[发明专利]一种降低美拉德反应对微生物生长和发酵抑制作用的方法

说明书

本发明提供一种降低美拉德反应对微生物生长和发酵抑制作用的方法，向配制好的培养基中加入烷基二元酯，培养基与烷基二元酯的混合比例为1:0.01~1，搅拌，灭菌，冷却后停止搅拌，待体系分层，分出有机相，培养基用于发酵，所述烷基二元酯具有（C_nH_2n+1）‑OOC‑（CH₂）_m‑COO‑（C_nH_2n+1）的结构通式，其中，m、n均为整数，0≤m≤8，1≤n≤16。采用本发明的方法能够有效的降低体系中的美拉德反应通量，并能通过萃取原理将美拉德反应中间产物和最终产物从体系中分离出去，相比于分消灭菌工艺，本发明的一次灭菌工艺使发酵设备建设成本降低了一半、灭菌能耗降低了一半，显著地节省了设备建设和运行成本。

技术领域

本发明涉及微生物发酵工业过程的优化调控方法，具体涉及一种降低美拉德反应对微生物生长及发酵抑制作用的方法，属于微生物发酵技术领域。

背景技术

1912年法国化学家路易斯﹒卡米拉﹒美拉德在实验中偶然发现：羰基化合物（还原糖）的羰基可以与氨基化合物（氨基酸/多肽/蛋白质）中的氨基发生反应，该反应经过一系列复杂历程最终生成棕黑色的大分子物质类黑素或称拟黑素，该羰氨反应又称美拉德反应。

经过各国学者多年研究，目前公认的美拉德反应机理可分以下三个阶段：

起始阶段

还原糖与氨基酸或蛋白质发生缩合反应，生成具有亚胺或甲亚胺特性基团的有机化合物，即席夫碱；席夫碱环化生成氨基糖；氨基糖经Amadori重排生成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖。

中间阶段

在酸性条件下，1-氨基-1-脱氧-2-酮糖经1,2-烯醇化反应，生成5-羟甲基糠醛；碱性条件下，1-氨基-1-脱氧-2-酮糖经2,3-烯醇化反应，生成还原酮类和脱氢还原酮类；1-氨基-1-脱氧-2-酮糖经Strecker降解反应生成Strecker醛类和吡嗪类等化合物。

最终阶段

该阶段反应较为复杂，历程尚未完全明确，大致是中间阶段的产物与氨基化合物聚合反应生成高分子结构不明的类黑素，此外还有一系列中间体还原酮及挥发性杂环化合物生成。

有研究表明，美拉德反应的反应速率随温度的增长呈现急剧升高的趋势，且美拉德反应部分中间产物和最终产物具有抑制微生物生长的作用，因此在微生物发酵工业中为避免还原糖类碳源与氨基化合物类氮源在高温下发生美拉德反应，通常将碳源和氮源分开灭菌，待冷却后再将其混合进行微生物发酵，而该工艺手段通常存在灭菌能耗较高、设备投入成本较大的问题。同时，美拉德反应产物还具有人们不需要的色泽和一定的致癌性，因此目前关于降低或抑制美拉德反应的文献报道主要集中在食品、医药等领域，而在微生物发酵领域的相关报道较少。

CN1256032C公开了一种能减轻色变的大豆蛋白酶解方法，该方法要求在酶解罐中添加微量的氧化剂（H₂O₂）和还原剂（Na₂SO₃、Na₂S₂O₅和NaHSO₃）将大豆酶解生成的少量低聚糖的羰基转化为羟基，以此抑制美拉德反应。首先该方法不回收循环使用添加到体系的可溶性盐，增加了生产成本；其次微生物发酵领域通常涉及高浓度还原糖-氨基化合物混合体系，因此该方法不适用于微生物发酵领域。

CN102888325A公开了一种发酵型枣酒的加工工艺，该方法在整个工艺流程中控制加工温度最高不超过55℃，以达到抑制美拉德反应并减少褐变发生。该方法无法应用于微生物发酵领域常用的121℃高温湿热灭菌操作，并且为避免后期发酵染菌而向体系中通入SO₂的方法不适用于细菌发酵培养，同时因SO₂具有腐蚀性也相应地增加了设备要求及成本。