復合菌液體發(fā)酵芝麻餅工藝研究

程益++雍婕++肖紅仕++周海燕++吳永堯

摘要 探討復合菌液體發(fā)酵芝麻餅發(fā)酵條件的優(yōu)化，采用實驗室篩選的高效蛋白質(zhì)降解菌和高效脂肪降解菌混合發(fā)酵的方法，研究菌種比例、接種量、初始pH值、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、轉(zhuǎn)速對發(fā)酵底物中蛋白質(zhì)降解和脂肪降解的影響。結(jié)果表明：芝麻餅的最佳發(fā)酵工藝條件為高效蛋白質(zhì)降解菌和高效脂肪降解菌的接種比例為2∶1，接種量5%，初始pH值7.0，發(fā)酵溫度37 ℃，發(fā)酵時間48 h，轉(zhuǎn)速為180 r/min。在此試驗條件下，芝麻餅的粗蛋白質(zhì)降解率為67.25%，粗脂肪的降解率為65.20%。

關鍵詞 芝麻餅；復合菌；發(fā)酵條件；粗蛋白降解；粗脂肪降解

中圖分類號 TQ920.6 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）01-0250-03

Liquid Fermentation Technology of Sesame Crackers with Combined Bacterium

CHENG Yi YONG Jie XIAO Hong-shi ZHOU Hai-yan WU Yong-yao *

（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128）

Abstract We discussed the optimization of sesame crackers fermentation conditions with combined bacterium of the high-efficiency protein degrading bacteria LQ and the fat degrading bacteria YF，and studied the effects of the strains ratio，inoculation size，initial pH，fermentation temperature，fermentation time and revolving speed on protein degradation and fat degradation in fermentation substrate.The results showed that the optimum fermenting parameter of sesame crackers were as follows：the ratio of LQ∶YF was 2∶1，inoculation size 5%，initial pH 7.0，fermentation temperature 37 ℃，fermentation time 48 h and revolving speed 180 r/min.Under the conditions，the crude protein degradation rate of sesame cake was 67.25%，and the rate of crude fat was 65.20%.

Key words sesame crackers；combined bacterium；fermentation conditions；crude protein degradation；crude fat degradation

芝麻餅是芝麻取油后的副產(chǎn)品。我國作為芝麻生產(chǎn)大國，僅芝麻餅粕的年產(chǎn)量就在50 萬t以上，資源十分豐富[1]。芝麻餅中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，其中蛋白質(zhì)的平均含量在35%左右，脂肪的平均含量在7%～11%之間，氨基酸含量也十分豐富[2-4]，營養(yǎng)價值高[5-7]，尤其是幾種主要必需氨基酸如蛋氨酸、蘇氨酸、精氨酸、色氨酸含量均高于其他餅粕。 近一些年來，隨著人們生活水平的提高，人們更加注重油脂的營養(yǎng)、健康、綠色、環(huán)保。芝麻油就是上好油脂的來源。由于人們對芝麻油的喜愛，這樣就導致芝麻取油后的油脂下腳料日益增多[8]。而農(nóng)村小型壓榨機或液壓法生產(chǎn)出的土榨餅，由于含殼量大，脫油率很低，餅中蛋白質(zhì)和脂肪等有機物含量高，也影響其作為有機肥的使用。目前，國內(nèi)僅有少數(shù)油廠對各類油脂下腳料進行了有效的綜合利用，大多數(shù)油廠的下腳料利用不充分。這不僅造成資源的浪費，而且極易酸敗發(fā)臭的油脂下腳料對環(huán)境造成污染[9]。本試驗的基礎發(fā)酵培養(yǎng)基成分為可溶性淀粉1%、芝麻餅8%、磷酸二氫鉀0.1%、氯化鈣0.1%、氯化鎂0.05%[10]，以實驗室篩選出的高效蛋白質(zhì)降解菌與高效脂肪降解菌為基礎，確定2株菌有無拮抗并進行復合菌的發(fā)酵，通過蛋白質(zhì)的降解效率和脂肪的降解效率來確定復合菌液體發(fā)酵芝麻餅的最適條件。通過對芝麻餅中殘油和蛋白質(zhì)進行生物降解，可以提高油脂和蛋白質(zhì)的利用效益，解決環(huán)境污染問題，并延伸到其他油料作物下腳料的綜合利用方面。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試菌種。由實驗室篩選的高效蛋白質(zhì)降解菌LQ和高效脂肪降解菌YF。

