張 鑫，高愛武，黃雅娟，云美林，苗海明

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018）

酵母菌與乳酸菌共培養(yǎng)發(fā)酵馬鈴薯渣的研究

張 鑫，高愛武，黃雅娟，云美林，苗海明

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010018）

選用4株酵母菌和2株乳酸菌固態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣，通過測定發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白和真蛋白含量變化情況，確定酵母菌與乳酸菌的共生關(guān)系，最終篩選生產(chǎn)SCP（單細(xì)胞蛋白）的適宜菌種組合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適宜的菌株配伍為釀酒酵母+白地霉+熱帶假絲酵母+植物乳桿菌，經(jīng)過發(fā)酵，馬鈴薯渣粗蛋白含量為35.63%，真蛋白含量為14.05%。

酵母菌，乳酸菌，共培養(yǎng)，馬鈴薯渣

單細(xì)胞蛋白（single cell protein，簡稱SCP）亦稱微生物蛋白或菌體蛋白，主要指酵母、細(xì)菌、真菌和某些低等藻類生物等微生物，在其生長過程中利用各種基質(zhì)在適宜條件下，培養(yǎng)單細(xì)胞或絲狀微生物的個(gè)體而獲得的菌體蛋白（Microbial protein）[1]。用于生產(chǎn)SCP的微生物種類很多，主要包括四大類群，即非致病和非產(chǎn)毒的酵母、細(xì)菌、霉菌及藻類[2]。微生物發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，關(guān)鍵是菌種，目前由單一菌株趨向于復(fù)合菌株的協(xié)同發(fā)酵報(bào)道越來越多，復(fù)合菌株多由霉菌和酵母組成，也有霉菌與霉菌組成的，但是對(duì)酵母菌和乳酸菌組合報(bào)道很少[3]。在食品中，乳酸菌和酵母菌之間穩(wěn)定的共培養(yǎng)是普遍存在的，因?yàn)檫@種共生作用可以增加微生物對(duì)于復(fù)雜食品系統(tǒng)的適應(yīng)性[4]，同時(shí)也能增加菌種之間的協(xié)同作用。研究表明，在食物中由乳酸菌創(chuàng)造的酸性環(huán)境對(duì)酵母菌的增殖有促進(jìn)作用，同時(shí)，酵母菌產(chǎn)生許多生長因子，如維生素、可溶性氮化合物，這些物質(zhì)的存在也對(duì)乳酸菌的生長有促進(jìn)作用。在發(fā)酵過程中，乳酸菌和酵母菌的共培養(yǎng)也可能會(huì)產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物會(huì)改善產(chǎn)品的風(fēng)味[4]。目前，許多食品加工廠針對(duì)鮮薯渣常規(guī)的做法是將其廉價(jià)賣掉或者當(dāng)廢棄物扔掉，這不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。研究表明，鮮薯渣中含有大量的纖維素、果膠等可利用成分，同時(shí)含有部分淀粉和少量蛋白質(zhì)[5]，其營養(yǎng)豐富，是很好的培養(yǎng)基，如果合理利用，不僅能實(shí)現(xiàn)馬鈴薯渣變廢為寶的目的，而且還解決了食品工廠廢渣處理的難題，達(dá)到食品工業(yè)副產(chǎn)物綜合利用的目的。本研究的目的是以馬鈴薯渣為原料，對(duì)釀酒酵母、產(chǎn)阮假絲酵母、白地霉、熱帶假絲酵母、植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌進(jìn)行單一菌株發(fā)酵培養(yǎng)和混合菌株發(fā)酵培養(yǎng)，通過對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白和真蛋白含量的比較，確定生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白較好的最佳菌株或混合菌株，為合理開發(fā)共生菌株生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯渣 粗蛋白和真蛋白含量均為4.98%，內(nèi)蒙古清水河脫水蔬菜廠提供；麩皮 市售；釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、產(chǎn)阮假絲酵母（Candida tails）、白地霉（Geotr ichum candidum）、熱帶假絲酵母（Candida tropicalis）、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum） 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室提供；嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）由中國工業(yè)微生物菌種保藏中心購得。為了便于標(biāo)記，菌種編號(hào)為：1#釀酒酵母、2#產(chǎn)阮假絲酵母、3#白地霉、4#熱帶假絲酵母、5#植物乳桿菌、6#嗜酸乳桿菌；尿素、硫酸銨、磷酸氫二鉀、硫酸鎂 均為分析純；MRS斜面培養(yǎng)基[5]；YEPD斜面培養(yǎng)基[6]；種子培養(yǎng)基成分同斜面培養(yǎng)基，不加瓊脂；馬鈴薯渣固體發(fā)酵培養(yǎng)基 馬鈴薯渣80%、麩皮20%、尿素1.5%、硫酸氨1.5%、磷酸氫二鉀0.6%、硫酸鎂0.05%、水分65%～ 70%；以上培養(yǎng)基均在115℃滅菌30min。

