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白曲霉斜面菌種培養(yǎng)條件的優(yōu)化

時間:2021-11-03 16:29:09 資料 我要投稿

白曲霉斜面菌種培養(yǎng)條件的優(yōu)化

研究報告

中國釀造

2010年第9期總第222期

?93?

白曲霉斜面菌種培養(yǎng)條件的優(yōu)化

高林峰t,湯慶莉?,吳天祥:?

(1.貴州大學化學與化工學院,貴州貴陽550003;2.貴州大學生命科學學院,貴州責陽550025)

摘要:對麩曲醬香白酒生產(chǎn)所需糖化酶菌種:白曲霉的一級種培養(yǎng)工藝條件進行單因素試驗,應用Minitabl5軟件設計了Plack-c葉-t-Burnlan篩選試驗,通過篩選得出蔗糖濃度、硫酸銨濃度、培養(yǎng)。穑戎狄约拔⒘吭嘏浔葹榫N生長的4個顯著性影響因素,并對此進行正交試驗得出白曲霉一級種斜面培養(yǎng)的最優(yōu)條件為蔗糖濃度259/L,硫酸銨濃度3.59/L,MgSO,?7H99K2PO,1.09/L,瓊J].159/L,pH值5.5,培養(yǎng)溫度28。C,菌體糖化酶活力724。8U/g。關鍵詞:白曲霉:斜面培養(yǎng);工藝優(yōu)化中圖分類號:093--335

文獻標識碼:A

文章編號:0254—5071(2010)09-0093—04

1.09/L,KCI!.09/L,

OptimizationofslantculturemediumofwhiteAsperSe/ms

GAOLinfen91,Tang

Qinglil,WUTianxi蛆92.

(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,Guiz凼ouUniversily,Guiyan9550003,China;

2.Schoolofh'fescJclJCC¥,Guizhou

Abstract:Aspergillusplays

an

Universi(y,Guiyang

550025,國ina)

importantmleofsaccharificafionintheproductionofChineseliquor.Thefermentationconditionoftheslantculture

test

mediunwasoptimizedbysingle-factors

inthisstudy.ThePlaekett-Burman

as

experimcmWaSdesignedbysoftwareofMira'tab15.Theoptimalfor-

mentationconditionswcreobtainedbyorthogonaldesignfollowed:theconcentrationofglucose

25班,the

concentrationofammoniumsulfate

ac-

3.5嘰,MgSO,-7H:,‘91.0班,KCl1.0嘰K,PO(1.0班,mediumpHvalue5.5

tivityofglucoamylasewas724.8U/g.

Keywords:whiteAspergi.us,slantculture,optimization

andfermentationtemperature28℃.Undertheseconditions,the

醬香型白酒的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是以高溫大曲為糖化發(fā)酵劑,以高粱為原料生產(chǎn)的。貴州茅臺酒是其典型代表。但由于該工藝生產(chǎn)周期長、糧耗高、產(chǎn)量低資金周轉(zhuǎn)慢、成本高。從而導致醬香型白酒市場價格相對偏高,不能滿足不同層次消費的需求【”。應用純種微生物制成麩曲,生產(chǎn)醬香型白酒,成為醬香型白酒生產(chǎn)的另一種途徑,經(jīng)研究其糧耗大幅下降、生產(chǎn)周期明顯縮短,酒質(zhì)基本達到大曲醬香的要求【習。麩曲白酒質(zhì)量的優(yōu)劣,取決于麩曲和酒母的質(zhì)量這與選育菌種關系重大,要求麩曲應最大限度地將淀粉分解成可發(fā)酵性糖,應具有較高的淀粉酶及糖化酶的活力網(wǎng)。在釀酒工業(yè)中,生產(chǎn)麩曲白酒等酒類時白曲霉可作為糖化劑,這是因為白曲霉中的糖化酶可以將淀粉水解為葡萄糖,進而被微生物發(fā)酵產(chǎn)生酒精14】,白曲霉斜面試管培養(yǎng)基的好壞可直接影響到酒質(zhì)的優(yōu)劣。因此本試驗通過對白曲霉斜面試管培養(yǎng)基進行優(yōu)化,以麩曲糖化

收稿日期:20LO-05.11

酶的活力作為檢測指標,探索白曲霉糖化酶活力最高時的培養(yǎng)條件。1材料與方法1.1菌種

白曲霉:購于四川微生物菌種保藏中心。1.2培養(yǎng)基

斜面培養(yǎng)基:葡萄糖309,NaN0339,MgS04?7H20

KCl

0.59,

0。59,K2P04lg,瓊脂159,蒸餾水1000mL,pH值自然。固體培養(yǎng)基:250mL三角瓶裝A259含水率為65%的

麩皮,恰好可以覆蓋瓶底,0.1MPa滅菌30min。1.3培養(yǎng)方法

斜面培養(yǎng):從活化好的母種試管中挑取黃豆大的菌絲塊,接入斜面,在28℃培養(yǎng)4d。

固體培養(yǎng):從斜面試管中挑取3塊黃豆大小的菌絲塊接入固體培養(yǎng)基,拌勻。培養(yǎng)溫度為28℃,剛開始為堆積培

基金項目:貴州省貴陽市科技局工業(yè)攻關項目([2009]筑科2合同字第1-057號)

作者簡介:高林峰(1985-),男,山東濟南人,碩士研究生,研究方向為發(fā)酵工程;吳天祥?,教授,通訊作者.

