一种利用红薯生产γ-氨基丁酸的方法
阅读说明：本技术 一种利用红薯生产γ-氨基丁酸的方法 (Method for producing gamma-aminobutyric acid from sweet potatoes ) 是由 江世文 王红梅 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用红薯生产γ-氨基丁酸的方法,包括以下步骤：(1)将新鲜红薯进行初加工提取湿红薯粉；(2)在湿红薯粉中加入相当于红薯粉重量0.5％～1.5％的α-淀粉酶,加热到35～45℃,糊化45～90分钟,用碳酸钾中和至pH为4.0～5.5,得到红薯稀浆糖液；(3)在红薯稀浆糖液中加入培养基组分,混合均匀,调节pH至6.0～6.8,得到发酵培养基；(4)接种乳酸乳球菌,在30～45℃下发酵培养48～120小时；(5)过滤去渣脱色,滤液经提纯浓缩干燥,制得γ-氨基丁酸。本发明利用红薯作为发酵培养基的主要原材料,降低了生产成本,制得的γ-氨基丁酸安全可靠,可广泛应用于食品与医药行业。(The invention discloses a method for producing gamma-aminobutyric acid by sweet potatoes, which comprises the following steps: (1) carrying out primary processing on fresh sweet potatoes to extract wet sweet potato powder; (2) adding alpha-amylase which is 0.5-1.5% of the weight of the sweet potato powder into the wet sweet potato powder, heating to 35-45 ℃, gelatinizing for 45-90 minutes, and neutralizing with potassium carbonate until the pH value is 4.0-5.5 to obtain sweet potato slurry sugar liquor; (3) adding the culture medium components into the sweet potato slurry sugar liquor, uniformly mixing, and adjusting the pH to 6.0-6.8 to obtain a fermentation culture medium; (4) inoculating lactococcus lactis, and fermenting and culturing at 30-45 ℃ for 48-120 hours; (5) filtering, removing residue, decolorizing, purifying, concentrating, and drying the filtrate to obtain gamma-aminobutyric acid. The invention uses sweet potato as the main raw material of the fermentation medium, reduces the production cost, and the prepared gamma-aminobutyric acid is safe and reliable and can be widely applied to the food and medicine industries.)
技术领域
本发明属于γ-氨基丁酸制备技术领域，具体涉及一种利用红薯生产γ-氨基丁酸的方法。
背景技术
γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)又名4-氨基丁酸(4-Aminobutanoicacid，GABA)，其分子式为NH2CH2CH2CH2COOH，分子量为103.1。是天然存在于各种生物细胞、体液内的一种非蛋白质氨基酸，不是激素，被广泛的应用在医药、食品、肥料、饲料等领域。目前在美国注册的天然生物刺激素中，活性成分包含有GABA，是目前公认的植物抗逆刺激物。
GABA的合成方法有化学合成法和生物发酵法，化学法合成GABA需要用到强酸或强碱等腐蚀性较强的溶剂，反应条件剧烈，原料毒性大，生产成本高，比如制取y-氨基丁酸含量为20％的产品，生产成本在5万元/吨左右，但是因有机合成时可能存在有害物残留等问题，而不能用于食品和医药等领域，只能用作化工原料。在实际工业生产中，主要用生物发酵法生产GABA。
