白曲霉斜面菌种培养条件的优化

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白曲霉斜面菌种培养条件的优化

研究报告

中国酿造

2010年第9期总第222期

?93?

白曲霉斜面菌种培养条件的优化

高林峰t,汤庆莉?,吴天祥:?

(1.贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳550003;2.贵州大学生命科学学院,贵州责阳550025)

摘要:对麸曲酱香白酒生产所需糖化酶菌种:白曲霉的一级种培养工艺条件进行单因素试验,应用Minitabl5软件设计了Plack-c叶-t-Burnlan筛选试验,通过筛选得出蔗糖浓度、硫酸铵浓度、培养摹pH值以及微量元素配比为菌种生长的4个显著性影响因素,并对此进行正交试验得出白曲霉一级种斜面培养的最优条件为蔗糖浓度259/L,硫酸铵浓度3.59/L,MgSO,?7H99K2PO,1.09/L,琼J].159/L,pH值5.5,培养温度28。C,菌体糖化酶活力724。8U/g。关键词:白曲霉:斜面培养;工艺优化中图分类号:093--335

文献标识码:A

文章编号:0254—5071(2010)09-0093—04

1.09/L,KCI!.09/L,

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,国ina)

importantmleofsaccharificafionintheproductionofChineseliquor.Thefermentationconditionoftheslantculture

test

mediunwasoptimizedbysingle-factors

inthisstudy.ThePlaekett-Burman

as

experimcmWaSdesignedbysoftwareofMira'tab15.Theoptimalfor-

mentationconditionswcreobtainedbyorthogonaldesignfollowed:theconcentrationofglucose

25班,the

concentrationofammoniumsulfate

ac-

3.5叽,MgSO,-7H:,‘91.0班,KCl1.0叽K,PO(1.0班,mediumpHvalue5.5

tivityofglucoamylasewas724.8U/g.

Keywords:whiteAspergi.us,slantculture,optimization

andfermentationtemperature28℃.Undertheseconditions,the

酱香型白酒的传统生产工艺是以高温大曲为糖化发酵剂,以高粱为原料生产的。贵州茅台酒是其典型代表。但由于该工艺生产周期长、粮耗高、产量低资金周转慢、成本高。从而导致酱香型白酒市场价格相对偏高,不能满足不同层次消费的需求【”。应用纯种微生物制成麸曲,生产酱香型白酒,成为酱香型白酒生产的另一种途径,经研究其粮耗大幅下降、生产周期明显缩短,酒质基本达到大曲酱香的要求【习。麸曲白酒质量的优劣,取决于麸曲和酒母的质量这与选育菌种关系重大,要求麸曲应最大限度地将淀粉分解成可发酵性糖,应具有较高的淀粉酶及糖化酶的活力网。在酿酒工业中,生产麸曲白酒等酒类时白曲霉可作为糖化剂,这是因为白曲霉中的糖化酶可以将淀粉水解为葡萄糖,进而被微生物发酵产生酒精14】,白曲霉斜面试管培养基的好坏可直接影响到酒质的优劣。因此本试验通过对白曲霉斜面试管培养基进行优化,以麸曲糖化

收稿日期:20LO-05.11

酶的活力作为检测指标,探索白曲霉糖化酶活力最高时的培养条件。1材料与方法1.1菌种

白曲霉:购于四川微生物菌种保藏中心。1.2培养基

斜面培养基:葡萄糖309,NaN0339,MgS04?7H20

KCl

0.59,

0。59,K2P04lg,琼脂159,蒸馏水1000mL,pH值自然。固体培养基:250mL三角瓶装A259含水率为65%的

麸皮,恰好可以覆盖瓶底,0.1MPa灭菌30min。1.3培养方法

斜面培养:从活化好的母种试管中挑取黄豆大的菌丝块,接入斜面,在28℃培养4d。

固体培养:从斜面试管中挑取3块黄豆大小的菌丝块接入固体培养基,拌匀。培养温度为28℃,刚开始为堆积培

基金项目:贵州省贵阳市科技局工业攻关项目([2009]筑科2合同字第1-057号)

作者简介:高林峰(1985-),男,山东济南人,硕士研究生,研究方向为发酵工程;吴天祥?,教授,通讯作者.

