CN102876757B - 一种二段式联合调控发酵技术制备阿魏酰低聚糖工艺 - Google Patents

一种二段式联合调控发酵技术制备阿魏酰低聚糖工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种二段式联合调控发酵技术制备阿魏酰低聚糖(FOs)工艺，属于农副产品深加工技术领域。其特征是以麦麸为主要原料制得发酵培养基，调控发酵液起始pH和温度后接种茶薪菇和/或出芽短梗霉；发酵过程中再次调控发酵液pH和温度，利用微生物产生的木聚糖酶水解麦麸纤维生成FOs。本发明有利于减少酶法制备FOs的步骤，具有生产工艺简单，生产成本低和生产周期短等特点，可提高麦麸资源利用率。采用两段式联合调控技术，使木聚糖酶活性处于最佳水平，达到高产FOs的目的。本发明适用于保健食品级FOs生产，产量达1123nmol/L。

Description

一种二段式联合调控发酵技术制备阿魏酰低聚糖工艺
一、技术领域
本发明涉及一种二段式联合调控发酵技术制备阿魏酰低聚糖(FOs)工艺，属于农副产品深加工技术领域。
二、背景技术
功能性低聚糖是糖类化合物的一种，具有甜、粘等特性，可增殖肠道有益菌、预防癌症、预防肥胖、防止便秘等，已作为蔗糖替代品食用。广泛存在于禾本科植物中的阿魏酰低聚糖(Feruloyl oligosaccharides，FOs)是功能性低聚糖的一种，由不同位置上的糖羟基与阿魏酸(Ferulic acid，FA)羧基酯化形成。FOs具有阿魏酰基与亲水性的低聚糖基团，因而兼具水溶性和耐热性，较好地解决了目前天然抗氧化剂遇到的不溶于水(如胡萝卜素、酚醛化合物和维生素E等)与不适于热加工的热敏性(如维生素C等)两大应用难题，是一种具有较高的研究价值与应用价值的天然抗氧化剂。FOs抗氧化活性强于阿魏酸与维生素C，对小鼠红细胞溶血现象具有较强的抑制作用；FOs对人体具有特殊的生理活性，可显著抑制白血病人淋巴细胞生长，促进白血病T细胞坏疽，可抑制人体内的蛋白非酶糖基化反应，预防糖尿病的发生等，近年来被广泛用于保健食品中。FOs在食品工业中具有巨大的应用潜力，但是FOs高效制备问题已成为其被广泛应用的瓶颈。
基于FOs具有较强的抗氧化性和生物活性，寻找其来源与高效制备方法已成为研究的热点。目前，FOs的制备原料通常以禾本科植物的大麦胚乳、大麦杆、玉米芽、玉米麸、麦麸和甘蔗渣等为原料。我国常年小麦产量高达1.15亿吨左右，面粉加工过程中产生的麦麸在3000～3500万吨，是制备FOs重要来源。
目前，制备FOs的方法有物理法、化学法、生物酶法和生物发酵法等。国内外公开了一些FOs的制备方法，论文《Heat extraction of maize fiber hemicellulose》(Benko Z，Andersson A，Szengyel Z，et al.Applied Biochemistry and Biotechnology，2007，137：253-265.)和论文《Production of feruloylated arabinoxylo-oligosaccharidesfrom maize(Zea mays)bran by microwave-assisted autohydrolysis》(Devin J.R.，GeorgeE.I.Food Chem.，2010，119：1613-1618.)公开了热提取和微波法制备Fos的工艺，但物理制备法的弊端在于需严格控制处理条件，否则会造成FOs分解。论文《Isolationand structural identification of diarabinosyl 8-O-4-dehydrodiferulate from maize braninsoluble fibre》(Allerdings E.，Ralph J.，Schatz P.F.，et al.Phytochemistry，2003，66：113-124.)和论文《Extraction and partial characterization of feruloylatedglucuronoarabinoxylans from wheat bran》(Schooneveld-Bergmans MEF，HopmanAMCP，Beldman G，et al.Carbohydrate Polymers，1998，35：39-47.)报道了化学法制备Fos的工艺，但其存在化学物质残留问题，且高浓度的氢氧化物易导致FOs降解，产率下降，制得产品难以在食品和医药行业使用，且其副产物易造成环境污染。生物酶法制备FOs是目前较常见的方法，具有反应温和的优点，专利(公开号CN1840673A，公开日2006年10月4日)公开了“一种酶解小麦麸皮制备阿魏酰低聚糖的方法”和专利(公开号CN 101191137A，公开日2008年6月4日)公开了“一种生物催化合成阿魏酰低聚糖的方法”，其制备Fos均需要先利用生物酶从原料中制取不溶性膳食纤维，这样做既增加生产环节，也产生大量废水，增加生产成本。
