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改变培养基的饼生含水量

2.3 固体发酵条件的茶籽优化

2.3.1 含水量

在上述筛选出的培养基配方的基础上,改变培养基的饼生含水量,培养后测定茶皂素含量并计算茶皂素降解率,物脱结果见图6。毒工从图6可以看出,艺的优化当含水量为40%~70%时,茶籽茶皂素降解率随着含水量的饼生增加而增加。当含水量为70%时茶皂素降解率最大,物脱达到60.97%;当含水量超过70%时,毒工茶皂素降解率显著降低。艺的优化茶籽饼遇水易凝结,茶籽含水量过高的饼生培养基易结块,菌体生长会受到抑制;当含水量过低时,物脱培养基比较松散,毒工不能给菌体提供适宜的艺的优化生长环境。固体培养基的含水量是构成微生物生长代谢环境的重要因素,因此选择70%作为培养基的最佳含水量。

图6

2.3.2 发酵时间

不同发酵时间对茶皂素降解率的影响如图7所示。从图7可以看出,发酵初期随着时间的增加,茶皂素降解率逐渐增加,当发酵时间为5 d时茶皂素降解率基本不发生变化,即培养基经过5 d发酵后,茶皂素降解率趋于稳定。因此,选择5 d作为后续研究的发酵时间。

图7

2.3.3 接种量

不同接种量对茶皂素降解率的影响如图8所示。由图8可知,不同接种量对茶皂素降解率影响显著。当接种量为15%时,茶皂素降解率最大,达到66.19%;当接种量小于15%时,茶皂素降解率随接种量的增加而增加;当接种量大于15%时,茶皂素降解率随接种量的增加而降低。若接种量过大,发酵前期菌体总数大,菌体大量生长使营养物质消耗过快,且液体种子液的副产物过多,导致发酵延滞期延长,从而引起相同的发酵周期茶皂素降解率降低。因此,选择15%作为最佳接种量,用于后续研究。

图8

2.3.4 初始pH

不同初始pH对茶皂素降解率的影响如图9所示。从图9可以看出,初始pH对菌体生长代谢的影响显著,在一定范围内随着培养基初始pH的升高,茶皂素降解率随之增加。当初始pH为6.5时,茶皂素降解率最大,达到67.85%。不同的微生物都有适合生长的pH范围及最适生长pH,嗜酸小球菌的生长pH偏酸性范围,试验表明当初始pH处于酸性范围内时,培养基中的茶皂素降解率大于初始pH处于碱性范围内;若初始pH过高或过低则会影响菌体内酶的活性和稳定性,影响营养物质的溶解度及微生物对营养的吸收。因此,选择6.5作为培养基的最佳初始pH。

图9

2.3.5 种龄

不同种龄对茶皂素降解率的影响如图10所示。从图10可以看出,当种龄为24 h时,茶皂素降解率最大,达到68.65%。当种龄较低时,菌体处于延滞期,导致细胞增长速率过慢,从而延长了延滞期;当种龄偏高时,菌体老化,菌种活力减弱,代谢产物增多,从而延长了发酵周期。因此,选择24 h作为最佳种龄。

图10

2.3.6 正交试验

采用正交试验法,选择对茶皂素降解率影响较大的因素(含水量、初始pH、接种量、种龄)进行4因素3水平L9(34)正交试验。正交试验结果见表2。

表2表2续

由表2可知,根据极差R大小可知,各因素对茶皂素降解率的影响从大到小依次为含水量、初始pH、种龄、接种量。试验条件下最优组合为A3B1C3D2。发酵培养基的最优组合为茶籽饼85%、麦麸15%、葡萄糖3%、KH2PO4 0.1%、MgSO4·7H2O 0.15%、含水量70%,最佳培养条件为初始pH 6.0、接种量为20%、种龄为24 h、发酵时间5 d、发酵温度32 ℃。在此工艺条件下,茶皂素降解率达到68.42%,比优化前提高了57.13%。

3 结论与讨论

微生物发酵法是茶籽饼粕降解的主要方法,被认为是目前发展潜力最大的茶籽饼粕脱毒处理方法。其原理是在茶籽饼粕中添加微生物进行发酵,使添加的微生物在发酵培养基上大量生长并同时将茶皂素分解利用,从而降低茶皂素的含量,达到去毒的目的。微生物在发酵过程中产生包括酶、促生长因子以及抗菌物质等有益的代谢产物,同时降低了茶籽饼粕中的单宁和纤维素等抗营养因子,加上使用的发酵微生物菌种本身是动物益生菌,能起到改善动物肠道微生态平衡的作用。

该试验以茶籽饼为原料,对茶籽饼生物脱毒及其发酵工艺进行研究。通过单因素试验和正交试验考察了茶籽饼粕添加量、碳源、氮源、无机盐种类及添加量、含水量、初始pH、种龄、接种量、发酵时间等因素对茶皂素降解率的影响,优化了发酵培养基的组成及发酵条件,最终得到最佳脱毒工艺条件。

该试验结果表明,在茶籽饼脱毒过程中含水量与初始pH是影响茶皂素降解率的关键因素,茶籽饼与麦麸的添加比例85∶15、葡萄糖3%、KH2PO4 0.1%、MgSO4·7H2O 0.15%、含水量70%,最佳培养条件为初始pH 6.0、接种量20%、种龄24 h、发酵时间5 d、发酵温度32 ℃。在此条件下茶皂素降解率为68.42%。在此工艺条件下,固态发酵培养基配制完成后无需灭菌,这在一定程度上降低了能耗,且操作简单,对设备要求低,降低了生产成本,为茶籽饼生物脱毒技术的推广提供了技术支持。

声明:本文所用图片、文字来源《生物工程学报》2021年2月,版权归原作者所有。如涉及作品内容、版权等问题,请与本网联系

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