條件,均質(zhì)為60℃、30MPa條件下均質(zhì)2次,121℃殺菌5min。經(jīng)單因素試驗及正交試驗確定其最佳穩(wěn)定劑配方為單甘酯0.2%,黃原膠0.05%,羧甲基纖維素鈉0.12%,蔗糖酯0.1%。制得的產(chǎn)品流體均一,色澤乳白,可穩(wěn)定保存。經(jīng)過上述工藝加工的巴旦木蛋白飲料符合國家飲料生產(chǎn)標準,保質(zhì)期可達12個月。

參考文獻:

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?

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萬方數(shù)據(jù)

2010NO.9

?94?

SerialNo.222

ChinaBrewing

養(yǎng),20h后將培養(yǎng)基混勻平攤在瓶底,24h后培養(yǎng)結(jié)束。1.4檢測方法

1.4.1糖化酶的測定方法嗍

(1)麩曲液的制備:稱。担果熐尤耄保埃埃恚陶麴s水浸泡lh。

(2)取A、B2個三角瓶,A瓶加入20mL蒸餾水,B瓶加入20mL2%淀粉溶液(準確稱取絕干的可溶性淀粉29,用

少量的水調(diào)勻,倒入70mL的沸水中,并用20mL水反復洗滌小燒杯,洗液合并其中,用微火煮沸到透明,冷卻后用水定容至100mL,當天配制使用)。

(3)向A、B2個三角瓶中各力gXSmL、pH4.67,酸一乙酸鈉緩沖液(2mol/L乙酸溶液:。保保福恚瘫宜嵊盟♂屩粒保蹋c2moVL乙酸鈉溶液:稱。玻罚玻挂宜徕c溶于水并稀釋至lL,等體積混合即可),然后分別加入5mL浸泡好的麩曲液。

(4)置于30℃水浴鍋反應60min后加入3mLlmol/LNaOH終止反應。

(5)取2個新的三角瓶C、D盼別加入斐林甲一乙液各5mL,

從反應后的A、B2瓶中各。担恚塘Γ钊,在電爐上加熱。在沸騰條件下用lg/L葡萄糖溶液進行滴定,直至藍色消失記錄所用葡萄糖液的體積V。、V:。

(6)糖化酶活力(U,妒=(V。.Wx96

1.4.2培養(yǎng)條件優(yōu)化

對碳源、氮源的選定以及對選定后的碳源、氮源的質(zhì)量濃度、微量元素配比、培養(yǎng)時間和培養(yǎng)基Ph值進行單因素試驗。利用Minitabl5軟件設計了5因素2水平的Plack-ett-Burman篩選試驗,從中找出對菌體生長的顯著性因素并進行正交試驗對其優(yōu)化。2結(jié)果與討論2.1單因素試驗2.1.1碳源、氮源的選擇

(1)碳源的選擇:分別用309/Ll}勺蔗糖、麥芽糖、可溶性淀粉、玉米粉來代替基礎培養(yǎng)基中的葡萄糖,其他條件均不變進行試驗,結(jié)果見圖1。

600

蠶500

o400

雜300

避200

_

糖100

f-淀粉蔗糖葡萄糖麥芽糖玉米粉

圈一圈-L.-圈.-1-一_.1-.I.J

碳源

圖1

不同碳源對菌體糖化酶活力的影響

Figure1.Effectofdifferentcarbon

sourceon

theactivityofsaccharifying

enzyme

萬方數(shù)據(jù)

碳源是白曲霉乃至任何微生物生長能量代謝的'來源,不同的碳源對菌體生長均有不同的影響,由圖l可以明顯看出,蔗糖對菌種產(chǎn)糖化酶的影響最大,而且蔗糖的價格適宜,故選蔗糖作為斜面培養(yǎng)的碳源。

