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1株植物乳杆菌发酵豆粕产有机酸的研究

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DOI:10.13995/j.cnki.11—1802Its.014341 1株植物乳杆菌发酵豆粕产有机酸的研究 毛银,邹宗胜,邓禹 (江南大学,粮食发酵工艺与技术国家工程实验室,江苏无锡,214122) 摘 要 从发酵豆粕中筛选得到1株生长迅速产酸量大的乳酸菌,经鉴定为植物乳杆菌,命名为JUN—DY-6,利 用该菌对豆粕进行固态发酵。通过高效液相色谱法(HPLC)对发酵豆粕中的有机酸组成进行了定性定量分析。 结果显示:用JNU—DY.6生产的发酵豆粕中主要有6种有机酸,其中以乳酸、乙酸、丙酸和柠檬酸为主。且发酵豆 粕工艺中糖蜜的添加与否对发酵豆粕中丙酸含量影响较大。碱性蛋白酶添加量0.5%,糖蜜添加量为3%的条 件下发酵豆粕,产生有机酸含量峰值为14.646 g/L,比仅使用乳酸菌发酵的情况下提高了23.1%。SDS—PAGE 凝胶电泳结果显示,发酵豆粕中的大豆蛋白基乎完全降解为小分子多肽。 关键词 植物乳杆菌;发酵豆粕;发酵工艺;有机酸 豆粕是畜禽最重要的植物性蛋白源,其粗蛋白含 1株从发酵豆粕中分离的生长迅速,产酸量高的植物 乳杆菌,不仅大大减少了蛋白酶的使用量,还缩短了 发酵周期,提高了发酵豆粕的质量。 量高,营养丰富并有较平衡的氨基酸组成。在饲料发 酵中,乳酸菌被公认为是最传统、最安全的发酵菌种, 并被称为益生菌 。用乳酸菌发酵豆粕,乳酸菌能 进一步降解,并把有效蛋白质作为营养源,产生生物 活性肽 ,发酵产生各种有机酸,导致pH降低 。 有机酸已经广泛用作畜禽(尤其是猪)的饲料添 加剂。有机酸可直接参与机体能量、结构和酶促反 应 。 ,作为一种高效率的能量来源,有机酸可减少 因糖异生和脂肪分解造成的组织损耗,从而提高营养 1 材料与方法 1.1 菌株 植物乳杆菌JNU-DY一6,从发酵豆粕中分离纯化 得到,由本实验室保藏。 1.2主要试剂 CH3COONa、K2 HPO4、MgSO4・7H2 O、MnSO4‘ 物质消化率,促进生产性能发挥;可降低胃肠道pH 值,减缓胃的排空速度,改变肠道内微生物区系,抑制 病原菌的繁殖,减少胃肠毒素的产生,同时促进益生 菌繁殖 ‘ 。另外柠檬酸、乳酸和甲酸等有机酸一方 面可直接刺激口腔味蕾,使唾液分泌增多,增强食 欲 ;另一方面,由于其具有芳香味,可掩盖不良 7H O、CaCO 、柠檬酸氢二铵:分析纯,上海国药集团。 豆粕来源于丰益(上海)生物技术研发中心有限公 司;放线菌酮,上海生工(Sangon);SDS—PAGE凝胶制 备试剂盒,北京索莱宝科技有限公司(Solarbio)。 1.3培养基 MRS培养基(g/L):蛋白胨10.0,牛肉浸取物 10.0,酵母提取液5.0,葡萄糖5.0,CH COONa 5.0, 气味,起调味作用,从而改善饲料的适口性,促进仔猪 采食,加快生长… 。丙酸具有良好的防止饲料发霉、 的作用。 柠檬酸氢二铵2.0,吐温80 1.0,K2HPO4 2.0,MgSO4・ 7H:O 0.2,MnSO ・7H:O 0.05,pH 6.2~6.4,分离培养 基:在MRS固体中添加2%CaCO 。 1.4主要仪器与设备 发酵豆粕的核心是降解大分子蛋白,使豆粕中的 大分子蛋白降解为多肽、小肽和游离氨基酸等小分 子。本研究通过添加一定量的碱性蛋白酶来确保大 隔水式电热恒温培养箱,上海跃进医疗器械厂; 分子蛋白的完全降解,在改进发酵工艺的同时采用了 第一作者:硕士研究生(邓禹教授为通讯作者,E—marl:dengyu@ jiangnan,edu.cn)。 