叢澤峰,王蘭剛,李 輝,王曉健,王 林,徐蟲杰

(中糧生化能源(龍江)有限公司,黑龍江 齊齊哈爾 161105)

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材 料

釀酒酵母菌C20,由中糧生化能源(龍江)有限公司自行篩選并保藏;味精廢水、玉米漿均由中糧生化能源(龍江)有限公司提供;葡萄糖、磷酸二氫鉀、硫酸鎂等試劑均購于天津科密歐有限公司;聚丙烯酸鈉,濟南天清水化工有限公司。

1.1.2 主要儀器與設備

YP2001N電子天平,上海精密科學儀器有限公司;H1850R臺式高速離心機,湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司;pH計,梅特勒-拖利多儀器有限公司;HH-S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋,鄭州長城工貿(mào)有限公司;721型分光光度計,上海精密科學儀器有限公司;GZX-9140MBE電熱鼓風干燥箱,上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠;RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,上海笠化儀器設備有限公司;HH-S6恒溫水浴鍋,金壇市國旺實驗儀器廠;10 L發(fā)酵罐,上海保興生物設備工程有限公司;BNHD超凈工作臺,北京百年宏達凈化科技有限公司;TQHZ振蕩培養(yǎng)箱,太倉市華美生化儀器廠。

1.2 培 養(yǎng) 基

種子培養(yǎng)基:葡萄糖5 g/L;味精廢水100 g/L;酵母膏0.5 g/L;磷酸二氫鉀1 g/L;硫酸鎂0.6 g/L;玉米漿5 g/L,pH 5.0,121 ℃下滅菌20 min,冷卻備用。

發(fā)酵培養(yǎng)基:葡萄糖5 g/L;味精廢水300 g/L;磷酸二氫鉀1.5 g/L;硫酸鎂1 g/L;消泡劑1 g/L;玉米漿10 g/L,pH 5.0,121 ℃下滅菌20 min,冷卻備用。

1.3 方 法

1.3.1 種子培養(yǎng)

酵母菌種子培養(yǎng):三角瓶內(nèi)裝有一定量的培養(yǎng)基,經(jīng)滅菌后冷卻,接入活化的新鮮斜面菌種,搖床培養(yǎng)24 h經(jīng)檢驗達到標準后,置于4 ℃冰箱內(nèi)保藏備用。

1.3.2 發(fā)酵培養(yǎng)

10 L發(fā)酵罐內(nèi)裝入一定量的酵母菌發(fā)酵培養(yǎng)基,經(jīng)滅菌后冷卻,接入檢驗合格的酵母菌種子液進行培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為溫度30 ℃,通氣量2 L/min,轉(zhuǎn)速100 r/min,發(fā)酵時間31 h。

1.3.3 試驗分析檢測方法[7-9]

1)OD測定法測定菌體濃度:取1 mL發(fā)酵液稀釋后檢測600 nm波長下的吸光值。

2)干重測定法測定生物量:取10 mL發(fā)酵液7 000 r/min下離心8～10 min,除去上清液收集菌體,80 ℃干燥至恒定質(zhì)量。

3)葡萄糖測定:采用SBA-40生物傳感分析儀測定。

4)菌體蛋白質(zhì)測定:菌體蛋白質(zhì)含量測定方法為微量凱氏定氮法(GB/T 14770—90)。

5)總蛋白得率計算:

菌體總蛋白得率(g/L)=菌體生物量(g/L)×菌體蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)(%)。

1.3.4 試驗方法

針對味精廢水的特點,結(jié)合酵母菌的生理特性,在前期大量試驗的基礎上,制定試驗方案。

1)將配制好的酵母發(fā)酵培養(yǎng)基分成A、B組。其中,A組培養(yǎng)基經(jīng)高溫實消滅菌,待冷卻后接入酵母菌種子液進行發(fā)酵培養(yǎng);B組培養(yǎng)基不經(jīng)實消滅菌,直接接入酵母菌種子液進行發(fā)酵培養(yǎng)。通過A、B 2組對照試驗,確定培養(yǎng)條件對酵母發(fā)酵的影響。

3)飼料酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中,味精廢水按250,300,400 g的添加量(以每L酵母發(fā)酵培養(yǎng)基計,下同)分別配制成酵母發(fā)酵培養(yǎng)基,接入酵母菌種子液后進行發(fā)酵培養(yǎng)。通過對照試驗,確定味精廢水的添加量對酵母發(fā)酵和飼料酵母成品的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 培養(yǎng)條件對酵母發(fā)酵的影響

