一种双联罐反应器中酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法与流程

1.本发明属于c12p1/02技术领域，具体涉及一种双联罐反应器中酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法。


背景技术：

2.我国中草药历史悠久，以“石斛、天山雪莲、人参、首乌、茯苓、灵芝、珍珠、冬虫夏草、苁蓉”为代表的传统珍稀中草药具有很大医疗价值。除直接服用外，还可以通过加工方式提取其中的功效成分。
3.传统的珍稀中草药加工方式以溶剂提取为主，为提高提取率，会附加高温、微波助提、溶剂优化等措施，例如最常见的煎煮法，但由于植物细胞壁的存在，即使在高温情况下，水作为溶剂难以进入到细胞中，活性有效成分未被完全提取释放，效率较低；如若采用有机溶剂提取，则存在提纯去杂等后续处理工艺复杂，且难以完全剔除有机试剂，安全性方面存在隐患；而超临界/亚临界提取，虽然基本可以清除溶剂残留，但设备投入高，能耗大。
4.中国专利cn113576991a公开了一种铁皮石斛发酵液的制备方法，将酵母菌和重组大肠杆菌进行活化培养和扩大培养后，用于发酵铁皮石斛，发酵温度为 37℃、发酵天数为4天。中国专利cn111334540a公开了一种生物发酵提取铁皮石斛多糖的方法，在摇瓶培养条件下用酵母菌发酵铁皮石斛，得到铁皮石斛多糖。
5.本发明公开了一种利用酵母菌发酵铁皮石斛的生物技术方法，利用酵母发酵，酶催化裂解植物细胞壁，使铁皮石斛中多糖、黄酮、多酚等活性物质最大程度释放，并将大分子的物质分解成小分子的物质，产生新功效，从而发酵工艺具备提取效率高、无溶剂残留、新功效显现等优势。并且借助双联罐反应器成功将实验室小试水平，即250ml放大至5l*2＝10l水平，对工业化应用具有指导意义。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种双联罐反应器中酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法，包括以下步骤：(1)珍稀中草药粉磨；(2)灭菌i；(3)菌种植入；(4)发酵；(5) 灭菌ii；(6)发酵产物检测；其中所述步骤(3)植入的菌种为酿酒酵母种属。
7.在一种优选的实施方式中，所述步骤(1)中珍稀中草药选自铁皮石斛、雪莲、人参、何首乌、珍珠、灵芝、茯苓、冬虫夏草、苁蓉中的至少一种。
8.在一种优选的实施方式中，所述珍稀中草药为铁皮石斛。
9.在一种优选的实施方式中，所述步骤(1)的具体过程如下：将珍稀中草药进行粉碎处理，过30-80目筛得到粉末，将粉末与纯化水按照质量比为1：(30-50) 的比例混合均匀，得到均一的料液，再将料液用高压微射流设备进行均质。
10.在一种优选的实施方式中，所述步骤(1)中粉末过60目筛，步骤(1)中粉末与纯化水按照质量比为1：40的比例混合均匀。
11.铁皮石斛中含有大量的糖类物质，在铁皮石斛研磨成粉末与纯化水混合过程中，
料液的黏度增加，影响粉末与纯化水的混合和均质效果。申请人在实验过程中发现，当铁皮石斛粉末与纯化水按照质量比为1:40的比例混合，最终的混合效果和均质效果最好。
12.在一种优选的实施方式中，所述步骤(2)和步骤(5)的灭菌条件为121℃，灭菌30min。
13.在一种优选的实施方式中，所述酿酒酵母种属为saccharomyces cerevisiae 酿酒酵母。
14.在本技术中，申请人发现，用saccharomyces cerevisiae酿酒酵母进行铁皮石斛的发酵，得到的发酵产物中生物活性良好，羟基自由基清除率可以达到62％，还表现出良好的络氨酸酶抑制活性，抑制活性得到15％。而采用其他种属的酿酒酵母，例如安琪酿酒酵母，铁皮石斛发酵产物中羟基自由基清除率仅为30％，且未显现出络氨酸酶抑制活性。
15.在一种优选的实施方式中，所述步骤(4)的发酵工艺具体条件如下：发酵时间70-96h，发酵过程中转速为80-280rpm/min，发酵过程的溶解氧含量为5-10％。
16.在一种优选的实施方式中，所述步骤(4)的发酵过程ph保持在5.0-6.0。
17.在一种优选的实施方式中，所述步骤(4)的发酵过程根据发酵时间分为发酵前期、发酵中期i、发酵中期ii、发酵后期。
18.在一种优选的实施方式中，所述步骤(4)的发酵工艺具体过程如下：
19.a01发酵前期：发酵时间为4-15h，发酵过程中转速为80-120rpm/min；
20.a02发酵中期i：发酵时间为24-35h，发酵过程中转速为180-220rpm/min；溶解氧含量为5-10％；
21.a03发酵中期ii：发酵时间为24-35h，发酵过程中转速为130-160rpm/min；溶解氧含量为5-10％；
22.a04发酵后期：发酵时间为10-20h，发酵过程中转速为130-160rpm/min，溶解氧含量≥10％。
23.在一种优选的实施方式中，所述步骤(4)的发酵工艺具体过程如下：
24.a01发酵前期：发酵时间为13h，发酵过程中转速为100rpm/min；
25.a02发酵中期i：发酵时间为35h，发酵过程中转速为200rpm/min；溶解氧含量为5-6％；
26.a03发酵中期ii：发酵时间为32h，发酵过程中转速为150rpm/min；溶解氧含量为5-6％；
