摘要:目的醋酸菌培養條件的優(yōu)化與醋酸發(fā)酵實(shí)驗。方法通過(guò)正交試驗確定最佳培養條件,并在優(yōu)化條件下進(jìn)行分批發(fā)酵。結果優(yōu)化培養條件為:葡萄糖10 g/L,酵母膏10 g/L,乙醇10%(v/v),pH 5.5,裝量50 mL/500 mL,靜置培養5 d。在優(yōu)化條件下,醋酸產(chǎn)量比用普通產(chǎn)酸培養基提高了36.4%。應用于分批發(fā)酵試驗產(chǎn)酸較高。結論優(yōu)化培養條件適合醋酸菌生長(cháng)與醋酸發(fā)酵。
關(guān)鍵詞:醋桿菌屬巴氏醋桿菌;培養條件;正交設計;分批發(fā)酵
山西老陳醋不僅是具有“綿、酸、香、甜、鮮”獨特風(fēng)味的調味品,還因其富含多種氨基酸、維生素和微量元素而作為保健品得到廣泛使用。近年山西醋業(yè)發(fā)展迅猛,生產(chǎn)規模日漸擴大,生產(chǎn)技術(shù)日新月異,促進(jìn)了山西老陳醋的發(fā)展。在食醋生產(chǎn)中,菌種起著(zhù)至關(guān)重要的作用。一株優(yōu)良的生產(chǎn)菌株能起到提高產(chǎn)量、穩定質(zhì)量的目的。本實(shí)驗室從醋醅中分離到一株醋桿菌屬巴氏醋桿菌S12,經(jīng)N+離子注入誘變獲得高產(chǎn)突變株SM12-87。對其培養條件進(jìn)行了優(yōu)化設計,得出了最佳培養條件。在正交試驗對醋酸菌發(fā)酵條件掌握的基礎上,通過(guò)液態(tài)分批發(fā)酵對優(yōu)化后的培養條件進(jìn)行檢驗。在67 h生產(chǎn)出92.8 g/L的醋酸,乙醇轉酸率達到90.08%,極大地縮短了生產(chǎn)周期,減少了成本。
1儀器與材料
1.1材料
山西老陳醋醋醅(由山西老陳醋集團有限公司提供);醋桿菌屬巴氏醋桿菌(Acetobacter past-eurianus)SM12-87(本實(shí)驗室保存)。
1.2主要設備儀器
全自動(dòng)式5 L發(fā)酵罐(Edison.N.J.,USA);GC9800型氣相色譜儀(上�？苿�(chuàng )公司);HQL150B型恒溫搖床(中科院武漢科學(xué)儀器廠(chǎng))。
1.3培養基
1.3.1產(chǎn)酸培養基葡萄糖10 g/L,酵母膏10 g/L,pH 5.5,分裝于500 mL三角瓶,每瓶100 mL,121 ℃滅菌20 min,使用前加入7%(v/v)無(wú)水乙醇。
1.3.2發(fā)酵培養基葡萄糖10 g/L,酵母膏10 g/L,磷酸二氫鉀0.5 g/L,硫酸鎂0.5 g/L,pH 5.5,121℃滅菌20 min,冷卻至60 ℃以下加入10%(v/v)無(wú)水乙醇。
1.4培養條件優(yōu)化試驗[1]
利用正交表L27(313)設計試驗,見(jiàn)表1。分析各因素對醋酸產(chǎn)量的影響。
表1因素水平表
D1,D2,D3分別代表50 mL培養基在500 mL三角瓶中以100 r/min振蕩培養,150 r/min振蕩培養,靜置培養。
1.5最佳接種量、培養溫度和酒精度的選擇
醋酸菌SM12-87在優(yōu)化培養條件下,以不同接種量、培養溫度和乙醇含量進(jìn)行培養,選擇最佳接種量、培養溫度和酒精度。
1.6優(yōu)化培養條件的驗證試驗
醋酸菌SM12-87在優(yōu)化培養條件下培養,以?xún)?yōu)化前的產(chǎn)酸培養基在30 ℃,100 r/min搖床培養3 d作為對照。測定總酸度和乙酸乙酯含量。
1.7檢測方法
總酸度的測定:滴定法[2]。
乙酸乙酯測定:氣相色譜測定法[3]。
乙醇轉酸率計算公式[4]:
還原糖測定:3,5-二硝基水楊酸法[5]。
氨基氮測定:甲醛滴定法[6]。
1.8醋酸菌SM12-87的分批發(fā)酵試驗[7]
利用優(yōu)化培養條件配制發(fā)酵培養基,用全自動(dòng)5 L發(fā)酵罐進(jìn)行醋酸分批發(fā)酵。2結果與討論
2.1培養條件
根據單因子試驗,影響醋酸產(chǎn)量的主要因素有:葡萄糖+酵母膏,乙醇含量,pH,溶氧,培養時(shí)間。采用L27(313)正交表進(jìn)行培養條件優(yōu)化試驗。實(shí)驗結果見(jiàn)表2、表3。
表2 以醋酸產(chǎn)量為檢測指標的正交試驗直觀(guān)分析表
由極差分析的R值可以看出,影響產(chǎn)酸的各因素主次順序為D > E > A> C >B;最佳工藝條件為A2 B1C2 D3 E3。
表3以醋酸產(chǎn)量為檢測指標的正交試驗方差分析表
**表示影響高度顯著(zhù);*表示影響顯著(zhù)
F1-0.1(2, 12)=2.81,F1-0.05(2, 12)=3.89,
F1-0.01(2, 12)=6.93
F1-0.1(4, 12)=2.48,F1-0.05(4, 12)=3.26,
F1-0.01(4, 12)=5.41
