一种可替代蛋白质原料的生物蛋白及其生产方法

摘要

本发明涉及一种生物医药领域，特别公开了一种可替代蛋白质原料的生物蛋白及其生产方法。该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：以头孢菌素C菌渣为主料，配以碳源物质，制成固体或液体生物培养基；将上述生物培养基灭菌，再接入微生物种子液，发酵28-32小时即得到生物蛋白Ⅰ。本发明的有益效果是：将头孢菌素C菌渣经生物处理而得到一种生物蛋白产品，可替代头孢菌素C发酵培养基中除玉米浆外的其余蛋白质原料，工艺简单，生物蛋白生产成本低廉，适合于大规模工业化推广；替代蛋白质原料的比例高、使用效果好，经济效益明显；处理头孢菌素C菌渣安全、彻底、批量大，环保优势明显。

权利要求

1.一种可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）以头孢菌素C菌渣为主料，配以干菌渣重量10-20%的碳源物质，制成固体或液体生物培养基；

（2）将上述生物培养基灭菌，再接入生物培养基重量2％的培养成熟的微生物种子液，发酵28-32小时至酶活力达到高峰，即得到一种富含生物酶的发酵物，此发酵物作为生物蛋白Ⅰ；微生物种子液为黑曲霉、米曲霉、黑曲霉+产朊假丝酵母、黑曲霉+啤酒酵母+乳酸杆菌、热带假丝酵母+乳酸杆菌+芽孢杆菌、白地霉+乳酸菌+假单孢菌中的一种；霉菌种子液浓度≧24％；酵母菌、细菌种子液菌种数量≧10亿/ml；

（3）向头孢菌素C菌渣中加入质量分数为1％的浓氨水或质量分数为40％的氢氧化钠溶液，调整PH在5.8-6.2，然后加入干菌渣重量1-3％的生物蛋白Ⅰ，在连续搅拌状态下，酶解处理38-42小时即得到一种黄褐色到浅棕褐色的液态生物蛋白Ⅱ。

2.根据权利要求1所述的可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：还包括步骤（4），步骤（4）为液态生物蛋白Ⅱ经干燥得到固态生物蛋白Ⅲ。

3.根据权利要求2所述的可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：还包括步骤（5），步骤（5）为检测生物蛋白中的蛋白质含量；计算头孢菌素C发酵培养基中，替代蛋白质原料所需要的生物蛋白投入量：生物蛋白投入量=被替代蛋白质原料的蛋白质总量/生物蛋白中的蛋白质含量。

4.根据权利要求1所述的可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：步骤（1）中头孢菌素C菌渣为经过超滤膜处理所得到的新鲜菌渣、经过板框压滤机压滤所得到的新鲜滤饼或经过干燥处理得到的菌渣干粉；碳源物质为玉米粉、麦麸、豆饼粉中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：步骤（1）中制取液体培养基时，加入干菌渣重量0-2%的葡萄糖、干菌渣重量0-1%的硫酸铵、干菌渣重量0-1%的碳酸钙。

6.根据权利要求1所述的可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：步骤（1）中制取固体培养基时，还需加入碳源物质调整水分含量至42-48％；液体生物培养基最终固形物含量控制在12-20％；步骤（3）中，用头孢菌素C菌渣调整水分含量在78-82％，使之成为流体，用头孢菌素C菌渣调整固形物含量在18-20％，使之成为流体。

7.根据权利要求1所述的可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：步骤（2）中固体培养基100℃灭菌0.5-2小时，液体培养基121℃灭菌0.5小时。

8.一种可替代蛋白质原料的生物蛋白Ⅱ或生物蛋白Ⅲ，其特征在于：是由头孢菌素C菌渣经权利要求1所述的方法通过微生物直接发酵处理得到生物蛋白Ⅰ，再由生物蛋白Ⅰ酶解得到的生物蛋白Ⅱ，或由生物蛋白Ⅱ经权利要求2所述的方法干燥得到的生物蛋白Ⅲ。

