《食品安全导刊》刊号:CN11-5478/R 国际:ISSN1674-0270

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利用麸皮发酵生产L-乳酸的研究

2014-11-14 13:53:39 来源: 食品安全导刊

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  □ 孙兆远 江苏食品药品职业技术学院

  摘 要:利用多种酶类将麸皮水解成能被乳杆菌利用的单糖,然后由乳杆菌发酵获取L-乳酸。通过单因素和正交试验得出麸皮酶解最佳工艺为:α-淀粉酶用量30U/g、糖化酶90U/g、酸性蛋白酶3U/g、纤维素酶8U/g。

  关键词:L-乳酸;麸皮;发酵

  L-乳酸能被人体完全代谢,且不产生任何有毒副作用的代谢产物,D-乳酸或DL-乳酸的过量摄入则有可能引起代谢紊乱甚至导致中毒[1]。因此,从健康的角度考虑,用L-乳酸代替目前在食品和医药工业中普遍使用的D-乳酸或DL-乳酸是必然的趋势。本研究以农业废弃物麸皮为原料进行L-乳酸的生产。通过单因素和正交试验获得多酶法生产L-乳酸的最佳条件。

  1实验仪器、材料及方法

  振荡培养箱:苏州威尔、电子天平:上海伦捷、酸度计:上海仪电、恒温水浴锅:上海亚荣、灭菌器:上海申安。

  乳杆菌亚种:中科院菌种保藏中心、麸皮:市售、α-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、酸性蛋白酶:无锡雪梅。

  2实验方法

  2.1 种子培养基与培养条件

  活化及扩大培养基采用MRS培养基[2]。

  2.2 麸皮发酵培养基

  麸皮100g/L,以50℃水配成麸皮乳,121℃灭菌20min。

  2.3 工艺流程

  麸皮培养基→α-淀粉酶酶解→降温至50℃→纤维素酶酶解→升温至60℃→糖化酶酶解→降温至40℃→酸性蛋白酶酶解→乳酸杆菌37℃发酵→乳酸浓度测定

  2.4 L-乳酸的测定

  样品离心后取上清液,加蒸馏水40ml,1mol/L的NaOH溶液25ml,酚酞2滴,煮沸5分钟,趁热用0.5mol/L硫酸标准溶液滴定至淡红色[3]。

  2.5 麸皮酶解单因素实验

  2.5.1α-淀粉酶对L-乳酸产量的影响

  分别添加α-淀粉酶10U/g、20U/g、30U/g、40U/g、50U/g酶解1.5h,再接入10%乳酸杆菌发酵3d。以乳酸含量为指标分析α-淀粉酶对乳酸含量的影响。

  2.5.2糖化酶对L-乳酸产量的影响

  分别加入糖化酶30U/g、60U/g、90U/g、120U/g、150U/g酶解0.5h,再接入10%乳酸杆菌发酵3d。以乳酸含量为指标分析糖化酶对乳酸含量的影响。

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  作者简介:孙兆远(1979-),男,江苏食品职业技术学院讲师,主要从事天然产物应用与开发研究。

  基金项目:江苏省高等职业院校高级访问工程计划资助项目

  2.5.3酸性蛋白酶对L-乳酸产量的影响

  分别加入酸性蛋白酶1U/g、2U/g、3U/g、4U/g、5U/g酶解0.5h,再接入10%乳酸杆菌发酵3d。以乳酸含量为指标分析酸性蛋白酶对乳酸含量的影响。

  2.5.4纤维素酶对L-乳酸发酵的影响

  分别加入纤维素酶5U/g、10U/g、15U/g、20U/g、25U/g酶解1.0h,再接入10%乳酸杆菌发酵3d。以乳酸含量为指标分析纤维素酶对乳酸含量的影响。

  2.5.5最佳酶解条件的确定

  以α-淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶及纤维素酶加入量为因素,以L-乳酸产量为指标,采用L9(34)正交设计分析各种酶对L-乳酸产量的影响,L-乳酸制备流程根据图1进行操作。正交实验因素水平见表1。