基金项目:国家自然科学基金(31500070);江苏省自然科学基 金青年基金(BK20150136) 收稿日期:2017—03—20,改回日期:2017~05—23 HYG.II空气恒温摇床,上海欣蕊自动化设备有限公 司;高压蒸汽灭菌锅,上海实业有限公司医疗设 备厂;UVmini 1240紫外分光光度计,日本SHIMAD- ZU公司;PL2002电子天平,METTLER TOLIDO公司; 5804R冷冻离心机,Eppendorf公司;5424台式高速离 心机,Eppendorf公司;高效液相色谱仪,Hitachi公司; !生蔓 鲞差 塑(璺差 塑2l 43 FOOD AND FERME TATIUN INDUSTRIES 基因扩增仪(C1000TM Thermal Cycler),Bio-Rad公 司;DYY-6C型电泳仪,Bio—Rad公司;GelDoc凝胶成 像仪,Bio-Rad公司。 1.5实验与方法 1.5.1 乳酸菌的富集 将发酵豆粕以100 g/L的接种量接种于添加了 放线菌酮(50 ̄g/mL)的MRS液体培养基中,200 r/ arin,37℃培养48 h,连续增殖2~3次。 1.5.2 乳酸菌的分离纯化 取一定量的富集菌液,用无菌生理盐水逐级稀 释,涂布于已经制备好的分离培养基(含2%的碳酸 钙)平板上,其上再覆盖一层同样的培养基,夹层厌 氧培养(30 oC,48 h),然后挑选溶钙圈大的单菌落, 在分离培养基上多次划线分离纯化得到纯培养物经 鉴定为植物乳杆菌,并命名为JUN—DY一6。 1.5.3 菌株的生长曲线的测定 挑取单菌落接种于MRS液体培养基中200 r/ min,37 oC恒温摇床培养过夜作为种子液待用。取 2.5 mL菌悬液于45 mL MRS培养基中(5%的接种 量),37℃200 r/min恒温培养。用分光光度计测量 OD值,跟踪菌种生长情况。选用600 nm波长,以蒸 馏水做参比,开始培养前测定种子的OD值作为起 点,开始培养后,每隔4 h测定1次,每次测量3组数 据做对照。处理OD鲫值,绘制该菌生长曲线图。 1.5.4发酵豆粕 将风干的豆粕、水、糖蜜、碱性蛋白酶以及对数期 的植物乳杆菌菌液按不同的的配比混合均匀后置于 经无菌处理的自封袋中,封口置于37℃培养箱中发 酵48 h,每4 h取1次样。每批次实验做3个平行。 1.5.5 发酵豆粕的预处理 1.5.5.1 高效液相色谱样品处理 每次取样取4 g发酵豆粕于50 mL离心管中,加 入40 mL去离子水搅拌混匀静置1 h后取上清,经 0.22 m滤膜过滤后置于液相瓶中用于下一步实验。 1.5.5.2 SDS—PAGE凝胶电泳样品处理 称取3 g豆粕于100 mL烧杯中,加入30 mL 0.2%NaOH室温下搅拌15 min,于6 000 r/min离心 7 min,弃脂层和沉淀小心留取上清液2 mL,稀释5倍 留样。取30 L经稀释的样品上清液,加10 L 4× buffer,沸水浴10 rain,13 000 r/rain离心5 min用上 清上样。 1.5.6 高效液相色谱法(HPLC)分析样品 使用日立高效液相色谱仪,紫外吸收检测器,分 44 l z !:璺曼 :! f!Q! !曼曼璺 析柱用有机酸柱(Aninex Hpx-87H ion exchange col— umn)柱温50℃,流动相5 mmol/L H SO 溶液,流速 0.6 mL/min,进样量10 L,标样及样品每个跑27 min。输出图谱进行分析。根据出峰时间和峰面积和 标准品比对,计算样品中各种有机酸的含量。 1.5.7 SDS—PAGE凝胶电泳 按照试剂盒中的说明书配置:12%的分离胶,5% 的浓缩胶。上样量2O L,先用80 V的电压跑20 min 后,继续用120 V的电压跑120—180 rain。跑胶结束 后,先用固定液固定0.5 h,再用考马斯亮蓝染色液染 色1 h,最后用脱色液脱色3 h,用凝胶成像仪拍照,进 行图像分析。 2 结果与讨论 2.1植物乳杆菌JUN-DY一6生长曲线 测定OD 。。后绘制该菌的生长曲线(图1)。