说明书

一种可替代蛋白质原料的生物蛋白及其生产方法

[0001] （一）技术领域

[0002] 本发明涉及一种生物医药领域，特别涉及一种可替代蛋白质原料的生物蛋白及其生产方法。

[0003] （二）背景技术

[0004] 近年来，头孢类药物以其疗效好、毒性低而得到迅速发展，目前已占到抗感染类药物市场份额的50％以上。作为半合成头孢类药物的最重要中间体7-氨基头孢霉烷酸（7-ACA），工业上是利用顶头孢霉菌产生的头孢菌素C经化学或酶法裂解而生产的。据估计，全世界头孢菌素C发酵生产企业每年产生的头孢菌素C菌渣在几十万吨，由于其中含有抗生素残留及其他未知的不安全因素，因此被列为危险废弃物而受到环保部门的严格监管。

[0005] 目前，国外企业一般是将头孢菌素C菌渣进行焚烧处理，处理费用较高；国内企业一般是用菌渣生产有机肥。由于有机肥生产附加值较低及生产技术落后，因此头孢菌素C菌渣的处理已成为企业沉重的经济负担，同时处理过程中也造成了严重的环境污染。

[0006] 经分析，头孢菌素C菌渣中蛋白质含量占到干物质的42％左右，接近豆饼粉、花生饼粉的蛋白质含量。抗生素发酵工业每年要消耗大量蛋白质原料，而我国是蛋白质原料缺乏大国，每年都需要从国外大量进口，如果能将头孢菌素C菌渣经过一定的技术手段处理加工，分解破坏掉对头孢菌素C生产发酵有害的代谢物质，使之成为能够被顶头孢霉菌易于利用的生物蛋白原料，不仅能大幅度地降低生产成本，而且能极大地减轻环保压力，是一件具有重要益义的工作。

[0007] （三）发明内容

[0008] 本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种工艺简单、成本低廉且环保的可替代蛋白质原料的生物蛋白及其生产方法。

[0009] 本发明是通过如下技术方案实现的：

[0010] 一种可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：

[0011] （1）以头孢菌素C菌渣为主料，配以干菌渣重量10-20%的碳源物质，制成固体或液体生物培养基，制取固体培养基时，还需加入碳源物质调整水分含量至42-48％；制取液体培养基时，可加入干菌渣重量0-2%的葡萄糖、干菌渣重量0-1%的硫酸铵、干菌渣重量0-1%的碳酸钙，液体生物培养基最终固形物含量控制在12-20％；

[0012] （2）将上述生物培养基灭菌，再接入生物培养基重量2％的培养成熟的微生物种子液，发酵28-32小时至酶活力达到高峰，即得到一种富含生物酶的发酵物，此发酵物作为生物蛋白Ⅰ。

[0013] 该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：还包括步骤（3），步骤（3）为用头孢菌素C菌渣调整水分含量在78-82％，使之成为流体，或用头孢菌素C菌渣调整固形物含量在18-20％，使之成为流体，如果是超滤后得到的头孢菌素C菌渣，则可以直接使用；如果是经板框压榨后得到的菌渣或经干燥后的菌渣粉，则加入自来水搅拌均匀即可，向头孢菌素C菌渣中加入质量份数为1％的浓氨水或质量分数为40％的氢氧化钠溶液，调整PH在5.8-6.2，然后加入干菌渣重量1-3％的生物蛋白Ⅰ，在连续搅拌状态下，酶解处理38-42小时即得到一种黄褐色到浅棕褐色的液态生物蛋白Ⅱ。

[0014] 该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：还包括步骤（4），步骤（4）为液态生物蛋白Ⅱ经干燥得到固态生物蛋白Ⅲ。

[0015] 该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，其特征在于：还包括步骤（5），步骤（5）为检测生物蛋白中的蛋白质含量；计算头孢菌素C发酵培养基中，替代蛋白质原料所需要的生物蛋白投入量：

