紅酵母發酵豆腐渣產類胡蘿卜素工藝優化

王 寧，楊繼業，陳書明，辛嘉英，宋 晶，張建新，王倩倩

紅酵母發酵豆腐渣產類胡蘿卜素工藝優化

王 寧1，楊繼業2，陳書明1※，辛嘉英3，宋 晶1，張建新1，王倩倩1

（1. 山西農業大學動物科技學院，太谷 030801；2. 山西省畜牧遺傳育種中心，太原 030027；3. 哈爾濱商業大學食品科學與工程重點實驗室，哈爾濱 150076）

豆腐渣雖含有多種營養成分，但大約50%的干物質是難以消化的纖維素及半纖維素，直接用作飼料，飼喂效果并不理想。為了提高豆腐渣的飼用價值，進行了紅酵母發酵豆腐渣產類胡蘿卜素工藝優化研究。首先，在單因素試驗基礎上進行正交試驗的結果顯示，優化的豆腐渣酸解產還原糖工藝參數為：鹽酸濃度1.0 mol/L，料液比（g/mL）1∶10，酸解溫度100 ℃，酸解時間3.0 h，該條件下還原糖得率達29.06%±0.07%。然后，選用嗜還原糖紅酵母發酵富含還原糖的豆腐渣酸解產物，以產生具有抗氧化、增強機體免疫等多種生物學功能的類胡蘿卜素。通過單因素試驗、Plackett-Burman試驗回歸分析、Box-Behnken試驗及響應面分析，獲得優化的發酵工藝參數：發酵底物pH值 6.0，裝液量80 mL/(500 mL)，接種齡48 h，接種量11%（種子液濃度為8.5×109CFU/mL），轉速60 r/min，發酵溫度31 ℃，發酵時間128 h；該條件下類胡蘿卜素產量達（2.65±0.02）mg/L，比工藝優化前產量提高了67.7%，研究結果可為利用廉價豆腐渣開發高附加值類胡蘿卜素功能飼料提供參考。

發酵；優化；豆腐渣；酸解；還原糖；紅酵母；類胡蘿卜素

0 引 言

豆腐渣雖含有粗蛋白質、粗脂肪等多種營養成分，但大約50%的干物質是難以消化的纖維素及半纖維素，并含有胰蛋白酶抑制因子等多種抗營養因子。因此，用豆腐渣直接飼喂動物，動物不僅對其消化吸收率有限，而且會使動物對飼料營養吸收率降低，影響動物的生產性能[1-23]。為了提高豆腐渣的飼用價值，學者們進行了大量研究。李艷芳等[4]利用黑曲霉和米曲霉發酵，使豆渣口感得以改善，使其渣感減弱，吞咽變易。Li等[5]利用茯苓發酵豆渣，使得多糖的產量達到了83.3 mg/g。申春莉等[6]利用靈芝固態發酵豆渣，使得總膳食纖維和脂肪均顯著下降，可溶性蛋白、氨基酸態氮和多肽均上升，改變了豆渣的營養成分。由此可見，微生物發酵不僅能改善豆渣的口感，還可改善其營養價值[7]。

