微生物发酵法提高水苏糖纯度的研究

发布时间：2020-06-12 15:59

【摘要】：水苏糖是唇形科水苏属植物中天然存在的非还原性功能性低聚糖,具有增殖肠道益生菌、抑制腐败菌生长,促进肠道蠕动等众多功能。同时,水苏糖具有天然、绿色、使用量低、无副作用的优点,其作为功能性食品的配料受到广泛关注,有广阔的应用前景和巨大的开发价值。从天然原料中直接提取生产的水苏糖产品纯度较低,“杂糖”的存在降低了水苏糖的功能特性,限制了它的使用。因此,开发一种提高水苏糖纯度的新技术对于开拓水苏糖的应用领域具有重要意义。本文旨在建立一套提高水苏糖纯度的工艺技术,为高纯度水苏糖的大规模生产提供理论及实践指导。本实验以干基草石蚕为原料,以总糖和蛋白含量为指标,筛选并确定最佳的复水时间为3 h,通过高温提取草石蚕获得水苏糖糖液,分别以黑曲霉、米曲霉、乳酸菌和乳杆菌为发酵菌株,对提取液进行发酵,以水苏糖保留率和蔗糖降解率筛选单菌发酵的菌株,研究表明,与乳酸菌相比,曲霉降解蔗糖的能力较强,但消耗果糖的能力较差,在曲霉菌发酵过程中易造成“果糖”堆积,而乳酸菌(嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌)和鼠李糖乳杆菌能快速消耗果糖,但蔗糖利用率低。其中黑曲霉和乳酸菌(嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌)纯化水苏糖的潜力相对较高,黑曲霉发酵36 h后,水苏糖的保留率为91.23%,蔗糖的降解率为65.59%,乳酸菌在发酵36 h后,水苏糖保留率为94.33%,蔗糖降解率为28.39%,宜被选用作为发酵纯化的菌株。同时研究表明,果糖基转移酶与微生物发酵法联合纯化水苏糖不可行。基于各菌株对果糖、葡萄糖、蔗糖、水苏糖等的利用规律,选择合适的菌株组合进行混菌发酵,分析、优化混菌发酵工艺。研究显示,低接种量更有利于水苏糖纯化,最优的混菌发酵组合为0.01%黑曲霉和0.01%乳酸菌,混菌发酵纯化水苏糖的效果要优于单菌发酵。乙二胺四乙酸(EDTA)二钠能使微生物分泌的胞外酶水解糖的速度和微生物消耗单糖的速度处于平衡状态,减缓了水苏糖的降解。同步发酵纯化水苏糖的效果优于滞后发酵,在发酵36 h后,同步发酵的水苏糖保留率高于滞后发酵的10.12%;严格控制发酵液pH在5.5-7.0,有利于减缓水苏糖的降解,且不影响蔗糖的发酵;相比静置发酵,摇床发酵可为微生物提供充足的氧气以及减缓糖化酶的作用,更有利于水苏糖的纯化;带渣发酵纯化水苏糖的效果好于传统提取液单独发酵,水苏糖不断溶出及草石蚕渣中残留维生素和矿物质等为微生物生长提供了充足的营养,使微生物生长更协调。最后探究了活性炭、膜处理及离子交换树脂等纯化工艺,对糖液的脱色、脱蛋白和除盐效果影响。研究显示,高温高压提取草石蚕所得蛋白类物质多为小分子肽和氨基酸,其游离氨基酸组成中带电荷氨基酸占较高比例,经发酵后谷氨酸含量显著增加。活性炭脱色条件:1%添加量,55℃,90 min。D001型大孔强酸性阳离子交换树脂和D301型大孔弱碱性阴离子交换树脂最适宜水苏糖中杂质的去除。在料液温度为35℃,以3.77BV/H流速对提取液进行离交,蛋白和灰分脱除率高达93.70%、97.81%,脱色率达99.5%。草石蚕提取液冻干样中铁、铜含量较低。钠含量较高,但树脂对其脱除效率较好,脱除率高达98.57%。草石蚕提取液冻干样中富含酚酸类物质,经微生物发酵、活性炭脱色及树脂纯化后,这些酚酸类物质可全部吸附去除。草石蚕提取液经0.01%黑曲霉+0.01%乳酸菌混菌组合发酵36 h后,进行离心过滤、活性炭脱色、100 KDa膜包过滤,使用D001和D301树脂床串联离交,冷冻干燥后,样品水苏糖含量高达78.13%。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ920.6

【参考文献】