条件,均质为60℃、30MPa条件下均质2次,121℃杀菌5min。经单因素试验及正交试验确定其最佳稳定剂配方为单甘酯0.2%,黄原胶0.05%,羧甲基纤维素钠0.12%,蔗糖酯0.1%。制得的产品流体均一,色泽乳白,可稳定保存。经过上述工艺加工的巴旦木蛋白饮料符合国家饮料生产标准,保质期可达12个月。

参考文献:

【1】朱京琳.新疆巴旦杏rM】.乌鲁木齐:新疆人民出版社,1984.

【2]刘金荣,但建明,江发寿,等.巴旦杏仁的营养成分与理化常数测定,

营养学报阴.2002,24(2):202.203.

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38-39.

?

【4】高愿军.软饮料加工技术【M】.北京:化学工业出版社,2007.

万方数据

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?94?

SerialNo.222

ChinaBrewing

养,20h后将培养基混匀平摊在瓶底,24h后培养结束。1.4检测方法

1.4.1糖化酶的测定方法嗍

(1)麸曲液的制备:称取59麸曲,加入100mL蒸馏水浸泡lh。

(2)取A、B2个三角瓶,A瓶加入20mL蒸馏水,B瓶加入20mL2%淀粉溶液(准确称取绝干的可溶性淀粉29,用

少量的水调匀,倒入70mL的沸水中,并用20mL水反复洗涤小烧杯,洗液合并其中,用微火煮沸到透明,冷却后用水定容至100mL,当天配制使用)。

(3)向A、B2个三角瓶中各力gXSmL、pH4.67,酸一乙酸钠缓冲液(2mol/L乙酸溶液:取118mL冰乙酸用水稀释至1L,与2moVL乙酸钠溶液:称取2729乙酸钠溶于水并稀释至lL,等体积混合即可),然后分别加入5mL浸泡好的麸曲液。

(4)置于30℃水浴锅反应60min后加入3mLlmol/LNaOH终止反应。

(5)取2个新的三角瓶C、D盼别加入斐林甲一乙液各5mL,

从反应后的A、B2瓶中各取5mL力n入,在电炉上加热。在沸腾条件下用lg/L葡萄糖溶液进行滴定,直至蓝色消失记录所用葡萄糖液的体积V。、V:。

(6)糖化酶活力(U,妒=(V。.Wx96

1.4.2培养条件优化

对碳源、氮源的选定以及对选定后的碳源、氮源的质量浓度、微量元素配比、培养时间和培养基Ph值进行单因素试验。利用Minitabl5软件设计了5因素2水平的Plack-ett-Burman筛选试验,从中找出对菌体生长的显著性因素并进行正交试验对其优化。2结果与讨论2.1单因素试验2.1.1碳源、氮源的选择

(1)碳源的选择:分别用309/Ll}勺蔗糖、麦芽糖、可溶性淀粉、玉米粉来代替基础培养基中的葡萄糖,其他条件均不变进行试验,结果见图1。

600

蚕500

o400

杂300

避200

_

糖100

f-淀粉蔗糖葡萄糖麦芽糖玉米粉

圈一圈-L.-圈.-1-一_.1-.I.J

碳源

图1

不同碳源对菌体糖化酶活力的影响

Figure1.Effectofdifferentcarbon

sourceon

theactivityofsaccharifying

enzyme

万方数据

碳源是白曲霉乃至任何微生物生长能量代谢的'来源,不同的碳源对菌体生长均有不同的影响,由图l可以明显看出,蔗糖对菌种产糖化酶的影响最大,而且蔗糖的价格适宜,故选蔗糖作为斜面培养的碳源。

