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白曲霉斜面菌種培養(yǎng)條件的優(yōu)化
研究報告
中國釀造
2010年第9期總第222期
?93?
白曲霉斜面菌種培養(yǎng)條件的優(yōu)化
高林峰t,湯慶莉?,吳天祥:?
(1.貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,貴州貴陽550003;2.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,貴州責(zé)陽550025)
摘要:對麩曲醬香白酒生產(chǎn)所需糖化酶菌種:白曲霉的一級種培養(yǎng)工藝條件進行單因素試驗,應(yīng)用Minitabl5軟件設(shè)計了Plack-c葉-t-Burnlan篩選試驗,通過篩選得出蔗糖濃度、硫酸銨濃度、培養(yǎng)。穑戎狄约拔⒘吭嘏浔葹榫N生長的4個顯著性影響因素,并對此進行正交試驗得出白曲霉一級種斜面培養(yǎng)的最優(yōu)條件為蔗糖濃度259/L,硫酸銨濃度3.59/L,MgSO,?7H99K2PO,1.09/L,瓊J].159/L,pH值5.5,培養(yǎng)溫度28。C,菌體糖化酶活力724。8U/g。關(guān)鍵詞:白曲霉:斜面培養(yǎng);工藝優(yōu)化中圖分類號:093--335
文獻標(biāo)識碼:A
文章編號:0254—5071(2010)09-0093—04
1.09/L,KCI。埃梗,
OptimizationofslantculturemediumofwhiteAsperSe/ms
GAOLinfen91,Tang
Qinglil,WUTianxi蛆92.
(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,Guiz凼ouUniversily,Guiyan9550003,China;
2.Schoolofh'fescJclJCC¥,Guizhou
Abstract:Aspergillusplays
an
Universi(y,Guiyang
550025,國ina)
importantmleofsaccharificafionintheproductionofChineseliquor.Thefermentationconditionoftheslantculture
test
mediunwasoptimizedbysingle-factors
inthisstudy.ThePlaekett-Burman
as
experimcmWaSdesignedbysoftwareofMira'tab15.Theoptimalfor-
mentationconditionswcreobtainedbyorthogonaldesignfollowed:theconcentrationofglucose
25班,the
concentrationofammoniumsulfate
ac-
3.5嘰,MgSO,-7H:,‘91.0班,KCl1.0嘰K,PO(1.0班,mediumpHvalue5.5
tivityofglucoamylasewas724.8U/g.
Keywords:whiteAspergi.us,slantculture,optimization
andfermentationtemperature28℃.Undertheseconditions,the
醬香型白酒的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是以高溫大曲為糖化發(fā)酵劑,以高粱為原料生產(chǎn)的。貴州茅臺酒是其典型代表。但由于該工藝生產(chǎn)周期長、糧耗高、產(chǎn)量低資金周轉(zhuǎn)慢、成本高。從而導(dǎo)致醬香型白酒市場價格相對偏高,不能滿足不同層次消費的需求【”。應(yīng)用純種微生物制成麩曲,生產(chǎn)醬香型白酒,成為醬香型白酒生產(chǎn)的另一種途徑,經(jīng)研究其糧耗大幅下降、生產(chǎn)周期明顯縮短,酒質(zhì)基本達到大曲醬香的要求【習(xí)。麩曲白酒質(zhì)量的優(yōu)劣,取決于麩曲和酒母的質(zhì)量這與選育菌種關(guān)系重大,要求麩曲應(yīng)最大限度地將淀粉分解成可發(fā)酵性糖,應(yīng)具有較高的淀粉酶及糖化酶的活力網(wǎng)。在釀酒工業(yè)中,生產(chǎn)麩曲白酒等酒類時白曲霉可作為糖化劑,這是因為白曲霉中的糖化酶可以將淀粉水解為葡萄糖,進而被微生物發(fā)酵產(chǎn)生酒精14】,白曲霉斜面試管培養(yǎng)基的好壞可直接影響到酒質(zhì)的優(yōu)劣。因此本試驗通過對白曲霉斜面試管培養(yǎng)基進行優(yōu)化,以麩曲糖化
收稿日期:20LO-05.11
酶的活力作為檢測指標(biāo),探索白曲霉糖化酶活力最高時的培養(yǎng)條件。1材料與方法1.1菌種
白曲霉:購于四川微生物菌種保藏中心。1.2培養(yǎng)基
斜面培養(yǎng)基:葡萄糖309,NaN0339,MgS04?7H20
KCl
0.59,
0。59,K2P04lg,瓊脂159,蒸餾水1000mL,pH值自然。固體培養(yǎng)基:250mL三角瓶裝A259含水率為65%的
麩皮,恰好可以覆蓋瓶底,0.1MPa滅菌30min。1.3培養(yǎng)方法
斜面培養(yǎng):從活化好的母種試管中挑取黃豆大的菌絲塊,接入斜面,在28℃培養(yǎng)4d。
固體培養(yǎng):從斜面試管中挑。硥K黃豆大小的菌絲塊接入固體培養(yǎng)基,拌勻。培養(yǎng)溫度為28℃,剛開始為堆積培
基金項目:貴州省貴陽市科技局工業(yè)攻關(guān)項目([2009]筑科2合同字第1-057號)
作者簡介:高林峰(1985-),男,山東濟南人,碩士研究生,研究方向為發(fā)酵工程;吳天祥?,教授,通訊作者.
