叢澤峰,王蘭剛,李 輝,王曉健,王 林,徐蟲(chóng)杰

(中糧生化能源(龍江)有限公司,黑龍江 齊齊哈爾 161105)

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材 料

釀酒酵母菌C20,由中糧生化能源(龍江)有限公司自行篩選并保藏;味精廢水、玉米漿均由中糧生化能源(龍江)有限公司提供;葡萄糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂等試劑均購(gòu)于天津科密歐有限公司;聚丙烯酸鈉,濟(jì)南天清水化工有限公司。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備

YP2001N電子天平,上海精密科學(xué)儀器有限公司;H1850R臺(tái)式高速離心機(jī),湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司;pH計(jì),梅特勒-拖利多儀器有限公司;HH-S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋,鄭州長(zhǎng)城工貿(mào)有限公司;721型分光光度計(jì),上海精密科學(xué)儀器有限公司;GZX-9140MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱,上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,上海笠化儀器設(shè)備有限公司;HH-S6恒溫水浴鍋,金壇市國(guó)旺實(shí)驗(yàn)儀器廠;10 L發(fā)酵罐,上海保興生物設(shè)備工程有限公司;BNHD超凈工作臺(tái),北京百年宏達(dá)凈化科技有限公司;TQHZ振蕩培養(yǎng)箱,太倉(cāng)市華美生化儀器廠。

1.2 培 養(yǎng) 基

種子培養(yǎng)基:葡萄糖5 g/L;味精廢水100 g/L;酵母膏0.5 g/L;磷酸二氫鉀1 g/L;硫酸鎂0.6 g/L;玉米漿5 g/L,pH 5.0,121 ℃下滅菌20 min,冷卻備用。

發(fā)酵培養(yǎng)基:葡萄糖5 g/L;味精廢水300 g/L;磷酸二氫鉀1.5 g/L;硫酸鎂1 g/L;消泡劑1 g/L;玉米漿10 g/L,pH 5.0,121 ℃下滅菌20 min,冷卻備用。

1.3 方 法

1.3.1 種子培養(yǎng)

酵母菌種子培養(yǎng):三角瓶?jī)?nèi)裝有一定量的培養(yǎng)基,經(jīng)滅菌后冷卻,接入活化的新鮮斜面菌種,搖床培養(yǎng)24 h經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后,置于4 ℃冰箱內(nèi)保藏備用。

1.3.2 發(fā)酵培養(yǎng)

10 L發(fā)酵罐內(nèi)裝入一定量的酵母菌發(fā)酵培養(yǎng)基,經(jīng)滅菌后冷卻,接入檢驗(yàn)合格的酵母菌種子液進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為溫度30 ℃,通氣量2 L/min,轉(zhuǎn)速100 r/min,發(fā)酵時(shí)間31 h。

1.3.3 試驗(yàn)分析檢測(cè)方法[7-9]

1)OD測(cè)定法測(cè)定菌體濃度:取1 mL發(fā)酵液稀釋后檢測(cè)600 nm波長(zhǎng)下的吸光值。

2)干重測(cè)定法測(cè)定生物量:取10 mL發(fā)酵液7 000 r/min下離心8～10 min,除去上清液收集菌體,80 ℃干燥至恒定質(zhì)量。

3)葡萄糖測(cè)定:采用SBA-40生物傳感分析儀測(cè)定。

4)菌體蛋白質(zhì)測(cè)定:菌體蛋白質(zhì)含量測(cè)定方法為微量凱氏定氮法(GB/T 14770—90)。

5)總蛋白得率計(jì)算:

菌體總蛋白得率(g/L)=菌體生物量(g/L)×菌體蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)。

1.3.4 試驗(yàn)方法

針對(duì)味精廢水的特點(diǎn),結(jié)合酵母菌的生理特性,在前期大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,制定試驗(yàn)方案。

1)將配制好的酵母發(fā)酵培養(yǎng)基分成A、B組。其中,A組培養(yǎng)基經(jīng)高溫實(shí)消滅菌,待冷卻后接入酵母菌種子液進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng);B組培養(yǎng)基不經(jīng)實(shí)消滅菌,直接接入酵母菌種子液進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。通過(guò)A、B 2組對(duì)照試驗(yàn),確定培養(yǎng)條件對(duì)酵母發(fā)酵的影響。

3)飼料酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中,味精廢水按250,300,400 g的添加量(以每L酵母發(fā)酵培養(yǎng)基計(jì),下同)分別配制成酵母發(fā)酵培養(yǎng)基,接入酵母菌種子液后進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。通過(guò)對(duì)照試驗(yàn),確定味精廢水的添加量對(duì)酵母發(fā)酵和飼料酵母成品的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 培養(yǎng)條件對(duì)酵母發(fā)酵的影響

