關于混合水解液的研究及應用

韓雋，姬慧軍

(中糧生化能源(龍江)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161100)

關于混合水解液的研究及應用

韓雋，姬慧軍

(中糧生化能源(龍江)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161100)

在味精行業(yè)中，玉米漿和菌體蛋白都是生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，具有很大的開發(fā)價值。文章主要闡述了將玉米漿和菌體蛋白混合水解制備混合水解液的實驗，通過正交設計，確定最優(yōu)實驗組合，并將混合水解液應用于谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中。結果表明：混合水解最優(yōu)水解條件為菌體蛋白∶玉米漿∶硫酸為1∶2∶1，硫酸濃度30%，水解溫度110 ℃，水解周期24 h，水解率達70%以上。然后通過小試發(fā)酵罐進行混合水解液和豆粕水解液的對比發(fā)酵實驗，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)酸差別不大。從而證明了混合水解液可以取代豆粕水解液，是谷氨酸發(fā)酵配方的一種優(yōu)化。

玉米漿；菌體蛋白；水解；發(fā)酵

玉米漿是玉米淀粉制備過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，由于其含有蛋白、無機鹽及微量元素等豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，且制備成本低廉，多年來在發(fā)酵行業(yè)有著極為廣泛的應用[1]。菌體蛋白是谷氨酸發(fā)酵提取制備谷氨酸的副產(chǎn)物，其中約占1%，它是一種單細胞蛋白，含粗蛋白60%～70%，氨基酸組分齊全，此外還含有豐富的維生素等。

由于菌體蛋白都含有豐富的氨基酸等營養(yǎng)物資，但大都以大分子蛋白形式存在，微生物不能直接利用[2]；而玉米漿雖然普遍應用于發(fā)酵培養(yǎng)基中，但由于其濃度低，為了供給發(fā)酵足夠的營養(yǎng)，所需量很大，這樣就降低了發(fā)酵罐容量的有效利用率，同時玉米漿中所含大量蛋白及膠體類物質(zhì)也是發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量泡沫的主要原因之一，另外，玉米漿中還含有大量不溶性顆粒物質(zhì)，也是導致發(fā)酵消菌不徹底而染菌的重要原因。

為了解決二者對于發(fā)酵的不利影響，充分利用其豐富營養(yǎng)，采用將二者混合酸化水解的方法，再將其混合水解液應用于谷氨酸發(fā)酵。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

HH-S6恒溫水浴鍋 金壇市國旺實驗儀器廠；立式壓力蒸汽滅菌器、5 L 搪瓷反應釜、JJ-1精密增力電動攪拌器、FE20實驗室pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；溫度計(0～150 ℃)、722分光光度計 上海精密科學儀器有限公司；燒杯、三角瓶、抽濾瓶、SE-301真空泵 鞏義市予華儀器有限公司。

1.2 材料與試劑

谷氨酸菌體蛋白、玉米漿(比重1.180)：中糧生化能源(龍江)有限公司；自來水、NaOH溶液(濃度30%)、工業(yè)濃硫酸(98%)。

1.3 實驗方法

本實驗水解分乳化和液化兩部分。

1.3.1 原料混合后乳化預處理

取玉米漿和菌體蛋白(按一定配比)置于三角瓶中，按一定的料酸比加入水和濃硫酸，同時安裝攪拌器，用耐酸布封口后置于水浴鍋中，溫度控制在95 ℃，攪拌4 h，進行乳化預處理。

1.3.2 乳化完全后物料液化水解

將乳化完全后的物料置于立式壓力蒸汽滅菌器，設定工作溫度后進行高溫高壓水解，當滅菌器工作時間達到其上限后重新設定工作溫度并啟動，直至達到要求的水解時間，按滅菌器使用要求待其自然降溫后取出水解液[3]。

1.3.3 水解液過濾

將降溫后的水解液用抽濾瓶進行真空抽濾，濾液收集待測。

1.4 分析方法

1.4.1 總氮測量

采用凱氏定氮法。

1.4.2 氨基酸態(tài)氮測量

采用甲醛滴定法：取80 mL水，用0.1 mol/L的氫氧化鈉滴定至pH為8.2，然后加入10 mL甲醛，再用0.1 mol/L的氫氧化鈉滴定至pH為9.2，記下空白值V0。

吸取5 mL樣液，定容至100 mL，搖勻。在定容后的溶液中吸取20 mL樣液，加60 mL蒸餾水，用0.5 mol/L的氫氧化鈉滴定至pH為8.2，然后加入10 mL甲醛，再用0.1 mol/L的氫氧化鈉滴定至pH為9.2，記下滴定的體積數(shù)V1。