條件,均質(zhì)為60℃、30MPa條件下均質(zhì)2次,121℃殺菌5min。經(jīng)單因素試驗及正交試驗確定其最佳穩(wěn)定劑配方為單甘酯0.2%,黃原膠0.05%,羧甲基纖維素鈉0.12%,蔗糖酯0.1%。制得的產(chǎn)品流體均一,色澤乳白,可穩(wěn)定保存。經(jīng)過上述工藝加工的巴旦木蛋白飲料符合國家飲料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),保質(zhì)期可達12個月。
參考文獻:
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?
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萬方數(shù)據(jù)
2010NO.9
?94?
SerialNo.222
ChinaBrewing
養(yǎng),20h后將培養(yǎng)基混勻平攤在瓶底,24h后培養(yǎng)結(jié)束。1.4檢測方法
1.4.1糖化酶的測定方法嗍
(1)麩曲液的制備:稱。担果熐,加入100mL蒸餾水浸泡lh。
(2)。、B2個三角瓶,A瓶加入20mL蒸餾水,B瓶加入20mL2%淀粉溶液(準(zhǔn)確稱取絕干的可溶性淀粉29,用
少量的水調(diào)勻,倒入70mL的沸水中,并用20mL水反復(fù)洗滌小燒杯,洗液合并其中,用微火煮沸到透明,冷卻后用水定容至100mL,當(dāng)天配制使用)。
(3)向A、B2個三角瓶中各力gXSmL、pH4.67,酸一乙酸鈉緩沖液(2mol/L乙酸溶液:。保保福恚瘫宜嵊盟♂屩粒保,與2moVL乙酸鈉溶液:稱。玻罚玻挂宜徕c溶于水并稀釋至lL,等體積混合即可),然后分別加入5mL浸泡好的麩曲液。
(4)置于30℃水浴鍋反應(yīng)60min后加入3mLlmol/LNaOH終止反應(yīng)。
(5)。矀新的三角瓶C、D盼別加入斐林甲一乙液各5mL,
從反應(yīng)后的A、B2瓶中各。担恚塘Γ钊耄陔姞t上加熱。在沸騰條件下用lg/L葡萄糖溶液進行滴定,直至藍色消失記錄所用葡萄糖液的體積V。、V:。
(6)糖化酶活力(U,妒=(V。.Wx96
1.4.2培養(yǎng)條件優(yōu)化
對碳源、氮源的選定以及對選定后的碳源、氮源的質(zhì)量濃度、微量元素配比、培養(yǎng)時間和培養(yǎng)基Ph值進行單因素試驗。利用Minitabl5軟件設(shè)計了5因素2水平的Plack-ett-Burman篩選試驗,從中找出對菌體生長的顯著性因素并進行正交試驗對其優(yōu)化。2結(jié)果與討論2.1單因素試驗2.1.1碳源、氮源的選擇
(1)碳源的選擇:分別用309/Ll}勺蔗糖、麥芽糖、可溶性淀粉、玉米粉來代替基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的葡萄糖,其他條件均不變進行試驗,結(jié)果見圖1。
600
蠶500
o400
雜300
蜒
避200
_
糖100
O
f-淀粉蔗糖葡萄糖麥芽糖玉米粉
圈一圈-L.-圈.-1-一_.1-.I.J
碳源
圖1
不同碳源對菌體糖化酶活力的影響
Figure1.Effectofdifferentcarbon
sourceon
theactivityofsaccharifying
enzyme
萬方數(shù)據(jù)
碳源是白曲霉乃至任何微生物生長能量代謝的來源,不同的碳源對菌體生長均有不同的影響,由圖l可以明顯看出,蔗糖對菌種產(chǎn)糖化酶的影響最大,而且蔗糖的價格適宜,故選蔗糖作為斜面培養(yǎng)的碳源。
(2)氮源的選擇:用3班的尿素、碳酸氫銨、酵母膏、硫
酸銨和蛋白胨來代替基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的硝酸鈉,其他條件不變進行試驗,結(jié)果見圖2。
5
44
332
●●
硝酸鈉尿素碳酸氡銨酵母臂蛋白胨硫酸銨
氮源的種類
圖2不同氮源對菌體糖化酶活力的影響
Figure2.Effectofdifferentnitrogen
sourceontheactivnyof
sacchariiyingenzyme