LDZX-50FA型立式高壓蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠；DHP-9272型電熱恒溫培養(yǎng)箱、DHG-9145A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科技有限公司；2HJH-1112B型垂直流超凈工作臺(tái) 上海智城分析儀器制造有限公司；PL303-01型電子分析天平 上海梅特勒-托利多儀器有限公司；水浴恒溫振蕩器 深圳市沙頭角國華儀器廠；KDA-08A型凱氏定氮儀 上海新嘉電子有限公司；HN-12A型紅外線消煮爐 上海勇規(guī)分析儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 馬鈴薯渣發(fā)酵工藝路線

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 乳酸菌種子液的制備 將4℃保存的植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌接于MRS斜面培養(yǎng)基上活化，37℃培養(yǎng)24h，再將斜面菌種挑取一環(huán)接于MRS液體試管培養(yǎng)基中，37℃培養(yǎng)24h，作為一級(jí)種子培養(yǎng)基；以10%接種量接入裝液量20mL/50mL MRS三角瓶液體培養(yǎng)基中，于37℃下以240r·min-1振蕩培養(yǎng)24h，作為二級(jí)種子培養(yǎng)基。

1.2.2.2 酵母菌種子液的制備 將4℃保存的酵母菌接于YEPD斜面培養(yǎng)基上活化，28℃培養(yǎng)48h，再將斜面活化后的菌種挑取一環(huán)接于YEPD液體試管培養(yǎng)基中，28℃培養(yǎng)24h，作為一級(jí)種子培養(yǎng)基；以10%接種量接入裝有20ml/50mL YEPD三角瓶液體培養(yǎng)基中，于28℃下以240r·min-1振蕩培養(yǎng)24h，作為二級(jí)種子培養(yǎng)基。

1.2.2.3 接種發(fā)酵 將二級(jí)種子培養(yǎng)基按10%接入馬鈴薯渣固體培養(yǎng)基中，28℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)72h，每天用無菌玻棒翻動(dòng)培養(yǎng)物。

1.2.2.4 干燥 恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥。

1.2.2.5 粉碎 干燥樣粉碎過40目篩。

1.2.3 菌種篩選實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 單一菌種發(fā)酵 將6株菌分別接種于已滅菌的馬鈴薯渣固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基上，自然pH，置于28～ 30℃培養(yǎng)箱，培養(yǎng)72h，低溫烘干至恒重，以粗蛋白和真蛋白含量為檢測指標(biāo)，通過單菌種實(shí)驗(yàn)，分析各個(gè)菌種發(fā)酵前后產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量的變化情況。

1.2.3.2 復(fù)合菌種發(fā)酵實(shí)驗(yàn) 考慮所有的菌種組合，進(jìn)行發(fā)酵，篩選最優(yōu)的菌種組合。

在燒杯內(nèi)裝入100g馬鈴薯渣固體發(fā)酵培養(yǎng)基，分別接入10%不同組合的混菌種，雙菌接種比例為1∶1，三菌接種比例為1∶1∶1，四菌接種比例為1∶1∶1∶1，五菌接種比例為1∶1∶1∶1∶1，自然pH，置于28～30℃恒溫箱中培養(yǎng)72h，低溫烘干至恒重后測定其粗蛋白質(zhì)和真蛋白含量。