(2)氮源的選擇:用3班的尿素、碳酸氫銨、酵母膏、硫

酸銨和蛋白胨來代替基礎培養(yǎng)基中的硝酸鈉,其他條件不變進行試驗,結(jié)果見圖2。

44

332

●●

硝酸鈉尿素碳酸氡銨酵母臂蛋白胨硫酸銨

氮源的種類

圖2不同氮源對菌體糖化酶活力的影響

Figure2.Effectofdifferentnitrogen

sourceontheactivnyof

sacchariiyingenzyme

氮源是構(gòu)成菌體成分的主要物質(zhì),不同的氮源對菌體的生長及糖化酶的活力的影響也不一樣。由圖2可以明顯看出,白曲霉對酵母膏和硫酸銨的利用率較高,并且考慮到經(jīng)濟因素以及試驗操作的因素,故選擇硫酸銨作為菌種斜面培養(yǎng)的最佳氮源。。保蚌a卜S09/L不同濃度的蔗糖加入到斜面培養(yǎng)基當中,其他的條件保持不變,觀察對菌體生長的影響,試驗結(jié)果(圖3)可以明顯看出,白曲霉產(chǎn)糖化酶活力隨糖濃度的增加而增加,當蔗糖濃度為309/L時達到最佳。

700

玉600

500

、400

蜒300

塞200

囊100

蔗糖濃度“g?L‘‘)

圖3蔗糖濃度對菌體生長的影響

Figure

3.Effectofsucroseorl

theactivnyofsaccharifyingenzyme

。欤纾梢唬担梗滩煌瑵舛鹊牧蛩徜@tJnA,斜面培養(yǎng)基當中,其他條件保持不變,觀察對菌體生長的影響,試驗結(jié)果(圖4)可以明顯看出,白曲霉產(chǎn)糖化酶的活力隨硫酸銨的濃度增加而增加,當硫酸銨的濃度為39/L時達到最佳。

2.1.2碳源濃度對菌體生長的影響

2.1.3氮源濃度對茵體生長的影響

中國釀造

2010年第9期研究報告

bo

)長蛭避g耀

硫酸銨濃度/(g?L。)

圖4硫酸銨濃度對菌體生長的影響

Figure4.Effectofammoniumsulfateconcentration

oll

the

act脯y

of

sacchadfyingenzyme

微生物的生長都需要在適宜的酸堿環(huán)境下,調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH值為4、5、6、7、8,其他條件保持不變,觀察對菌體生長的影響,結(jié)果(圖5)可以明顯看出,在pH值為6時菌體糖化酶的活力最高,故選擇培養(yǎng)基的pH值為6。

、-,

R蜒潼基瓣

pH值

圖5

pH值對菌體生長的影響

Figure5.EffectofpHvalueoN

theactivnyofsaccharifyingenzyme

2.1.5培養(yǎng)時間對菌體生長的影響

—R蜒滋S舞

培養(yǎng)時間/d

圖6培養(yǎng)時間對菌體生長的影響

Figure6.Effectofculturetime

oll

theactivityofsaccharifying

enzyme

分別選擇2d√od作為培養(yǎng)時間,通過檢測糖化酶活力的大小來確定培養(yǎng)時間,結(jié)果(圖6)可以看出,隨時間的高,但隨后隨著菌體的老化糖化酶的活力逐漸降低,故選

萬方數(shù)據(jù)

總第222期

?95-

擇4.5d為培養(yǎng)時間。

2.1.6微量元素配比對菌體糖化酶活力的影響

Mg、K、P元素作為培養(yǎng)基中的微量元素,雖然需要的量很少但是對微生物來講卻也是必不可少的。試驗將MgS04、KH2PO,按照l:l、1:2、l:3的比例進行組合,試驗結(jié)果(圖7)可以看出,當MgSO。:K.H:P03為1:l且均為1.09/L時糖化酶的活力最高。

500

0.5+0.50.5+1.0O.5+1.51.o十1.01.o+2,01.o+3.0

MgS04+KH2POd(g?E。)

圖7微量元素配比對菌體生長的影響

7.Effectof

trace

elementratios011

theactivityofsaccharifying

enzyme

表1各因素所選水平

Table1.SelectedIeveIs‘

ofvariousfactors

水平搟參搿群L籬-州值搋

”。

度/(g?L.1)

問/d

度/(g?1)

P11咀索配比

高水平(1)

354

4.5

6.5

1.25:1.25

低水平(.I)

25

表2Plackett-Burman設計矩陣及試驗結(jié)果

Table2.DesignmatrixofPlackett-Burmanandexperimentalresults

試驗號

蒙藿

培養(yǎng)時間pH

微差黿素‘焉繁v/(u.g.1)

..

●2.

9345

;1

_

3-

ll

8611.