该菌 生长24 h左右进入平台期。实验选用15~18 h的菌 液作为种子液为宜。 图1植物乳杆菌JUN—DY一6生长曲线 Fig.1 Growth curve of plant Lactobacillus JUN—DY一6 2.2发酵豆粕不同有机酸含量分析 以下图中出现的ABCDEFGH分别代表不同的发 酵工艺:A.未添加蛋白酶且同时加乳酸菌;B.未添加 蛋白酶且隔夜后添加乳酸菌;C.0.5%蛋白酶同时接 种乳酸菌;D.0.5%蛋白酶隔夜接种乳酸菌;E.1%蛋 白酶同时接种乳酸菌;F.1%蛋白酶隔夜接种乳酸 菌;G.2%蛋白酶同时接种乳酸菌;H.2%蛋白酶隔夜 接种乳酸菌。 2.2.1 乳酸含量分析 乳酸(C H O )能维持动物肠道菌群平衡,减少 腹泻,促进钙质的吸收。从乳酸含量来看(图2),G. 添加2%蛋白酶同时接种乳酸菌的条件下乳酸含量 最高为7.435 g/L,其次是D.添加0.5%蛋白酶隔夜 添加乳酸菌、F.添加1%蛋白酶隔夜添加乳酸菌和 C.0.5%蛋白酶同时添加乳酸菌的条件,乳酸含量分 别为6.495 g/L、6.470 g/L和6.385 g/L,与对照组A 相比,分别增加了31.9%、32.4%、33.0%。由此可 见,若想提高豆粕中的乳酸含量,可以选择添加2% 蛋白酶同时接种乳酸菌。 A B C 山 D E F G H A B C D E F G H 不同发酵工艺 图4发酵显粕丙酸含量 Fig.4 Propionic acid content in fermented soybean meal 不同发酵工艺 图2发酵豆粕乳酸含量 Fig.2 Lactic acid content in fermented soybean meal 2.2.2 乙酸含量分析 乙酸(C H O )是很好的抗微生物剂、酸度调节 剂和酸味剂,但是有较为刺激的气味。从乙酸含量来 看(图3),G.添加2%蛋白酶同时接种乳酸菌的条件 下乙酸含量最高为4.261 g/L,其次分别是c.添加 0.5%蛋白酶隔夜添加乳酸菌、D.0.5%蛋白酶同时 添加乳酸菌和E.添加1%蛋白酶同时添加乳酸菌, 产酸量分别为3.650 g/L、3.575 g/L、3.680 g/L。对 照组(A)乙酸的含量为3.07g/L。 A B C D E F G H 不同发酵工艺 图3发酵豆粕乙酸含量 Fig.3 Acetic acid content in fermented soybean meal 2.2.3 丙酸含量分析 丙酸(c,H O:)具有很好的防真菌和霉菌的作 用,效果优于苯甲酸,是极佳的食品防腐剂。从丙酸 含量看(图4),D.添加0.5%蛋白酶隔夜接种乳酸菌 的条件下发酵,丙酸含量最高,为2.840 g/L,而对照 组A丙酸的含量为1.945 g/L。其次是H.添加2% 蛋白酶隔夜接种乳酸菌,丙酸含量为2.525 g/L。发 酵豆粕中丙酸的积累,能有效延长发酵豆粕存储的时 间。另外,实验发现糖蜜的添加与否与丙酸的积累存 在紧密联系,不添加糖蜜组基本不积累丙酸。 2.2.4柠檬酸含量分析 柠檬酸(C H O,)具有抗氧化、增加酸味、抑制细 菌、护色、改进风味、清除有害金属的作用,是良好的 食物酸味剂。由图5分析,从柠檬酸含量看,各种发 酵条件下都明显比对照组产量多,都在1.000 g/L 左右。 A B C D ㈣ E F G H 不同发酵工艺 图5 发酵豆粕柠檬酸含量 Fig.5 Citric acid content in fermented soybean meal 2.2.5苹果酸含量分析 苹果酸(C H O )是很好的稳定剂,有较好的抗 氧化能力,在酸性条件下杀菌性很强,能促进氨基酸 的吸收。与柠檬酸相比,酸度更大,产生热量更低,口 味上更柔和。由图6可知,从苹果酸含量来看,c.添 加0.5%蛋白酶同时接种乳酸菌的条件下产量最高 为0.940 g/L,其他条件下苹果酸的产量相差不大。 