類胡蘿卜素是一類含有8個異戊二烯單位的四萜類化合物，動物和人一般不能合成類胡蘿卜素，只能從飼料與食物中獲取。類胡蘿卜素具有很強的清除體內自由基的能力，具有抗癌、抗衰老、預防輻射及心血管疾病、增強機體免疫力等功效，因而受到越來越多人的青睞[8]。獲取類胡蘿卜素的方法有3種：1）動植物材料提取法：是以各種有色植物以及蝦皮、蟹殼等為原料提取類胡蘿卜素，該法受季節、材料品種、生長環境等因素影響很大，而且工藝復雜，成本高；2）化學合成法：該法的缺點是化工合成過程中常會產生多種副產物，因其安全性問題，該類產品越來越受到公眾的抵制；3）微生物發酵法：是利用微生物發酵生產類胡蘿卜素的方法，是目前生產類胡蘿卜素的最佳方法，而紅酵母是產類胡蘿卜素的常用菌種之一[8-9]。紅酵母發酵對培養基營養要求簡單，發酵周期短，代謝產物無毒無害，且能合成大量類胡蘿卜素，故利用紅酵母發酵一些廉價的農副產品生產類胡蘿卜素已成為近些年的研究熱點[10-14]。紅酵母發酵產類胡蘿卜素傳統培養基組分為葡萄糖、蛋白胨、酵母粉等，成本很高[15]；也有紅酵母發酵廉價農副產品產類胡蘿卜素的報道，但由于這些廉價材料缺乏紅酵母發酵可利用的養分，常需要添加額外的碳源、氮源等物質，使得生產成本提高[9,16-17]。豆腐渣雖然便宜且產量大，但其干物質中約50%為紅酵母不能利用的纖維素及半纖維素[1,18]，關于紅酵母發酵豆腐渣產類胡蘿卜素也鮮有報道。鑒于此，本研究以豆腐渣酸解為切入點，選用胃酸主要成分鹽酸，利用單因素試驗結合正交試驗的方法，先對豆腐渣酸解產還原糖工藝進行優化，以解決嗜還原糖紅酵母不能利用豆腐渣纖維素及半纖維素，需要額外添加還原糖為碳源的技術瓶頸。然后，再采用單因素試驗、Plackett-Burman試驗回歸分析、Box-Behnken試驗及響應面分析，優化嗜還原糖紅酵母發酵富含還原糖豆腐渣酸解液產類胡蘿卜素的工藝。本研究可為利用廉價豆腐渣開發高附加值類胡蘿卜素功能飼料提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

紅酵母（）：山西農業大學發酵工程實驗室保藏。豆腐渣：將太谷縣北沙河豆腐廠提供的豆腐渣烘至恒量，測得粗蛋白質質量分數為25.64%，粗脂肪質量分數為9.74%，還原糖質量分數為0.35%，灰分質量分數為0.73%，酸性洗滌纖維質量分數為24.44%，中性洗滌纖維質量分數為41.69%。

1.2 方法

紅酵母發酵豆腐渣產類胡蘿卜素工藝優化流程圖如圖1所示。

圖1 紅酵母發酵豆腐渣產類胡蘿卜素工藝優化流程圖

1.2.1 紅酵母培養基配方與種子液制備

紅酵母斜面培養基配方：葡萄糖15 g/L，蛋白胨5 g/L，KH2PO40.5 g/L，NaCl 1 g/L，K2HPO40.5 g/L，MgSO40.54 g/L，瓊脂20 g/L，pH值 6.0。紅酵母液體種子培養基配方：葡萄糖40 g/L，蛋白胨10 g/L，酵母粉10 g/L，裝量50 mL/(250 mL)，pH值6.0。紅酵母種子液制備：從斜面培養基上挑取兩環紅酵母，接種于50 mL滅菌液體種子培養基中，30 ℃，60 r/min振蕩培養48 h，用滅菌水調整紅酵母種子液濃度為8.5×109CFU/mL，備用。

1.2.2 豆腐渣酸解產還原糖工藝優化

以豆腐渣酸解還原糖得率為檢測指標，對鹽酸濃度、料液比、酸解溫度、酸解時間分別進行單因素試驗，上述4因素梯度設計見表1，設計依據為文獻[8,19]以及前期預試驗結果。在做每個單因素試驗時，要保持另外3個因素不變。然后，基于上述單因素試驗篩選出的酸解最佳單因素參數，進行L9（34）正交試驗，正交試驗因素與水平見表2，通過該試驗旨在獲得豆腐渣酸解產還原糖工藝參數優化組合。

1.2.3 紅酵母發酵豆腐渣酸解液產類胡蘿卜素工藝優化

以類胡蘿卜素產量為檢測指標，對紅酵母發酵豆腐渣酸解液可能有影響的7個因素（見表3）進行單因素試驗，試驗設計（表3）依據為前期預試驗結果。在做每個單因素試驗時，要保持另外6個因素不變。基于上述單因素試驗結果，再進行Plackett-Burman試驗回歸分析[20]，試驗設計見表4，旨在篩選出影響紅酵母發酵豆腐渣酸解液產類胡蘿卜素的主要因素。然后，以Plackett-Burman試驗篩選出的4個主要因素：豆腐渣酸解液pH值、紅酵母接種量、發酵溫度及發酵時間為自變量，類胡蘿卜素產量為響應值，設計四因素三水平Box-Behnken響應面分析試驗（見表 5），優化紅酵母發酵豆腐渣酸解液產類胡蘿卜素工藝。