16

7_

ll

l8.l

l--

1-

-l

i}658m

--●

n掄

;

;lll

l1

試驗根據(jù)碳源濃度、氦源濃度、培養(yǎng)基pH值、培養(yǎng)時間和微量元素配比的單因素試驗結(jié)果,設計了n=12的2.1.4培養(yǎng)基pH值對菌體生長的影響

Figure2.2顯著性因素的篩選

Plackett-Burman篩選試驗,每個因子取高“1)低(.1)2個水平(例如培養(yǎng)基pH值為6時最高,取高水平為6.5,低水平為5.5)。以糖化酶的活力大小為響應面的Y值,試驗因素水平見表l,結(jié)果見表2,各因素的效應評價及系數(shù)估計見表

增加糖化酶的活力逐漸的升高,當4.5d時糖化酶的活力最

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Research3。若p<O.05說明該因素是顯著性因素,對菌體的生長有著顯著性的效果。由表3可以明顯的看出,除了培養(yǎng)時間以外,蔗糖濃度、pH值、微量元素配比和硫酸銨濃度均對菌體生長有顯著性影響。

裹3各因素效應與系數(shù)估計

Table3.Factoreffectandcoefficientestimation

2.3正交試驗分析

根據(jù)顯著性試驗篩選出的4種顯著性因子進行正交試驗分析,試驗采用的是k(30正交試驗,各因素選取水平見表4,試驗結(jié)果及分析見表5,方差分析見表6。

表4優(yōu)化菌體生長條件正交試驗因素水平

Table4.LovoIsofvariousfactorsoforthogonaltest

水平”。

A孳蔓?粵c(g?L1)

B硫甓孽饕度/(2?L’‘)

。p18pH值D微量元素配比!保怠埃浮啊埃欤玻担常担担担埃罚担海埃罚担玻常埃矗叮保埃埃海保铮铮

35

4.5

6.5

1.25:1.25

表5優(yōu)化菌體生長條件正交試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

Table

5.Resultsandanalysisoftheorthogonalexperiment試驗號

AB

CD糖化酶活力/(U?g-1)

ll1

ll53421.2225183l’33350942l234805223l470623’1247973l32461832l34379

332l443

均值l520.333491.667483.333482.333均值2476.333475.000480.333486.000均值3447.333477.000480.333475.333極差

73.000

16.667

3.333

10.667

由正交試驗結(jié)果可以看出,對菌體生長的最大因素為蔗糖的濃度,其次為微量元素配比培養(yǎng)基pH值及硫酸銨濃度。4個因素的最佳組合應該是A。B.C。D:,即蔗糖濃度為259/L,硫酸銨濃度為3.59/L,MgS04?7H201.o#-,KCI1.09/L,K2P041.09/L瓊脂lSg/L,pH值為5.5。按照所得出的

萬方數(shù)據(jù)

Report

培養(yǎng)基最佳組合進行試驗,并。矀水平,計算其平均值,最后得到菌體糖化酶的活力為724.8U/g。

褒6正交試驗方差分析

Table6.Variance

analysIsofheorthogonalexperiment

3結(jié)果分析

傳統(tǒng)的大曲醬香型白酒生產(chǎn),工藝復雜,生產(chǎn)周期長,

耗糧高,對自然氣候條件要求奇刻。近年來,發(fā)展較快的麩曲醬香型酒生產(chǎn)工藝,具有簡化工藝、降低消耗,縮短周期的特點使得純種麩曲發(fā)酵為醬香型白酒發(fā)展的新途徑嘲。白曲霉為麩曲發(fā)酵的糖化劑,可以將原料中的淀粉分解成菌體生長所需要的糖,其糖化酶的活力大小對麩曲白酒的產(chǎn)酒率以及白酒的質(zhì)量有著重要的影響,因此本實驗以糖化酶的活力大小作為驗證菌體生長好壞的考察指標。

通過單因素試驗對自曲霉斜面培養(yǎng)基成分及培養(yǎng)條件進行優(yōu)化,確定蔗糖為培養(yǎng)基碳源,硫酸銨為培養(yǎng)基氮源。通過Plackett-Burman篩選試驗對蔗糖濃度、硫酸銨濃度、培養(yǎng)時間、培養(yǎng)基pH值、微量元素配比進行篩選確定蔗糖濃度、硫酸銨濃度、培養(yǎng)基pH值、微量元素配比為菌種生長的顯著性因素。

對4組顯著性因素進行L9(34)進行正交試驗,得到菌體生長培養(yǎng)條件的最佳配比為蔗糖濃度為309/L,硫酸銨濃度為3.Sg/L,MgS04?7H20

1.09/L,KCI1.09/L,K2P04

1.09/L,瓊)指159/L,pH值為5.5。在此培養(yǎng)條件下進行培養(yǎng)可以明顯的提高茵體糖化酶的活力,活力值可以達到724.8U/g。完全符合白曲霉作為發(fā)酵糖化劑的作用,對以后麩曲白酒的發(fā)酵產(chǎn)酒具有指導意義。參考文獻:

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