超声波辅助发酵对氧化葡糖杆菌W-1总酸产量的影响.pdf
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1、1402023年第9期中国食品添加剂China Food Additives试验研究收稿日期:2022-08-03 *通信作者 基金项目:2021 年山东省大学生创新创业训练计划项目;青岛农业大学高层次人才科研基金(1116001);2020 年和 2022 年青岛农业大学大学生创新创业训练项目。作者简介:吴鸿雁(2001-),女,本科,研究方向:食品科学与工程。超声波辅助发酵对氧化葡糖杆菌 W-1 总酸产量的影响吴鸿雁,田原风,王震,李静,谭海刚*(青岛农业大学食品科学与工程学院,青岛 266109)摘 要:食醋是我国饮食文化中酸性调味品的典型代表,具有改善消化系统功能、促进疲劳恢复、降低血
2、脂水平和调节血压等重要生理功能。本文研究了超声波辅助氧化葡糖杆菌 W-1 发酵的培养基成分和超声波处理条件对其总酸产量的影响,结果表明,发酵培养基中葡萄糖和酵母浸粉的最佳含量分别为 2%和 0.5%;超声波处理的最佳条件为:超声时期为发酵 1 d,超声功率为 350 W,超声时长为 20 min。在此条件下菌株 W-1 的总酸含量为(4.670.15)g/100 mL,较对照组提高了 10.92%。超声波处理对菌株 W-1 的高醇生长和发酵特性产生了显著有利影响,在 8%乙醇中发酵 8 d 的总酸含量和 OD 值分别较对照组高了 30.88%和 15.21%。关键词:氧化葡糖杆菌;超声波;总酸
3、;产量中图分类号:TS201.1 文献标识码:A 文章编号:1006-2513(2023)09-0140-06doi:10.19804/j.issn1006-2513.2023.09.019Effect of ultrasonic-assisted fermentation on the total acid yield of Gluconobacter oxydans W-1WU Hongyan,TIAN Yuanfeng,WANG Zhen,LI Jing,TAN Haigang*(College of Food Science and Engineering,Qingdao Agricu
4、ltural University,Qingdao 266109)Abstract:Vinegar is a well-known acid condiment in Chinese cuisine and it has many physiological benefits such as improving digestive function,stimulating appetite,reducing fatigue,lowering blood lipid levels and regulating blood pressure.The effects of medium compos
5、ition and ultrasonic-assisted G.oxydans W-1 fermentation on the total acid yield were investigated.The optimum contents of glucose and yeast extracts in the fermentation medium was 2%and 0.5%,respectively.The optimum conditions of ultrasonic treatment were:ultrasound treatment time 1 d after ferment
6、ation,ultrasound power 350 W,and ultrasound time 20 min.Under these conditions,the total acid content of strain W-1 fermentation was(4.670.15)g/100 mL,which was 10.92%higher than that of the control group.The ultrasonic treatment also had a significant positive effect on the growth and fermentation
7、of the strain W-1 in 8%ethanol.The total acid content and OD of the strain W-1 fermented in 8%ethanol for 8 d were 30.88%and 15.21%higher than those of the control group.Key words:Gluconobacter oxydans;ultrasound;total acid;yield1412023年第9期中国食品添加剂China Food Additives试验研究食醋是日常饮食中添加的一种重要酸味调味品1。氧化葡糖杆菌(
8、G.oxydans)是一种好氧的革兰氏阴性菌,属于葡糖杆菌属,其最主要的碳源为山梨醇、D-甘露醇、甘油、D-果糖和D-葡萄糖,已被应用于乙酸、乙醇酸、葡萄糖酸、山梨糖、维生素 C 等发酵工业生产2-4。相对于其他属醋酸菌,氧化葡糖杆菌具有独特的不完全氧化多元醇的能力,可产生乙酸、葡萄糖酸等有机酸,使食醋具有更好的风味5-6。超声波是一种频率超过人耳听觉极限(20 kHz)的声波,它包括 kHz 范围内的低频、高能量超声和 MHz 范围内的高频、低能量超声7。超声波处理已广泛用于强化化学和生化过程,在发酵、提取、生物催化和废物处理等方面具有广泛应用8-10。研究发现,低于 100 kHz 的低频
9、超声对微生物细胞有益,而高于 100 kHz 的高频超声则对细胞有破坏作用11-12。Dikshit 等13利用粗甘油发酵生产二羟基丙酮(DHA)时,超声波处理引起氧化葡糖杆菌细胞内蛋白质二级结构构象变化,增强细胞内酶的活性,使其甘油消耗量增加了 6084%,而细胞形态没有显著变化。Sun 等14研究表明,超声波处理通过影响菌丝体细胞膜的通透性,使灵芝菌丝体的生物量和三萜类化合物的产量分别增加了 26.99%和 33.62%。不同的生物体对超声波处理有不同的反应15。周文文等16测定超声波处理对多株多粘类芽孢杆菌菌株胞外多糖产量的影响,结果表明,超声波处理的菌株 PYQ1、菌株 50-3 和菌