生物发酵法包括传统的微生物发酵法和微生物转化法，早期生产GABA主要采用直接发酵法，以大肠杆菌、乳酸菌、植物乳杆菌等为生产菌，利用菌体内的谷氨酸脱羧酶的作用，将发酵液中的L-谷氨酸转化为GABA，从发酵液中分离纯化制得GABA。传统的发酵法培养基比较昂贵，需要使用蛋白胨、葡萄糖、L-谷氨酸钠、精制奶粉等价格昂贵的原材料，生产成本一直很高。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明旨在一种质优价廉、工艺简单、操作方便、生产成本低、对环境污染少、食用安全的γ-氨基丁酸的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种利用红薯生产γ-氨基丁酸的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜红薯进行初加工提取湿红薯粉；
(2)在湿红薯粉中加入相当于红薯粉重量0.5％～1.5％的α-淀粉酶，加热到35～45℃，糊化45～90分钟，用碳酸钾中和至pH为4.0～5.5，得到红薯稀浆糖液；
(3)在红薯稀浆糖液中加入培养基组分，各组分以干物质计按如下质量百分比：红薯稀浆糖液2.0％～8.0％、酵母生产废液0.2％～5.0％、磷酸二氢钾0.1％～0.5％、七水硫酸镁0.05％～0.4％、柠檬酸铵0.05％～0.4％、氯化钠0.01％～0.05％、乙酸铵0.01％～0.05％、硫酸亚铁0.001％～0.006％、硫酸锰0.001％～0.009％、磷酸吡哆醛0.001％～0.008％、椰子油油酸消沫剂0.05％～0.2％、吐温80为0.02％～0.25％，余量为去离子水，混合均匀，调节pH至6.0～6.8，得到发酵培养基；
(4)接种乳酸乳球菌，在30～45℃下发酵培养48～120小时；
(5)过滤去渣脱色，滤液经提纯浓缩干燥，制得γ-氨基丁酸。
进一步的，所述第(1)步将新鲜红薯进行初加工依次经过以下工序：清洗、破碎、磨浆、搅拌、过滤、除沙、收集。
进一步的，所述第(2)步在湿红薯粉中加入的α-淀粉酶相当于红薯粉重量的1.0％。
进一步的，所述第(2)步加热的温度为40～42℃，糊化时间为60分钟。
进一步的，所述第(2)步用碳酸钾中和至pH为4.6～4.8。
进一步的，所述第(3)步各组分以干物质计质量百分比为：红薯稀浆糖液3.5％、酵母生产废液2.0％、磷酸二氢钾0.25％、七水硫酸镁0.2％、柠檬酸铵0.15％、氯化钠0.03％、乙酸铵0.03％、硫酸亚铁0.002％、硫酸锰0.002％、磷酸吡哆醛0.002％、椰子油油酸消沫剂0.15％、吐温80为0.1％，余量为去离子水。
进一步的，所述第(3)步调节pH至6.3。
进一步的，所述第(4)步发酵培养过程为：在35～36℃下发酵培养72小时。
本发明所用酵母生产废液为酵母制造行业内糖蜜发酵过程中经过分离机分离后排出的废液，一条生产线年产生废液5万吨以上，属于环保处理难题，该废液能免费获得，富含活性酵母菌、黄腐酸，固体有机质含量大于50％。
本发明所用乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)为公知常见的市场销售商品，菌种在江南大学食品科学研究室有保藏，保藏编号为SYFS 1.009。
本发明的有益效果是：本发明利用红薯作为发酵培养基的主要原材料，降低了生产成本；利用酵母制造行业内的生产废液，实现了废弃资源综合利用，解决了环保处理难题；通过酵母生产废液中的活性酵母菌与乳酸乳球菌混合发酵，转化率比较高。本发明制得的γ-氨基丁酸安全可靠，可以广泛应用于食品与医药行业。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种利用红薯生产γ-氨基丁酸的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜红薯依次经过清洗、破碎、磨浆、搅拌、过滤、除沙、收集工序，初加工提取湿红薯粉。初加工采用设备包括鼠笼式洗薯机、自动上料洗薯机、红薯破碎机、磨浆分离机、淀粉浆搅拌机、细滤机、除沙机、收集池。
(2)在湿红薯粉中加入相当于红薯粉重量0.5％的α-淀粉酶，加热到45℃，糊化90分钟，用碳酸钾中和至pH为4.0，得到红薯稀浆糖液。
(3)在红薯稀浆糖液中加入培养基组分，各组分以干物质计按如下质量百分比：红薯稀浆糖液2.0％、酵母生产废液0.2％、磷酸二氢钾0.1％、七水硫酸镁0.05％、柠檬酸铵0.05％、氯化钠0.01％、乙酸铵0.01％、硫酸亚铁0.001％、硫酸锰0.001％、磷酸吡哆醛0.001％、椰子油油酸消沫剂0.05％、吐温80为0.02％，余量为去离子水，混合均匀，调节pH至6.0，得到发酵培养基。