表1 豆腐渣酸解單因素試驗

表2 正交試驗因素與水平表

表3 紅酵母發酵豆腐渣酸解液單因素試驗

表4 Plackett-Burman試驗設計

表5 Box-Behnken試驗設計

1.2.4 相關指標測定方法

還原糖得率的測定：采用3,5-二硝基水楊酸（DNS）法[8]；類胡蘿卜素的測定：采用酸熱破壁-丙酮提取-比色法[8]。

1.2.5 數據處理

用SPSS 24.0進行單因素方差分析、Duncan多重比較及獨立樣本檢驗，用Design-Expert 10.0進行Plackett-Burman與Box-Behnken試驗設計，用GraphPad Prism 7.0作圖。

2 結果與分析

2.1 豆腐渣酸解產還原糖工藝優化

2.1.1 單因素試驗

由圖2a可知，隨著鹽酸濃度的增大，豆腐渣酸解還原糖得率先增加后減小。當鹽酸濃度為1.0 mol/L時，還原糖得率最高，且與臨近檢測點數據差異顯著（<0.05）。在圖2b與圖2d中，豆腐渣酸解還原糖得率均呈現先升到最大值、再緩慢下降的趨勢。當料液比（g/mL）為1∶10、酸解時間為3 h，還原糖得率均達最大值，且與臨近檢測點數據差異均顯著（<0.05）。由圖 2c可見，隨著酸解溫度的升高，豆腐渣酸解還原糖得率呈線性增加。由于常壓下水浴最高溫度為100 ℃，再提高溫度就需要高壓或油浴，使酸解工藝復雜化，并使成本大幅升高，故選擇100 ℃為最優酸解溫度。

注：圖2a中，料液比（g·mL-1）1∶10，酸解溫度100 ℃，酸解時間3.0 h；圖2b中，鹽酸濃度1.0 mol·L-1，酸解溫度100 ℃，酸解時間3.0 h；圖2c中，鹽酸濃度1.0 mol·L-1，料液比（g·mL-1）1∶10，酸解時間3.0 h；圖2d中，鹽酸濃度1.0 mol·L-1，料液比（g·mL-1）1∶10，酸解溫度100 ℃。圖中相同小寫字母表示差異不顯著（P>0.05），不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05），下同。

2.1.2 正交試驗

根據2.1.1單因素試驗篩選出的酸解最佳單因素參數，進行L9（34）正交試驗，試驗結果見表6。比較表6極差（）大小可知，豆腐渣酸解產還原糖影響因素作用大小排序為：鹽酸濃度（）、酸解溫度（）、酸解時間（）、料液比（）。再根據單因素K值的大小判斷最優水平，K值最大的即為該單因素的最優水平[21]，因此豆腐渣酸解產還原糖工藝參數優化組合為2232。由于該組合不在表6正交試驗設計之內，故對該組合進行了驗證試驗，測得還原糖得率為29.06%±0.07%，顯著高于正交試驗表中最高還原糖得率28.91%±0.03%（<0.05），從而驗證了豆腐渣酸解產還原糖工藝參數優化組合為2232，即鹽酸濃度1.0 mol/L，料液比（g/mL）1∶10，酸解溫度100 ℃，酸解時間3.0 h。

2.2 紅酵母發酵豆腐渣酸解液產類胡蘿卜素工藝優化

2.2.1 單因素試驗

由圖3可見，類胡蘿卜素產量變化均呈現先增加后減小的趨勢。當7個單因素數值分別為發酵底物pH值6.0、裝液量80 mL/(500 mL)、接種齡48 h、接種量10%、轉速60 r/min、發酵溫度30 ℃、發酵時間120 h，類胡蘿卜素產量分別達最大峰值，并且每個峰值與其臨近檢測點數據比較，均顯示差異顯著（<0.05）。

