稻谷加工副产物发酵生产类胡萝卜素的研究与开发

摘要

本文以稻谷加工副产物——砻糠和脱脂米糠为原料,用本实验室从江西传统发酵食品中分离、筛选的产纤维素酶和β-胡萝卜素能力较强的菌株——粗壮脉纹孢菌(Neurosporacrassa)来固态发酵生产类胡萝卜素。研究了粗壮脉纹孢菌以砻糠和脱脂米糠为主要原料的色素发酵最佳培养基组成和最优发酵条件,同时开发了粗壮脉纹孢菌中色素提取工艺,并对分生孢子中类胡萝卜素含量、色素单体和色素稳定性进行了研究。最后针对色素发酵的副产物——下层基料发酵前后营养成分的变化,探讨其再利用的可能。主要结果如下:
　　 1.通过Plaekett-Burman(P-B)实验设计和响应面(RSM)法优化得到粗壮脉纹孢菌发酵稻谷加工副产物产类胡萝卜素的培养基组成:脱脂米糠64.58％、砻糠33.85%、(N4)2SO41.57%。在此最优化培养基组成条件下,类胡萝卜素产量为170.9mg/kg培养物。
　　 2.通过单因素实验和响应面(RSM)实验设计得到粗壮脉纹孢菌发酵类胡萝卜素的最佳发酵条件为:原料蒸料时间22.5min(121℃),培养基初始含水量56.17%,培养基初始pH自然,发酵温度30℃,种龄72h,固体种曲接种量0.2%,白炽灯全程光照(5W,10cm)培养111.6h,在此优化发酵条件及最佳发酵培养基组成下,类胡萝卜素平均产量为360.5mg/kg。
　　 3.通过不同破壁提取工艺的比较,单因素和响应面实验优化得到粗壮脉纹孢菌色素酸法破壁提取工艺为:常温及避光条件下,用0.81mol/L,盐酸溶液润湿培养物(酸液用量1ml/g左右,润湿即可),然后水洗至中性,过滤,滤渣按24.86ml/g样品加入丙酮浸提6.58min,重复提取两次。
　　 4.通过紫外可见分光光度法、薄层层析、高效液相色谱法和超高效液相色谱法对粗壮脉纹孢菌孢子中色素成分进行了鉴定。高效液相色谱法从色素粗提物中分离出10种色素组分,从皂化物中分离出14种组分,经薄层层析纯化的粗提物中分离得到8种组分,大部分可能为B.胡萝卜素和番茄红素的同分异构体,且主要以色素单体的形式存在。由外标法测得孢子中β-胡萝卜素含量为938.28μg/g,按归一法计算,色素粗提物中β-胡萝卜素纯度为41.52%,皂化物中为40.86%,薄板层析纯化后为52.2%。孢子中总类胡萝卜素含量大约为2260μg/g。超高效液相色谱法发现孢子中含有4个叶黄素的顺反同分异构体,5个番茄红素的顺反同分异构体及3个β-胡萝卜素同分异构体。色素稳定性实验发现游离色素对紫外光和温度敏感,特别是紫外光对色素的破坏作用较为剧烈。而孢子中色素由于孢子壁的保护作用,色素在紫外光及高温下都具有很好的稳定性,分生孢子可考虑作为类胡萝卜素天然微胶囊使用。
　　 5-经粗壮脉纹孢菌固态发酵后,固态培养基收率为70.0%;下层基料中粗蛋白含量从12.74%上升到17.09%,真蛋白含量从9.78%上升到11.959%,提高率分别为34.14%和22.19%;但基料中纤维降解率较低,纤维含量从16.37%升高到22.75%,绝对降解率仅为3.56%。而粗脂肪含量下降了59.33%,可溶性总糖含量下降了50.61%。