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  3结果与分析

  3.1 α-淀粉酶对L-乳酸产量的影响

  麸皮中可被乳杆菌发酵的糖含量很少,大部分是淀粉,因此需要加入适量的α-淀粉酶对其进行水解,以便于L-乳酸的生成[4]。α-淀粉酶添加量对L-乳酸产量的影响如图2所示。从图2中可以看出,随着α-淀粉酶添加量的不断增加,L-乳酸含量不断增加,当α-淀粉酶添加量超过30U/g时,L-乳酸含量增加缓慢,因此确定α-淀粉酶的添加量在30U/g左右。

  3.2 糖化酶对L-乳酸产量的影响

  糖化酶是将淀粉酶水解后的糖类物质进一步水解,生成乳杆菌发酵底物葡萄糖,糖化酶糖化效果的好坏直接影响L-乳酸的产量。由图3可见,糖化酶的添加可以明显增加L-乳酸的产量,特别是从30增至60U/g时.但随着糖化酶添加量的不断增加,L-乳酸产量增加缓慢。因此确定糖化酶的添加量在90U/g左右。
 

  3.3 酸性蛋白酶对L-乳酸产量的影响

  麸皮含有少量粗蛋白,会影响淀粉酶和糖化酶水解淀粉的速度,将其分解可以在一定程度上加快L-乳酸的生成。同时在L-乳酸发酵过程中,酸性蛋白酶还能将麸皮中的蛋白质分解成氨基酸,成为乳杆菌生长的养分,直接被菌体所吸收,促进菌体生长,提高产酸量。酸性蛋白酶对L-乳酸产量影响的结果见图4。由图4可知,酸性蛋白酶可以增加L-乳酸产量,并随着酸性蛋白酶的增加,产酸量也增加,且在添加量为3U/g时出现变缓趋势。

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  3.4 纤维素酶对L-乳酸产量的影响

  麸皮中含有较多的粗纤维,纤维素酶可以将其部分水解成糖类,增加糖化酶和乳杆菌的底物含量,进而增加L-乳酸产量。试验结果见图5。由图5可知,纤维素酶增加了L-乳酸的产量,但是效果不太明显。

  3.5 麸皮生产乳酸正交实验结果

  采用极差法对L-乳酸产量正交实验结果进行分析(表2)。由表2中R值可以看出各因素对结果的影响次序为:D>B>A>C,即糖化酶对L-乳酸产量的影响最大,α-淀粉酶次之,酸性蛋白酶对L-乳酸产量的影响最小。由表2中L-乳酸产量水平对应的k值可以看出,本实验的最佳组合A2B2C2D2,即L-乳酸产量最高时,最佳酶解条件为:α-淀粉酶用量30U/g、糖化酶90U/g、酸性蛋白酶3U/g、纤维素酶8U/g。

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  4 结论

  1.α-淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶、纤维素酶均对L-乳酸产量具有一定的促进作用。其中糖化酶对L-乳酸产量的影响最大,α-淀粉酶次之,酸性蛋白酶对L-乳酸产量的影响最小。

  2.最佳酶解条件为:纤维素酶用量30U/g、α-淀粉酶90U/g、酸性蛋白酶3U/g、糖化酶8U/g

  参考文献:

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  [1]白冬梅,赵学明.玉米生粉发酵生产L-乳酸的研究[J].化学工程,2002,30(3):50-54

  [2]杨虹,史美榕,林宇野.L-乳酸发酵的研究(Ⅱ)-L-乳酸生产菌的选育[J].福州大学学报(自然科学版),1994,22(2):103-106

  [3]金其荣,金丰秋.高光学纯度L-乳酸与可降解塑料聚L乳酸[J].适用技术市场,2000(12):23-24

  [4]陈碧娥,刘祖同.玉米粉直接发酵生产L-乳酸钙[J].华侨大学学报(自然科学版),1995,16(3):318-322

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