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酒糟生產酵母培養物的固態發酵工藝研究

2015-09-01 18:21:13馮會家王建興趙瓊洲
科技視界 2015年25期

馮會家 王建興 趙瓊洲

【摘 要】提出了利用酒糟制備酵母培養物,既可以作為飼料蛋白,又可以作為動物益生因子。確定了最佳發酵工藝條件。

【關鍵詞】酒糟;酵母培養物;固態發酵工藝

0 研究背景

酒糟含有大量的蛋白質、氨基酸、糖、纖維素、維生素及香味物質等。目前,其用途主要為直接作為飼料、制作調味品及培養食用菌等,其附加值低。如何使堆積如山的酒糟變廢為寶,亟待解決。

酵母培養物,是一種新型綠色微生態制劑,指酵母菌在特定條件下發酵基質而制得的產品,主要由基質,酵母細胞及代謝產物組成。這些物質能促進動物腸胃微生物的生長,改善消化能力,提高免疫力、脫毒,因此有利于動物的健康生長,在畜禽生產中應用前景廣闊。飼料行業需要大量的蛋白原料,我國每年進口3000萬噸以上的大豆才能滿足需要。黃酒糟富含蛋白質,但其營養價值不均衡、含水量高、直接飼喂利用率低,且常常堆積變質。利用酵母發酵黃酒糟,可作為一種很好的蛋白飼料來源,在一定程度上緩解蛋白飼料的壓力。

1 過程與方法

1.1 材料,試劑及器材

材料:黃酒糟、釀酒酵母和糖化酶等。

YPD培養基:葡萄糖2%,胰蛋白胨2%,酵母浸粉1%,瓊脂粉1.8%,滅菌115℃、20min。使用前以入100μg/mL添加氨芐青霉素,終濃度為100μg/mL。

儀器:恒溫水浴鍋、恒溫培養箱、潔凈工作臺、恒溫搖床、顯微鏡、干燥箱等。

1.2 種子液制備

稱取適量干酵母于100mL的三角瓶,以1:9(g:mL)加入以溫度為38~42℃的蒸餾水,1%添加葡萄糖,封口,于38~42℃水浴15min,28~32℃水浴活化1h至起泡,即為活化好的酵母種子液。

1.3 固態發酵工藝優化

新鮮黃酒糟于烘箱中45℃烘干,密封保存。用時取適量,根據實驗設計添加一定比例的物質拌勻,每組設置3個平行,分別計數,求平均值。優化過程如下:

首先,對糖化酶添加量進行優化,起始發酵條件為:取20g干糟,加入罐頭瓶中,水料比1:1,接種量1×108CFU/g,糖化酶添加量分別為0、50、100和250U/g,自然pH,封口。培養30℃、72h,計算活菌數。其次,對裝料量進行優化,在前一批優化的基礎上,選擇最優的糖化酶添加量100U/g,裝料量梯度分別為10,20,30,40和50g,其它條件不變。發酵結束后,計數活菌數。依次類推,分別對水料比(0.50,0.75, 1.00,1.25和1.50),接種量(0.50×108,1.00×108,1.25×108,1.50×108和2.00×108CFU/g),溫度(25、28、30、32和35℃)和pH值(4.0,4.5,5.0,6.0和7.0)進行優化。

1.4 酵母活菌計數

發酵結束后,將產物取出,平攤于報紙上,將粘結的發酵物切成大小基本一致的顆粒狀,置于45℃鼓風干燥箱,每隔1h進行翻動1次,烘干。取10g于250mL的三角瓶中,加入90mL蒸餾水,適量滅菌的玻璃珠,封口,30℃、200r/min振蕩30min。將三角瓶取出,靜置20s,即為10-1稀釋液。取該稀釋液1mL,加入到9mL無菌水的試管中,搖勻成10-2稀釋液,依次稀釋至10-5-10-7,各取100μL涂布于YPD平板,培養箱中30℃倒置培養2d后計數。

1.5 酵母自溶(酵母培養物的制備)

發酵結束之后,往罐頭瓶中加入45mL水、180mg蛋白酶(50U/mg)和12mg的酵母破壁酶(400U/mg),調節pH值為6.5,于50℃作用24h,45℃烘干。此時90%以上酵母細胞壁破裂,釋放營養物質。

1.6 成分分析

為了對比黃酒糟及酵母培養物的營養成分,分別測定粗蛋白、多肽、粗脂肪、還原糖、粗淀粉、粗纖維和灰分的含量。為評價可溶性蛋白的分子量分布,取1g干酒糟或酵母培養物溶解于10mL醋酸緩沖液中(0.05M,pH4.5),搖勻,沉淀10m,4℃、10, 000r/min離心10min,去掉沉淀,將上清通過0.2μm濾膜,用快速蛋白液相色譜儀(SuperdexTM 75色譜柱)檢測多肽及氨基酸。