(2)氮源的选择:用3班的尿素、碳酸氢铵、酵母膏、硫

酸铵和蛋白胨来代替基础培养基中的硝酸钠,其他条件不变进行试验,结果见图2。

44

332

●●

硝酸钠尿素碳酸氡铵酵母臂蛋白胨硫酸铵

氮源的种类

图2不同氮源对菌体糖化酶活力的影响

Figure2.Effectofdifferentnitrogen

sourceontheactivnyof

sacchariiyingenzyme

氮源是构成菌体成分的主要物质,不同的氮源对菌体的生长及糖化酶的活力的影响也不一样。由图2可以明显看出,白曲霉对酵母膏和硫酸铵的利用率较高,并且考虑到经济因素以及试验操作的因素,故选择硫酸铵作为菌种斜面培养的最佳氮源。取10鲫卜S09/L不同浓度的蔗糖加入到斜面培养基当中,其他的条件保持不变,观察对菌体生长的影响,试验结果(图3)可以明显看出,白曲霉产糖化酶活力随糖浓度的增加而增加,当蔗糖浓度为309/L时达到最佳。

700

玉600

500

、400

蜒300

塞200

囊100

蔗糖浓度“g?L‘‘)

图3蔗糖浓度对菌体生长的影响

Figure

3.Effectofsucroseorl

theactivnyofsaccharifyingenzyme

取lg/I一59/L不同浓度的硫酸铵tJnA,斜面培养基当中,其他条件保持不变,观察对菌体生长的影响,试验结果(图4)可以明显看出,白曲霉产糖化酶的活力随硫酸铵的浓度增加而增加,当硫酸铵的浓度为39/L时达到最佳。

2.1.2碳源浓度对菌体生长的影响

2.1.3氮源浓度对茵体生长的影响

中国酿造

2010年第9期研究报告

bo

)长蛭避g耀

硫酸铵浓度/(g?L。)

图4硫酸铵浓度对菌体生长的影响

Figure4.Effectofammoniumsulfateconcentration

oll

the

act脯y

of

sacchadfyingenzyme

微生物的生长都需要在适宜的酸碱环境下,调节培养基的pH值为4、5、6、7、8,其他条件保持不变,观察对菌体生长的影响,结果(图5)可以明显看出,在pH值为6时菌体糖化酶的活力最高,故选择培养基的pH值为6。

、-,

R蜒潼基瓣

pH值

图5

pH值对菌体生长的影响

Figure5.EffectofpHvalueoN

theactivnyofsaccharifyingenzyme

2.1.5培养时间对菌体生长的影响

—R蜒滋S舞

培养时间/d

图6培养时间对菌体生长的影响

Figure6.Effectofculturetime

oll

theactivityofsaccharifying

enzyme

分别选择2d√od作为培养时间,通过检测糖化酶活力的大小来确定培养时间,结果(图6)可以看出,随时间的高,但随后随着菌体的老化糖化酶的活力逐渐降低,故选

万方数据

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择4.5d为培养时间。

2.1.6微量元素配比对菌体糖化酶活力的影响

Mg、K、P元素作为培养基中的微量元素,虽然需要的量很少但是对微生物来讲却也是必不可少的。试验将MgS04、KH2PO,按照l:l、1:2、l:3的比例进行组合,试验结果(图7)可以看出,当MgSO。:K.H:P03为1:l且均为1.09/L时糖化酶的活力最高。

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。)

图7微量元素配比对菌体生长的影响

7.Effectof

trace

elementratios011

theactivityofsaccharifying

enzyme

表1各因素所选水平

Table1.SelectedIeveIs‘

ofvariousfactors

水平擀参搿群L篱-州值搋

”。

度/(g?L.1)

问/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设计矩阵及试验结果

Table2.DesignmatrixofPlackett-Burmanandexperimentalresults

试验号

蒙藿

培养时间pH

微差鼋素‘焉繁v/(u.g.1)

..

●2.

9345

;1

_

3-

ll

8611.