按計劃方案進行酵母發(fā)酵的培養(yǎng)條件對照試驗,驗證不同的培養(yǎng)條件對酵母發(fā)酵的影響,如表1所示。

表1 培養(yǎng)條件對酵母發(fā)酵的影響

由表1可知:酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中使用偏酸性的味精廢水,對雜菌有抑制活性作用,有效降低雜菌對培養(yǎng)基營養(yǎng)的消耗,能夠滿足酵母發(fā)酵過程中酵母菌的生長要求。因此,酵母發(fā)酵培養(yǎng)基加入味精廢水后,可不經(jīng)高溫滅菌,直接接入酵母菌種子液進行發(fā)酵培養(yǎng),降低生產(chǎn)成本。

2.2 析出味精廢水中的硫酸銨對酵母發(fā)酵的影響

谷氨酸發(fā)酵液經(jīng)連續(xù)等電提取出谷氨酸后,排放的廢水中氨氮質(zhì)量分數(shù)比較高,對酵母菌有一定的抑制。筆者在前期研究的基礎上,對味精廢水進行預處理,析出廢水中的硫酸銨,降低氨氮對酵母菌發(fā)酵的影響,結(jié)果如圖1所示。

圖1 析出味精廢水中的硫酸銨對酵母發(fā)酵的影響

經(jīng)預處理析出廢水中的硫酸銨后,把過濾液加入到酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中,接入酵母菌種子液進行發(fā)酵培養(yǎng)。由圖1可知:發(fā)酵培養(yǎng)10 h左右時,隨著酵母菌呈對數(shù)生長,生物代謝能力逐步增強,生物量也快速增加,菌體的干質(zhì)量達16.5 g/L,通過預處理析出其中的硫酸銨,能夠有效降低氨氮對酵母發(fā)酵的抑制影響。

2.3 味精廢水添加量對酵母發(fā)酵和飼料酵母成品的影響

2.3.1 味精廢水添加量對酵母發(fā)酵的影響

味精廢水按250,300,400 g添加量分別添加到酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中,接入酵母菌種子液進行發(fā)酵培養(yǎng),培養(yǎng)結(jié)果如表2所示。

表2 味精廢水添加量對酵母發(fā)酵的影響

由表2可知:酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中加入不同添加量的味精廢水,對酵母發(fā)酵有很大影響。隨著味精廢水添加量的調(diào)整,酵母發(fā)酵過程中的菌體生長有明顯變化。因此,適當?shù)奈毒珡U水添加量對酵母發(fā)酵的菌體有促進生長作用,添加量過高對發(fā)酵則產(chǎn)生抑制影響。通過優(yōu)化試驗得知,在飼料酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中300g的味精廢水添加量較為適宜。

2.3.2 味精廢水添加量對飼料酵母成品的影響

味精廢水按250,300,400 g添加量分別加入到酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中,接入酵母菌種子液進行發(fā)酵培養(yǎng)。發(fā)酵終了放罐的發(fā)酵液,經(jīng)烘干處理后用粉碎機粉碎,包裝制成成品酵母粉。根據(jù)試驗要求,計算成品酵母的總蛋白得率,對比不同添加量的味精廢水對終端酵母成品的影響,結(jié)果如圖2所示。

圖2 味精廢水添加量對飼料酵母成品的影響

由圖2可知:在酵母發(fā)酵生產(chǎn)過程中,當酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中加入的味精廢水添加量為300 g時,酵母菌體的總蛋白得率最高達到10.56 g,明顯優(yōu)于添加量為250 g和400 g時的酵母菌體總蛋白得率。

3 結(jié) 論

通過對味精廢水生產(chǎn)飼料酵母單細胞蛋白的工藝優(yōu)化,驗證了發(fā)酵條件對酵母發(fā)酵的影響,也驗證了味精廢水添加量對酵母發(fā)酵的半成品和飼料酵母成品的影響以及析出味精廢水中的硫酸銨對酵母發(fā)酵的影響。試驗結(jié)果表明:飼料酵母的發(fā)酵培養(yǎng)基可以不經(jīng)高溫滅菌,直接接入酵母菌種子液進行發(fā)酵培養(yǎng)。味精廢水經(jīng)過預處理析出硫酸銨后,能夠有效促進酵母發(fā)酵過程中菌體的生長,最終菌體的干質(zhì)量達16.5 g/L。飼料酵母發(fā)酵培養(yǎng)基中味精廢水添加量為300 g時最適宜酵母發(fā)酵生長,總蛋白得率達到10.56 g/L。通過工藝優(yōu)化試驗,有效降低了味精廢水對環(huán)境的污染,同時也增加了企業(yè)的利潤。