由方差分析表可見(jiàn),D對醋酸菌的產(chǎn)酸影響高度顯著(zhù),A、E對醋酸菌的產(chǎn)酸影響顯著(zhù), A與B、A與C的交互作用對產(chǎn)酸有一定影響,A與D的交互作用對產(chǎn)酸影響不顯著(zhù)。從方差分析可知,溶氧條件D3對產(chǎn)酸影響非常顯著(zhù)。由此可見(jiàn),醋酸菌雖然是好氧菌,但過(guò)高的溶氧對醋酸菌的生長(cháng)和產(chǎn)酸都是不利的。
由直觀(guān)分析表和方差分析表可知最佳工藝條件為:葡萄糖10 g/L,酵母膏10 g/L,乙醇10%(v/v),初始pH值5.5,相對裝量50 mL/500 mL,靜置培養5 d。
2.2接種量、培養溫度及乙醇含量對醋酸產(chǎn)量的影響
醋酸菌SM12-87在優(yōu)化條件下,以不同接種量、培養溫度及乙醇含量靜置培養5 d,測定醋酸產(chǎn)量。不同條件對醋酸產(chǎn)量的影響,10%的接種量產(chǎn)酸最高,達89.23 g/L。接種量低會(huì )延長(cháng)延滯期,靜置培養5 d產(chǎn)酸值達不到最高;接種量過(guò)高會(huì )導致菌體過(guò)早衰老、自溶,產(chǎn)酸值也減少。
溫度/℃
30 ℃下培養產(chǎn)酸最高,達91.3 g/L。由此表明30 ℃為醋酸菌SM12-87的最適培養溫度。
在10%的乙醇含量下,醋酸產(chǎn)量最高。說(shuō)明醋酸菌SM12-87雖然具有很強的耐乙醇能力,但高于10%(v/v)的乙醇含量會(huì )抑制該菌生長(cháng)和產(chǎn)酸,乙醇轉化率也會(huì )顯著(zhù)降低;當乙醇含量低于10%時(shí),生長(cháng)速率、產(chǎn)酸速率和酒精轉化率都較高,但總酸度相對較低。
2.3優(yōu)化培養條件的驗證
優(yōu)化前后的培養條件下醋酸和乙酸乙酯產(chǎn)量,正交試驗確定的培養條件是可行的。
2.4醋酸菌SM12-87的分批發(fā)酵試驗
2.4.1醋酸液態(tài)深層發(fā)酵將高產(chǎn)突變醋酸菌株SM12-87擴大培養至對數期后期,以10 %的接種量接入發(fā)酵罐中,乙醇含量10 %(v/v),調節生長(cháng)階段溫度為30 ℃~33 ℃,產(chǎn)酸階段溫度為30 ℃,通氣量前期和后期為1∶0.1(v/v)/min、中期為1∶0.12(v/v)/min。連續2次測定酸度未上升或下降,發(fā)酵結束。
2.4.2分批發(fā)酵實(shí)驗與發(fā)酵動(dòng)力學(xué)參數
發(fā)酵過(guò)程主要參數變化。從菌體生長(cháng)曲線(xiàn)可知,菌體在0~5 h為延滯期,5~15 h為對數期,15~58 h為穩定期,58~67 h進(jìn)入衰亡期。在對數期,醋酸的增加隨菌體的增加而增加;在穩定期,醋酸菌菌體數量不再增加,但醋酸產(chǎn)量繼續增加;進(jìn)入衰亡期產(chǎn)酸逐漸停止。由此可見(jiàn)該菌株合成醋酸是部分生長(cháng)關(guān)聯(lián)型。此次分批發(fā)酵,總酸度達92.8 g/L,乙醇轉酸率為90.08%,至發(fā)酵結束,平均產(chǎn)酸速率為1.389 g·L-1·h-1。
3討論
驗證實(shí)驗的結果可以看出,通過(guò)正交試驗確定的優(yōu)化培養條件是合理可靠的,滿(mǎn)足了該菌株的生理學(xué)要求。巴氏醋桿菌是一種耐酒精能力強、醋酸產(chǎn)量高的醋酸菌株,它在10%(v/v)酒精度下生長(cháng)旺盛,靜置培養5 d,總酸度可達91.67g/L。在乙醇含量為10%(v/v)的發(fā)酵培養基中液態(tài)分批發(fā)酵67 h,得到總酸度為92.8 g/L的液態(tài)醋。由于產(chǎn)酸速率加快,發(fā)酵時(shí)間縮短,乙醇揮發(fā)減少,酒精轉化率達到90.08%,同時(shí)也減少了電耗,減輕了勞動(dòng)量,降低了成本,顯示了液態(tài)發(fā)酵在制醋上的優(yōu)勢。
參考文獻
[1]楊秀芬,邱德文,焦寧寧,等. 致病桿菌D43菌株產(chǎn)素培養基及發(fā)酵條件[J]. 中國生物防治,2006,22(1):58-62.
[2]大連輕工業(yè)學(xué)院等合編. 食品分析[M] . 北京:中國輕工業(yè)出版社,1994:118-121.
[3]傅若農. 色譜分析概論[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000:152.
[4]陳偉. 優(yōu)質(zhì)醋酸菌的選育、蘋(píng)果醋酸發(fā)酵規律及酶活影響的研究[D]. 山東:山東農業(yè)大學(xué),2001-11.
[5]張龍翔,張庭芳,李令媛. 生化實(shí)驗方法和技術(shù)[M]. 北京:高等教育出版社,1997:1-2.
[6]王秀奇,秦淑媛,高天慧,等. 基礎生物化學(xué)實(shí)驗[M]. 北京:高等教育出版社,1996
[7]戴明輝. 液態(tài)深層發(fā)酵制醋新工藝的探索[J]. 中國釀造,2005(10):8-11
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