表6 正交試驗結果

2.2.2 Plackett-Burman試驗

Plackett-Burman試驗回歸分析表明，該試驗設計模型的決定系數（2）為0.958 8，調整決定系數（2Adj）為0.845 3，試驗整體因素模型值為0.041＜0.05，說明整體模型對試驗結果有顯著影響，Plackett-Burman試驗結果具有可信度。對該模型進一步分析發現，豆腐渣酸解液pH值、接種量、發酵溫度及發酵時間對類胡蘿卜素產量影響最為顯著（<0.05），也就是說上述4因素是影響紅酵母發酵豆腐渣酸解液產類胡蘿卜素的主要因素。因此選擇上述4個因素進行后續Box-Behnken響應面優化試驗。

2.2.3 Box-Behnken響應面優化試驗

基于2.2.1單因素試驗與2.2.2 Plackett-Burman試驗的結果，固定裝液量80 mL/(500 mL)、接種齡48 h、轉速60 r/min，選取豆腐渣酸解液pH值（1）、接種量（2）、發酵溫度（3）、發酵時間（4）進行Box-Behnken試驗設計，試驗結果見表7。采用Design-Expert 10.0 軟件，對表7試驗結果進行多元回歸擬合，得到類胡蘿卜素產量（）對編碼自變量1、2、3、4的二次多項回歸方程（1）。

=2.54+0.0401+0.0332+0.0723+0.0724

+0.01312-0.06013+0.01214+0.1623

+0.06024-0.01734-0.1412-0.1722-0.1032

-0.1342。（1）

注：圖3a中，裝液量80 mL·(500 mL)-1，接種齡48 h，接種量10%，轉速60 r·min-1，發酵溫度30 ℃，發酵時間120 h；圖3b中，pH值 6.0，接種齡48 h，接種量10%，轉速60 r·min-1，發酵溫度30 ℃，發酵時間120 h；圖3c中，pH值 6.0，裝液量80 mL·(500 mL)-1，接種量10%，轉速60 r·min-1，發酵溫度30 ℃，發酵時間120 h；圖3d中，pH值 6.0，裝液量80 mL·(500 mL)-1，接種齡48 h，轉速60 r·min-1，發酵溫度30 ℃，發酵時間120 h；圖3e中，pH值 6.0，裝液量80 mL·(500 mL)-1，接種齡48 h，接種量10%，發酵溫度30 ℃，發酵時間120 h；圖3f中，pH值 6.0，裝液量80 mL·(500 mL)-1，接種齡48 h，接種量10%，轉速60 r·min-1，發酵時間120 h；圖3g中，pH值 6.0，裝液量80 mL·(500 mL)-1，接種齡48 h，接種量10%，轉速60 r·min-1，發酵溫度30 ℃。

表7 Box-Behnken試驗設計及響應值

由表8回歸模型方差分析可知，模型值小于0.001，表明整體模型對試驗結果具有極顯著的影響，模型具有可信度。失擬項值為0.926 6（>0.05），失擬檢驗不顯著，表明模型選擇適當。該模型的決定系數2=0.964 4、調整決定系數2Adj=0.928 7，表明該模型的擬合程度好，預測值和試驗值之間的相關性好、誤差小、可信度高。變異系數CV=1.75%，表明試驗的重復性較好，結果較精確。由此可見，該模型是可靠的，可用于紅酵母發酵豆腐渣酸解液產類胡蘿卜素工藝優化的理論預測。

表8 回歸模型方差分析

注：*表示差異顯著（<0.05）；**表示差異高度顯著（<0.01）；***表示差異極顯著（<0.001）。

Note: * means signifinant difference(<0.05); ** means highly signifinant difference(<0.01); *** means extremely signifinant difference(<0.001).