1.3 檢測指標(biāo)

水分的測定：直接干燥法[7]；粗蛋白的測定：凱氏定氮法[7]；真蛋白的測定：硫酸銅沉淀法[8]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用DPS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一菌種發(fā)酵實(shí)驗(yàn)

通過單菌種實(shí)驗(yàn)，測得發(fā)酵后產(chǎn)物的粗蛋白和真蛋白含量見表1。

表1 單菌種發(fā)酵粗蛋白和真蛋白含量（%）Table 1 The content of single strain fermentation crude protein and true protein（%）

由表1可知，6株菌分別進(jìn)行單菌發(fā)酵，其粗蛋白和真蛋白含量均比原馬鈴薯渣蛋白質(zhì)含量高，表明6株菌均能利用馬鈴薯渣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。單菌產(chǎn)蛋白高低順序?yàn)椋喊椎孛梗踞劸平湍福井a(chǎn)阮假絲酵母＞熱帶假絲酵母＞嗜酸乳桿菌＞植物乳桿菌。其中，加入3#（白地霉）菌株后，發(fā)酵產(chǎn)物表面形成白色菌絲體，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白和真蛋白含量在單菌發(fā)酵實(shí)驗(yàn)組中最高，分別為31.4%和12.15%。資料表明，白地霉、假絲酵母和釀酒酵母都是SCP生產(chǎn)中被應(yīng)用的菌種[9-12]，而且具有生長快、生物量高、蛋白質(zhì)含量高等特點(diǎn)，尤其是白地霉具有良好地利用淀粉的能力。加入1#（釀酒酵母）菌株后的固體發(fā)酵產(chǎn)物，有輕微的醇香味，粗蛋白和真蛋白含量分別為30.62%和11.71%。

2.2 復(fù)合菌種發(fā)酵實(shí)驗(yàn)

2.2.1 雙菌種組合發(fā)酵實(shí)驗(yàn) 對(duì)菌種兩兩混合進(jìn)行發(fā)酵，根據(jù)1株酵母菌+1株乳酸菌的原則，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白和真蛋白含量見表2。

表2 雙菌種組合發(fā)酵粗蛋白和真蛋白含量（%）Table 2 The content of double strains fermentation crude protein and true protein（%）

由表2可知，雙菌種混合發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白含量范圍為31.42%～32.98%，真蛋白含量范圍為12.22%～12.94%。其中，3#6#（白地霉+嗜酸乳桿菌）菌種組合發(fā)酵粗蛋白和真蛋白含量最高，分別為32.98%和12.94%，對(duì)其發(fā)酵后的產(chǎn)物進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，48h后的發(fā)酵產(chǎn)物表面被一層白色的菌絲所覆蓋，菌絲體潔白，發(fā)酵產(chǎn)物為淡黃色。

2.2.2 三菌種組合發(fā)酵實(shí)驗(yàn) 對(duì)菌種三菌混合進(jìn)行發(fā)酵，根據(jù)2株酵母菌+1株乳酸菌的原則，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白和真蛋白含量見表3。

表3 三菌種發(fā)酵粗蛋白和真蛋白含量（%）Table 3 The content of three strains fermentation crude protein and true protein（%）

由表3可知，三菌種混合發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白含量范圍為32.98%～33.94%，真蛋白含量范圍為12.95%～13.61%。其中，3#4#5#（白地霉+熱帶假絲酵母+植物乳桿菌）菌種組合粗蛋白和真蛋白含量最高，分別為33.94%和13.61%。

2.2.3 四菌種組合發(fā)酵實(shí)驗(yàn) 對(duì)四菌混合進(jìn)行發(fā)酵，根據(jù)3株酵母菌+1株乳酸菌的原則，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白和真蛋白含量見表4。