16

7_

ll

l8.l

l--

1-

-l

i}658m

--●

n抡

;lll

l1

试验根据碳源浓度、氦源浓度、培养基pH值、培养时间和微量元素配比的单因素试验结果,设计了n=12的2.1.4培养基pH值对菌体生长的影响

Figure2.2显著性因素的筛选

Plackett-Burman筛选试验,每个因子取高“1)低(.1)2个水平(例如培养基pH值为6时最高,取高水平为6.5,低水平为5.5)。以糖化酶的活力大小为响应面的Y值,试验因素水平见表l,结果见表2,各因素的效应评价及系数估计见表

增加糖化酶的活力逐渐的升高,当4.5d时糖化酶的活力最

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Research3。若p<O.05说明该因素是显著性因素,对菌体的生长有着显著性的效果。由表3可以明显的看出,除了培养时间以外,蔗糖浓度、pH值、微量元素配比和硫酸铵浓度均对菌体生长有显著性影响。

裹3各因素效应与系数估计

Table3.Factoreffectandcoefficientestimation

2.3正交试验分析

根据显著性试验筛选出的4种显著性因子进行正交试验分析,试验采用的是k(30正交试验,各因素选取水平见表4,试验结果及分析见表5,方差分析见表6。

表4优化菌体生长条件正交试验因素水平

Table4.LovoIsofvariousfactorsoforthogonaltest

水平”。

A孳蔓?粤c(g?L1)

B硫甓孽饕度/(2?L’‘)

。p18pH值D微量元素配比。”5“8““l253.55.50.75:0.75230461.00:1.oo3

35

4.5

6.5

1.25:1.25

表5优化菌体生长条件正交试验数据及结果分析

Table

5.Resultsandanalysisoftheorthogonalexperiment试验号

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极差

73.000

16.667

3.333

10.667

由正交试验结果可以看出,对菌体生长的最大因素为蔗糖的浓度,其次为微量元素配比培养基pH值及硫酸铵浓度。4个因素的最佳组合应该是A。B.C。D:,即蔗糖浓度为259/L,硫酸铵浓度为3.59/L,MgS04?7H201.o#-,KCI1.09/L,K2P041.09/L琼脂lSg/L,pH值为5.5。按照所得出的

万方数据

Report

培养基最佳组合进行试验,并取2个水平,计算其平均值,最后得到菌体糖化酶的活力为724.8U/g。

褒6正交试验方差分析

Table6.Variance

analysIsofheorthogonalexperiment

3结果分析

传统的大曲酱香型白酒生产,工艺复杂,生产周期长,

耗粮高,对自然气候条件要求奇刻。近年来,发展较快的麸曲酱香型酒生产工艺,具有简化工艺、降低消耗,缩短周期的特点使得纯种麸曲发酵为酱香型白酒发展的新途径嘲。白曲霉为麸曲发酵的糖化剂,可以将原料中的淀粉分解成菌体生长所需要的糖,其糖化酶的活力大小对麸曲白酒的产酒率以及白酒的质量有着重要的影响,因此本实验以糖化酶的活力大小作为验证菌体生长好坏的考察指标。

通过单因素试验对自曲霉斜面培养基成分及培养条件进行优化,确定蔗糖为培养基碳源,硫酸铵为培养基氮源。通过Plackett-Burman筛选试验对蔗糖浓度、硫酸铵浓度、培养时间、培养基pH值、微量元素配比进行筛选确定蔗糖浓度、硫酸铵浓度、培养基pH值、微量元素配比为菌种生长的显著性因素。

对4组显著性因素进行L9(34)进行正交试验,得到菌体生长培养条件的最佳配比为蔗糖浓度为309/L,硫酸铵浓度为3.Sg/L,MgS04?7H20

1.09/L,KCI1.09/L,K2P04

1.09/L,琼)指159/L,pH值为5.5。在此培养条件下进行培养可以明显的提高茵体糖化酶的活力,活力值可以达到724.8U/g。完全符合白曲霉作为发酵糖化剂的作用,对以后麸曲白酒的发酵产酒具有指导意义。参考文献:

【l】赵希玉,王晓风.用麸曲法生产酱香型白酒工艺研究叨.酿酒,2003

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1993(2):38.39.

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