1.1.2 供試原料。從湖南農(nóng)業(yè)大學附近榨油廠選取經(jīng)過壓榨法取芝麻油后的芝麻餅。

1.1.3 培養(yǎng)基。①試管斜面培養(yǎng)基。高效蛋白質(zhì)降解菌斜面培養(yǎng)基：牛肉膏0.5%，蛋白胨1%，NaCl 0.2%，瓊脂2.0%，酵母膏0.2%，pH值7.0。高效脂肪降解菌斜面培養(yǎng)基：蛋白胨0.5%，NaCl 0.3%，酵母膏0.5%，K2HPO4 0.2%，瓊脂2.0%，pH值 7.0。②種子培養(yǎng)基。高效蛋白質(zhì)降解菌種子培養(yǎng)基：牛肉膏0.3%，蛋白胨1 g，NaCl 0.5%，pH值7.0。高效脂肪降解菌種子培養(yǎng)基：蛋白胨0.5%，蔗糖0.5%，NaCl 0.3%，酵母膏0.5%，K2HPO4 0.2%，pH值7.0。③基礎發(fā)酵培養(yǎng)基。復合菌基礎發(fā)酵的培養(yǎng)基：可溶性淀粉1%，芝麻餅8%，磷酸二氫鉀0.1%，氯化鈣0.1%，氯化鎂0.05%，pH值7.0。

1.1.4 儀器。供試儀器有恒溫培養(yǎng)箱、恒溫振蕩器、超凈工作臺、分析天平（感量0.001 g）蒸汽滅菌鍋等。

1.1.5 主要試劑 。牛肉膏、蛋白胨、磷酸二氫鉀、氯化鈉、氯化鎂、氯化鈉、氫氧化鈉、福林酚試劑、酚酞試劑、茚三酮試劑等。

1.2 試驗方法

1.2.1 蛋白質(zhì)降解菌。將冷凍保存的菌種接種于高效蛋白質(zhì)降解菌的斜面培養(yǎng)基中，37 ℃ 靜置培養(yǎng) 48 h；待形成菌落后挑取單個菌落接種于高效蛋白質(zhì)降解菌種子培養(yǎng)基，在溫度37 ℃條件下培養(yǎng)24 h，即得種子液。

1.2.2 脂肪降解菌。將冷凍保存的菌種接種于高效脂肪降解菌斜面培養(yǎng)基中，32 ℃ 靜置培養(yǎng)48 h，待形成菌落后挑取單個菌落接種高效脂肪降解菌種子培養(yǎng)基，在溫度32 ℃條件下振蕩培養(yǎng)24 h，即得種子液。

1.3 試驗設計

1.3.1 菌種比例的優(yōu)化。在基礎培養(yǎng)基不變的條件下，設置蛋白質(zhì)降解菌LQ和脂肪降解菌YF不同的菌種比例，分別為 1∶1、1∶2、2∶1、1∶3、3∶1，其他發(fā)酵條件一致，最后裝入規(guī)格為 250 mL的錐形瓶中進行發(fā)酵，發(fā)酵48 h后，以發(fā)酵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的降解率和脂肪降解率為指標，來確定最佳菌種比例。每次處理設置3次重復。

1.3.2 發(fā)酵菌種接種量的優(yōu)化。在基礎培養(yǎng)基不變的條件下，設置不同的菌種接種量，分別為2%、5%、8%、10%和13%，其他發(fā)酵條件一致，最后裝入規(guī)格為250 mL的錐形瓶中進行發(fā)酵，發(fā)酵48 h后，以測定發(fā)酵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的降解率和脂肪降解率來確定最佳接種量。每次試驗設置3次重復。