式中：V1為樣品加入甲醛后滴定的體積，g/dL；V0為空白滴定的體積，g/dL；0.014為換算系數(shù)。

1.4.3 水解率

水解率=氨基酸態(tài)氮/總氮。

2 結果與討論

2.1 水解工藝流程

配料(菌體蛋白+玉米漿+水+濃硫酸)
↓
乳化(95 ℃)
↓
液化水解
↓
過濾。

2.2 水解條件正交實驗

對水解周期、配料比例、硫酸濃度、水解溫度4個因素進行三水平正交實驗， 共9組實驗(本實驗做2次重復)，具體實驗結果見表1和表2。

表1 混合水解正交實驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment of mixed hydrolysis

表2 混合水解正交實驗結果Table 2 Results of orthogonal experiment of mixed hydrolysis

由表1和表2可知，各因素影響大小順序為B>D>A>C，較優(yōu)組合為A2B2C3D2。其中配料比例影響最大，這與玉米漿和菌體蛋白所含蛋白比例有關，隨著加入硫酸的比例增大，物料水解得越好，其次是水解溫度、水解周期、硫酸濃度。

2.3 混合水解液質(zhì)量

目前國內(nèi)發(fā)酵行業(yè)，特別是味精發(fā)酵方面，發(fā)酵培養(yǎng)基用豆粕水解液的居多，而豆粕價格相對較高，這也是生產(chǎn)成本居高不下的一個重要原因[4]。菌體蛋白和玉米漿均為味精生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，將其用于制備水解液，將極大地降低生產(chǎn)成本。需要對豆粕水解液和混合水解液質(zhì)量做對比，其結果見表3。

表3 水解液質(zhì)量對比Table 3 Comparison of quality of hydrolysate %

由表3可知，混合水解液氨基酸態(tài)氮較豆粕水解液差別很小，但混合水解實驗的水解率較豆粕高。綜合經(jīng)濟效益，混合水解液可以滿足發(fā)酵生產(chǎn)，且成本遠低于豆粕水解液。

2.4 水解液發(fā)酵實驗對比

將混合水解液和豆粕水解液進行發(fā)酵小試實驗，實驗結果見圖1。

圖1 水解液對比實驗Fig.1 Comparison experiment of hydrolysate

由圖1可知，2組實驗同時期產(chǎn)酸值非常接近，這說明混合水解液和豆粕水解液對谷氨酸發(fā)酵液的影響差別很小，可忽略不計。在一定程度上混合水解液可取代豆粕水解液。

3 結論

本實驗是用玉米漿和菌體蛋白混合后加酸制備混合水解液，通過對其進行正交實驗，得到最優(yōu)實驗方案：菌體蛋白∶玉米漿∶硫酸為1∶2∶1，硫酸濃度30%，水解溫度110 ℃，水解周期24 h。由此實驗組合得到的混合水解液氨基酸態(tài)氮可達到1.9%(即1.9 g/dL)，完全可達到發(fā)酵要求，而且較豆粕水解成本可節(jié)省3倍左右；同時通過進行混合水解液和豆粕水解液的配方對比發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)差異很小，在一定程度上混合水解液可取代豆粕水解液。

[1]董力青，黃敏，曾鳳彩.谷氨酸發(fā)酵廢液中菌體蛋白的應用進展[J].發(fā)酵科技通訊,2013,42(1):49-50.

[2]姚菁華,肖雷.谷氨酸菌體蛋白的酶解試驗研究[J].淮海工學院學報,2002,11(4):52-55.

[3]劉康樂,劉秀敏,聶曉東,等.玉米漿水解工藝研究[J].發(fā)酵科技通訊，2013,42(1):26-28.

[4]于信令.味精工業(yè)手冊(第二版)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2009.

ResearchandApplicationofMixedHydrolysate

HAN Jun, JI Hui-jun

(COFCO Bio-Chemical Energy (Longjiang) Co.,Ltd.,Qiqihar 161100,China)

In the MSG industry, corn pulp and mycoprotein are by-products in the production process, and they have great development value. In this paper, the experiment for mixed hydrolysate of corn pulp and mycoprotein is carried out, and the optimal experimental combination is determined by orthogonal design.The results show that the optimal hydrolysis conditions are as follows：mycoprotein∶corn pulp∶sulfuric acid is 1∶2∶1,sulfuric acid concentration is 30%,hydrolysis temperature is 110 ℃, hydrolysis cycle is 24 h, hydrolysis rate is more than 70%.The fermentation experiments of mixed hydrolysate and soybean meal hydrolysate are carried out by small test fermenter,little acid production difference is found.It is proved that the mixed hydrolysate could replace the hydrolysate of soybean meal, and it is an optimization of glutamic acid fermentation formula.

corn pulp;mycoprotein;hydrolysis;fermentation

TS201.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.11.020

1000-9973(2017)11-0092-03

2017-05-15

韓雋(1974-)，男，遼寧沈陽人，高級工程師，研究方向：味精。