[0016] 生物蛋白投入量=被替代蛋白质原料的蛋白质总量/生物蛋白中的蛋白质含量。

[0017] 步骤（1）中头孢菌素C菌渣为经过超滤膜处理所得到的新鲜菌渣、经过板框压滤机压滤所得到的新鲜滤饼或经过干燥处理得到的菌渣干粉；碳源物质为玉米粉、麦麸、豆饼粉中的一种或多种。

[0018] 步骤（2）中固体培养基100℃灭菌0.5-2小时，液体培养基121℃灭菌0.5小时。

[0019] 步骤（2）中微生物种子液为霉菌、酵母菌或细菌中的至少一种；霉菌种子液浓度≧24％；酵母菌、细菌种子液菌种数量≧10亿/ml。接入的微生物菌种可以是单一菌种，也可以是复合菌种，但每个菌种在接入前，都必须是经过单独培养的纯菌种。

[0020] 一种可替代蛋白质原料的生物蛋白，其特征在于：是由头孢菌素C菌渣经步骤（1）和步骤（2）所述的方法将微生物直接发酵处理得到的生物蛋白Ⅰ，或由生物蛋白Ⅰ经步骤（3）所述的方法酶解得到的生物蛋白Ⅱ或由生物蛋白Ⅱ经步骤（4）所述的方法干燥得到的生物蛋白Ⅲ。

[0021] 本发明可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，是一种利用生物技术对头孢菌素C菌渣进行处理加工而生产生物蛋白并用于替代蛋白质原料的方法，通过生物技术破坏掉头孢菌素C菌渣中对头孢菌素C发酵菌种有抑制作用的一些代谢产物，使发酵生产过程能够顺利进行；将头孢菌素C菌渣降解成小分子的物质，如氨基酸、多肽、杂多糖、可溶性蛋白质、几丁质碎片，使之能被头孢菌素C发酵菌种快速吸收利用，缩短生产周期，提高发酵指数；大幅度降低头孢菌素C菌渣在发酵液中的粘稠度，使其大比例地代替蛋白质原料成为可能；本发明生产的生物蛋白是一种由头孢菌素C菌渣经微生物直接好氧或厌氧发酵处理，脱除有害物质的产品，能以任意比例替代头孢菌素C发酵培养基中的蛋白质原料，使用本发明生产的生物蛋白替代蛋白质原料，从而大幅度降低了生产成本，且环保，对环境无污染。

[0022] 本发明可替代蛋白质原料的生物蛋白及其生产方法的有益效果是：将头孢菌素C菌渣经生物处理而得到一种生物蛋白产品，可替代头孢菌素C发酵培养基中除玉米浆外的其余蛋白质原料，工艺简单，生物蛋白生产成本低廉，适合于大规模工业化推广；替代蛋白质原料的比例高、使用效果好，经济效益明显；处理头孢菌素C菌渣安全、彻底、批量大，环保优势明显。

[0023] （四）附图说明

[0024] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0025] 附图为本发明生物蛋白生产工艺流程图。

[0026] （五）具体实施方式

[0027] 实施例1：

[0028] 该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，包括如下步骤：

[0029] （1）取头孢菌素C发酵生产中超滤后所得的菌渣1000L（干菌渣6700公斤），经检测其固形物含量为18.6％；加入1000公斤麦麸，混合搅拌，制得呈颗粒状的疏松固体培养基，总水分含量在48％；

[0030] （2）将培养基输送进蒸汽灭菌器中灭菌，100℃保持1小时；之后冷却至35℃准备接种；将经过纯粹培养的100L AS.3.350黑曲霉种子液接入灭过菌的固体培养基中，35℃培养30小时得生物蛋白Ⅰ，经检测其蛋白酶活力为3567u/g；

[0031] （3）取40吨经超滤后所得的头孢菌素C菌渣，加质量分数为40％的氢氧化钠溶液调节PH至6.0；加入步骤（2）中制得的生物蛋白Ⅰ800公斤，在1400转/小时的搅拌转速下，反应40小时得液态生物蛋白Ⅱ，经检测，其蛋白质含量为8.6％，CPC、DCPC、DOCPC含量都为0；

