法。本發(fā)明采用堿法提取小麥麩皮蛋白，利用提取小麥麩皮蛋白后的物料發(fā)酵生產(chǎn)丙酮、丁醇及こ醇。本發(fā)明所要解決的技術問題由以下技術方案來實現(xiàn)一種提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及こ醇的方法，它包括如下步驟I)堿提將過篩的小麥麩皮按照1:1-1:20固液比用濃度不高于lmol/L的堿液，在20-90°C下浸泡O. 1-20小時；2)將堿提產(chǎn)物進行固液分離獲得液體與固形物；3)酸沉將經(jīng)步驟2分離得到的液體加酸進行沉淀，洗滌沉淀物；4)干燥沉淀物干燥處理獲得小麥麩皮蛋白；
5)發(fā)酵步驟2中分離得到的固形物，按照發(fā)酵培養(yǎng)基初始葡萄糖重量體積百分比濃度為5-6% (5-6g葡萄糖/IOOml發(fā)酵培養(yǎng)基)的比例加水并蒸煮，接種丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum)后在 33_38°C下培養(yǎng) 36-50 小時獲得發(fā)酵產(chǎn)物；6)從發(fā)酵液中分離獲得丙酮、丁醇及こ醇。在步驟I中所述堿濃度優(yōu)選O. 01-0. lmol/L,更優(yōu)選 O. 03-0. 07mol/L,如選 O. 03mol/L、O. 04mol/L、0. 05mol/L、0. 06mol/L、0. 07mol/L。所述堿液可為堿提中常用堿液,包含但不限于氫氧化鈉水溶液。固液比1:1-1:20即指固體與液體的混合比例為lg固體1ml液體-Ig固體20ml液體。 所述固液比優(yōu)選1:6-1:12，如選 1:6、1:8、1:10、1:12。所述堿提溫度優(yōu)選 30-70 で，如選 30 V、40°C、50 V、60°C、70 V。所述堿提時間優(yōu)選O. 5-8小時，更優(yōu)選O. 5-6小時，如選O. 5小時、I小時、2小時、3小時、4小時、5小時、7小時。所述過篩的小麥麩皮為粒度不低于10目的小麥麩皮。經(jīng)步驟1，小麥麩皮中約35_50wt%的蛋白溶于堿液。這樣的話既可以滿足后續(xù)發(fā)酵要求，不需要添加額外氮源，而且發(fā)酵后的殘渣蛋白質(zhì)含量可以大于15%以上，用作飼料。在步驟2中固液分離的方式可采用常規(guī)。一般可采用離心分離。在5000-10000轉/分鐘離心1-20分鐘的離心條件下，即可實現(xiàn)堿提產(chǎn)物的固液分離。在步驟3中，酸沉可采用常規(guī)堿提酸沉法提取小麥麩皮蛋白中的酸沉方法。具體的，可在步驟2分離得到的液體中滴加稀酸進行沉淀。所述稀酸可選自各種常規(guī)稀酸水溶液，優(yōu)選HCl水溶液等。所述酸沉中的終點pH優(yōu)選4. 5-5. 5。較佳的，酸沉中產(chǎn)生的廢水可用于步驟5。步驟4中，沉淀物可采用氣流干燥。干燥后的沉淀物還可進一歩粉碎獲得小麥麩皮蛋白粉。步驟5中，所述發(fā)酵所用水可以是普通エ業(yè)用水和/或步驟3產(chǎn)生的廢水。所述初始葡萄糖濃度是以固形物中的淀粉折算而來，無需額外添加。所述發(fā)酵培養(yǎng)基即由固形物加水蒸煮后獲得。優(yōu)選的，所述蒸煮溫度為115_130°C，蒸煮時間為O. 5-1. 5小時；優(yōu)選的，所述發(fā)酵溫度35-38°C。優(yōu)選的，所述發(fā)酵時間為42-50小吋。所述丙酮丁醇梭菌菌株包含但不限于CICC8016，CICC8008，CICC8012。CICC8016，CICC8008, CICC8012可自中國エ業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC)購買獲得。
采用本發(fā)明的方法，步驟5無需額外添加發(fā)酵用氮源。步驟6中，可采用常規(guī)方法，如蒸餾提取的方法從發(fā)酵液中分離出丙酮、丁醇及乙醇。進一步的，發(fā)酵液分離出丙酮、丁醇及乙醇后的廢醪，可進一步進行固液分離，固 體用于制備飼料，液體用于制備沼氣、沼液及沼渣。本發(fā)明利用小麥麩皮為原料提取小麥麩皮蛋白同時聯(lián)產(chǎn)丙酮丁醇及乙醇，通過對 堿提工藝的控制，將蛋白提取率控制在35-50%，這樣的話既可以滿足后續(xù)發(fā)酵要求，不需要 添加額外氮源，而且發(fā)酵后的殘渣蛋白質(zhì)含量可以大于15%以上，用作飼料。作為進一步的 改良，本發(fā)明還利用提取蛋白后的廢水用于后面的發(fā)酵，節(jié)約發(fā)酵用水。本發(fā)明的方法降低 了發(fā)酵生產(chǎn)的原料成本，而且提高了小麥麩皮的綜合利用價值。


