两种微生物发酵法降解南极磷虾蛋白工艺研究与比较

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本研究利用微生物发酵产酶的技术,在研究并优化地衣芽孢杆菌液态发酵产蛋白酶的工艺条件的基础上,将试验结果获得的优化条件发酵培养地衣芽孢杆菌产生的蛋白酶用于降解南极磷虾粉蛋白质,并优化其酶解工艺参数;同时探讨影响米曲霉固态发酵南极磷虾粉的主要因素,优化关键发酵工艺参数,并比较两种微生物发酵法降解南极磷虾粉蛋白质的效果,为南极磷虾粉的微生物法利用奠定理论基础。主要研究结果如下:(1)地衣芽孢杆菌发酵产蛋白酶条件优化以发酵液中蛋白酶活为指标,在单因素试验考察液态发酵条件对地衣芽孢杆菌发酵产蛋白酶的基础上,采用L9(34)正交试验优化地衣芽孢杆菌发酵产蛋白酶的条件。结果表明,发酵温度、发酵液pH值、发酵液装瓶比例、发酵时间都对地衣芽孢杆菌发酵产蛋白酶有极显著(p<0.01)影响。采用正交试验设计优化后的发酵条件为:发酵温度为37℃,pH值为8,发酵时间4 d,发酵液装瓶比例40%;按此工艺参数进行扩大试验,所得地衣芽孢杆菌发酵液中蛋白酶活可达566.5±0.38 U/mL。(2)地衣芽孢杆菌蛋白酶降解南极磷虾蛋白条件优化利用前一章优化工艺培养的地衣芽孢杆菌发酵液中的蛋白酶对南极磷虾粉蛋白质进行降解试验,以南极磷虾粉酶解液中可溶蛋白含量Y为指标,单因素试验探讨了酶解温度、酶解时间、酶解pH值、磷虾粉与地衣芽孢杆菌发酵液比例四个因素对南极磷虾粉蛋白质降解效果的影响,并采用二次正交旋转组合试验方案设计,建立了其与酶解pH值X1、酶解温度X2、酶解时间X3的数学回归方程:Y=17938+3.31X1-6.60X2+12.72X3.5.67X12-8.36X22-6.68X32+4.80X1X2-2.35X1X3运用响应面法对南极磷虾粉蛋白质酶解关键工艺参数进行了优化,获得的优化组合为:酶解温度60℃,酶解pH值10.0,酶解时间13.0 h,此外,控制南极磷虾粉与发酵液比例1:10进行扩大性验证试验,所得南极磷虾粉酶解液样品中的可溶蛋白含量为185.8±0.35 mg/mL,与理论预测值(185.4±0.17 mg/mL)无统计学差异(p>0.05)。经进一步检测,南极磷虾粉酶解液中氨基态氮含量为21.7±0.18 mg/mL,是其原料的氨基态氮含量(1.1±0.24 mg/mL)的19.7倍,提示通过采用地衣芽孢杆菌发酵产生的蛋白酶对南极磷虾粉的蛋白质的酶解极显著(p<0.01)地提高了其氨基态氮的含量。(3)米曲霉固态发酵南极磷虾蛋白工艺研究单因素试验探讨了发酵温度、发酵时间、南极磷虾粉与麸皮的比例、接种量、加水量五个因素对米曲霉固态发酵南极磷虾粉效果的影响,并通过二次正交旋转组合试验方案设计,建立固态发酵产物中可溶蛋白含量Y与发酵温度X1、米曲霉接种量X2、加水量X3的数学回归方程:Y=103.86+5.66X1+3.33X2+4.08X3-6.13X12-3.73X22-2.40X32-2.43X1X2运用响应面法对米曲霉固态发酵南极磷虾粉关键工艺参数进行优化,获得其优化组合为:发酵温度32℃,米曲霉接种量5%,加水量110%,以此为条件,结合其他工艺的理想参数,固态发酵产物中南极磷虾可溶蛋白含量为105.9±0.37 mg/mL,与理论预测值(105.5±0.18mg/mL)无统计学差异(p>0.05)。经检测,南极磷虾粉固态发酵产物中氨基态氮含量为8.6±0.24 mg/mL,比其原料的氨基态氮含量(1.1±0.24 mg/mL)提高了7.5倍。将上述两种发酵工艺对南极磷虾粉蛋白质降解效果进行比较,结果提示利用地衣芽孢杆菌先液态发酵产蛋白酶,再以其对南极磷虾粉蛋白质进行降解,由于其酶解过程提供了蛋白酶的适宜作用条件,因此降解效果较好,是利用微生物发酵法降解南极磷虾粉蛋白质的理想方法。
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