從模型回歸系數顯著性檢驗可知，影響類胡蘿卜素產量（）的4個主要因素作用大小排序為：3=4>1>2；兩因素交互作用對有顯著影響的包括13、23與24，其中2與3交互作用對有極顯著影響。為了直觀展現上述交互作用，利用Design-Expert 10.0 軟件，對回歸模型進行響應面分析，繪制了13、23與24交互作用對類胡蘿卜素產量影響的響應面圖（圖4）。

注：圖4a中接種量10%，發酵時間120 h；圖4b中發酵底物pH值6.0，發酵時間120 h；圖4c中發酵底物pH值 6.0，發酵溫度30 ℃。

圖4a表示pH值與發酵溫度的交互作用，當固定接種量為10%，發酵時間為120 h時，類胡蘿卜素產量隨著pH值和發酵溫度的增大而逐漸增大，當達到中心點后又逐漸降低。圖4b表示接種量與發酵溫度的交互作用，當固定發酵底物pH值為6.0，發酵時間為120 h時，類胡蘿卜素產量隨接種量與發酵溫度變化而變化的趨勢同圖 4a。圖4c表示接種量與發酵時間的交互作用，當固定發酵底物pH值為6.0，發酵溫度為30 ℃時，類胡蘿卜素產量隨接種量與發酵時間變化而變化的趨勢也與圖4a相同。

2.2.4 最優工藝參數的確定與驗證

用2.2.3 Box-Behnken響應面優化試驗建立的回歸模型，預測出紅酵母發酵豆腐渣酸解液產類胡蘿卜素主要工藝參數優化組合為：發酵底物pH值6.02，接種量10.88%，發酵溫度31.27 ℃，發酵時間127.96 h，在此條件下類胡蘿卜素產量預測值為（2.59±0.03）mg/L。為了便于操作，將上述優化工藝參數調整為發酵底物pH值 6.0，接種量11%，發酵溫度31 ℃，發酵時間128 h。經過3次平行驗證試驗，測得類胡蘿卜素產量為（2.65±0.02）mg/L，與模型預測值無顯著差異（>0.05），從而驗證了該模型及優化工藝參數的可靠性。由于紅酵母發酵豆腐渣酸解液發酵條件優化前（發酵底物pH值 6.0，接種量10%，發酵溫度30 ℃，發酵時間120 h），測得類胡蘿卜素產量為（2.16±0.06）mg/L，故紅酵母發酵條件的優化使類胡蘿卜素產量提高了22.7%（<0.01）。在相同發酵條件下，紅酵母發酵未酸解豆腐渣（對照組），測得類胡蘿卜素產量為（1.58±0.01）mg/L；而紅酵母發酵豆腐渣酸解液，測得類胡蘿卜素產量為（2.65±0.02）mg/L，故紅酵母發酵豆腐渣工藝優化使類胡蘿卜素產量提高了67.7%（<0.01），從而進一步驗證了本文優化工藝的可行性。

3 討 論

紅酵母是一類以芽殖為主、形態構造簡單的單細胞真菌，其代謝產物不僅無毒無害，而且包含不飽和脂肪酸、維生素及類胡蘿卜素等人和動物正常代謝必需營養物質，其菌體蛋白還是優質飼料蛋白質[22]。本研究團隊將實驗室前期分離的紅酵母鑒定為，用該紅酵母發酵醋糟，使醋糟中粗蛋白質含量與真蛋白質含量分別提高了27.68%與36.04%，類胡蘿卜素產量為6.60 mg/kg，極大提高了醋糟的飼用價值[15]。

在中國，傳統豆制品生產年耗用大豆原料約600萬t，鮮豆渣年排放量約3 000萬t，后者含有抗營養因子，直接用來喂豬會降低飼料營養物質的吸收，造成豬只腹瀉，生產性能下降[18]。為使排放量巨大、價格低廉的豆腐渣的飼用價值得以提高，本團隊進行了紅酵母發酵豆腐渣產類胡蘿卜素研究。

