韓雋，姬慧軍

(中糧生化能源(龍江)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161100)

關(guān)于混合水解液的研究及應(yīng)用

韓雋，姬慧軍

(中糧生化能源(龍江)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161100)

在味精行業(yè)中，玉米漿和菌體蛋白都是生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值。文章主要闡述了將玉米漿和菌體蛋白混合水解制備混合水解液的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)正交設(shè)計(jì)，確定最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組合，并將混合水解液應(yīng)用于谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中。結(jié)果表明：混合水解最優(yōu)水解條件為菌體蛋白∶玉米漿∶硫酸為1∶2∶1，硫酸濃度30%，水解溫度110 ℃，水解周期24 h，水解率達(dá)70%以上。然后通過(guò)小試發(fā)酵罐進(jìn)行混合水解液和豆粕水解液的對(duì)比發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)酸差別不大。從而證明了混合水解液可以取代豆粕水解液，是谷氨酸發(fā)酵配方的一種優(yōu)化。

玉米漿；菌體蛋白；水解；發(fā)酵

玉米漿是玉米淀粉制備過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，由于其含有蛋白、無(wú)機(jī)鹽及微量元素等豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且制備成本低廉，多年來(lái)在發(fā)酵行業(yè)有著極為廣泛的應(yīng)用[1]。菌體蛋白是谷氨酸發(fā)酵提取制備谷氨酸的副產(chǎn)物，其中約占1%，它是一種單細(xì)胞蛋白，含粗蛋白60%～70%，氨基酸組分齊全，此外還含有豐富的維生素等。

由于菌體蛋白都含有豐富的氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物資，但大都以大分子蛋白形式存在，微生物不能直接利用[2]；而玉米漿雖然普遍應(yīng)用于發(fā)酵培養(yǎng)基中，但由于其濃度低，為了供給發(fā)酵足夠的營(yíng)養(yǎng)，所需量很大，這樣就降低了發(fā)酵罐容量的有效利用率，同時(shí)玉米漿中所含大量蛋白及膠體類(lèi)物質(zhì)也是發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生大量泡沫的主要原因之一，另外，玉米漿中還含有大量不溶性顆粒物質(zhì)，也是導(dǎo)致發(fā)酵消菌不徹底而染菌的重要原因。

為了解決二者對(duì)于發(fā)酵的不利影響，充分利用其豐富營(yíng)養(yǎng)，采用將二者混合酸化水解的方法，再將其混合水解液應(yīng)用于谷氨酸發(fā)酵。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

HH-S6恒溫水浴鍋 金壇市國(guó)旺實(shí)驗(yàn)儀器廠；立式壓力蒸汽滅菌器、5 L 搪瓷反應(yīng)釜、JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器、FE20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；溫度計(jì)(0～150 ℃)、722分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；燒杯、三角瓶、抽濾瓶、SE-301真空泵 鞏義市予華儀器有限公司。

1.2 材料與試劑

谷氨酸菌體蛋白、玉米漿(比重1.180)：中糧生化能源(龍江)有限公司；自來(lái)水、NaOH溶液(濃度30%)、工業(yè)濃硫酸(98%)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)水解分乳化和液化兩部分。

1.3.1 原料混合后乳化預(yù)處理

取玉米漿和菌體蛋白(按一定配比)置于三角瓶中，按一定的料酸比加入水和濃硫酸，同時(shí)安裝攪拌器，用耐酸布封口后置于水浴鍋中，溫度控制在95 ℃，攪拌4 h，進(jìn)行乳化預(yù)處理。

1.3.2 乳化完全后物料液化水解

將乳化完全后的物料置于立式壓力蒸汽滅菌器，設(shè)定工作溫度后進(jìn)行高溫高壓水解，當(dāng)滅菌器工作時(shí)間達(dá)到其上限后重新設(shè)定工作溫度并啟動(dòng)，直至達(dá)到要求的水解時(shí)間，按滅菌器使用要求待其自然降溫后取出水解液[3]。

1.3.3 水解液過(guò)濾

將降溫后的水解液用抽濾瓶進(jìn)行真空抽濾，濾液收集待測(cè)。

1.4 分析方法

1.4.1 總氮測(cè)量

采用凱氏定氮法。

1.4.2 氨基酸態(tài)氮測(cè)量

采用甲醛滴定法：取80 mL水，用0.1 mol/L的氫氧化鈉滴定至pH為8.2，然后加入10 mL甲醛，再用0.1 mol/L的氫氧化鈉滴定至pH為9.2，記下空白值V0。

吸取5 mL樣液，定容至100 mL，搖勻。在定容后的溶液中吸取20 mL樣液，加60 mL蒸餾水，用0.5 mol/L的氫氧化鈉滴定至pH為8.2，然后加入10 mL甲醛，再用0.1 mol/L的氫氧化鈉滴定至pH為9.2，記下滴定的體積數(shù)V1。

