利用麸皮发酵生产L-乳酸的研究

2014-11-14 13:53:39 来源：食品安全导刊

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　　□ 孙兆远江苏食品药品职业技术学院

　　摘要：利用多种酶类将麸皮水解成能被乳杆菌利用的单糖，然后由乳杆菌发酵获取L-乳酸。通过单因素和正交试验得出麸皮酶解最佳工艺为：α-淀粉酶用量30U/g、糖化酶90U/g、酸性蛋白酶3U/g、纤维素酶8U/g。

　　关键词：L-乳酸;麸皮;发酵

　　L-乳酸能被人体完全代谢，且不产生任何有毒副作用的代谢产物，D-乳酸或DL-乳酸的过量摄入则有可能引起代谢紊乱甚至导致中毒[1]。因此，从健康的角度考虑，用L-乳酸代替目前在食品和医药工业中普遍使用的D-乳酸或DL-乳酸是必然的趋势。本研究以农业废弃物麸皮为原料进行L-乳酸的生产。通过单因素和正交试验获得多酶法生产L-乳酸的最佳条件。

　　1实验仪器、材料及方法

　　振荡培养箱：苏州威尔、电子天平：上海伦捷、酸度计：上海仪电、恒温水浴锅：上海亚荣、灭菌器：上海申安。

　　乳杆菌亚种：中科院菌种保藏中心、麸皮：市售、α-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、酸性蛋白酶：无锡雪梅。

　　2实验方法

　　2.1 种子培养基与培养条件

　　活化及扩大培养基采用MRS培养基[2]。

　　2.2 麸皮发酵培养基

　　麸皮100g/L，以50℃水配成麸皮乳，121℃灭菌20min。

　　2.3 工艺流程

　　麸皮培养基→α-淀粉酶酶解→降温至50℃→纤维素酶酶解→升温至60℃→糖化酶酶解→降温至40℃→酸性蛋白酶酶解→乳酸杆菌37℃发酵→乳酸浓度测定

　　2.4 L-乳酸的测定

　　样品离心后取上清液，加蒸馏水40ml，1mol/L的NaOH溶液25ml，酚酞2滴，煮沸5分钟，趁热用0.5mol/L硫酸标准溶液滴定至淡红色[3]。

　　2.5 麸皮酶解单因素实验

　　2.5.1α-淀粉酶对L-乳酸产量的影响

　　分别添加α-淀粉酶10U/g、20U/g、30U/g、40U/g、50U/g酶解1.5h，再接入10%乳酸杆菌发酵3d。以乳酸含量为指标分析α-淀粉酶对乳酸含量的影响。

　　2.5.2糖化酶对L-乳酸产量的影响

　　分别加入糖化酶30U/g、60U/g、90U/g、120U/g、150U/g酶解0.5h，再接入10%乳酸杆菌发酵3d。以乳酸含量为指标分析糖化酶对乳酸含量的影响。

　　作者简介：孙兆远(1979-)，男，江苏食品职业技术学院讲师，主要从事天然产物应用与开发研究。

　　基金项目：江苏省高等职业院校高级访问工程计划资助项目

　　2.5.3酸性蛋白酶对L-乳酸产量的影响

　　分别加入酸性蛋白酶1U/g、2U/g、3U/g、4U/g、5U/g酶解0.5h，再接入10%乳酸杆菌发酵3d。以乳酸含量为指标分析酸性蛋白酶对乳酸含量的影响。

　　2.5.4纤维素酶对L-乳酸发酵的影响

　　分别加入纤维素酶5U/g、10U/g、15U/g、20U/g、25U/g酶解1.0h，再接入10%乳酸杆菌发酵3d。以乳酸含量为指标分析纤维素酶对乳酸含量的影响。

　　2.5.5最佳酶解条件的确定

　　以α-淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶及纤维素酶加入量为因素，以L-乳酸产量为指标，采用L9(34)正交设计分析各种酶对L-乳酸产量的影响，L-乳酸制备流程根据图1进行操作。正交实验因素水平见表1。

　　3结果与分析

　　3.1 α-淀粉酶对L-乳酸产量的影响

　　麸皮中可被乳杆菌发酵的糖含量很少，大部分是淀粉，因此需要加入适量的α-淀粉酶对其进行水解，以便于L-乳酸的生成[4]。α-淀粉酶添加量对L-乳酸产量的影响如图2所示。从图2中可以看出，随着α-淀粉酶添加量的不断增加，L-乳酸含量不断增加，当α-淀粉酶添加量超过30U/g时，L-乳酸含量增加缓慢，因此确定α-淀粉酶的添加量在30U/g左右。

　　3.2 糖化酶对L-乳酸产量的影响

　　糖化酶是将淀粉酶水解后的糖类物质进一步水解，生成乳杆菌发酵底物葡萄糖，糖化酶糖化效果的好坏直接影响L-乳酸的产量。由图3可见，糖化酶的添加可以明显增加L-乳酸的产量，特别是从30增至60U/g时.但随着糖化酶添加量的不断增加，L-乳酸产量增加缓慢。因此确定糖化酶的添加量在90U/g左右。

　　3.3 酸性蛋白酶对L-乳酸产量的影响

　　麸皮含有少量粗蛋白，会影响淀粉酶和糖化酶水解淀粉的速度，将其分解可以在一定程度上加快L-乳酸的生成。同时在L-乳酸发酵过程中，酸性蛋白酶还能将麸皮中的蛋白质分解成氨基酸，成为乳杆菌生长的养分，直接被菌体所吸收，促进菌体生长，提高产酸量。酸性蛋白酶对L-乳酸产量影响的结果见图4。由图4可知，酸性蛋白酶可以增加L-乳酸产量，并随着酸性蛋白酶的增加，产酸量也增加，且在添加量为3U/g时出现变缓趋势。

　　3.4 纤维素酶对L-乳酸产量的影响

　　麸皮中含有较多的粗纤维，纤维素酶可以将其部分水解成糖类，增加糖化酶和乳杆菌的底物含量，进而增加L-乳酸产量。试验结果见图5。由图5可知，纤维素酶增加了L-乳酸的产量，但是效果不太明显。

　　3.5 麸皮生产乳酸正交实验结果

　　采用极差法对L-乳酸产量正交实验结果进行分析(表2)。由表2中R值可以看出各因素对结果的影响次序为：D>B>A>C，即糖化酶对L-乳酸产量的影响最大，α-淀粉酶次之，酸性蛋白酶对L-乳酸产量的影响最小。由表2中L-乳酸产量水平对应的k值可以看出，本实验的最佳组合A2B2C2D2，即L-乳酸产量最高时，最佳酶解条件为：α-淀粉酶用量30U/g、糖化酶90U/g、酸性蛋白酶3U/g、纤维素酶8U/g。