可利用碳源對酵母生長代謝至關重要，既為酵母細胞提供結構物質，又為酵母生長代謝提供能量[23-24]。紅酵母易于利用的碳源是還原糖[17,25]，但豆腐渣中卻缺乏還原糖[3,8]，豆腐渣干物質中約50%為紅酵母不能利用的纖維素及半纖維素[1,18]，而添加還原糖進行紅酵母發酵又使得生產成本升高。因此，本研究首先以提高豆腐渣還原糖含量為目標，選用胃酸主要成分鹽酸，利用單因素試驗結合正交試驗的方法，對豆腐渣酸解產還原糖工藝進行了優化。試驗結果表明，豆腐渣酸解產還原糖工藝參數優化組合為：鹽酸濃度1.0 mol/L，料液比（g/mL）1∶10，酸解溫度100 ℃，酸解時間3.0 h，該條件下還原糖得率高達29.06%±0.07%。其機理可能是，在高溫條件下，豆腐渣粗纖維分子單糖殘基間的-1,4-糖苷鍵被鹽酸破壞，粗纖維分子聚合度降低，進而形成低聚糖、二糖以及單糖[26-27]，故豆腐渣酸解液中還原糖含量得以大幅提升。然后，在富含還原糖的豆腐渣酸解液中，接種嗜還原糖紅酵母種子液，并進行了發酵產類胡蘿卜素工藝優化試驗。在單因素試驗、Plackett-Burman試驗回歸分析基礎上進行的Box-Behnken試驗及響應面分析結果表明，該發酵工藝參數優化組合為：豆腐渣酸解液pH值 6.0，裝液量80 mL/(500 mL)，紅酵母接種齡48 h，接種量11%（種子液濃度為8.5×109CFU/mL），轉速60 r/min，發酵溫度31 ℃，發酵時間128 h，在此條件下類胡蘿卜素產量達（2.65±0.02）mg/L，比未進行工藝優化的對照組的類胡蘿卜素產量提高了67.7%，該結果與文獻[17,23-25]報道的紅酵母培養基還原糖含量升高會提高類胡蘿卜素產量的試驗結果相吻合。

本研究的特色在于，當發現豆腐渣中缺乏紅酵母發酵可利用的碳源時，本試驗設計沒有遵循常規添加額外碳源，而是選用高溫、短時間酸解約占豆腐渣干物質50%、且不能被紅酵母利用的纖維素及半纖維素，使其轉化為紅酵母易于利用的還原糖，并且酸解工藝參數優化控制恰到好處，因為豆腐渣酸解產物不但沒有對后續紅酵母發酵產生負面影響，而且極顯著提高了功能性發酵產物類胡蘿卜素的產量，解決了紅酵母發酵不能利用豆腐渣纖維素及半纖維素、需額外添加可利用碳源的技術瓶頸，并優化了紅酵母發酵豆腐渣產類胡蘿卜素的工藝，使功能性發酵產物類胡蘿卜素的產量極顯著提高。

由于紅酵母發酵會產生脂肪酶等多種消化酶[28]以及多種有營養的代謝產物，特別是會產生大量高營養酵母菌體蛋白[29]，故紅酵母發酵豆腐渣有望提高豆腐渣的飼用價值。紅酵母發酵究竟能改變豆腐渣的哪些營養成分有待后續研究。至于紅酵母發酵豆腐渣過程中還會產生哪些有益代謝產物，發酵產酶能否降解豆腐渣中的抗營養因子等學術問題，也有待后續深入研究。本研究為利用廉價、低營養、排放量巨大的豆腐渣，開發高附加值、高營養的類胡蘿卜素功能飼料提供了參考。

4 結 論

1）豆腐渣酸解產還原糖工藝參數優化組合為：鹽酸濃度1.0 mol/L，料液比（g/mL）1∶10，酸解溫度100 ℃，酸解時間3.0 h；該條件下，豆腐渣酸解還原糖得率達29.06%±0.07%。

2）用嗜還原糖紅酵母發酵富含還原糖豆腐渣酸解液，發酵工藝參數優化組合為：豆腐渣酸解液pH 值6.0，裝液量80 mL/(500 mL)，紅酵母接種齡48 h，接種量11%（種子液濃度為8.5×109CFU/mL），轉速60 r/min，發酵溫度31 ℃，發酵時間128 h；在此條件下，類胡蘿卜素產量達（2.65±0.02）mg/L，比未進行工藝優化的對照組的類胡蘿卜素產量提高了67.7%。

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Optimization of the process for carotenoid production from bean curd residue fermented by