式中：V1為樣品加入甲醛后滴定的體積，g/dL；V0為空白滴定的體積，g/dL；0.014為換算系數(shù)。

1.4.3 水解率

水解率=氨基酸態(tài)氮/總氮。

2 結(jié)果與討論

2.1 水解工藝流程

配料(菌體蛋白+玉米漿+水+濃硫酸)
↓
乳化(95 ℃)
↓
液化水解
↓
過(guò)濾。

2.2 水解條件正交實(shí)驗(yàn)

對(duì)水解周期、配料比例、硫酸濃度、水解溫度4個(gè)因素進(jìn)行三水平正交實(shí)驗(yàn)， 共9組實(shí)驗(yàn)(本實(shí)驗(yàn)做2次重復(fù))，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 混合水解正交實(shí)驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment of mixed hydrolysis

表2 混合水解正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiment of mixed hydrolysis

由表1和表2可知，各因素影響大小順序?yàn)锽>D>A>C，較優(yōu)組合為A2B2C3D2。其中配料比例影響最大，這與玉米漿和菌體蛋白所含蛋白比例有關(guān)，隨著加入硫酸的比例增大，物料水解得越好，其次是水解溫度、水解周期、硫酸濃度。

2.3 混合水解液質(zhì)量

目前國(guó)內(nèi)發(fā)酵行業(yè)，特別是味精發(fā)酵方面，發(fā)酵培養(yǎng)基用豆粕水解液的居多，而豆粕價(jià)格相對(duì)較高，這也是生產(chǎn)成本居高不下的一個(gè)重要原因[4]。菌體蛋白和玉米漿均為味精生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品，將其用于制備水解液，將極大地降低生產(chǎn)成本。需要對(duì)豆粕水解液和混合水解液質(zhì)量做對(duì)比，其結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 水解液質(zhì)量對(duì)比Table 3 Comparison of quality of hydrolysate %

由表3可知，混合水解液氨基酸態(tài)氮較豆粕水解液差別很小，但混合水解實(shí)驗(yàn)的水解率較豆粕高。綜合經(jīng)濟(jì)效益，混合水解液可以滿(mǎn)足發(fā)酵生產(chǎn)，且成本遠(yuǎn)低于豆粕水解液。

2.4 水解液發(fā)酵實(shí)驗(yàn)對(duì)比

將混合水解液和豆粕水解液進(jìn)行發(fā)酵小試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 水解液對(duì)比實(shí)驗(yàn)Fig.1 Comparison experiment of hydrolysate

由圖1可知，2組實(shí)驗(yàn)同時(shí)期產(chǎn)酸值非常接近，這說(shuō)明混合水解液和豆粕水解液對(duì)谷氨酸發(fā)酵液的影響差別很小，可忽略不計(jì)。在一定程度上混合水解液可取代豆粕水解液。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)是用玉米漿和菌體蛋白混合后加酸制備混合水解液，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，得到最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案：菌體蛋白∶玉米漿∶硫酸為1∶2∶1，硫酸濃度30%，水解溫度110 ℃，水解周期24 h。由此實(shí)驗(yàn)組合得到的混合水解液氨基酸態(tài)氮可達(dá)到1.9%(即1.9 g/dL)，完全可達(dá)到發(fā)酵要求，而且較豆粕水解成本可節(jié)省3倍左右；同時(shí)通過(guò)進(jìn)行混合水解液和豆粕水解液的配方對(duì)比發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)差異很小，在一定程度上混合水解液可取代豆粕水解液。

[1]董力青，黃敏，曾鳳彩.谷氨酸發(fā)酵廢液中菌體蛋白的應(yīng)用進(jìn)展[J].發(fā)酵科技通訊,2013,42(1):49-50.

[2]姚菁華,肖雷.谷氨酸菌體蛋白的酶解試驗(yàn)研究[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(bào),2002,11(4):52-55.

[3]劉康樂(lè),劉秀敏,聶曉東,等.玉米漿水解工藝研究[J].發(fā)酵科技通訊，2013,42(1):26-28.

[4]于信令.味精工業(yè)手冊(cè)(第二版)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2009.

ResearchandApplicationofMixedHydrolysate

HAN Jun, JI Hui-jun

(COFCO Bio-Chemical Energy (Longjiang) Co.,Ltd.,Qiqihar 161100,China)

In the MSG industry, corn pulp and mycoprotein are by-products in the production process, and they have great development value. In this paper, the experiment for mixed hydrolysate of corn pulp and mycoprotein is carried out, and the optimal experimental combination is determined by orthogonal design.The results show that the optimal hydrolysis conditions are as follows：mycoprotein∶corn pulp∶sulfuric acid is 1∶2∶1,sulfuric acid concentration is 30%,hydrolysis temperature is 110 ℃, hydrolysis cycle is 24 h, hydrolysis rate is more than 70%.The fermentation experiments of mixed hydrolysate and soybean meal hydrolysate are carried out by small test fermenter,little acid production difference is found.It is proved that the mixed hydrolysate could replace the hydrolysate of soybean meal, and it is an optimization of glutamic acid fermentation formula.

corn pulp;mycoprotein;hydrolysis;fermentation

TS201.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.11.020

1000-9973(2017)11-0092-03

2017-05-15

韓雋(1974-)，男，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師，研究方向：味精。