利用提取菲汀后的玉米浸泡水發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸

白長勝

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧獸醫(yī)分院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

濕法生產(chǎn)玉米淀粉的預(yù)處理階段會產(chǎn)生大量的玉米浸泡水。玉米浸泡水含有豐富的氨基酸、蛋白質(zhì)、植酸、脂多糖，還有微生物進(jìn)行生命活動所需的生物素、核黃素、維生素B1等物質(zhì)[1]。通常每處理1噸玉米會產(chǎn)生0.8 m3的玉米浸泡水，傳統(tǒng)方法是將其蒸發(fā)濃縮成玉米漿或濃縮后噴漿生產(chǎn)玉米漿粉。玉米漿噴到玉米纖維中，提高纖維飼料的蛋白質(zhì)含量；直接制備植物蛋白調(diào)味液[2]、玉米肽[3]，用來生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白或作為生產(chǎn)氨基酸、抗生素、維生素、醬油、鳥苷酸等產(chǎn)品的發(fā)酵氮源[4-8]。

玉米浸泡水中含有1%左右的菲汀，菲汀即植酸鈣，是植酸與鈣、鎂、鉀等金屬離子形成的一種復(fù)鹽。植酸在食品、醫(yī)藥、日化、金屬加工、紡織及水處理等領(lǐng)域有極廣泛的應(yīng)用[9]。在食品行業(yè)中，常用于食用油及油脂食品、酒類、飲料罐頭、水產(chǎn)品、果蔬、發(fā)酵品作為抗氧化劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、護(hù)色劑、保鮮劑、發(fā)酵促進(jìn)劑等[10]。玉米浸泡水除了可提取菲汀以外，還可以直接作為發(fā)酵原料生產(chǎn)丁醇[11]、酵母菌[12]、賴氨酸等。

在發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，玉米漿是普遍應(yīng)用的有機(jī)氮源，玉米浸泡水濃縮過程中消耗大量能源，同時產(chǎn)生的冷凝水氨氮含量高，直接排放會嚴(yán)重污染環(huán)境；發(fā)酵配料時需要大量的新鮮水；連消時玉米漿中的干物質(zhì)會堵塞板式換熱器，還會對發(fā)酵和提取產(chǎn)生負(fù)面影響。本研究利用提取菲汀后的玉米浸泡水作為發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的原料，通過調(diào)整原料配比，與使用玉米漿為原料的發(fā)酵指標(biāo)對比，探討提取菲汀后的玉米浸泡水代替玉米漿的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 菌種

谷氨酸生產(chǎn)菌CorynebacteriumglutamicumS9114。

1.1.2 發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L)[13]

采用優(yōu)化后的發(fā)酵培養(yǎng)基。

1.1.3 試劑

葡萄糖為淀粉酶法水解糖；玉米漿、糖蜜均為工業(yè)用規(guī)格；Na2HPO4、MgSO4、KCl、MnSO4、FeSO4、VB1均為國藥集團(tuán)分析純試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

SBA-40E生物傳感器 山東省科學(xué)院生物研究所；YXQ-LS-100SⅡ立式壓力蒸汽滅菌器 上海博迅實業(yè)有限公司；721N可見分光光度計 上海精密科技有限公司；BIOTECH-10JS型10 L發(fā)酵罐 上海保興生物設(shè)備公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝條件[14]

采用優(yōu)化后的發(fā)酵控制條件。

1.3.2 試驗方法

本試驗采用單因素對照試驗，分別用玉米漿、玉米浸泡水和去菲汀玉米浸泡水(根據(jù)測得的干物質(zhì)和總氮含量，見表1，玉米浸泡水和去菲汀玉米浸泡水的用量均為玉米漿的6倍)配料發(fā)酵谷氨酸，其余培養(yǎng)基成分和工藝條件一致。

表1 不同試驗組所用不同發(fā)酵原料的理化指標(biāo)Table 1 The physical and chemical indexes of different fermentation materials used in different experimental groups

1.3.3 分析方法

菌液濃度測定：采用分光光度計于1 cm光程測定OD620 nm；還原糖：采用斐林試劑滴定法測定；谷氨酸含量：采用生物傳感器測定。

1.3.4 統(tǒng)計分析

ANOVA和鄧肯氏方差檢驗(Duncan＇s)在p<0.05的水平下，利用SPSS 16.0軟件(SPSS Inc.,USA)對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果

按設(shè)計的試驗方案進(jìn)行發(fā)酵試驗，發(fā)酵過程中主要參數(shù)變化趨勢見圖1。各試驗組的最終發(fā)酵結(jié)果見表2。

圖1 不同試驗組谷氨酸發(fā)酵過程中主要參數(shù)的變化Fig.1 The changes of main parameters during glutamic acid fermentation in different experimental groups

由圖1可知，各個試驗方案發(fā)酵產(chǎn)酸和OD值變化趨勢保持一致，說明用去菲汀玉米浸泡水和玉米浸泡水代替玉米漿作為發(fā)酵原料，在整個發(fā)酵過程中對菌體生長和谷氨酸代謝未產(chǎn)生顯著影響。

表2 各試驗組最終發(fā)酵結(jié)果Table 2 The fermentation results of different experimental groups

由表2可知，各試驗方案發(fā)酵的產(chǎn)酸水平、OD值凈增值均無顯著性差異。

綜合以上試驗結(jié)果可以得出以下結(jié)論：采用去菲汀玉米浸泡水代替玉米漿作為發(fā)酵原料，谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的各項指標(biāo)沒有明顯差異，證明去菲汀玉米浸泡水代替玉米漿作為谷氨酸發(fā)酵原料不會對原有發(fā)酵水平產(chǎn)生影響。

2.2 成本分析

以年加工玉米60萬噸計算，最高可提取菲汀4200噸。處理1噸浸泡水可產(chǎn)生0.2噸玉米漿，消耗電20 kW，蒸汽0.1，年生產(chǎn)味精10萬噸需要玉米漿2500噸，若使用玉米浸泡水代替玉米漿配料，可節(jié)約電2.5×105kW，蒸汽1250噸，節(jié)約新鮮水1萬噸。

3 結(jié)論

國外一些國家對玉米的綜合利用率很高，如美國對玉米的整體利用率已達(dá)到了99%，玉米加工副產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益高于主產(chǎn)品(如淀粉)。與發(fā)達(dá)國家相比，我國玉米深加工研究較為落后，某些大型玉米淀粉生產(chǎn)企業(yè)原料利用率也只有80%，而廣大中小企業(yè)只有50%～55%[15]。因此綜合利用玉米浸泡水，提高玉米的綜合利用率，不但可以節(jié)約能源，減少環(huán)境危害，更能進(jìn)一步提高其附加值，增加玉米加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對我國糧食加工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

玉米浸泡水中營養(yǎng)物質(zhì)種類與玉米漿相同，可以從玉米浸泡水中回收菲汀，再經(jīng)深加工制備附加值更高的植酸和肌醇，用去菲汀玉米浸泡水代替玉米漿發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，在滿足工藝要求的同時，提高了玉米浸泡水的附加值，同時可以節(jié)約能源和用水，減少環(huán)境污染，去除對生產(chǎn)不利的因素。該工藝操作方便，適合在生產(chǎn)中推廣，拓展了玉米浸泡水的資源化利用途徑，提高了玉米的綜合利用率，能使淀粉生產(chǎn)和發(fā)酵產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)的玉米深加工企業(yè)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。