Wang Ning1, Yang Jiye2, Chen Shuming1※, Xin Jiaying3, Song Jing1, Zhang Jianxin1, Wang Qianqian1

(1.,,030801,; 2.,030027,;3.,,150076,)

Bean curd residue as livestock feed contains crude protein, crude fat and other nutrients. However, more than 50% contents in bean curd residue are the indigestible dry matters (mainly cellulose and hemicellulose), while the absorption of nutrients can also be interfered by the trypsin inhibitor and other anti-nutritional factors. Consequently, the specific pretreatment of bean curd residue can increase the digestibility, absorption rate, utilization of feed nutrients, and the production performance of livestock and poultry. In order to improve the feeding value of bean curd residue, this study aims to explore an optimization technology for carotenoid production from the fermented bean curd residue by. Firstly, the yield of reducing sugar was taken as the index in the acidolysis solution of bean curd residue, while a single factor test was carried out on four factors: hydrochloric acid concentration, solid-liquid ratio, acidolysis temperature and acidolysis time. In L9(34) orthogonal test, the optimal combination of parameters for the yield of reducing sugar from bean curd residue by acidolysis was as following: hydrochloric acid concentration was 1.0 mol/L, solid-liquid ratio (g/mL) was 1:10, acidolysis temperature was 100 ℃, and acidolysis time was 3.0 h. At this condition, the yield of reducing sugar reached 29.06%±0.07% in the optimal acidolysis solution of bean curd residue.was selected to ferment the acidolysis solution of bean curd residue rich in reducing sugar, and thereby produce functional nutrient carotenoids. The yield of carotenoid was taken as the indictor, and the single factor test was carried out on 7 factors, such as fermentation temperature and time, which can affect the fermentation of acidolysis solution of bean curd residue by. In the single factor test, Plackett-Burman test regression was used to screen out the main influencing factors. The results showed that the main factors influencing the yield of carotenoid were the pH value of the acidolysis solution of bean curd residue, inoculum amount of, fermentation temperature and fermentation time. Three levels of Box-Behnken response surface test were designed to optimize the four main factors as independent variables, and the yield of carotenoid as the response value. The optimal combination of technological parameters was obtained: the pH value of the fermented acidolysis solution of bean curd residue was 6.0, liquid volume was 80 mL/ (500 mL), inoculation age was 48 h, inoculation amount was 11% (the concentration of seed liquid was 8.5×109CFU/mL), rotation speed was 60 r/min, fermentation temperature was 31℃, fermentation time was 128 h. In this case, the yield of carotenoids reached (2.65±0.02) mg/L, which was 67.7% higher than that by non-optimized fermentation techniques.In, there wereonly simple nutrient requirements, including short fermentation cycle, non-toxic metabolites, easy to synthesize plentiful carotenoid in a short period of time. Carotenoid can serve as antioxidant to enhance immunity, thereby to prevent cardiovascular and cerebrovascular diseases, and cancer.Therefore, the deep-processing is expected that the bean curd residue can be translated into carotenoid functional feed with high value-added and nutrition. The optimized technique for carotenoid production from the fermented bean curd residue bycan provide a promising prospect and remarkable potential market for livestock feed.

fermentation; optimization; bean curd residue; acidolysis; reducing sugar;; carotenoid

王寧，楊繼業，陳書明，等. 紅酵母發酵豆腐渣產類胡蘿卜素工藝優化[J]. 農業工程學報，2020，36(9)：323-330.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.037 http://www.tcsae.org

Wang Ning, Yang Jiye, Chen Shuming, et al. Optimization of the process for carotenoid production from bean curd residue fermented by[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(9): 323-330. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.037 http://www.tcsae.org

2019-12-18

2020-04-24

山西省重點研發計劃項目（201903D221013、201603D221027-3）；山西省優秀人才科技創新項目（201705D211029）；晉中市科技攻關項目（N1612）；國家現代肉羊產業技術體系專項（CARS-38）

王寧，研究方向為動物細胞分子調控與生物工程。Email：wangning950203@163.com

陳書明，教授，研究方向為動物細胞分子調控與生物工程。Email：13834834183@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.09.037

S816.9

A

1002-6819(2020)-09-0323-08