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新进展:米曲霉固态发酵豆粕制备大豆肽的研究

   日期:2011-01-12     来源:发酵工业网    作者:发酵网    浏览:1797    评论:0    
  

山东轻工业学院食品与生物工程学院/卫琳 宋俊梅 宁维颖

要 该文对米曲霉固态发酵豆粕生产大豆肽的条件进行了研究。结果表明,最适的发酵原料(由豆粕和麸皮组成)中豆粕含量为93%,发酵温度35℃,初始pH为6.8,发酵时间102h。在此条件下,发酵得到的大豆肽转化率达62.77%。

关键词:固态发酵;米曲霉;大豆肽;转化率

大豆肽即大豆蛋白质经过控制性的水解、精制以后得到的一类活性肽,通常是由3~6个氨基酸组成的低分子量肽。现代研究发现许多小分子量肽在经人体消化道时不被水解,可直接被人体吸收利用,具有降血压和降胆固醇的功能,能使机体疲劳和肌肉酸感迅速消失,身体感到轻松,肌肉变得结实有力。不仅如此,大豆肽溶液还具有良好的加工性能,尤其是大豆肽在大豆蛋白的等电点pH4.3附近保持溶解状态[1]。这一酸溶特性为开发酸性大豆饮料和食品提供了条件。常用的制备方法是酶解法,但利用酶解方法产生的大豆肽具有难以脱除的苦味。

米曲霉的菌丝由多细胞组成,是一类产复合酶的菌株,除产蛋白酶外,还可产淀粉酶糖化酶纤维素酶、植酸酶等[2]。在淀粉酶的作用下,在淀粉酶的作用下,将原料中的直链、支链淀粉降解为糊精及各种低分子糖类,如麦芽糖、葡萄糖等;在蛋白酶的作用下,将不易消化的大分子蛋白质切成数段的小分子,即成为大豆肽,将大豆肽利用酸溶特性提取出来,发现苦味降低,同时伴有酯香味。

豆粕是大豆榨油后的副产物,其蛋白质含量高达加40%~50%,并且还有丰富的碳水化合物和矿物质。随着人们对大豆肽功能特性和营养价值的认识的加深,越来越多的专家开始研究发酵法生产大豆肽,近年来有些学者用固态发酵生产蛋白饲料。但米曲霉固态发酵法生产大豆肽的研究未见报道。本文对米曲霉固态发酵法生产大豆肽的广泛应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料 米曲霉A-9005,山东大学微生物实验室提供。豆粕,山东万得福集团生产。

1.1.2 培养基 斜面培养基:米曲霉A-9005查氏培养基[3];液体活化培养基:米曲霉A-9005查氏培养基[3];发酵培养基及其65%含水量配制发酵基质。配制不同豆粕与麸皮比和pH值(5.4~7.0)的条件下的豆粕,取28g分装于250mL三角瓶中,121℃,20min灭菌,待用。冷却接种,按10%接种,于不同温度下进行发酵。发酵:按

1.1.3 试剂 浓硫酸,双氧水,五水硫酸铜,硫酸钾,硒粉,硼酸,溴甲酚绿,甲基红,盐酸,氢氧化钠,以上试剂均为分析纯。

1.1.4 仪器设备 上海天平仪器厂FA2004分析天平;东联电子HZQ-Q振荡器;北京医用LG10-2.4高速离心机;苏州净化SW-CJ-2G型双人净化工作台;上海申安DSX-280AI型不锈钢手提式灭菌锅;FOSS分析公司全自动凯氏定氮仪;上海精宏MJPS-150型霉菌培养箱。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程 原料(主要为豆粕)®固态发酵®三氯乙酸提取®大豆肽提取液。

将接菌后的发酵培养基放入相对湿度90%霉菌培养箱不同温度下培养。

固体发酵:取一定量的豆粕,按不同比例加入麸皮,调pH至5.4~7.0,发酵料坯含水率调节至65%。经灭菌、冷却,用米曲霉A-9005接种,选择不同的发酵温度,发酵过程和结束后测定发酵豆粕中酸溶蛋白含量。

1.2.2 提取及计算方法 称取5g样品(精确至0.0001g),加入5mL10%三氯乙酸溶液,混合均匀,再加入10mL 5%三氯乙酸溶液,静置沉降5min后转到离心管中,在4000rpm下离心10min,取上清液并转到25mL比色管中定容[4]。