由表4可知，四菌種混合發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白含量范圍為34.29%～35.63%，真蛋白含量范圍為13.60%～14.05%，其中1#3#4#5#（釀酒酵母+白地霉+熱帶假絲酵母+植物乳桿菌）菌種組合粗蛋白和真蛋白含量最高，分別為35.63%和14.05%。

2.2.4 五菌種組合發(fā)酵實(shí)驗(yàn) 對(duì)菌種五菌混合進(jìn)行發(fā)酵，根據(jù)4株酵母菌+1株乳酸菌的原則，發(fā)酵產(chǎn)物蛋白和真蛋白含量見表5。

表4 四菌種發(fā)酵粗蛋白和真蛋白含量（%）Table 4 The content of four strains fermentation crude protein and true protein（%）

表5 五菌種發(fā)酵粗蛋白和真蛋白含量（%）Table 5 The content of five strains fermentation crude protein and true protein（%）

由表5可知，五菌種混合發(fā)酵粗蛋白和真蛋白含量情況，五菌發(fā)酵的粗蛋白和真蛋白含量明顯下降，粗蛋白含量最高為32.44%、真蛋白含量最高為12.73%。

3 結(jié)論與討論

單菌發(fā)酵馬鈴薯渣，白地霉產(chǎn)蛋白能力最高，粗蛋白和真蛋白含量為31.4%和12.15%。

混菌發(fā)酵馬鈴薯渣，釀酒酵母、白地霉、熱帶假絲酵母與植物乳桿菌混菌組合產(chǎn)蛋白能力最高，粗蛋白和真蛋白含量為35.63%和14.05%。

本研究結(jié)果顯示，在單菌發(fā)酵中，3#菌株（白地霉）發(fā)酵產(chǎn)蛋白的能力高于其它單一菌株，其粗蛋白和真蛋白含量為31.4%和12.15%；雙菌混合發(fā)酵中，3#6#組合（白地霉+嗜酸乳桿菌）產(chǎn)蛋白能力高于其它雙菌組合，其粗蛋白和真蛋白含量為32.98%和12.94%；三菌混合發(fā)酵中，3#4#5#組合（白地霉+熱帶假絲酵母+植物乳桿菌）產(chǎn)蛋白能力高于其它三菌混合，其粗蛋白和真蛋白含量為33.94%和13.61%；四菌混合發(fā)酵中，1#3#4#5#組合（釀酒酵母+白地霉+熱帶假絲酵母+植物乳桿菌）產(chǎn)蛋白能力高于其它四菌混合，其粗蛋白和真蛋白含量為35.63%和14.05%；五菌組合發(fā)酵粗蛋白和真蛋白含量高于單菌發(fā)酵，但是低于其他混菌組合。單一菌株和混合菌株發(fā)酵馬鈴薯渣產(chǎn)粗蛋白和真蛋白結(jié)果表明：四菌組合＞三菌組合＞雙菌組合＞五菌組合＞單菌。四菌組合生產(chǎn)的粗蛋白和真蛋白含量在p＜0.05顯著高于單菌發(fā)酵。由此說明，菌株的最佳組合為1#3#4#5#（釀酒酵母+白地霉+熱帶假絲酵母+植物乳桿菌）。

在馬鈴薯廢渣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白方面，國內(nèi)的一些科研單位也做過相關(guān)研究。王文俠等[13]先用中溫a-淀粉酶和Nutrase中性蛋白酶將馬鈴薯渣中的纖維素和蛋白質(zhì)分解，再接種產(chǎn)生單細(xì)胞蛋白的菌株—產(chǎn)骯假絲酵母和熱帶假絲酵母，可使單細(xì)胞蛋白中的真蛋白含量達(dá)到12.27%；史琦云等[14]用白地霉、假絲酵母和釀酒酵母多菌固體發(fā)酵馬鈴薯廢渣，生產(chǎn)出粗蛋白質(zhì)含量22.16%的單細(xì)胞蛋白。本研究結(jié)果顯示，釀酒酵母、白地霉、熱帶假絲酵母三株酵母菌和一株植物乳酸菌，四菌株聯(lián)合共培養(yǎng)固體發(fā)酵馬鈴薯廢渣，可生產(chǎn)出粗蛋白含量為35.63%、真蛋白含量為14.05%的單細(xì)胞蛋白。通過比較，用酵母菌和乳酸菌混菌發(fā)酵法生產(chǎn)的單細(xì)胞蛋白粗蛋白含量要高于酶解法和單純酵母菌混菌法。