氮源是構(gòu)成菌體成分的主要物質(zhì),不同的氮源對菌體的生長及糖化酶的活力的影響也不一樣。由圖2可以明顯看出,白曲霉對酵母膏和硫酸銨的利用率較高,并且考慮到經(jīng)濟因素以及試驗操作的因素,故選擇硫酸銨作為菌種斜面培養(yǎng)的最佳氮源。取10鯽卜S09/L不同濃度的蔗糖加入到斜面培養(yǎng)基當(dāng)中,其他的條件保持不變,觀察對菌體生長的影響,試驗結(jié)果(圖3)可以明顯看出,白曲霉產(chǎn)糖化酶活力隨糖濃度的增加而增加,當(dāng)蔗糖濃度為309/L時達到最佳。
700
玉600
o
500
、400
R
蜒300
塞200
囊100
蔗糖濃度“g?L‘‘)
圖3蔗糖濃度對菌體生長的影響
Figure
3.Effectofsucroseorl
theactivnyofsaccharifyingenzyme
。欤纾梢唬担梗滩煌瑵舛鹊牧蛩徜@tJnA,斜面培養(yǎng)基當(dāng)中,其他條件保持不變,觀察對菌體生長的影響,試驗結(jié)果(圖4)可以明顯看出,白曲霉產(chǎn)糖化酶的活力隨硫酸銨的濃度增加而增加,當(dāng)硫酸銨的濃度為39/L時達到最佳。
2.1.2碳源濃度對菌體生長的影響
2.1.3氮源濃度對茵體生長的影響
中國釀造
2010年第9期研究報告
f
bo
●
√
)長蛭避g耀
硫酸銨濃度/(g?L。)
圖4硫酸銨濃度對菌體生長的影響
Figure4.Effectofammoniumsulfateconcentration
oll
the
act脯y
of
sacchadfyingenzyme
微生物的生長都需要在適宜的酸堿環(huán)境下,調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH值為4、5、6、7、8,其他條件保持不變,觀察對菌體生長的影響,結(jié)果(圖5)可以明顯看出,在pH值為6時菌體糖化酶的活力最高,故選擇培養(yǎng)基的pH值為6。
o
k
●
o
、-,
R蜒潼基瓣
pH值
圖5
pH值對菌體生長的影響
Figure5.EffectofpHvalueoN
theactivnyofsaccharifyingenzyme
2.1.5培養(yǎng)時間對菌體生長的影響
o
h
●
o
—R蜒滋S舞
培養(yǎng)時間/d
圖6培養(yǎng)時間對菌體生長的影響
Figure6.Effectofculturetime
oll
theactivityofsaccharifying
enzyme
分別選擇2d√od作為培養(yǎng)時間,通過檢測糖化酶活力的大小來確定培養(yǎng)時間,結(jié)果(圖6)可以看出,隨時間的高,但隨后隨著菌體的老化糖化酶的活力逐漸降低,故選
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擇4.5d為培養(yǎng)時間。
2.1.6微量元素配比對菌體糖化酶活力的影響
Mg、K、P元素作為培養(yǎng)基中的微量元素,雖然需要的量很少但是對微生物來講卻也是必不可少的。試驗將MgS04、KH2PO,按照l:l、1:2、l:3的比例進行組合,試驗結(jié)果(圖7)可以看出,當(dāng)MgSO。:K.H:P03為1:l且均為1.09/L時糖化酶的活力最高。
500
0.5+0.50.5+1.0O.5+1.51.o十1.01.o+2,01.o+3.0
MgS04+KH2POd(g?E。)
圖7微量元素配比對菌體生長的影響
7.Effectof
trace
elementratios011
theactivityofsaccharifying
enzyme
表1各因素所選水平
Table1.SelectedIeveIs‘
ofvariousfactors
水平搟參搿群L籬-州值搋
”。
度/(g?L.1)
問/d
度/(g?1)
P11咀索配比
高水平(1)
354
4.5
6.5
1.25:1.25
低水平(.I)
25
表2Plackett-Burman設(shè)計矩陣及試驗結(jié)果
Table2.DesignmatrixofPlackett-Burmanandexperimentalresults
試驗號
蒙藿
培養(yǎng)時間pH
微差黿素‘焉繁v/(u.g.1)
..
1
I
-
5
●2.
.
9345
-
;1
-
5
.
i
_
3-
ll
8611.
16
7_
ll
.
l8.l
-
l--
1-
9
-l
l
-
i}658m
--●
n掄
-
;
-
-
i
.