按計(jì)劃方案進(jìn)行酵母發(fā)酵的培養(yǎng)條件對(duì)照試驗(yàn),驗(yàn)證不同的培養(yǎng)條件對(duì)酵母發(fā)酵的影響,如表1所示。

表1 培養(yǎng)條件對(duì)酵母發(fā)酵的影響

由表1可知:酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中使用偏酸性的味精廢水,對(duì)雜菌有抑制活性作用,有效降低雜菌對(duì)培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)的消耗,能夠滿足酵母發(fā)酵過(guò)程中酵母菌的生長(zhǎng)要求。因此,酵母發(fā)酵培養(yǎng)基加入味精廢水后,可不經(jīng)高溫滅菌,直接接入酵母菌種子液進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng),降低生產(chǎn)成本。

2.2 析出味精廢水中的硫酸銨對(duì)酵母發(fā)酵的影響

谷氨酸發(fā)酵液經(jīng)連續(xù)等電提取出谷氨酸后,排放的廢水中氨氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較高,對(duì)酵母菌有一定的抑制。筆者在前期研究的基礎(chǔ)上,對(duì)味精廢水進(jìn)行預(yù)處理,析出廢水中的硫酸銨,降低氨氮對(duì)酵母菌發(fā)酵的影響,結(jié)果如圖1所示。

圖1 析出味精廢水中的硫酸銨對(duì)酵母發(fā)酵的影響

經(jīng)預(yù)處理析出廢水中的硫酸銨后,把過(guò)濾液加入到酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中,接入酵母菌種子液進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。由圖1可知:發(fā)酵培養(yǎng)10 h左右時(shí),隨著酵母菌呈對(duì)數(shù)生長(zhǎng),生物代謝能力逐步增強(qiáng),生物量也快速增加,菌體的干質(zhì)量達(dá)16.5 g/L,通過(guò)預(yù)處理析出其中的硫酸銨,能夠有效降低氨氮對(duì)酵母發(fā)酵的抑制影響。

2.3 味精廢水添加量對(duì)酵母發(fā)酵和飼料酵母成品的影響

2.3.1 味精廢水添加量對(duì)酵母發(fā)酵的影響

味精廢水按250,300,400 g添加量分別添加到酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中,接入酵母菌種子液進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng),培養(yǎng)結(jié)果如表2所示。

表2 味精廢水添加量對(duì)酵母發(fā)酵的影響

由表2可知:酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中加入不同添加量的味精廢水,對(duì)酵母發(fā)酵有很大影響。隨著味精廢水添加量的調(diào)整,酵母發(fā)酵過(guò)程中的菌體生長(zhǎng)有明顯變化。因此,適當(dāng)?shù)奈毒珡U水添加量對(duì)酵母發(fā)酵的菌體有促進(jìn)生長(zhǎng)作用,添加量過(guò)高對(duì)發(fā)酵則產(chǎn)生抑制影響。通過(guò)優(yōu)化試驗(yàn)得知,在飼料酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中300g的味精廢水添加量較為適宜。

2.3.2 味精廢水添加量對(duì)飼料酵母成品的影響

味精廢水按250,300,400 g添加量分別加入到酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中,接入酵母菌種子液進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。發(fā)酵終了放罐的發(fā)酵液,經(jīng)烘干處理后用粉碎機(jī)粉碎,包裝制成成品酵母粉。根據(jù)試驗(yàn)要求,計(jì)算成品酵母的總蛋白得率,對(duì)比不同添加量的味精廢水對(duì)終端酵母成品的影響,結(jié)果如圖2所示。

圖2 味精廢水添加量對(duì)飼料酵母成品的影響

由圖2可知:在酵母發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中加入的味精廢水添加量為300 g時(shí),酵母菌體的總蛋白得率最高達(dá)到10.56 g,明顯優(yōu)于添加量為250 g和400 g時(shí)的酵母菌體總蛋白得率。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)味精廢水生產(chǎn)飼料酵母單細(xì)胞蛋白的工藝優(yōu)化,驗(yàn)證了發(fā)酵條件對(duì)酵母發(fā)酵的影響,也驗(yàn)證了味精廢水添加量對(duì)酵母發(fā)酵的半成品和飼料酵母成品的影響以及析出味精廢水中的硫酸銨對(duì)酵母發(fā)酵的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:飼料酵母的發(fā)酵培養(yǎng)基可以不經(jīng)高溫滅菌,直接接入酵母菌種子液進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。味精廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理析出硫酸銨后,能夠有效促進(jìn)酵母發(fā)酵過(guò)程中菌體的生長(zhǎng),最終菌體的干質(zhì)量達(dá)16.5 g/L。飼料酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中味精廢水添加量為300 g時(shí)最適宜酵母發(fā)酵生長(zhǎng),總蛋白得率達(dá)到10.56 g/L。通過(guò)工藝優(yōu)化試驗(yàn),有效降低了味精廢水對(duì)環(huán)境的污染,同時(shí)也增加了企業(yè)的利潤(rùn)。