酸溶蛋白测定:按GB/T 5009.5-2003操作[5]。

大豆肽转化率(%)= 酸溶蛋白含量/原豆粕蛋白含量

2 结果与讨论

2.1 发酵时间的确定

1.1.2方法,在90%豆粕含量、10%接种量、pH6.0、30℃培养条件下进行发酵,测定不同发酵时间时样品的酸溶蛋白含量并按1.2.3方法将其转化成转化率,结果见图1。

从图1可知发酵过程中大豆肽转化率随发酵时间增加而增加,在120h以后略有下降,在发酵96h后大豆肽转化率增加速率开始放慢,在120h达到最高点48.61%,从生产角度考虑,发酵时间定在96h,此时的大豆肽转化率达47.78%。

1米曲霉发酵过程转化率的变化

2.2 不同豆粕含量对转化率的影响

在2.1的基础上,分别考察原料中豆粕含量为86%、89%、94%和纯豆粕对转化率的影响,结果见图2。

从图2可知豆粕含量在90%左右大豆肽转化率较高,可以到达53%左右

1米曲霉发酵过程转化率的变化

2.2 不同豆粕含量对转化率的影响

在2.1的基础上,分别考察原料中豆粕含量为86%、89%、94%和纯豆粕对转化率的影响,结果见图2。

从图2可知豆粕含量在90%左右大豆肽转化率较高,可以到达53%左右。

图2 原料中不同豆粕含量对转化率的影响

2.2 pH值对转化率的影响

在前述实验的基础上,分别考查pH5.4、5.8、6.2、6.6、7.0等5个发酵培养基对转化率的影响,结果见图3。

从图3可知随着pH的升高大豆肽转化率是先升高后降低,pH6.6时转化率最高达53.87%。

图3 不同pH对米曲霉转化率的影响

2.2 不同发酵温度对转化率的影响

一般在工农业应用中的绝大多数微生物属于中温性微生物,其最适生长温度为25-35℃。但是生长速度高并不等于发酵速度快,更不等于代谢产物积累量大。因此,在实际生产中必须针对要求来确定培养温度。本实验采用25、28、31和34、37℃5个温度作发酵温度分别发酵,其他条件同2.3。结果如图4,从图4可知34℃时转化率最高,大约为58%。

图4 不同温度对米曲霉转化率的影响

2.5 工艺优化

根据上面单因素实验,对原料中豆粕含量、pH、发酵温度和发酵时间进行L9(34)正交试验,因素与水平见表1,试验结果见表2。

表1 正交试验因素与水平表

A(原料中豆粕含量(%))

B( pH)

C(温度(℃))

D(发酵时间(h))

87

6.4

31

90

90

6.6

33

96

93

6.8

35

102

表2 正交试验结果

试验号

A

B

C

D

转化率(%)

1

1

1

1

1

43.40

2

1

2

2

2

48.65

3

1

3

3

3

56.18

4

2

1

2

3

54.25

5

2

2

3

2

41.28

6

2

3

1

1

50.40

7

3

1

3

2

58.52

8

3

2

1

3

61.04

9

3

3

2

1

52.30

К1

49.38

52.06

51.61

48.70

К2

48.64

50.29

51.70

49.45

К3

57.20

52.96

52.17

57.28

R

8.56

2.67

0.56

8.58

由表2可以看出,A3B3C3D3为实验的最佳组合,即:发酵料坯中豆粕含量为93%,pH为6.8,发酵温度为35℃,发酵102 h。其中豆粕含量和发酵时间的影响最大,其次是pH和温度。

对最佳组合进行双组平行试验得转化率为62.77%。

先前研究的黑曲霉AS3.350固态发酵豆粕生产大豆肽的工艺条件为发酵料坯中原料(由豆粕和麸皮组成)中豆粕含量87%、pH5.8、发酵温度30℃,发酵时间90h。在此条件下发酵豆粕中酸溶蛋白含量为62.35%。可知黑曲霉和米曲霉发酵得大豆肽转化率相差不大,米曲霉的发酵条件比黑曲霉高,发酵时间长,成本较高,但是米曲霉发酵香味较浓。

3 结论

用米曲霉A-9005固态发酵豆粕生产大豆肽的工艺条件为:发酵料坯中原料(由豆粕和麸皮组成)中豆粕含量为93%、pH6.8、发酵温度为35℃,发酵时间为102h。在此条件下发酵豆粕中酸溶蛋白含量为62.37%。

(参考文献略)


 
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