[0032] （5）每批120立方头孢菌素C发酵罐的蛋白质原料投料量为：玉米浆4250L，豆饼粉450公斤，花生饼粉1700公斤，谷朊粉1180公斤；以生物蛋白替代全部豆饼粉、花生饼粉、谷朊粉，则被替代的蛋白质总量为：

[0033] 豆饼粉投料量*豆饼粉蛋白质含量+花生饼粉投料量*花生饼粉蛋白质含量+谷朊粉投料量*谷朊粉蛋白质含量=450*0.42+1700*0.405+1180*0.75=1762公斤；

[0034] 每批需投入的生物蛋白量：

[0035] 替代的蛋白质总量/生物蛋白的蛋白含量=1762/0.086=20488公斤；

[0036] 头孢菌素C发酵生产情况比较：

[0037]类别 放罐效价 提取收率
生物蛋白罐1 34526 78.0％
生物蛋白罐2 34682 78.6％
上月正常罐平均 34235 78.2％

[0038] 生物蛋白罐与正常罐比较，溶氧性明显改善，其他无显著变化。

[0039] 实施例2：

[0040] 该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，包括如下步骤：

[0041] （1）取头孢菌素C发酵生产中经板框压滤机压滤后所得的滤饼1600公斤，经检测其固形物含量为34.8％；加入豆饼粉400公斤，麦麸800公斤，混合搅拌，制得呈颗粒状的疏松固体培养基，总水分含量在48％；

[0042] （2）将培养基输送进蒸汽灭菌器中灭菌，100℃保持1.5小时；之后冷却至35℃准备接种；将经过纯粹培养的100L 米曲霉种子液接入灭过菌的固体培养基中，35℃培养30小时得生物蛋白Ⅰ。经检测其蛋白酶活力在5689u/g；

[0043] （3）取40吨经超滤后所得的头孢菌素C菌渣，加质量份数为1％的浓氨水调节PH在6.0；加入步骤（2）中制得的生物蛋白Ⅰ800公斤，在1400转/小时的搅拌转速下，反应40小时得液态生物蛋白Ⅱ。经检测，产品蛋白质含量为8.9％，CPC、DCPC、DOCPC含量都为
0；

[0044] （4）将步骤（3）中的液态生物蛋白Ⅱ进行喷雾干燥，得到固态生物蛋白Ⅲ，经检测其蛋白质含量为43.2％；

[0045] （5）每批120立方头孢菌素C发酵罐的蛋白质原料投料量为：玉米浆4250L，豆饼粉450公斤，花生饼粉1700公斤，谷朊粉1180公斤；以生物蛋白替代全部豆饼粉、花生饼粉、谷朊粉，则被替代的蛋白质总量为：

[0046] 豆饼粉投料量*豆饼粉蛋白质含量+花生饼粉投料量*花生饼粉蛋白质含量+谷朊粉投料量*谷朊粉蛋白质含量=450*0.42+1700*0.405+1180*0.75=1762公斤；

[0047] 每批需投入的生物蛋白粉重量：

[0048] 替代的蛋白质总量/生物蛋白粉的蛋白含量=1762/0.432=4078公斤；

[0049] 头孢菌素C发酵生产情况比较：

[0050]类别 放罐效价 提取收率
生物蛋白罐1 33826 78.3％
生物蛋白罐2 34422 78.6％
上月正常罐平均 34235 78.3％

[0051] 生物蛋白罐与正常罐比较，溶氧性明显改善，其他无显著变化。

[0052] 实施例3：

[0053] 该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，包括如下步骤：

[0054] （1）取头孢菌素C发酵生产中超滤后所得的菌渣600L（干菌渣6000公斤），经检测其固形物含量为19.2％；加入600公斤麦麸，混合搅拌，制得呈颗粒状的疏松固体培养基，总水分含量在47.6％；

[0055] （2）将培养基输送进蒸汽灭菌器中灭菌，100℃保持1小时；之后冷却至35℃接种；将经过纯粹培养的50L AS.3.350黑曲霉种子培养液,25L产朊假丝酵母种子培养液同时接入灭过菌的固体培养基中，35℃培养30小时得生物蛋白Ⅰ。经检测其蛋白酶活力为5546u/g；