10、株 HT16 的胞外多糖产量分别呈现比对照组提高、降低、没有显著变化的结果。可见,不同种或同种不同株微生物的超声波处理效果存在很大差异。本文基于选育的氧化葡糖杆菌 W-1 菌株,优化其发酵培养基,研究超声波处理对其生长和发酵特性的影响,确定超声波辅助发酵对其总酸产量的影响。1 材料与方法1.1 主要实验材料氧化葡糖杆菌 W-1(CGMCC No.18500):青岛农业大学发酵食品与酿酒科学研究室保藏;酵母浸粉、葡萄糖:索莱宝生物科技有限公司;无水乙醇:国药集团上海化学试剂公司。1.2 实验仪器KQ-500TDE 超声波清洗器:昆山市超声仪器有限公司;SBA-40E 生物传感分析仪:山东省科学院
11、生物研究所;ZQPZ-228 全温振荡培养箱:天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司。1.3 培养基液体基础培养基:0.5%酵母浸粉、2%葡萄糖,pH6.0,121、15 min 灭菌。液体种子培养基:液体基础培养基加入 3%无水乙醇。液体发酵培养基:液体基础培养基按需要加入无水乙醇。1.4 实验方法1.4.1 液体种子培养将氧化葡糖杆菌 W-1 接种到液体种子培养基中,于 30、180 r/min 下培养 28 h。1.4.2 氧化葡糖杆菌 W-1 的生长曲线取 5 mL 种子液接于液体发酵培养基,30、180 r/min 培养,每隔 2 h 测定发酵液吸光值,绘制氧化葡糖杆菌 W-1 生长曲线。1
12、.4.3 液体发酵培养基优化1.4.3.1 葡萄糖含量对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响 取 5 mL 种子液接种于葡萄糖含量分别为 0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的5%乙醇液体发酵培养基,30、180 r/min 培养4 d,测定发酵液吸光值和总酸含量,确定葡萄糖含量对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响。1.4.3.2 酵母浸粉含量对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响 取 5 mL 种子液接种于酵母浸粉含量分别为 0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的 5%乙醇液体发酵培养基,30、180 r/min 培养 4 d,测定发酵液吸光值和总酸含量,确定酵母
13、浸粉含量对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响。1.4.4 超声波处理对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响1.4.4.1 超声波处理时期对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响 取 5 mL 种子液接种到 5%乙醇液体发酵培养基中,分别在 200 W、25 超声波处理发酵 0、0.5、1、1.5、2 d 的菌液 20 min,30、180 r/min 培养 4 d,测定发酵液吸光值和总1422023年第9期中国食品添加剂China Food Additives试验研究酸含量,确定最佳超声波处理时期。1.4.4.2 超声功率对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响 取 5 mL 种子液接种到 5%
14、乙醇液体发酵培养基中,分别在 25 超声功率 0、250、300、350、400、450、500 W 处理发酵 1 d 的菌液 20 min,30、180 r/min 培养 4 d,测定发酵液吸光值和总酸含量,确定最佳超声功率。1.4.4.3 超声波处理时间对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响 取 5 mL 种子液接种到 5%乙醇液体发酵培养基中,分别在 350 W、25 超声波处理发酵 1 d 的菌液 0、5、10、15、20、25、30 min,30、180 r/min 培养 4 d,测定发酵液吸光值和总酸含量,确定最佳超声波处理时间。1.4.5 不同乙醇浓度下超声波处理对氧化葡糖杆菌
15、W-1 生长发酵的影响取 5 mL 种子液接种于乙醇含量分别为 5%、8%、10%的液体发酵培养基,30、180 r/min培养,1 d 后进行超声波处理(350 W,20 min),测定发酵液 0、2、4、6、8 d 的吸光值和总酸含量,确定不同乙醇浓度下超声波处理对氧化葡糖杆菌 W-1 生物量和总酸含量的影响。1.5 发酵液中总酸含量的测定酸碱滴定法(以醋酸计,参照 GB/T 12456-2021 食品安全国家标准 食品中总酸的测定)17。1.6 数据处理每个试验重复三次,结果取平均值,采用Microsoft Excel 2010 进行处理,采用 Origin 7.0制图。2 结果与讨论2
16、.1 氧化葡糖杆菌 W-1 生长曲线的测定由图 1 可以看出,氧化葡糖杆菌 W-1 在 02 h 为延滞期,228 h 为对数期,28 h 之后为稳定期。2.2 液体发酵培养基优化2.2.1 葡萄糖含量对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响由图 2 可以看出,随着葡萄糖含量的增加,总酸含量有一定上升趋势,OD 值则无显著差异。在葡萄糖含量为 2%时,总酸含量为(4.350.03)g/100 mL,较不添加葡萄糖组提高了 8.75%,这与部分葡萄糖转化为葡萄糖酸有关,确定葡萄糖的最佳含量为 2%。1.51.20.90.60.30.00.00.51.01.52.0葡萄糖含量/%OD值总酸含量OD5
17、40543210总酸含量/(g/100mL)2.5图 2 葡萄糖含量对氧化葡糖杆菌 W-1 生物量和总酸含量的影响Figure 2 Effect of glucose concentration on biomass and total acid amount of G.oxydans W-12.2.2 酵母浸粉含量对氧化葡糖杆菌 W-1 生长发酵的影响由图 3 可以看出,随着培养基中酵母浸粉含量的增加,氧化葡糖杆菌 W-1 的生物量呈现逐渐增长趋势,而总酸含量则呈现先显著增加后趋于稳定的趋势。酵母浸粉含量为 0.5%时,总酸含量为(4.230.06)g/100 mL,较不添加酵母浸粉组提高了
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