20 oo 80 6o 40 20 00 A B C D E F G H 不同发酵工艺 图6发酵旦粕苹果酸含量 Fig.6 Malie acid content in fermented soybean meal 2.2.6琥珀酸含量分析 琥珀酸(C H O )可以产生酸味、呈味,也可以用 作防腐剂。由图7可知,H.2%蛋白酶隔夜接种乳酸 菌的条件下琥珀酸含量最高为0.695 g/L,其他条件 生蔓 鲞墓 Q塑(星塞 塑2 I45 一 . /■弱国鎏謦冒翟I! ! ! ! l 下琥珀酸含量明显比对照组A产琥珀酸量高,且差 别不大。 A B C D E F G H 不同发酵工艺 图7发酵豆粕琥珀酸含量 Fig.7 Succinate content in fermented soybean meal 2.2.7总酸含量分析 发酵豆粕中,各种有机酸的含量和总酸的量决定 了发酵豆粕的品质。添加糖蜜的发酵豆粕,由图8可 以看出,C.0.5%蛋白酶同时接种乳酸菌、D.0.5%蛋 白酶隔夜接种乳酸菌和G.2%蛋白酶同时接种乳酸 菌这3种条件下总酸量相对较高,分别为14.646、 14.818和14.854 g/L。综合各种有机酸的情况,且 考虑生产成本,不难看出,条件G.2%蛋白酶同时接 种乳酸菌的情况下乳酸、乙酸含量最高;C.0.5%蛋 娇 ● 隧 白酶,同时接种乳酸菌的条件产苹果酸最多,● 蜜蜜 i I D.0.5%蛋白酶,隔夜接种乳酸菌的条件下产丙酸最 一—k 多,其他有机酸的含量在3种条件下大体相当。若要 一l 默 使发酵豆粕保存时间长,则选择D.0.5%蛋白酶隔夜 五.|; 接种乳酸菌的条件;若要发酵豆粕中乳酸乙酸含量最 一II高、总酸含量最高,要选择G.2%蛋白酶同时接种乳 酝 王— 酸菌的条件;若要提高发酵豆粕的风味和适口性,需 ..1要选择C.0.5%蛋白酶同时接种乳酸菌的条件来制 骶 备发酵豆粕。 A B C D E F G H 不同发酵工艺 图8加糖蜜组总酸情况 Fig.8 Total acids content in add molasses group 2.3 糖蜜对发酵豆粕有机酸含量影响分析 由图9分析得出,各条件下,未加糖蜜组的总酸 量在3.594~10.463 g/L。而加入糖蜜组有机酸总量 在8.819~14.818 g/L,可见不同的发酵工艺下添加 46{ z : 曼 : (! ! !曼曼璺2 糖蜜后总酸产量提高4.355~5.225 g/L。由图10、 图11在不同的发酵条件下,未加糖蜜组和加糖蜜组 发酵豆粕产各种有机酸含量对比可见,糖蜜对于乳酸 菌发酵豆粕产乙酸、柠檬酸、苹果酸等影响较大。同 时未加糖蜜组不产乳酸、丙酸,加入糖蜜组产生的乳 酸、丙酸量则较高。由此可见糖蜜对于乳酸菌发酵豆 粕产有机酸的种类、有机酸的总含量均有重要的 影响。 。 s 慧 () A B C D E F G H 不同发酵工艺 图9加糖蜜组及未加糖蜜组总酸含量比较 Fig.9 Comparison of total acid content in molasses group and control group 琥珀酸 , ● 血l 如 踊 0 不同发酵工艺 图1O添加糖蜜组有机酸含量 Fig.10 Various organic acids content in add molasses group 3.0 2.0 i 蘧 ni A B C D E F G H 不同发酵工艺 1 1 未添加糖蛋组有机酸含量 Fig.1 1 Various organic acids content in control group 2.4 SDS—PAGE凝胶电泳分析 大豆球蛋白是豆粕的主要营养成分之一,其中伴 7s大豆球蛋白及1ls大豆球蛋白是大豆球蛋白最重 要的成分¨ 。其中,7s伴大豆球蛋白由3个亚基组 成,其相对分子质量分别为60 466 Da,55 029 Da, 49 043 Da,11S大豆球蛋白也由3个亚基组成,其相 对分子质量分别为44 634 Da,39 779 Da和17 952 Da。