若直接将产木聚糖酶的微生物应用于FOs制备中，使微生物发酵产酶过程与酶解木聚糖获得FOs的过程合二为一，则可省去酶制剂生产中的分离纯化以及不溶性膳食纤维的制备步骤，降低生产成本，提高产率。专利(公开号CN 102174616A，公开日2011年9月7日)公开了“一种发酵麦麸制备阿魏酰低聚糖的方法”和论文《茶薪菇发酵制备麦麸膳食纤维与阿魏酰低聚糖及其生物活性研究》(解春艳.南京：南京农业大学，2010.)均利用发酵法制备FOs，但FOs的产量有待提高，不能实现其高效制备。而发酵条件可改变微生物的生长速度，控制代谢产物的生成，其中发酵温度、pH、溶氧量和接种量等是影响微生物生长及代谢产物合成的显著因素。发酵条件的优化会显著提高微生物合成目的产物的能力。以麦麸为原料、采用二段式联合调控温度和pH发酵法制备FOs的研究尚未报道。
三、发明内容
技术问题：
本发明目的在于提供一种二段式联合调控发酵技术制备FOs工艺，以解决目前Fos生产工艺中生产工艺繁琐、生产成本高、产品安全性差和产量低等技术问题。
技术方案：
本发明技术方案概述如下：以麦麸为主要原料制得发酵培养基，调控发酵液起始pH和温度后接种发酵微生物；发酵过程中再次调控发酵液pH和温度，利用微生物产生的木聚糖酶水解麦麸纤维生成FOs。
上述一种二段式联合调控发酵技术制备FOs工艺，包括以下步骤：
(1)发酵培养基配制：麦麸60g/L，KH2PO41g/L，MgSO4·7H2O 1g/L，VB1O.1g/L，于O.103MPa灭菌20min；
(2)一次调控：调节发酵培养基初始pH为3.O～5.0，接种活化的发酵微生物于培养基中进行液态深层发酵，发酵温度为30～34℃；
(3)二次调控：发酵至24～36h时调节发酵培养基pH为5.0～7.0，发酵温度25～30℃，继续发酵72～96h。
有益效果：
与现有技术相比，本发明的一种二段式联合调控发酵技术制备FOs工艺具有以下优点：
(1)本发明以以麦麸为主要原料、具有食用安全性的真菌茶树菇和出芽短梗霉为发酵菌株制备FOs，提高麦麸资源利用率和产品食用安全性；
(2)本发明中微生物发酵产酶过程与酶解木聚糖生成FOs过程合二为一，省去酶制剂生产中的分离纯化以及不溶性膳食纤维的制备步骤，简化生产工艺并降低生产成本；
(3)本发明采用二段式联合调控温度和pH的发酵工艺进行发酵法制备FOs，突破了以往一段式发酵工艺调控的研发思路，FOs产量高。
四、具体实施方式
实施例1
麦麸经自然干燥，粉碎后过60目筛，配制发酵培养基，其组成为麦麸60g/L、KH2PO41g/L、MgSO4·7H2O 1g/L、VB10.1g/L，于0.103MPa灭菌20min；调节发酵液初始pH为3.0，接种活化的茶薪菇菌种，接种量为4.5％，于32℃进行液态深层发酵；发酵24h后，调节发酵液pH为6.0，于28℃继续发酵72h，FOs产量达894nmol/L。
实施例2
发酵培养基配制同实施例1。调节发酵液初始pH为4.0，接种活化的出芽短梗霉菌种，接种量为5％，于33℃进行液态深层发酵；发酵24h后，调节发酵液pH为6.0，于27℃继续发酵72h，FOs产量达982nmol/L。
实施例3
发酵培养基配制同实施例1。调节发酵液初始pH为5.0，接种活化的茶薪菇和出芽短梗霉混合菌种，其比例为1∶1，接种量为，6％，于33℃进行液态深层发酵；发酵36h后，调节发酵液pH为6.0，于29℃继续发酵84h，FOs产量达1012nmol/L。
实施例4
发酵培养基配制同实施例1。调节发酵液初始pH为4.0，接种活化的茶薪菇菌种，接种量为5％，于33℃进行液态深层发酵；发酵36h后，调节发酵液pH为6.0，于29℃继续发酵84h，FOs产量达1123nmol/L。
实施例5
发酵培养基配制同实施例1。调节发酵液初始pH为5.0，接种活化的茶薪菇菌种，接种量为6％，于32℃进行液态深层发酵；发酵36h后，调节发酵液pH为7.0，于28℃继续发酵84h，FOs产量达1078nmol/L。
以上详细说明了本发明的实施方式，但这只是为了便于理解而举的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，任何所属技术领域的技术人员均可根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，做出各种可能的等同改变或替换，但所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种二段式联合调控发酵技术制备阿魏酰低聚糖(FOs)工艺，其特征在于：
以麦麸为主要原料制得发酵培养基，调控发酵液起始pH和温度后接种发酵微生物；发酵过程中再次调控发酵液pH和温度，利用微生物产生的木聚糖酶水解麦麸纤维生成FOs，包括以下步骤：
(1)发酵培养基配制：麦麸经烘干或自然干燥，粉碎后过20～60目筛，然后按麦麸60g/L、KH2PO41g/L、MgSO4·7H2O1g/L、VB10.1g/L的质量体积比(w/v)配制发酵培养基，于0.103MPa灭菌20min；
(2)一次调控：调节发酵培养基初始pH为3.0～5.0，接种活化的发酵微生物，于培养基中进行液态深层发酵，发酵温度为30～34℃；
(3)二次调控：发酵至24～36h时，调节发酵培养基pH为5.0～7.0，发酵温度25～30℃，继续发酵72～96h。
2.根据权利要求1所述，一种二段式联合调控发酵技术制备FOs工艺，其特征在于发酵微生物为茶薪菇、出芽短梗霉单一菌种或两者混合的菌种，接种量为4％～6％。
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