[0056] （3）取25吨经超滤后所得的头孢菌素C菌渣，加质量分数为40％的氢氧化钠溶液调节PH在6.0；加入步骤（2）中制得的生物蛋白Ⅰ500公斤，在1400转/小时的搅拌转速下，反应40小时得液态生物蛋白Ⅱ。经检测，其蛋白质含量为8.8％，CPC、DCPC、DOCPC含量都为0；

[0057] （5）每批120立方头孢菌素C发酵罐的蛋白质原料投料量为：玉米浆4250L，豆饼粉450公斤，花生饼粉1700公斤，谷朊粉1180公斤；以生物蛋白替代全部豆饼粉、60％的花生饼粉、50％的谷朊粉，则被替代的蛋白质总量为：

[0058] 豆饼粉投料量*豆饼粉蛋白质含量+花生饼粉替代重量*花生饼粉蛋白质含量+谷朊粉替代重量*谷朊粉蛋白质含量=450*0.42+1700*0.6*0.405+1180*0.5*0.75=1044.6公斤；

[0059] 每批需投入的生物蛋白量：

[0060] 替代的蛋白质总量/生物蛋白的蛋白含量=1044.6/0.088=11870公斤；

[0061] 头孢菌素C发酵生产情况比较：

[0062]类别 放罐效价 提取收率
生物蛋白罐1 34526 78.8％
生物蛋白罐2 34682 78.5％
上月正常罐平均 34235 78.3％

[0063] 生物蛋白罐与正常罐比较，溶氧性明显改善，其他无显著变化。

[0064] 实施例4：

[0065] 该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，包括如下步骤：

[0066] （1）在1000L发酵罐中，按以下比例投料：超滤后的头孢菌素C菌渣（固形物19.2％）120L，玉米浆40L，玉米粉24公斤，葡萄糖16公斤，硫酸铵8公斤，碳酸钙4公斤，水500L；

[0067] （2）将配制好的液体培养基通入蒸汽灭菌，121℃保持0.5小时；之后冷却至32℃接种，经高温灭菌后的液体培养基体积大约在800L，PH5.6；将经过纯粹培养的50L AS.3.350黑曲霉种子培养液,30L啤酒酵母种子培养液，20L保加利亚乳酸杆菌种子培养液同时接入灭过菌的液体培养基中，32℃培养30小时得生物蛋白Ⅰ，通气量480L/min，搅拌转速250—300转/min，罐压0.05Mpa。培养结束后，检测其蛋白酶活力为4593u/g，CPC、DCPC、DOCPC含量都为0；

[0068] （3）取40吨经超滤后所得的头孢菌素C菌渣，加质量份数为1％的浓氨水调节PH在6.0；加入步骤（2）中制得的生物蛋白Ⅰ800公斤，在1400转/小时的搅拌转速下，反应40小时得液态生物蛋白Ⅱ。经检测，其蛋白质含量为8.5％，CPC、DCPC、DOCPC含量都为0；

[0069] （5）每批120立方头孢菌素C发酵罐的蛋白质原料投料量为：玉米浆4250L，豆饼粉450公斤，花生饼粉1700公斤，谷朊粉1180公斤；以生物蛋白替代全部豆饼粉、花生饼粉、谷朊粉，则被替代的蛋白质总量为：

[0070] 豆饼粉投料量*豆饼粉蛋白质含量+花生饼粉替代重量*花生饼粉蛋白质含量+谷朊粉替代重量*谷朊粉蛋白质含量=450*0.42+1700*0.405+1180*0.75=1762公斤；

[0071] 每批需投入的生物蛋白量：

[0072] 替代的蛋白质总量/生物蛋白的蛋白含量=1044.6/0.085=20729公斤；

[0073] 头孢菌素C发酵生产情况比较：

[0074]类别 放罐效价 提取收率
生物蛋白罐1 34321 78.0％
生物蛋白罐2 34534 78.4％
上月正常罐平均 34235 78.3％

[0075] 生物蛋白罐与正常罐比较，溶氧性明显改善，其他无显著变化。

[0076] 实施例5：

[0077] 该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，包括如下步骤：

[0078] （1）在50000L发酵罐中，按以下比例投料：超滤后头孢菌素C菌渣（固形物19.2％）39000L，玉米浆1500L，玉米粉1000公斤，碳酸钙4公斤；