(4)接种乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)SYFS 1.009，在30℃下发酵培养120小时。
(5)过滤去渣脱色，滤液经提纯浓缩干燥，制得γ-氨基丁酸。
实施例2
一种利用红薯生产γ-氨基丁酸的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜红薯依次经过清洗、破碎、磨浆、搅拌、过滤、除沙、收集工序，初加工提取湿红薯粉。初加工采用设备包括鼠笼式洗薯机、自动上料洗薯机、红薯破碎机、磨浆分离机、淀粉浆搅拌机、细滤机、除沙机、收集池。
(2)在湿红薯粉中加入相当于红薯粉重量1.5％的α-淀粉酶，加热到35℃，糊化45分钟，用碳酸钾中和至pH为5.5，得到红薯稀浆糖液。
(3)在红薯稀浆糖液中加入培养基组分，以干物质计按如下质量百分比：红薯稀浆糖液8.0％、酵母生产废液5.0％、磷酸二氢钾0.5％、七水硫酸镁0.4％、柠檬酸铵0.4％、氯化钠0.05％、乙酸铵0.05％、硫酸亚铁0.006％、硫酸锰0.009％、磷酸吡哆醛0.008％、椰子油油酸消沫剂0.2％、吐温80为0.25％，余量为去离子水，混合均匀，调节pH至6.8，得到发酵培养基。
(4)接种乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)SYFS 1.009，在45℃下发酵培养48小时。
(5)过滤去渣脱色，滤液经提纯浓缩干燥，制得γ-氨基丁酸。
实施例3
一种利用红薯生产γ-氨基丁酸的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜红薯依次经过清洗、破碎、磨浆、搅拌、过滤、除沙、收集工序，初加工提取湿红薯粉。初加工采用设备包括鼠笼式洗薯机、自动上料洗薯机、红薯破碎机、磨浆分离机、淀粉浆搅拌机、细滤机、除沙机、收集池。
(2)在湿红薯粉中加入相当于红薯粉重量1.0％的α-淀粉酶，加热到40℃，糊化60分钟，用碳酸钾中和至pH为4.6，得到红薯稀浆糖液。
(3)在红薯稀浆糖液中加入培养基组分，以干物质计按如下质量百分比：红薯稀浆糖液3.5％、酵母生产废液2.0％、磷酸二氢钾0.25％、七水硫酸镁0.2％、柠檬酸铵0.15％、氯化钠0.03％、乙酸铵0.03％、硫酸亚铁0.002％、硫酸锰0.002％、磷酸吡哆醛0.002％、椰子油油酸消沫剂0.15％、吐温80为0.1％，余量为去离子水，混合均匀，调节pH至6.3，得到发酵培养基。
(4)接种乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)SYFS 1.009，35℃下发酵培养72小时。
(5)过滤去渣脱色，滤液经提纯浓缩干燥，制得γ-氨基丁酸。
实施例4
一种利用红薯生产γ-氨基丁酸的方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜红薯依次经过清洗、破碎、磨浆、搅拌、过滤、除沙、收集工序，初加工提取湿红薯粉。初加工采用设备包括鼠笼式洗薯机、自动上料洗薯机、红薯破碎机、磨浆分离机、淀粉浆搅拌机、细滤机、除沙机、收集池。
(2)在湿红薯粉中加入相当于红薯粉重量1.0％的α-淀粉酶，加热到42℃，糊化60分钟，用碳酸钾中和至pH为4.8，得到红薯稀浆糖液。
(3)在红薯稀浆糖液中加入培养基组分，以干物质计按如下质量百分比：红薯稀浆糖液3.5％、酵母生产废液2.0％、磷酸二氢钾0.25％、七水硫酸镁0.2％、柠檬酸铵0.15％、氯化钠0.03％、乙酸铵0.03％、硫酸亚铁0.002％、硫酸锰0.002％、磷酸吡哆醛0.002％、椰子油油酸消沫剂0.15％、吐温80为0.1％，余量为去离子水，混合均匀，调节pH至6.3，得到发酵培养基。
(4)接种乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)SYFS 1.009，36℃下发酵培养72小时。
(5)过滤去渣脱色，滤液经提纯浓缩干燥，制得γ-氨基丁酸。
经检测，实施例3和实施例4中发酵培养72小时得到的浓缩液中γ-氨基丁酸产量可以达到335.0g/L，红薯粉摩尔转化率达到58.9％。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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