1.3.3 發(fā)酵初始pH值的優(yōu)化。在基礎培養(yǎng)基不變的條件下，設置不同的菌種發(fā)酵初始pH值，分別為6.0、6.5、7.0、7.5、8.0，其他發(fā)酵條件一致，最后裝入規(guī)格為250 mL的錐形瓶中進行發(fā)酵，發(fā)酵48 h后，通過測定發(fā)酵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的降解率和脂肪降解率來確定最佳初始pH值。每次處理設置3次重復。

1.3.4 發(fā)酵溫度的優(yōu)化。在基礎培養(yǎng)基不變的條件下，設置不同的發(fā)酵溫度，分別為33、35、37、40、42 ℃，其他發(fā)酵條件一致，最后裝入規(guī)格為250 mL的錐形瓶中進行發(fā)酵，發(fā)酵48 h后，通過測定發(fā)酵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的降解率和脂肪降解率來確定最佳發(fā)酵溫度。每次處理設置3次重復。

1.3.5 轉(zhuǎn)速優(yōu)化。按40%的裝液量在250 mL的三角瓶中裝入發(fā)酵培養(yǎng)基，將培養(yǎng)好的種子液按5%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基，在溫度為37 ℃的恒溫搖床中，分別在轉(zhuǎn)速為140、160、180、200、220 r/min的條件下振蕩培養(yǎng)，檢測發(fā)酵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的降解率和脂肪降解率來確定最佳發(fā)酵溫度。每次處理設置3次重復。

1.3.6 培養(yǎng)時間優(yōu)化。在上述發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化條件下，設計培養(yǎng)時間分別為8、16、24、32、40、48、56 h，分析培養(yǎng)時間對蛋白質(zhì)降解率和脂肪降解率的影響。每個處理3次重復。

1.4 分析方法

1.4.1 粗蛋白質(zhì)降解率的測定。先用凱氏定氮法[11]測出發(fā)酵底物前后粗蛋白的含量，然后計算粗蛋白質(zhì)降解率，計算公式如下：

粗蛋白質(zhì)降解率（%）=發(fā)酵前蛋白質(zhì)相對含量-發(fā)酵后蛋白質(zhì)相對含量）/發(fā)酵前蛋白質(zhì)相對含量×100

1.4.2 粗脂肪降解率的測定。采用索式抽提法[12]測出發(fā)酵底物前后粗脂肪的含量，然后計算粗脂肪降解率，計算公式如下：

粗脂肪降解率（%）=（發(fā)酵前脂肪相對含量-發(fā)酵后脂肪相對含量）/發(fā)酵前脂肪相對含量×100

2 結(jié)果與分析

2.1 菌種比例的優(yōu)化

以蛋白質(zhì)降解菌LQ和脂肪降解菌YF不同的菌種比例發(fā)酵芝麻餅，其粗蛋白和粗脂肪的降解率的結(jié)果如圖1所示。

可以看出，蛋白質(zhì)降解菌和脂肪降解菌以2∶1的比例混合發(fā)酵時，發(fā)酵底物中蛋白質(zhì)和脂肪的降解率最高，分別達到65.11%和63.21%。而采用單株蛋白質(zhì)降解菌降解芝麻餅粕的蛋白質(zhì)的降解率約為50%[10]，采用單株脂肪降解菌降解油脂下腳料的降解率約為65%[13]。復合菌發(fā)酵蛋白質(zhì)的降解率相對于單株蛋白質(zhì)降解菌提高了約10%，故以脂肪降解為主的脂肪降解菌也有蛋白質(zhì)的降解能力。復合菌發(fā)酵降解脂肪的效率和單株脂肪降解脂肪的效率都在65%左右，故蛋白質(zhì)降解菌對脂肪降解菌的影響不大。

2.2 發(fā)酵菌種接種量的優(yōu)化

確定好最佳復合菌種比例后，在不同發(fā)酵菌種的接種量條件下，其粗蛋白和粗脂肪降解率的結(jié)果見圖2。

可以看出，接種量在5%時，粗蛋白和粗脂肪的降解率最高，分別約為66.77%和64.07%；接種量8%時，其粗蛋白和粗脂肪的降解率略低；而接種量3%，其降解率最低。故綜合成本因素，最適合的接種量為5%。

