酶法结合发酵处理改善马铃薯渣防腐和干燥性能的研究

发布时间：2020-05-11 21:03

【摘要】：马铃薯渣是马铃薯淀粉生产的主要副产物,是一种优质的果胶和膳食纤维来源,具有很高的开发利用价值,但含水量高、微生物组成复杂、日产量巨大等特性导致马铃薯渣难以干燥,易腐败变质,严重阻碍了其综合利用。本论文在研究不同组分对马铃薯渣持水力和微观结构影响的基础上,利用酶法结合植物乳杆菌发酵处理马铃薯渣,提高体系有机酸含量,降低其持水力,改善马铃薯渣防腐和脱水干燥的能力,并对该马铃薯渣处理方式的应用可行性进行评价。论文的研究内容主要包括:首先,研究半纤维素、纤维素和果胶脱除对马铃薯渣持水力和微观结构的影响,结果表明:马铃薯渣中半纤维素含量较低,去除率也最低,对马铃薯渣持水力降低程度最小;15 U/g的果胶酶用量即可去除90%的果胶,降低马铃薯渣持水力效果最为显著;马铃薯渣中纤维素含量较高,但采用35 U/g纤维素酶处理后,去除率仅为33.72%。马铃薯渣组分的脱除可破坏其紧密的微观结构,导致持水力降低。扫描电子显微镜观察显示,果胶酶处理和纤维素酶处理的马铃薯渣在结构上差别显著,作为联结物质果胶的去除使得马铃薯渣呈现片层结构,而作为细胞壁骨架结构纤维素的去除使其呈碎片状。其次,选择纤维素酶、果胶酶结合固态发酵处理鲜马铃薯渣,并进行条件优化。对植物乳杆菌生长曲线和抑菌能力的测定表明,摇瓶发酵时间为14 h时,植物乳杆菌具有较高的活力和活菌数,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有很强的抑制能力。以总酸含量、pH和持水力为评价指标,对单菌发酵、酶结合菌种发酵的条件进行优化,结果显示:植物乳杆菌接种量为8%(v/w),37°C发酵48 h,马铃薯渣的总酸含量可达2.31%(w/w),持水力为17.68 g/g,相比于对照无明显降低;果胶酶结合菌种发酵的较优条件为:果胶酶添加量0.01%(v/w,0.38 U/g)、植物乳杆菌接种量为2%(v/w),37°C发酵60 h,在此条件下总酸含量可达5.28%(w/w),持水力为6.72 g/g,与对照相比下降了64.41%;纤维素酶结合菌种发酵的较优条件为:纤维素酶添加量0.30%(v/w,2.52 U/g)、植物乳杆菌接种量为2%(v/w),37°C发酵60 h,在此条件下总酸含量可达8.56%(w/w),持水力为9.30 g/g,与对照相比下降了50.74%。最后,分析了不同发酵条件对马铃薯渣防腐和干燥性能的影响。分别从发酵后马铃薯渣的有机酸含量、总酸含量、乳酸菌的增殖、生物多样性以及物种群落组成等方面验证马铃薯渣防腐能力的提高,结果表明:酶结合菌种发酵后马铃薯渣中有机酸含量的提高和pH值的降低可使得马铃薯渣中生物多样性降低,细菌群落主要为乳酸菌,从而实现了对马铃薯渣的防腐作用。从干燥特性、水分横向弛豫时间、黏度、微观结构、质构等角度分析酶结合菌种发酵对马铃薯渣干燥性能的影响。果胶酶结合菌种发酵提高了马铃薯渣自由水比例,降低了体系黏度,微观结构呈片状使得细胞壁间隙增大,产生的通道可以实现水的快速排空以及使其呈现松散的类固体质构特性,从而改善了马铃薯渣的干燥性能,使其鼓风干燥时间缩短33.33%。纤维素去除使得马铃薯渣表现出更强的胶状特征、半结合水比例增加、结构变得细密、黏度较大,从而延长了马铃薯渣的干燥时间。果胶酶结合菌种发酵后的马铃薯渣可实现气流干燥,真菌毒素含量较低,葡萄糖透析延迟能力提高,说明酶结合固态发酵在实现马铃薯渣防腐和快速干燥的同时,进一步提高了马铃薯渣的安全性和应用性能。
【图文】：

微观形貌,薯渣,酶处理,扫描电镜图

达 92.92%，表明果胶容易被酶降解。纤维素去除程度较低，分析原因可能是纤维素自身结晶结构以及果胶等其它组分包裹作用使纤维素酶对纤维素可及性降低[76]。组分脱除对持水力的影响研究表明，去除任一组分都可以显著地降低马铃薯渣的持水力，其中脱除纤维素和果胶对持水力降低程度最大。由于半纤维素含量较低，脱除率低以及对持水力降低程度最小，因此后续固态发酵实验只采用纤维素酶和果胶酶处理马铃薯渣。3.1.3 酶处理对马铃薯渣微观形貌结构的影响对不同程度地去除组分的马铃薯渣进行微观形貌结构观察，结果如图 3-1 所示。空白对照组马铃薯渣组分之间结合紧密，淀粉被紧紧地包裹在内部，与其它组分紧密啮合在一起。仅去除半纤维素的马铃薯渣结构仍呈包裹状，组分结合紧密，结构破坏程度最小，可能原因是半纤维含量较低且脱除率低，酶对其结构破坏程度有限。纤维素酶和果胶酶处理后的马铃薯渣结构破坏均较为明显，，有更多淀粉颗粒暴露出来，并且纤维素酶处理后，马铃薯渣结构呈碎片状，而果胶酶处理后马铃薯渣呈片层结构。纤维素酶对马铃薯渣微观结构破坏较大，主要原因为纤维素是细胞壁的骨架结构，而果胶为联结物质。CK H15H30

薯渣,感官特性,条件处理,有机酸

图 3-15 不同发酵条件处理后马铃薯渣的感官特性Fig. 3-15 Sensorial properties of potato pulp under different fermentation conditions3 不同发酵条件对马铃薯渣中有机酸组成和含量的影响乳酸菌发酵类型分为同型发酵和异型发酵，通过代谢有机酸、细菌素、过氧化抑制其它细菌或真菌生长达到防止腐败目的[81]。有机酸可以穿透细胞膜改变细透性，未解离的有机酸降低体系 pH 值的同时，还可以破坏电化学质子梯度，杀死细菌。乳酸、乙酸、丙酸等均具有较强抑菌能力，不同有机酸的混合存在，可增强抑菌能力[82]。4.006.008.0010.0012.00浓度(mg/mL)乳酸乙酸丙酸柠檬酸
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ920.6;TS239

【参考文献】