吸附包埋法固定化醋酸菌的制备及其在麦芽醋中的应用

摘要

固定化微生物细胞技术凭借其发酵速率快、生产周期短、产品质量稳定、细胞可反复使用、易于实现连续化生产等优势而备受关注。对于固定化微生物细胞技术而言，载体的选择是至关重要的。但传统的固定化微生物细胞载体选择时多考虑载体材料本身的特性，而忽略了载体材料对微生物细胞生物学特性及实际可操作性的影响，进而限制了固定化微生物细胞技术在某些领域，尤其是以醋酸菌等对氧及营养基质需求较高的菌株为主的领域的应用。
　　 一般地，固定化微生物细胞载体可分为天然材料制备的载体、人工合成材料制备的载体和复合材料制备的载体。天然材料制备的载体，如海藻酸盐、玉米芯等，其无毒、传质性好，但机械强度低、细胞易脱落，不利于反复使用;人工合成材料制备的载体，如聚乙烯醇等，其机械强度大、稳定性好，但传质性差、细胞活性较低;而复合材料制备的载体兼具二者的优点，其应用前景广阔。
　　 本文重点针对麦芽醋酿造工艺中的主要菌株——醋酸菌这类好氧菌固定化进行了研究，从玉米芯、海藻酸钠(SA)、聚乙烯醇(PVA)、玉米芯-SA、玉米芯-PVA几种载体中选择适宜的醋酸菌固定化载体，对其固定化条件及固定化醋酸菌酿造麦芽醋的工艺参数进行了优化，并设计了固定化细胞反应器，进行了游离与固定化醋酸菌酿造麦芽醋的对比，旨在为醋酸菌固定化及固定化微生物细胞技术在麦芽醋酿造中的应用提供一定理论基础。主要研究结果如下:
　　 1.从玉米芯、SA、PVA、玉米芯-SA、玉米芯-PVA几种载体中确定玉米芯-PVA为较适宜的醋酸菌固定化载体，并通过单因素及响应面试验确定玉米芯-PVA吸附包埋法固定醋酸菌的最佳条件为:菌悬液浓度0.7g/100mL，吸附时间12h，PVA浓度13％，PVA与玉米芯比例2∶1，冷冻温度-20℃，冷冻-解冻循环3次。
　　 2.通过单因素及响应面试验中的Box-Behnken确定固定化醋酸菌醋酸发酵的最佳条件为:接种量10.11％(m/v)，初始酒精度6.26％(v/v)，发酵温度32℃，摇床转速为171r/min。
　　 3.采用固定化醋酸菌酿造麦芽醋时，其发酵周期仅为96h，酸度为4.73g/100mL（以乙酸计），产酸速率达0.48g/L·h，且固定化醋酸菌重复使用稳定性好，使用6批次后，发酵性能无明显下降。
　　 4.与游离醋酸菌相比，固定化醋酸菌产酸速率提高了37％，醋酸发酵周期缩短了25％，同时，麦芽醋的感官、理化及卫生指标与游离醋酸菌发酵相比无显著差异。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 固定化微生物细胞技术概述

1．1．1 固定化微生物细胞载体的选择

1．1．2 固定化微生物细胞方法的选择

1．1．3 固定化微生物细胞技术在食品与发酵行业中的应用

1．2 酿造醋概述

1．2．1 酿造醋发酵机理

1．2．2 酿造醋原料

1．2．3 酿造醋菌株

1．2．4 一般酿造醋发酵工艺

1．2．5 麦芽醋发酵工艺

1．3 固定化微生物细胞技术在酿造醋中的应用

1．4 本文研究的目的和意义

1．5 本文的主要研究内容

2 材料与方法

2．1 材料与试剂

2．2 菌株与培养基

2．2．1 菌株

2．2．2 培养基

2．3 主要仪器设备

2．4 方法

2．4．1 醋酸菌固定化

2．4．2 麦芽醋发酵工艺流程

2．4．3 麦汁的制备

2．4．4 麦汁酒精发酵液的制备

2．4．5 固定化醋酸菌醋酸发酵条件的优化

2．4．6 反应器中酿造麦芽醋试验

2．4．7 游离与固定化醋酸菌酿造麦芽醋的比较

2．4．8 试验指标及检测方法

2．4．9 统计分析

3 结果与分析

3．1 醋酸菌固定化载体的选择

3．1．1 不同载体固定化醋酸菌的性能比较

3．1．2 不同载体固定化醋酸菌的连续使用稳定性

3．1．3 扫描电镜

3．2 醋酸菌固定化条件的确定

3．2．1 醋酸菌菌悬液浓度对固定化效果的影响

3．2．2 吸附时间对固定化效果的影响

3．2．3 PVA浓度对固定化效果的影响

3．2．4 PVA与玉米芯比例对固定化效果的影响

3．2．5 冷冻温度对固定化效果的影响

3．2．6 冷冻-解冻次数对固定化效果的影响

3．2．7 响应面法优化醋酸菌固定化条件

3．3 麦汁糖化工艺及麦汁成分测定

3．4 麦汁酒精发酵液的制备

3．5 固定化醋酸菌醋酸发酵条件的优化

3．5．1 接种量对醋酸发酵的影响

3．5．2 初始酒精度对醋酸发酵的影响

3．5．3 发酵温度对醋酸发酵的影响

3．5．4 摇床转速对醋酸发酵的影响

3．5．5 响应面法优化醋酸发酵工艺条件

3．6 反应器中酿造麦芽醋试验

3．6．1 醋酸发酵过程中发酵液酒精度与酸度的变化

3．6．2 固定化醋酸菌的连续使用稳定性

3．7 游离与固定化醋酸菌酿造麦芽醋比较

4 讨论

4．1 醋酸菌细胞固定化

4．1．1 醋酸菌固定化载体的选择

4．1．2 醋酸菌固定化条件的确定

4．2 固定化醋酸菌酿造麦芽醋的研究

4．3 游离与固定化醋酸菌发酵性能比较

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文