;lll
i
l1
l
試驗根據(jù)碳源濃度、氦源濃度、培養(yǎng)基pH值、培養(yǎng)時間和微量元素配比的單因素試驗結(jié)果,設(shè)計了n=12的2.1.4培養(yǎng)基pH值對菌體生長的影響
Figure2.2顯著性因素的篩選
Plackett-Burman篩選試驗,每個因子取高“1)低(.1)2個水平(例如培養(yǎng)基pH值為6時最高,取高水平為6.5,低水平為5.5)。以糖化酶的活力大小為響應(yīng)面的Y值,試驗因素水平見表l,結(jié)果見表2,各因素的效應(yīng)評價及系數(shù)估計見表
增加糖化酶的活力逐漸的升高,當(dāng)4.5d時糖化酶的活力最
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Research3。若p<O.05說明該因素是顯著性因素,對菌體的生長有著顯著性的效果。由表3可以明顯的看出,除了培養(yǎng)時間以外,蔗糖濃度、pH值、微量元素配比和硫酸銨濃度均對菌體生長有顯著性影響。
裹3各因素效應(yīng)與系數(shù)估計
Table3.Factoreffectandcoefficientestimation
2.3正交試驗分析
根據(jù)顯著性試驗篩選出的4種顯著性因子進行正交試驗分析,試驗采用的是k(30正交試驗,各因素選取水平見表4,試驗結(jié)果及分析見表5,方差分析見表6。
表4優(yōu)化菌體生長條件正交試驗因素水平
Table4.LovoIsofvariousfactorsoforthogonaltest
水平”。
A孳蔓?粵c(g?L1)
B硫甓孽饕度/(2?L’‘)
。p18pH值D微量元素配比!保怠埃浮啊埃欤玻担常担担担埃罚担海埃罚担玻常埃矗叮保埃埃海保铮铮
35
4.5
6.5
1.25:1.25
表5優(yōu)化菌體生長條件正交試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析
Table
5.Resultsandanalysisoftheorthogonalexperiment試驗號
AB
CD糖化酶活力/(U?g-1)
ll1
ll53421.2225183l’33350942l234805223l470623’1247973l32461832l34379
332l443
均值l520.333491.667483.333482.333均值2476.333475.000480.333486.000均值3447.333477.000480.333475.333極差
73.000
16.667
3.333
10.667
由正交試驗結(jié)果可以看出,對菌體生長的最大因素為蔗糖的濃度,其次為微量元素配比培養(yǎng)基pH值及硫酸銨濃度。4個因素的最佳組合應(yīng)該是A。B.C。D:,即蔗糖濃度為259/L,硫酸銨濃度為3.59/L,MgS04?7H201.o#-,KCI1.09/L,K2P041.09/L瓊脂lSg/L,pH值為5.5。按照所得出的
萬方數(shù)據(jù)
Report
培養(yǎng)基最佳組合進行試驗,并。矀水平,計算其平均值,最后得到菌體糖化酶的活力為724.8U/g。
褒6正交試驗方差分析
Table6.Variance
analysIsofheorthogonalexperiment
3結(jié)果分析
傳統(tǒng)的大曲醬香型白酒生產(chǎn),工藝復(fù)雜,生產(chǎn)周期長,
耗糧高,對自然氣候條件要求奇刻。近年來,發(fā)展較快的麩曲醬香型酒生產(chǎn)工藝,具有簡化工藝、降低消耗,縮短周期的特點使得純種麩曲發(fā)酵為醬香型白酒發(fā)展的新途徑嘲。白曲霉為麩曲發(fā)酵的糖化劑,可以將原料中的淀粉分解成菌體生長所需要的糖,其糖化酶的活力大小對麩曲白酒的產(chǎn)酒率以及白酒的質(zhì)量有著重要的影響,因此本實驗以糖化酶的活力大小作為驗證菌體生長好壞的考察指標(biāo)。
通過單因素試驗對自曲霉斜面培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)條件進行優(yōu)化,確定蔗糖為培養(yǎng)基碳源,硫酸銨為培養(yǎng)基氮源。通過Plackett-Burman篩選試驗對蔗糖濃度、硫酸銨濃度、培養(yǎng)時間、培養(yǎng)基pH值、微量元素配比進行篩選確定蔗糖濃度、硫酸銨濃度、培養(yǎng)基pH值、微量元素配比為菌種生長的顯著性因素。
對4組顯著性因素進行L9(34)進行正交試驗,得到菌體生長培養(yǎng)條件的最佳配比為蔗糖濃度為309/L,硫酸銨濃度為3.Sg/L,MgS04?7H20
1.09/L,KCI1.09/L,K2P04
1.09/L,瓊)指159/L,pH值為5.5。在此培養(yǎng)條件下進行培養(yǎng)可以明顯的提高茵體糖化酶的活力,活力值可以達到724.8U/g。完全符合白曲霉作為發(fā)酵糖化劑的作用,對以后麩曲白酒的發(fā)酵產(chǎn)酒具有指導(dǎo)意義。參考文獻:
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