鼠李糖乳杆菌利用甘薯废渣发酵产乳酸的研究

摘要

[目的]研究鼠李糖乳杆菌发酵甘薯淀粉加工废渣生产乳酸的工艺条件,为薯渣的治理和利用提供新的技术思路.[方法]使用元素分析仪对甘薯淀粉废渣中的主要元素进行分析测定,同时,在以菌体0D值法确定的鼠李糖乳杆菌的生长对数期内分别取不同时间点设置4组乳酸发酵试验,以该菌利用葡萄糖液体培养基产乳酸的发酵效率为考察指标确定该菌的乳酸发酵最适种龄.在此基础上,利用鼠李糖乳杆菌对甘薯废渣直接进行固体发酵:采用单因素试验方法分别考察接种量、发酵温度、碳酸钙添加量,以及外加氮源对乳酸发酵效率的影响;此外,考察外加氮源对发酵结束后薯渣固体发酵醪中的生物量的影响;结合正交试验设计,得到影响薯渣发酵产乳酸因素的最优组合.[结果]元素分析结果显示甘薯淀粉废渣是一种高C、H含量的生物质,其干渣中C、H元素质量百分含量分别达40.34％、6.16％,而N元素质量百分含量仅为0.32％,虽C元素含量丰富,但N元素相对匮乏,需要外加氮源方可进一步促进其生长代谢.通过菌体0D值法确定的鼠李糖乳杆菌的生长曲线显示,菌体接入2h后0D值迅速增长,菌体生长进入对数期.8h后0D值基本不变,菌体进入稳定期.确定了种子的对数生长期在2-8 h.在该时间区间内以4h龄种子的乳酸发酵效率最高,达92.39％,对应残糖浓度最低,为0.59 g.L-1,确定4h是鼠李糖乳杆菌乳酸发酵的最适种龄.薯渣固体发酵中分批单因素试验结果依次为:接种量在10％时发酵效率达最高,为83.87％;发酵温度在37℃时发酵效率最高,达85.55％;CaCO3添加量在5％时发酵效率达最大值,为90.24％;4种无机氮源中尿素组发酵效率达91.01％;尿素在0.8％添加量下发酵效率最大值为94.13％,同时发酵醪中活菌数达4.32×108cfu/g.依据以上单因素试验结果,CaCO3适宜添加量为5％,与中和发酵体系中初始糖(10％)产生的乳酸所需的理论添加值相符,故以5％作为其固定添加量,不再列入正交试验的考察范围.此外,加入了纤维素酶作为考察因素,确定正交试验因素与水平,开展四因素三水平的正交试验,最终确立了最适薯渣发酵条件:接种量10％、尿素添加量0.8％、纤维素酶含量0.4％、发酵温度35℃、碳酸钙添加量5％,在该条件下发酵效率可达(96.55±0.866)％,发酵醪中活菌数达3.04×108cfu/g.[结论]建立了低成本、简工艺、高效率的甘薯废渣发酵生产乳酸工艺.该工艺不仅适于工业化生产乳酸,同时易于被广大甘薯淀粉加工农户利用.