圖1顯示為本發(fā)明實施例的工藝流程圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。 須知，下列實施例中未具體注明的工藝設備或裝置均采用本領域內(nèi)的常規(guī)設備或裝置。此外應理解，本發(fā)明中提到的一個或多個方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后 還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另 有說明；而且，除非另有說明，各方法步驟的編號僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為 限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關系的改變或調(diào)整，在無 實質(zhì)變更技術內(nèi)容的情況下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。當實施例給出數(shù)值范圍時，應理解，除非本發(fā)明另有說明，每個數(shù)值范圍的兩個端 點以及兩個端點之間任何一個數(shù)值均可選用。除非另外定義，本發(fā)明中使用的所有技術和 科學術語與本技術領域技術人員通常理解的意義相同。除實施例中使用的具體方法、設備、 材料外，根據(jù)本技術領域的技術人員對現(xiàn)有技術的掌握及本發(fā)明的記載，還可以使用與本 發(fā)明實施例中所述的方法、設備、材料相似或等同的現(xiàn)有技術的任何方法、設備和材料來實 現(xiàn)本發(fā)明。實施例列舉的提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮丁醇的方法工藝流程如圖1所示，包 含稱取粒度不低于10目的小麥麩皮按照固液比1 :6-1 :12加入到0. 01-0. lmol/L的氫氧化 鈉堿溶液中，30-70°C浸泡0. 5-8小時，離心后取上清液HC1酸沉，酸沉靜置后離心并洗滌得 蛋白固體，再經(jīng)過氣流干燥后粉碎得蛋白粉；第一步離心所得的固形物按照5-6%(重量體積 百分比，g/100ml)初始葡萄糖濃度，添加自來水或提取蛋白的廢水蒸煮，冷卻至33-38°C下 培養(yǎng)36-50小時，得含丙酮丁醇乙醇的發(fā)酵液，經(jīng)過精餾得到最終丙酮丁醇及乙醇產(chǎn)品。發(fā) 酵液分離出丙酮、丁醇及乙醇后的廢醪，可進一步進行固液分離，固體用于制備飼料，液體用于制備沼氣、沼液及沼渣。實施例1稱取過10目篩的10克小麥麩皮加入到60ml，0. 03mol/L氫氧化鈉溶液中，70°C 浸泡0. 5小時，8000轉/分鐘離心10分鐘，取清液HC1酸沉至終點pH4. 5，再離心洗滌得 蛋白固體，50°C氣流干燥粉碎得到蛋白粉，凱氏定氮儀分析氮含量，第一步離心所得固體 加入自來水混合，控制總葡萄糖重量體積百分比濃度5. 5%，120°C蒸煮60分鐘，冷卻后接 CICC8016丙酮丁醇梭菌在36°C靜止發(fā)酵50小時，發(fā)酵結束氣相色譜分析溶劑產(chǎn)量；所得小 麥麩皮蛋白蛋白純度84. 79%，提取率37. 18% (小麥蛋白提取率％=提取的蛋白質(zhì)量*蛋白 純度*100%/ (小麥麩皮質(zhì)量*麩皮中蛋白含量))；丙酮、丁醇及乙醇丁醇12. llg/L，總溶 劑22. 57g/L (總溶劑即指發(fā)酵產(chǎn)物，為丁醇、丙酮、乙醇三者之和，總溶劑含量22. 7g/L是指 1L發(fā)酵液中含有22. 7g發(fā)酵產(chǎn)物)。實施例2稱取過20目篩的10克小麥麩皮加入到80ml，0. 04mol/L氫氧化鈉溶液中，60°C 浸泡1小時，8000轉/分鐘離心10分鐘，取清液HC1酸沉至終點pH5. 0，再離心洗滌得蛋 白固體，50°C氣流干燥粉碎得到蛋白粉，凱氏定氮儀分析氮含量，第一步離心所得固體加入 提取蛋白廢水混合，控制總葡萄糖重量體積百分比濃度6. 0%，120°C蒸煮45分鐘，冷卻后接 CICC8016丙酮丁醇梭菌在35°C靜止發(fā)酵50小時，發(fā)酵結束氣相色譜分析溶劑產(chǎn)量；所得小 麥麩皮蛋白蛋白純度83. 80%，提取率46. 76% ;丙酮丁醇丁醇11. 88g/L，總溶劑21. 09g/ L。實施例3 :稱取過40目篩的10克小麥麩皮加入到100ml，0. 05mol/L氫氧化鈉溶 液中，50°C浸泡2小時，8000轉/分鐘離心10分鐘，取清液HC1酸沉至終點pH5. 0，再離心 洗滌得蛋白固體，50°C氣流干燥粉碎得到蛋白粉，凱氏定氮儀分析氮含量，第一步離心所得 固體加入提取蛋白廢水混合，控制總葡萄糖重量體積百分比濃度6. 0%，130°C蒸煮30分鐘， 冷卻后接CICC8016丙酮丁醇梭菌在37°C靜止發(fā)酵48小時，發(fā)酵結束氣相色譜分析溶劑產(chǎn) 量；所得小麥麩皮蛋白蛋白純度83. 58%，提取率46. 18%;丙酮丁醇丁醇12. 65g/L，總溶 劑 22.77g/L。實施例4 :稱取過80目篩的10克小麥麩皮加入到120ml，0. 06mol/L氫氧化鈉溶液 中，40°C浸泡4小時，8000轉/分鐘離心10分鐘，取清液HC1酸沉至終點pH5. 0，再離心洗 滌得蛋白固體，50°C氣流干燥粉碎得到蛋白粉，凱氏定氮儀分析氮含量，第一步離心所得固 體加入提取蛋白廢水混合，控制總葡萄糖重量體積百分比濃度6. 0%，115°C蒸煮1. 5小時， 冷卻后接CICC8008丙酮丁醇梭菌在38°C靜止發(fā)酵46小時，發(fā)酵結束氣相色譜分析溶劑產(chǎn) 量；所得小麥麩皮蛋白蛋白純度82. 