2.3 發(fā)酵初始pH值的優(yōu)化

在基礎培養(yǎng)基不變的條件下，設置不同的菌種發(fā)酵初始pH值，其對粗蛋白和粗脂肪的降解率的影響具體如圖3所示。

可以看出，pH值偏堿時，蛋白質(zhì)降解菌的降解作用比偏酸性要好，脂肪降解菌的降解作用在pH值偏中性時最好，而蛋白質(zhì)降解菌和脂肪降解菌降解后的產(chǎn)物是有機酸類物質(zhì)，故相對pH值偏堿性，其降解效果最好。但是，pH值為7.0、7.5時，復合菌對底物的降解效果接近且最好，其粗蛋白和粗脂肪的降解率分別在65.00%左右和63.00%左右?？紤]到成本因素，選擇最佳pH值為7。

2.4 發(fā)酵溫度的優(yōu)化

在基礎培養(yǎng)基不變的條件下，設置不同的發(fā)酵溫度，其對粗蛋白和粗脂肪的降解率的影響見圖4。

可以看出，在發(fā)酵溫度為35 ℃時，其脂肪降解效率最高，達到64.33%，但是蛋白質(zhì)降解菌受到抑制。在33 ℃時，粗蛋白質(zhì)降解菌的降解率低于粗脂肪降解率，蛋白質(zhì)受溫度降低的影響更明顯。綜合2種菌的降解效果，在溫度37 ℃時，粗蛋白和粗脂肪的降解效率最好，分別約為64.78%和62.56%。

2.5 轉(zhuǎn)速優(yōu)化

按40%的裝液量在250 mL的三角瓶中裝入發(fā)酵培養(yǎng)基，將培養(yǎng)好的種子液按5%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基，在溫度為37 ℃的恒溫搖床中，分別在不同轉(zhuǎn)速條件下進行發(fā)酵，其粗蛋白和粗脂肪的降解率的結(jié)果見圖5。

可以看出，轉(zhuǎn)速為180 r/min時，蛋白質(zhì)降解菌降解芝麻餅粗蛋白質(zhì)的效率和脂肪降解菌降解芝麻餅粗脂肪的效率最高，分別為65.89%和62.56%。低轉(zhuǎn)速造成通氣量不足，而較高轉(zhuǎn)速不僅對菌體產(chǎn)生損傷而且會產(chǎn)生很多氣泡，影響溶氧量并且?guī)砀呦摹?/p>

2.6 培養(yǎng)時間優(yōu)化

在上述發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化條件下，設計培養(yǎng)時間分別為8、16、24、32、40、48、56 h。分析培養(yǎng)時間對蛋白質(zhì)的降解率和脂肪降解率的影響，結(jié)果見圖6。

可以看出，發(fā)酵48h后，粗蛋白質(zhì)降解率和粗脂肪降解率達到最大，分別為67.25%和63.18%。發(fā)酵56 h后，粗蛋白和粗脂肪的降解率略有升高但不大，綜合考慮時間和成本因素，故確定48 h為最佳發(fā)酵時間。

3 結(jié)論

（1）復合菌發(fā)酵蛋白質(zhì)的降解率相對于單株蛋白質(zhì)降解菌提高了約10%，故以脂肪降解為主的脂肪降解菌也有蛋白質(zhì)的降解能力。復合菌發(fā)酵降解脂肪的效率和單株脂肪降解脂肪的效率都在65%左右，故蛋白質(zhì)降解菌對脂肪降解菌的影響不大。其復合菌發(fā)酵不僅能達到單株菌降解蛋白質(zhì)或脂肪的效果，還能節(jié)約時間、原料成本，為后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。

（2）芝麻餅的最佳發(fā)酵工藝條件為：高效蛋白質(zhì)降解菌和高效脂肪降解菌的接種比例為2∶1，接種量5%，初始pH值7.0，發(fā)酵溫度37 ℃，發(fā)酵時間48 h，轉(zhuǎn)速為180 r/min，在此試驗條件下，芝麻餅的粗蛋白質(zhì)降解率為67.25%，粗脂肪的降解率為65.20%。

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