27.a04发酵后期：发酵时间为16h，发酵过程中转速为150rpm/min，溶解氧含量≥10％。
28.申请人在实验过程中发现，在本技术设计的发酵工艺参数下，得到的最终发酵产物，有效物含量较高且稳定，在改变发酵工艺参数的条件下，尤其是提高发酵前期转速至300rpm/min，不仅会影响发酵体系中ph环境，还会降低发酵产物中有效物含量，申请人推测可能的原因是，发酵前期的转速过快，导致反应器中加入的酵母菌在发酵前期活性陡增，大量消耗料液中带有的溶解氧，让反应器更快的处于厌氧环境中，分解产物二氧化碳和酒精得到长时间积累，不仅影响发酵环境，还会影响到酵母菌自身活性。并且，申请人还发现，发酵过程中通氧量太大，会导致反应器中出现大量的泡沫，发酵液容易从反应器排气孔溢出。
29.在一种优选的实施方式中，所述步骤(4)中菌种和料液的体积比为1：(10-50)。
30.在一种优选的实施方式中，所述步骤(6)发酵产物的检测项目包括：黄酮类物质含量、多酚类物质含量、多糖类物质含量、抗氧化能力、络氨酸酶抑制能力。
31.在本技术中，铁皮石斛发酵过程在反应器中进行，更优选的，在双联罐反应器中进行发酵。本技术采用的发酵方式，成功将实验室小试发酵水平，提升至中试发酵水平，对工业化应用具有指导意义。
32.与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
33.1.本发明提出的酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法，通过特定种属酿酒酵母进行发酵，提高了发酵产物中有效物含量，还让铁皮石斛发酵产物保持良好的生物活性，表面出良好的抗氧化能力和络氨酸酶抑制能力。
34.2.本发明提出的酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法，在特定的发酵工艺条件下，保证了发酵产物中有效物含量，还保证了发酵产物具有一定的抗氧化能力和络氨酸酶抑制活性，在护肤品、保健品中都有广泛的应用。
35.3.本发明提出的酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法，将发酵过程在双联罐反应器中进行，成功将实验室小试发酵水平，提升至中试发酵水平(5l*2)，对工业化应用具有指导意义。
36.4.本发明提出的酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法，在整个发酵过程中只引入了溶剂“水”，后续几乎无任何精制除杂工序，保证经济性的同时未引入风险物质，如乙醇、三氯甲烷等，环保安全。
附图说明
37.图1是实施例1中步骤(4)的发酵工艺理化指标动力学情况。
38.图2是实施例2中步骤(4)的发酵工艺理化指标动力学情况。
39.图3是本发明的双联罐反应器的结构示意图。
具体实施方式
40.实施例1
41.本实施例提出了一种双联罐反应器中酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法，包括以下步骤：
42.(1)将铁皮石斛进行粉碎处理，过60目筛得到粉末，将75g铁皮石斛粉末与纯化水按照质量比为1：40的比例混合均匀，得到均一的料液，再将料液用高压微射流设备进行均质；
43.(2)将配置好的料液倒入发酵罐中，在高压蒸汽灭菌锅中进行121℃、30min 的灭菌处理；
44.(3)发酵罐降温至37℃，加入saccharomyces cerevisiae酿酒酵母，加入量与料液的体积比为1:35；
45.(4)按如下过程进行发酵工艺：
46.a01发酵前期：发酵时间为13h，发酵过程中转速为100rpm/min；
47.a02发酵中期i：发酵时间为35h，发酵过程中转速为200rpm/min；溶解氧含量为5-6％；
48.a03发酵中期ii：发酵时间为32h，发酵过程中转速为150rpm/min；溶解氧含量为5-6％；
49.a04发酵后期：发酵时间为16h，发酵过程中转速为150rpm/min；
50.(5)发酵完成后，将发酵液置于蒸汽灭菌锅中灭菌，温度为121℃，时间30min；
51.(6)发酵产物检测。
52.其中，saccharomyces cerevisiae酿酒酵母为广州雅纯化妆品制造有限公司培育菌种。
53.实施例2
54.本实施例提出了一种双联罐反应器中酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法，具体过程同实施例1，不同之处在于，步骤(4)中a01发酵前期的转速为300rpm/min。
55.实施例3
56.本实施例提出了一种双联罐反应器中酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法，具体过程同实施例1，不同之处在于，所用酵母种属为安琪酿酒酵母。
57.实施例4
58.本实施例提出了一种双联罐反应器中酵母菌发酵传统珍稀中草药的方法，具体过程同实施例1，不同之处在于，本实施例中不加入酵母菌，作为本技术实施例的空白对照组。
59.性能测试
60.将实施例发酵得到的铁皮石斛发酵液，进行黄酮类物质含量、多酚类物质含量、多糖类物质含量的测定，还进行抗氧化能力(羟基自由基清除率)、络氨酸酶抑制能力的检测。数据如表1所示。
61.表1
62.