玉米淀粉糖渣制備米曲及其性能研究

玉米淀粉糖渣制備米曲及其性能研究

柴油是人們?nèi)粘Ｉ钪斜匾恼{(diào)味材料。醬油生產(chǎn)大多數(shù)以大豆(或豆粕)和小麥面粉為原料(有的輔以麩皮),經(jīng)米曲霉培養(yǎng)制成米曲,再經(jīng)發(fā)酵、淋油、加糖色、滅菌等工序而成。糖渣是在制糖工業(yè)或味精生產(chǎn)等加工過程中得到的副產(chǎn)品,產(chǎn)量很大。糖渣中營養(yǎng)物質(zhì)的種類全,含量豐富。根據(jù)原料種類的不同,糖渣可以分為淀粉糖渣、甜菜渣、甘蔗渣、果渣等,其中淀粉糖渣是由各類谷物淀粉(包括玉米、小麥、大米等)及薯類淀粉經(jīng)酸水解或酶解制糖后經(jīng)壓濾所得的殘渣。玉米淀粉糖渣是將玉米中淀粉水解制糖后得到的殘渣。國內(nèi)大多數(shù)玉米淀粉制糖企業(yè)并沒有綜合利用糖渣的完整計劃,基本上是采取低價銷售的策略,將糖渣作為低附加值的飼料直接出售給飼料行業(yè),經(jīng)濟(jì)效益很低且糖渣并未得到合理及有效利用。筆者根據(jù)玉米淀粉糖渣中組分含量及其目前市場上的利用情況,在實驗室進(jìn)行以玉米淀粉糖渣為原料制備米曲發(fā)酵醬油性質(zhì)的研究。1材料和方法1.1病毒米曲霉(Aspergillusoryzae)滬釀3.042,江南大學(xué)工業(yè)生物技術(shù)教育部重點實驗室保藏。1.2獼猴桃斜面培養(yǎng)基(PDA):馬鈴薯200g去皮,切成小塊,加水煮沸30min,然后用紗布過濾,加葡萄糖20g,瓊脂20g,補(bǔ)水至1000mL,pH自然,分裝,121℃滅菌20min。米曲種曲培養(yǎng)基:麩皮100g,煮沸30min,紗布過濾,補(bǔ)足水至1000mL,分裝,121℃滅菌20min。米曲成曲培養(yǎng)基:500mL三角瓶總裝料量28g(干基);麩皮干基量14g;糖渣與豆粕按一定配比添加,m(干物料)∶V(水)=1∶1。1.3理化指標(biāo)及分析方法中性蛋白酶和糖化酶活力測定參照文獻(xiàn)進(jìn)行。氨基態(tài)氮含量和總酸含量測定采用甲醛滴定法?？偟繙y定采用凱式定氮法。還原糖含量測定采用DNS法?？扇苄钥偣绦挝锖繙y定采用烘干稱質(zhì)量法。NaCl含量測定采用AgNO3滴定法。重金屬離子含量的測定采用原子吸收法。1.4米曲、興化和發(fā)酵1.4.1mm粉末制備將玉米淀粉糖渣粉碎,用0.21mm標(biāo)準(zhǔn)篩過篩成有一定粒度大小的粉末狀。麩皮和豆粕按比例添加后潤水3h,121℃滅菌20min。1.4.2米曲制備以孢子懸浮液形式,按總物料(濕基)的10%接種,30℃培養(yǎng)72h即得成曲。1.4.3加入鹽水階段稱取一定質(zhì)量的米曲成曲,按照m(成曲)∶V(鹽水)=1∶2.2比例加入鹽水,鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%,發(fā)酵溫度40℃,發(fā)酵時間60d,發(fā)酵結(jié)束后過濾,80℃滅菌30min。2結(jié)果與討論2.1醬油釀造原料的選擇條件玉米淀粉糖渣主要組分含量測定結(jié)果見表1和表2。由表1和表2可知:營養(yǎng)物質(zhì)種類全面、含量豐富,且重金屬含量均在國家食品級原料規(guī)定范圍內(nèi),滿足醬油釀造原料的選擇條件。所以,根據(jù)玉米淀粉糖渣的組分和價格情況,如果用來代替或部分代替豆粕,再添加其他輔料培養(yǎng)米曲釀造醬油,將會使原料成本大大降低。2.2基于玉米淀粉糖渣的原料制備的米曲條件的優(yōu)化2.2.1角瓶培養(yǎng)溫度對米曲霉活的影響取不同發(fā)酵時間試樣,分別測定其中性蛋白酶和糖化酶活力,繪制米曲霉產(chǎn)酶時間曲線,確定最佳產(chǎn)酶時間,結(jié)果如圖1所示。米曲霉培養(yǎng)48h內(nèi),三角瓶中只有白色菌絲體生長;當(dāng)培養(yǎng)時間達(dá)到48h后開始扣瓶,此時三角瓶中開始有黃綠色的孢子產(chǎn)生,且其中性蛋白酶和糖化酶分泌量逐漸增加。由圖1可知:在培養(yǎng)72h后,三角瓶中充滿黃綠色孢子且中性蛋白酶和糖化酶比活力達(dá)到最高,分別為1800和55U/g;此后,由于原料的消耗,米曲霉開始衰老、死亡,其分泌的酶活力開始逐步下降,其中中性蛋白酶活力下降的幅度較大,相對于72h時的酶活,發(fā)酵120h時的酶活下降44.4%,而糖化酶活力下降12.7%。由實驗結(jié)果確定米曲成曲的培養(yǎng)時間為72h。2.2.2最佳裝料量的確定固態(tài)發(fā)酵物料層的厚度能影響微生物生長過程中氣體的傳遞作用,對水分的揮發(fā)也有一定的影響。而微生物均是在比較適宜的水活度環(huán)境中正常生長的。因此,筆者考察裝料量對微生物產(chǎn)酶能力的作用。