甘蔗糖蜜发酵
日期:2018-06-22 作者：广西甘蔗糖蜜网
甘蔗糖蜜发酵，甘蔗糖蜜是工业上蔗糖生产后期的废液 , 含有丰 富的糖分和其它可利用的化学物质[ 1] , 是一种重要的 非粮生物质原料 , 在化工 、 轻工 、 食品 、医药和建材等 行业有广泛应用 。 目前甘蔗糖蜜多被用于发酵生产 各种产品 , 如酒精 、味精 、柠 檬酸 、赖氨酸 、焦糖色素 等[ 2 , 3] 。 利用甘蔗糖蜜可以生产 出澄清度高 、 红色素指数 ≥5 . 5、 色率 ≥30000EBC 、耐 酸性极好的优质焦糖色素 ; 杨芳等[ 6] 以甘蔗糖蜜为原 料发酵生产 L谷氨酸 , 平均产量可以达到 125g/ L , 糖酸转化率为 60 . 14 %。 在国外 , Lee 等[ 7] 以甘蔗糖 蜜为原料 , 采用两步补料分批发酵法生产热凝胶 , 产 量可以达到 60g / L ; Cazet t a 等 [ 8] 研究发现 , 可以利用 运动发酵单胞菌在还原糖浓度高达 300g / L 的甘蔗 糖蜜培养基中发酵生产山梨醇 。 乳酸是重要的工业材料 , 被广泛应用于医药品、 农药 、日用品 、皮革纺织等 。 目前 , 工业上大 多数都以玉米 、大米 、 马铃薯等淀粉质作为原料生产 L乳酸[ 11 ～ 13] , 由于这些原料都是粮食作物 , 所以生产 受到限制 。 如果能利用甘蔗糖蜜作为原料 , 发酵生产 L乳酸则具有优越性 , 目前相关工艺在国内 外未见 报道 。 本研究立足于生产实际 , 以降低生产成 本为原 则 , 研究了以廉价的甘蔗糖蜜为原料发酵生产 L乳 酸的可能性 。 采用摇瓶发酵的方式 , 设置平行的重复 实验并综合实验数据进行分析 , 以尽可能消除实验误 差 。 实验对发酵的初 始糖蜜浓度 、培养温度 、pH 值 调节剂的加入量和氮源替代物做了研究 , 为实现利用 甘蔗糖蜜发酵生产 L乳酸提供理论依据 。 [ 9 , 10] 40 %、30 %、 20 %的初始糖蜜浓度进行发酵 。 在接种 量 6 %、 37 ℃、200r/ min 条件下摇瓶发酵 40 ～ 64h , 每 隔 8h 取样 , 检测还原糖量 、L乳酸产量和细胞菌数 。 1. 4. 4 不同温度下的发酵 分别在 30 ℃、37 ℃、42 ℃和 47 ℃, 初始糖蜜浓度 20 %、接种量 6 %、200r/ min 的条件下摇瓶发酵 40 ～ 56h , 每隔 8h 取样 , 检测还原糖量 、L乳酸产 量和细 胞菌数 。 1. 4. 5 不同碳酸钙加入量的发酵 分别在 4 %、6 %、8 %和 10 %4 个不同碳 酸钙加 入量 , 初始 糖蜜浓度 20 %、接种 量 6 %、37 ℃、200r/ mi n 的条件下摇瓶发酵 40h , 每隔 8h 取样 , 检测还原 糖量 、L乳酸产量和细胞菌数 。 1. 4. 6 不同氮源的发酵 分别配制浓度为 0 %、 0. 1 %、0 . 2 %、0 . 4 %的尿 素( m/ V ) 与1. 5% 酵母粉 ( m / V) 混合后作为培养基 的氮源 , 以 3 %酵母粉 ( m / V)作为对照 , 在初始糖蜜 浓度 20 %、接种量 6 %、37 ℃、200r/ min 的条件 下摇 瓶发酵 40 ～ 64h , 每隔 8h 取样 , 检测还原糖量 、L乳 酸产量和细胞菌数 。 1. 4. 7 检测方法 L乳酸的检测使用山东省科学院生物研究所生 产的 SBA40 生物传感分析仪进行 , 还原糖的检测使 用 DNS 法 , 细胞计数使用血球计数板进行 。 