2 結果與討論

2.1 固態發酵工藝優化

酒糟中含有大量酵母無法利用的淀粉,糖化酶可以將淀粉降解成小分子的糖類。結果表明(圖1),添加糖化酶效果顯著,添加量為100U/g時,活菌數達到穩定值為對照組的2.6倍,后略有降低,糖化酶價格較為昂貴,以100U/g為最適添加量。

酒糟粘性較大,裝料量過多,不利于通氣和散熱。反之,通氣良好,但是水分蒸發過快。裝料量低于30g時,酵母菌數隨裝料量的增加而增加,高于30g時,隨著裝料量的增加,反而對酵母生長產生相對抑制作用(圖2)。故選擇30g為最適裝料量。

固態發酵,水分是一個關鍵因素。水分過高,基質密度大、不疏松,影響供氧。反之,水分蒸發過快。水料比低于1.25時,隨著比值的增大,活菌數快速增加,比值超過1.25后,菌數略有下降(圖3)。故水料水比以1.25為最佳。

接種量過大,不僅造成菌種資源的浪費,而且使得培養基內的水分相應偏高,基質粘連,不利于酵母生長。反之過低,致起始生物量低,降低增殖速度,延長發酵周期。

由圖4知,接種量達1.25×108后,活菌數增長緩慢,繼續增加接種量,菌體增長受到抑制(圖4)。故選取1.0×108CFU/g作為最適接種量。在一定范圍內,溫度的升高有利于酵母的生長繁殖及代謝產物的產生,但是溫度過高,導致酶類失活,甚至直接導致菌體死亡。反之,菌體生長緩慢,周期延長。由圖5知,最適溫度為30℃。

pH值是發酵過程中的重要參數,它通過影響菌體細胞膜的通透性,來改變酵母對營養物質的吸收,以及影響酵母自身酶系的活力。釀酒酵母的最適生長pH值為4.2~5.0,實驗表明pH4.5為最佳(圖6)。

綜上所述,以黃酒糟生產酵母培養物的最佳發酵工藝為:糖化酶100U/g,裝料量30g,水料比1.25,接種量1.0×108CFU/g,溫度30℃,pH4.5、此時發酵產物烘干后活菌數為20.88×108億/g。

2.2 營養成分對比

經發酵后的酵母培養物,其蛋白及多肽含量增加,營養價值提高,具體為(表1):粗蛋白含量為46.55%,增加了10.77%;多肽含量為6.97,增加了3.03%;粗脂肪為9.51%,略提高了2.32%;還原糖含量為10.56%,大幅度增加了7.6%;粗淀粉含量為11.78%,大幅度降低了25.84%;粗纖維為4.46%,略降低了0.28%;灰分含量為4.57%,增加了1.76%。

如圖7所示,黃酒糟經發酵,自溶制備成酵母培養物之后,酸溶性蛋白平均分子量降低,檢測到更多的多肽和游離氨基酸。多肽和氨基酸是食品中的功能成分,具有抗氧化、抗菌、提高免疫力等多種功效。

目前,市場上的酵母培養物產品有:達威農公司的“益康XP”,粗蛋白12%,粗纖維6.50%,粗脂肪3%,灰分5%;安琪酵母有限公司生產的“酵母自溶粉FM801”,粗蛋白含量約為40%,灰分12%;湖北高生生物飼料有限公司生產的“方祥益思特酵母培養物”,粗蛋白22.60%,多肽5%,粗纖維7.80%,灰分6.70%。本產品以黃酒糟為基質,在材料來源上與他們沒有可比性,但其粗蛋白和多肽含量較高,酵母活菌數達20.88×108億/g。由此可見,黃酒糟生產酵母培養物具有一定的優勢,深層次挖掘其發酵工藝,作為蛋白飼料和功能性飼料添加劑,其前景廣闊。

3 創新點

本實驗的主要創新點如下:

(1)提出了酒糟利用的一種潛在的途徑,制備酵母培養物,既可以作為飼料蛋白,又可以作為動物益生因子。單純利用黃酒糟作為飼料蛋白,產品附加值低,只利用于黃酒糟富含蛋白質的特性。而作為酵母培養物,不僅可以使其蛋白質得到利用,而且使其功能發揮到極致,如多肽及氨基酸含量提高,酵母細胞內的代謝產物等益生因子釋放得以利用。

(2)確定了最佳發酵工藝條件,糖化酶100U/g,裝料量30g,水料比1.25,接種量1.0×108CFU/g,溫度30℃,pH4.5,此時發酵產物烘干后活菌數為20.88×108億/g,蛋白質含量提高。與市場上酵母培養物產品相比,各有優勢。

(3)固態發酵,酶解破壁工藝相結合,取長補短,相得益彰。通常,生產酵母培養物過程如下:液態發酵,厭氧酵母自溶,谷物吸附及烘干。此工藝周期長,需要長時間的厭氧條件細胞壁才裂解并釋放營養物質,同時液態發酵能耗較高。而本工藝采用固態發酵富集菌體,簡便易行;然后,采用廉價的常用酶類裂解酵母細胞壁,使代謝產物被釋放出來,得到酵母培養物。

[責任編輯:湯靜]

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