[发明专利]生产葡糖淀粉酶和/或蛋白酶的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过发酵有机废弃物来生产葡糖淀粉酶和/或蛋白酶的系统和方法。

背景技术

有机废弃物，尤其是食物废弃物一直是许多发达国家如美国、英国、日本和韩国的普遍问题。这一问题也在许多亚洲城市中非常严重。尤其是在人口稠密的城市如香港，这是因为可用作垃圾填埋的地方很有限。

以香港为例，每天产生约3584吨的食物废弃物。这些食物废弃物中三分之一来源于商业和工业部门，其余来自家居。统计数据显示，食物废弃物占香港产生的都市固体废弃物总量的约40％。

通常的有机废弃物，尤其是食物废弃物对环境管理构成巨大挑战的原因有很多。首先，合适的垃圾填埋场逐渐耗尽。其次，由于高含水量和可能产生二噁英，不适合焚烧处理食物废弃物。二噁英在某些动物中是致癌和致畸的。再次，通过传统处理方法处理食物废弃物常会导致其它类型的污染。

回收可能是减轻食物废弃物填埋负担的一种方式。然而，传统的食物废弃物的回收方法包括用于生产动物饲料和肥料。然而，当用于生产肥料和动物饲料时，使食物废弃物脱盐往往产生大量的废水，这将导致进一步的卫生问题。

本发明的意图通过将有机废弃物和特定的食物废弃物转化为有用的产物而不造成难以管理的问题。

发明内容

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种生产葡糖淀粉酶和/或蛋白酶的系统，其包括填充床固态发酵生物反应器，在该生物反应器中有机废弃物作为发酵底物，该系统提供了用于控制发酵底物含水量的喷嘴，用于供给空气使空气穿过生物反应器的发酵底物填充床的装置，用于分析生物反应器中气体含量的装置，用于监测生物反应器中温度的装置，用于控制生物反应器温度的装置，可获得生物反应器中样品的孔以及用于从生物反应器中收集酶溶液的装置，酶溶液包含葡糖淀粉酶和/或蛋白酶。

优选地，生物反应器可接收作为发酵剂的泡盛曲霉(Aspergillusawamori)和米曲霉(Aspergillusoryzae)中的至少一种。

发酵底物可以是烘焙废弃物。烘焙废弃物可包括面包废弃物、蛋糕废弃物和糕点废弃物中的至少一种。

在一个实施方式中，喷嘴可适用于将灭菌水引入所述生物反应器中。喷嘴可布置在所述生物反应器的顶部区域。喷嘴可适于保持生物反应器中的发酵底物的含水量在60-80wt％。例如，65-70wt％。

在一个实施方式中，空气供给装置可以包括过滤装置，以防止污染。空气供给装置可适用于从生物反应器的底部区域引入过滤的空气。

系统可以包括用于接收排出生物反应器的空气的装置。空气接收装置可以被连接到空气分析装置上，并在空气分析装置的上游。系统可以包括处于生物反应器的顶部区域将空气排出至空气接收装置的出口。

空气供给装置可适于将空气引入生物反应器之前使空气潮湿。

合适地，温度控制装置可以是水套的形式，以去除在系统操作期间产生的热量。

有利地，生物反应器可以提供使酶溶液排出的孔。该孔可布置在所述生物反应器的底部区域。

系统产生的蛋白酶可包括丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶和金属蛋白酶中的至少一种。

优选地，发酵反应器可以是圆柱形轮廓，围成容纳发酵底物的腔。

在一个实施方式中，可以于发酵反应器的侧壁横向延伸多个平台部件，且部件相互间隔放置，平台部件用于支撑发酵底物。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种生产葡糖淀粉酶和/或蛋白酶的方法，其包括以下步骤：提供圆柱体填充床固态发酵生物反应器，提供有机废弃物作为用于在生物反应器中使用的发酵底物，提供生物反应器中的平台部件并且该部件从生物反应器的侧壁横向延伸，平台部件支撑发酵底物并彼此间隔放置，在生物反应器中引入泡盛曲霉和米曲霉以用于生产作为生物催化剂的酶，该生物催化剂用于有机废弃物的固态发酵，并且提供用于控制发酵底物含水量的喷嘴。

附图说明

本发明的一些实施方式将在下面参考附图进行说明，其中：

图1是本发明的发酵生物反应器的一个实施方式的照片；

图2示出了本发明的发酵生物反应器的一个实施方式的内部结构；

图3是图2的发酵生物反应器的不同组件的示意图；

图4是一个试验中泡盛曲霉的葡糖淀粉酶活性(来自发酵底物的样品)与发酵时间的关系的曲线图；

图5是一个试验中米曲霉的蛋白酶活性(来自发酵底物的样品)与发酵时间的关系的曲线图；