根据SDS.PAGE凝胶电泳结果图12可知,利用 乳酸菌,在少量酶的作用下能够完全降解伴7s和 11S大豆蛋白,而且效果非常明显。 kDa Marker豆粕0%0.5%1%2% 97.4 66.2 43 3l 22 图12发酵豆粕中大豆蛋白的降解情况 Fig.1 2 Degradation of soybean proteins in fermented soybean meal 3 结论 发酵豆粕中的酸谱根据发酵工艺的不同有较大 的差别,主要含有3种有机酸:乳酸、乙酸和柠檬酸。 在添加了糖蜜的情况下,发酵豆粕中可积累较大量的 丙酸,且植物乳杆菌的生长情况明显较未添加糖蜜组 好,未加糖蜜组的总酸量在3.594~10.463 g/L。而 加入糖蜜组有机酸总量在8.819~14.818 g/L,明显 较未加糖蜜组高。碱性蛋白酶添加量0.5%,糖蜜添 加量为3%的条件下发酵豆粕,产生有机酸含量峰值 为14.646 g/L,比不添加碱性蛋白酶仅使用乳酸菌发 酵的情况下提高了23.1%。实际生产中应根据具体 目的调整发酵工艺以满足生产要求。SDS-PAGE凝 胶电泳结果显示,发酵豆粕中的大豆蛋白降解为小分 子多肽。 参 考 文 献 [1] SAXELIN M,TYNKKYNEN S,MATTILA—SANDHOLM T, et a1.Probiotic and other functional microbes:fron markets to mechanisms[J].Current Opinion in Biotechnology, 2005,16(2):204—211. 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Key words Lactobacillus plantarum;soybean meal;fermentation te( ̄hniques;organi( acids ●◆●● 敏 H 卜波 求疗…迁 川二三、流 万巾巾 、新披会述爪. .1、、题披场讣  孵技 长、伐外 、公 欢迎订阅《粮食与食品工业》 ij驯川 交教 阵收求 刊 槲tI,田数 化jcIj}iJ甜收求 川 心 川(逑选)敏 睬收求 I:Ij 披期『lJ数掘眸收? 期刊 食 j食品l上:、I},》朵忐足袋粮油l^础 沦、实 体的综合}:}坎粥}fU.L二成为水、向、;【lj、 粉砭 堋l:、仓能、中=:j=化验等 业段伽新技 l^、新城粜 息的 好戏体, 牲技术人 跏磋技艺 介适 台,怂l{l㈨粮浦学会食 油瓶分金fli 鑫 食分 会刊 波 0 楸油上 、食 1^科技、 物上 、 食流翅 汕建竣工 、粮油装 l功 圳、粮油市 食、 准-J扮测、 息传递等 }j …肉 蚁朋l5 n}lj版,人l6K缸 ’、,订阅方法: ●邮发代 :28.197.个 邮j。0( )均日1h丁闻 瓤坶j 价jli,L,个{} 定f行48庀: ●现 ….划: 接迎过tEldjil:款 《粮食 0食品 业》 编辑 汀闯, q-:定{ff 6O庀(也插、 删 堤)。 小处常 办 蒯q ,疔 ● 款: 帐 rt:无 t} }{ f 科技r 硅 ・ J 玎J、,}.『: 苏 }了 城郊支行 帐 号:88l01018890(X)00277 联系方式: 地址:屯 l}f趣I测蹈l 86 I i:ttl Ij愆 强Ii,i1, 端 踯 鄄缩:214O35 i I:O510.85867384,858675l 5-660 {0 :05 1()・85867384 -mail:lsyspgy. ̄a:1:6 COI1) 欢迎订阅 敬请赐稿 欢迎刊登广告 48 201 7 Vo1.43 NO.10(Total 358) 

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