1 材料与方法 1. 1 菌株 鼠李糖乳杆菌诱变菌株 SCT101060( 本实验 室诱变获得) 。 1. 2 甘蔗糖蜜 甘蔗糖蜜由广西凭祥市丰浩酒精有限公司提供 。 将糖蜜溶 于蒸馏水 , 加入 1 %的 絮凝剂聚丙烯 酰胺 ( PAM ) , 过滤后加入浓盐 酸调节至 pH 值 <3 , 水解 过夜后加热处理 1h , 最后加入 20 %N aOH 调节 pH 值至中性[ 14] 。 将糖蜜加入发酵培养基时 , 按照比例 稀释成不同浓度的糖蜜 。 1. 3 培养基 M RS 培养基 : 含还原糖 2 %、 酵母粉 0 . 5 %、 蛋白 胨 1 %、牛肉膏 1 %、M gSO 4 • 7H 2 O0 . 02 %、M nSO 4 0. 005 %、乙酸钠 0 . 5 %、 柠檬酸二铵 0 . 2 %, 自然 pH 值 , 121 ℃灭菌 20min 。 发酵培养基 : 稀释后的甘蔗糖蜜 、酵母粉 3 %、中 和剂 CaCO 3 , 总 体 积 为 100m l , pH 值 6 . 5 ～ 7. 0, 121 ℃灭菌 20min 。 1. 4 方法 1. 4. 1 种子培养 将发酵菌株接种于 M RS 培养基 , 于 37 ℃二氧化 碳厌氧培养箱静置培养 , 经传代培养 8 ～ 10h 后 , 作为 发酵种子液 。 1. 4. 2 单因素实验设计 以经处理后的甘蔗糖蜜作为唯一碳源 , 通过设计 一系列的单因素实验 , 研究不同糖蜜浓度 、 不同温度 、 不同 CaCO 3 浓度 、不同接种量对发酵生产 L乳酸的 影响 [ 15] 2 结果与分析 2. 1 不同初始糖蜜浓度对发酵的影响 因为在发酵过程中 , 发酵液中的底物和产物均能 抑制鼠李糖乳酸杆菌的发酵 , 所以如果发酵液中存在 过高的底物浓度即还原糖的含量过高将会直接影响 L乳酸的产量 。 通过对以不同初始糖蜜浓度发酵的 产酸量以及产酸速度进行研究 , 确定最佳的糖蜜发酵液浓度 。 初始糖蜜浓度从高到低 , 发酵结束时还原糖量分 别为( 20 . 1 ±0 . 31) g/ L 、 ( 0. 9 ±0 . 02)g / L 、 ( 8. 2± 0. 15)g / L 和( 0. 9± 0. 02) g/ L( 图 1) ; L乳酸产量最 大可分别达到( 1 ±0 . 10)g / L 、( 19 . 6 ±0 . 92) g/ L 、 ( 14 . 5± 0. 12)g / L 和( 10 . 6 ±0 . 26)g/ L( 图 2) ; 最大 细胞菌数分别为 8 . 9 ×107 / ml 、2 . 1 ×109/ m l 、1 . 7× 10 / m l 和 2 × 10 / ml( 图 3) 。 由实验结果可知 , 在一定范围内 , 发酵液的初始 糖蜜浓度与 L乳酸产量呈正相关 , 加大浓度可以提 高 L乳酸产 量 。 在 初始 糖蜜 浓度 为 20 %、30 %和 40 % 时 , 随着浓度的升高 , L乳酸的产量也随之升高 。 但由于存在底物抑制现象 , 所以高浓度的糖蜜会导致 G ua ng xi Sciences , V ol .18 N o .3 , A ug ust 2011 9 9 。 1. 4. 3 不同初始糖蜜浓度的发酵
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