研究表明，酵母菌與乳酸菌兩者有著相似的生長條件，有著很好的共生基礎(chǔ)，如適宜的pH4～7，適宜生長和發(fā)酵的溫度25～37℃，都可以利用葡萄糖、果糖、麥芽糖等進(jìn)行發(fā)酵，共同發(fā)酵不僅可以提高發(fā)酵速度，加速有益產(chǎn)物的積累，而且會(huì)產(chǎn)生豐富、良好的風(fēng)味物質(zhì)[15-16]。乳酸菌和酵母菌可廣泛應(yīng)用于發(fā)酵食品，如開菲爾、酸馬奶酒、腌制品、精制米酒、日本面醬、醬油及發(fā)酵乳[17-18]。在這些環(huán)境中，乳酸菌與酵母菌存在著廣泛的共生關(guān)系，二者相互促進(jìn)生長。Leroi和Pidoux曾報(bào)道了法國某地區(qū)的傳統(tǒng)發(fā)酵飲品中含糖開菲爾粒中的乳酸菌和酵母菌在增殖過程中的相互作用[19-20]。

酵母菌和乳酸菌混菌較單菌發(fā)酵馬鈴薯渣產(chǎn)生的粗蛋白和真蛋白含量高，表明3株酵母菌和1株乳酸菌在生長和代謝過程中可能存在相互作用。酵母菌為兼性好氧菌，乳酸菌為微好氧菌，酵母菌和乳酸菌都耐酸，并且乳酸菌的一般培養(yǎng)基中都含有蛋白胨和酵母膏，在進(jìn)行有氧培養(yǎng)時(shí)，酵母菌產(chǎn)生大量的菌體和代謝產(chǎn)物，同時(shí)這種培養(yǎng)條件又不會(huì)影響乳酸菌的存活，乳酸菌通過作用于馬鈴薯渣中的碳水化合物產(chǎn)生乳酸，為酵母菌生長提供了良好的酸性生長環(huán)境[21]，碳源充足時(shí)，酵母菌大量的繁殖。同時(shí)3株酵母菌對(duì)乳酸菌的生長有促進(jìn)作用。與Loretan等[22]對(duì)開菲爾乳研究結(jié)果相同，研究認(rèn)為酵母菌能提供氨基酸、維生素等其他化合物作為生長因子促進(jìn)乳酸菌生長，暗示了乳酸菌和酵母菌之間的共生關(guān)系。

目前乳酸菌與酵母菌共同發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的研究較少，也未見共培養(yǎng)發(fā)酵馬鈴薯渣的報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)利用3株酵母菌和1株乳酸菌發(fā)酵馬鈴薯渣，對(duì)共生菌株生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的條件進(jìn)行初步探索，為食品工廠廢棄物的綜合利用提供了理論依據(jù)。

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Study on fermentation of potato residue by yeast and lactobacillus co-fermentation

ZHANG Xin，GAO Ai-wu，HUANG Ya-juan，YUN Mei-lin，MIAO Hai-ming
（College of Food Science and Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China）

The production of single cell protein by mixed yeast and lactobacillus solid state fermentation of potato residue was studied.Four yeast strains and two lactobacillus strains were used in the experiment.The contents of crude protein and true protein of the fermented products were measured to choose the appropriate strains.The results showed that the most efficient mixture of yeast and lactobacillus were saccharomyces cerevisiae+Geotr ichum candidum+Candida tropicalis+Lactobacillus plantarum.The crude protein and true protein yields of the microoganism after fermentation by the four strains were 35.63%and 14.05%respectively. Key words：yeast；lactobacillus；co-fermentation；potato residue

TS201.3

A

1002-0306（2012）01-0194-04

2010－12－13

張鑫（1986-），女，碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)。