[0079] （2）将配制好的液体培养基通入蒸汽灭菌，121℃保持0.5小时；之后冷却至32℃接种；将经过纯粹培养的1500L 热带假丝酵母种子培养液,600L乳酸菌种子培养液，400L芽孢杆菌种子培养液同时接入灭过菌的液体培养基中，32℃厌氧培养30小时得生物蛋白Ⅰ。经检测，产品蛋白质含量为8.4％，氨基酸态氮562mg/100mg，CPC、DCPC、DOCPC含量都为0；

[0080] （5）每批120立方头孢菌素C发酵罐的蛋白质原料投料量为：玉米浆4250L，豆饼粉450公斤，花生饼粉1700公斤，谷朊粉1180公斤；以生物蛋白替代全部豆饼粉、60％花生饼粉、40％谷朊粉，50％玉米浆，则被替代的蛋白质总量为：

[0081] 豆饼粉投料量*豆饼粉蛋白质含量+花生饼粉替代重量*花生饼粉蛋白质含量+谷朊粉替代重量*谷朊粉蛋白质含量+玉米浆替代量*玉米浆蛋白质含量=450*0.42+1700*0.6*0.405+1180*0.4*0.75+4250*0.5*0.16=1296公斤；

[0082] 每批需投入的生物蛋白量：

[0083] 替代的蛋白质总量/生物蛋白的蛋白含量=1296/0.084=15247公斤；

[0084] 头孢菌素C发酵生产情况比较：

[0085]类别 放罐效价 提取收率
生物蛋白罐1 34563 78.6％
生物蛋白罐2 34504 78.2％
上月正常罐平均 34235 78.3％

[0086] 生物蛋白罐与正常罐比较，溶氧性明显改善，其他无显著变化。

[0087] 实施例6：

[0088] 该可替代蛋白质原料的生物蛋白的生产方法，包括如下步骤：

[0089] （1）取头孢菌素C发酵生产中经干燥处理的菌渣粉10000公斤，经检测其水分含量为12.8％；加入玉米浆2000L，麦麸1000公斤，加水混合搅拌，制得呈颗粒状的疏松固体培养基，总水分含量在48％；

[0090] （2）将经过纯粹培养的2000L 白地霉种子培养液、500L乳酸菌种子培养液、500L假单孢菌种子培养液，直接接入固体培养基中，35℃堆积发酵30小时得生物蛋白Ⅰ，当温度升至42℃时，翻拌降温一次，一般需翻拌4次。产品经检测，蛋白质含量为18.9％，氨基酸态氮826mg/100mg，CPC、DCPC、DOCPC含量都为0；

[0091] （5）每批120立方头孢菌素C发酵罐的蛋白质原料投料量为：玉米浆4250L，豆饼粉450公斤，花生饼粉1700公斤，谷朊粉1180公斤；以生物蛋白替代全部豆饼粉、花生饼粉、谷朊粉，则被替代的蛋白质总量为：

[0092] 豆饼粉投料量*豆饼粉蛋白质含量+花生饼粉投料量*花生饼粉蛋白质含量+谷朊粉投料量*谷朊粉蛋白质含量=450*0.42+1700*0.405+1180*0.75=1762公斤；

[0093] 每批需投入的生物蛋白重量：

[0094] 替代的蛋白质总量/生物蛋白的蛋白含量=1762/0.189=9322公斤；

[0095] 头孢菌素C发酵生产情况比较：

[0096]类别 放罐效价 提取收率
生物蛋白罐 34025 78.2％
生物蛋白罐 34224 78.6％
上月正常罐平均 34235 78.1％

[0097] 生物蛋白罐与正常罐比较，溶氧性明显改善，其他无显著变化。