在500mL三角瓶中分別裝料16、24、32和40g(干基),培養(yǎng)72h后測定其中性蛋白酶活力和水活度,以確定最佳裝料量,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知:500mL三角瓶中裝料32g時,中性蛋白酶比活力最高,為2300U/g;低于32g時,雖然培養(yǎng)基中O2和CO2的傳遞較好,但是,可能由于水分的揮發(fā)程度不同,也影響到微生物的產(chǎn)酶,且原料的利用率低;高于32g時,物料的透氣性作用占主導(dǎo)地位,培養(yǎng)基厚,不利于O2和CO2的傳遞,影響微生物的生長,進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)酶效果差。2.2.3料水比對中性蛋白酶和糖化酶活力的影響500mL三角瓶中裝料32g(干基),分別考慮在不同料水比的情況下,培養(yǎng)72h后中性蛋白酶活力和糖化酶活力的變化情況。由圖3可看出:當(dāng)料水比為1∶1時,中性蛋白酶比活力達(dá)到3000U/g,而糖化酶活力在料水比為1∶1和1∶1.2時變化不大,能夠達(dá)到60U/g。料水比過高或過低,都導(dǎo)致米曲霉產(chǎn)酶能力不同程度的下降。料水比過低時,培養(yǎng)基中水分較高,不利于菌絲的生長,易染雜菌,培養(yǎng)基易結(jié)塊,不利于通風(fēng),所以產(chǎn)酶較低;而料水比過高,則培養(yǎng)基表面干化較快,發(fā)酵不徹底,產(chǎn)酶亦低。根據(jù)以上結(jié)果,實驗確定料水比為1∶1。2.2.4中性蛋白酶和糖化酶活力測定500mL三角瓶中總裝料量32g,料水比1∶1,麩皮干基質(zhì)量16g,糖渣和豆粕選取不同質(zhì)量比分別進(jìn)行發(fā)酵,72h后測定中性蛋白酶活力和糖化酶活力,確定糖渣和豆粕比例,結(jié)果如圖4所示。由圖4可知:當(dāng)糖渣和豆粕質(zhì)量比為8∶2時,米曲霉產(chǎn)中性蛋白酶的活力達(dá)到3600U/g,而糖化酶活力卻隨著糖渣與豆粕比例的降低而降低,這可能跟糖渣和豆粕中組分含量不同有關(guān),導(dǎo)致其中營養(yǎng)成分利用的難易程度不同。由實驗結(jié)果選取糖渣和豆粕比例為8∶2。2.2.5玉米淀粉糖渣制備米曲過程中各因素的優(yōu)化采用正交試驗考察裝料量、料水比、原料配比對中性蛋白酶比活力的影響,試驗因素水平、結(jié)果和分析如表3～表5所示。從表4、表5可以看出:玉米淀粉糖渣制備米曲過程中各個因素的影響程度從大到小依次是料水比、原料配比、裝料量;最優(yōu)試驗組合為A1B2C2D2,即裝料量28g,料水比1∶1,m(糖渣)∶m(豆粕)=8∶2,培養(yǎng)溫度30℃。在此條件下,米曲霉中性蛋白酶比活力能夠達(dá)到3710.81U/g,滿足工業(yè)上釀造醬油所需要求。2.2.6不同鹽濃度的鹽水溶液對米曲成曲酶活力的影響蛋白酶活力和糖化酶活力作為鑒定醬油發(fā)酵中菌種優(yōu)劣的主要指標(biāo),其對原料的水解作用會受到鹽濃度明顯的抑制作用。而醬油的發(fā)酵過程又是在一定鹽濃度下進(jìn)行的,因此,考察鹽濃度對酶活力的影響更能夠體現(xiàn)水解效果。選取13%、14%、15%、16%、17%、18%6個不同鹽濃度的鹽水溶液分別提取發(fā)酵結(jié)束后的米曲成曲,稀釋一定倍數(shù)后測定其中酶活力。由圖5可以看出:用磷酸鹽緩沖液提取,中性蛋白酶比活力可達(dá)到4000U/g左右,糖化酶比活力可達(dá)到120U/g左右。相對于緩沖液提取,利用鹽水溶液對米曲成曲酶進(jìn)行提取時,酶活均有一定程度的降低。不同濃度鹽水提取,酶活降低程度亦有所不同?？傮w來講,鹽濃度越高,對酶的抑制作用越大。本實驗中醬油釀造過程是在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%下進(jìn)行的,中性蛋白酶比活力為2000U/g,相對于緩沖液提取,其酶活力下降了49.7%;而糖化酶比活力為46U/g,相對于緩沖液提取,其酶活力下降了62.3%。2.3理化指標(biāo)分析糖渣米曲釀造出240mL醬油,其質(zhì)量分析如表6所示。從表6可以看出:利用玉米淀粉糖渣制備米曲進(jìn)行醬油的發(fā)酵,其常見的理化指標(biāo)分析結(jié)果均可達(dá)到國家二級醬油釀造標(biāo)準(zhǔn),氨基態(tài)氮質(zhì)量濃度可達(dá)到7.1g/L,總氮質(zhì)量濃度為11.9g/L,還原糖質(zhì)量濃度為13.2g/L。但本實驗結(jié)果跟袁建國等的相比,由于側(cè)重點不一樣,結(jié)果有一定的差距,還需要在多菌種混合發(fā)酵方面深入研究。3糖渣米曲所釀造的醬油特性玉米淀粉生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物糖渣可以作為米曲的主要生產(chǎn)原料,所制成糖渣米曲中的中性蛋白酶比活力可達(dá)到4000U/g左右,糖化酶比活力可以達(dá)