94%，提取率45. 16%;丙酮丁醇丁醇12. 35g/L，總溶 劑 20.89g/L。實施例5 :稱取過100目篩的10克小麥麩皮加入到100ml,0. 07mol/L氫氧化鈉 溶液中，30°C浸泡6小時，8000轉/分鐘離心10分鐘，取清液酸沉至終點pH5. 0，再離心洗 滌得蛋白固體，50°C氣流干燥粉碎得到蛋白粉，凱氏定氮儀分析氮含量，第一步離心所得固 體加入提取蛋白廢水混合，控制總葡萄糖重量體積百分比濃度5. 5%，115°C蒸煮1. 5小時， 冷卻后接CICC8012丙酮丁醇梭菌在38°C靜止發(fā)酵42小時，發(fā)酵結束氣相色譜分析溶劑產(chǎn) 量；所得小麥麩皮蛋白蛋白純度82. 18%，提取率41. 79%;丙酮丁醇丁醇12. 40g/L，總溶劑 20.65g/L。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術 人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等同物界定。
權利要求
1.一種提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，包括如下步驟 O堿提將過篩的小麥麩皮按照1:1-1:20固液比用濃度不高于lmol/L的堿液，在20-90°C下浸泡O. 1-20小時； 2)將堿提產(chǎn)物進行固液分離獲得液體與固形物； 3)酸沉將經(jīng)步驟2分離得到的液體加酸進行沉淀，洗滌沉淀物； 4)干燥沉淀物干燥處理獲得小麥麩皮蛋白； 5)發(fā)酵步驟2中分離得到的固形物按照發(fā)酵培養(yǎng)基初始葡萄糖重量體積百分比濃度為5-6%的比例，加水并蒸煮，接種丙酮丁醇梭菌后在33-38°C下培養(yǎng)36-50小時獲得發(fā)酵產(chǎn)物； 6)從發(fā)酵液中分離獲得丙酮、丁醇及乙醇。
2.如權利要求I所述提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步驟I)中，所述堿液濃度為O. 01-0. lmol/L，優(yōu)選O. 03-0. 07mol/L。
3.如權利要求I所述提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步驟I)中，所述固液比為1:6-1:12。
4.如權利要求I所述提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步驟I)中，所述堿提溫度為30-70°C。
5.如權利要求I所述提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步驟I)中，所述堿提時間為O. 5-8小時，優(yōu)選O. 5-6小時。
6.如權利要求I所述提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，所述過篩的小麥麩皮為粒度不低于10目的小麥麩皮。
7.如權利要求I所述提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步驟3)中，所述酸沉中的終點pH為4. 5-5. 5。
8.如權利要求1-7任一權利要求所述提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步驟5)中，發(fā)酵所用水為普通工業(yè)用水和/或步驟3產(chǎn)生的廢水。
9.如權利要求I所述提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，在步驟5)中，發(fā)酵溫度35-38°C，發(fā)酵時間為42-50小時。
10.如權利要求I所述提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，其特征在于，所述丙酮丁醇梭菌菌株選自CICC8016、CICC8008或CICC8012。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提取小麥麩皮蛋白并聯(lián)產(chǎn)丙酮、丁醇及乙醇的方法，包括如下步驟將過篩的小麥麩皮用堿液浸泡進行堿提；將堿提產(chǎn)物進行固液分離獲得液體與固形物；將分離得到的液體加酸酸沉；獲得的沉淀物干燥處理；將分離得到的固形物加水蒸煮，接種丙酮丁醇梭菌后培養(yǎng)獲得發(fā)酵產(chǎn)物；從發(fā)酵液中分離獲得丙酮、丁醇及乙醇。本發(fā)明可以在工業(yè)上大規(guī)模提取小麥麩皮蛋白以及聯(lián)產(chǎn)丙酮丁醇，不僅提高了麩皮的綜合利用價值,也為丙酮丁醇發(fā)酵開發(fā)了一種廉價原料。
文檔編號C12P7/10GK102702338SQ20121023270
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權日2012年7月6日
發(fā)明者劉莉, 史吉平, 姜標, 孫俊松, 林增祥, 柳鵬福, 沈兆兵 申請人:上海中科高等研究院