嗜热乳酸菌发酵液对玉米浸泡效果的影响

刘庆艾，马耀宏，杨俊慧，孟庆军，杨艳，马恒，史建国

(山东省科学院生物研究所，山东省生物传感器重点实验室，山东 济南 250014)



【生物传感器】

嗜热乳酸菌发酵液对玉米浸泡效果的影响

刘庆艾，马耀宏，杨俊慧，孟庆军，杨艳，马恒，史建国

(山东省科学院生物研究所，山东省生物传感器重点实验室，山东 济南 250014)

从玉米浆中筛选出耐50 ℃高温的嗜热乳酸菌，绘制其生长曲线和产酸曲线。然后以10%的接种量接入玉米浸泡水中，研究嗜热乳酸菌对玉米浸泡效果的影响。结果表明，嗜热乳酸菌发酵液可有效提高玉米的吸水率和淀粉得率，玉米吸水饱和所需要的时间由传统工艺的20 h缩短为10 h，淀粉得率由传统工艺的59.22%提高到63.23%。

嗜热乳酸菌；玉米浸泡；玉米吸水率；淀粉得率

我国是淀粉生产大国，淀粉产量仅次于美国，居世界第二位，其中玉米淀粉占80%以上。玉米淀粉的用途十分广泛，除供食用与加工食品外，更广泛地应用于纺织、造纸、医药、石油、发酵及化工等行业[1-3]。因此，对玉米淀粉相关技术的研究一直是该领域的热点。

目前，国际上多采用湿磨工艺生产玉米淀粉，在加工过程中所涉及的第一道工序是玉米浸泡工序，浸泡效果的好坏、时间的长短直接影响淀粉成品和其他副产品的收率、质量和生产成本，所以玉米浸泡工序被称为最重要的一道工序。玉米胚乳中的淀粉与蛋白结合牢固，蛋白质基质在外部将淀粉颗粒包裹，为使淀粉颗粒能够更好地释放出来，需要破坏或者削弱蛋白质与淀粉颗粒之间的结合力，使淀粉游离出来。传统的玉米浸泡普遍采用亚硫酸溶液进行浸泡，亚硫酸虽然具有打破蛋白质的网状结构、钝化胚芽、防腐以及有助于乳酸形成等作用，但较高浓度的亚硫酸溶液会在一定程度上造成设备腐蚀、地下水污染和产品中亚硫酸残留等问题[4-6]。乳酸菌是玉米浸泡液中的主要菌种，在玉米浸泡过程中发挥着重要作用。研究表明，乳酸菌产生的乳酸能够促进玉米蛋白质软化和膨胀，保持溶液中的镁离子和钙离子，有利于减少不溶性物质的沉积。乳酸菌与亚硫酸联合作用，可增强对玉米的浸泡效果，加速水分进入玉米籽粒，缩短浸泡时间，促进玉米中淀粉和蛋白质的分离，从而减少亚硫酸带来的不良影响，提高玉米淀粉的产率和质量[7-8]。Manzoni等[9]向玉米浸泡液中添加乳酸后，淀粉产量平均提高5.6%。Dailey等[10]研究发现，含有乳酸的玉米浸泡液中蛋白浸出量和淀粉产量明显高于不含乳酸的浸泡液。此外，他们还研究了乳酸浓度对蛋白浸出量的影响，在不添加亚硫酸的情况下，乳酸浓度高，蛋白浸出量和淀粉产量也高，这进一步证实了乳酸能够促进淀粉与胚乳蛋白基质的分离，从而促进蛋白的溶出与淀粉的释放[11]。丛泽峰等[12]研究发现，在玉米浸泡过程中添加适量嗜热乳酸菌，能够使玉米籽粒细胞壁的破壁速率加快，籽粒吸水膨胀增强了玉米籽粒的浸泡效果，缩短了玉米浸泡时间，进一步提高了玉米浸泡液的质量。

本研究从玉米浸泡液中筛选出耐50 ℃高温的嗜热乳酸菌，发酵培养后在浸泡初始阶段加入玉米浸泡液中，缩短了玉米吸水饱和所需要的时间，提高了淀粉得率，可以为国内玉米淀粉加工行业提供理论支持和技术指导。

1 材料与方法

1.1 实验材料

玉米浆、玉米籽粒均由菱花集团有限公司(山东济宁)玉米淀粉生产车间提供；其他试剂为分析纯。

1.2 实验仪器

YP201N电子天平(上海菁海仪器有限公司)；YXQLX50SⅡ立式压力蒸汽灭菌器(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)；SWCJ2D型双人单面净化工作台(苏州净化设备有限公司)；303A2电热恒温培养箱(南通宏大实验仪器有限公司)；DHG系列电热恒温鼓风干燥箱(上海新苗医疗器械制造有限公司)；西厨多功能粉碎机(铂欧五金厂)；HHS恒温水浴锅(江苏国胜实验仪器厂)；LXJ64-01离心机(河北省吴桥电机厂)；SBA-40D型生物传感仪(山东省科学院生物研究所)。

1.3 实验方法

1.3.1 嗜热乳酸菌的筛选

取玉米浸泡液10 mL，分别稀释至原浓度的10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6和10-7倍，然后分别取0.3 mL涂布于MC平板上，(50±2)℃培养24 h。挑取有溶钙圈的单菌落，在平板上划线、分离，反复纯化。分离出溶钙圈大的菌落接入斜面保藏，编号L-4。

MC培养基配方：大豆蛋白胨 5.0 g/L，牛肉浸粉 3.0 g/L，酵母浸粉 3.0 g/L，葡萄糖20.0 g/L，乳糖 20.0 g/L，碳酸钙 10.0 g/L，琼脂15.0 g/L，中性红0.05 g/L，25 ℃下pH值为6.0±0.1。

1.3.2 嗜热乳酸菌的生长曲线及产酸曲线绘制

将筛选得到的菌株接种于10 mL MRS液体培养基中，(50±2)℃培养24 h，吸取10 mL培养液接种于90 mL MRS液体培养基中，继续培养。每隔2 h取样，测定发酵液的OD600值，并用SBA-40D型生物传感分析仪测定乳酸含量，以培养时间为横坐标，以OD600值、乳酸含量为纵坐标，绘制生长曲线及产酸曲线。

1.3.3 嗜热乳酸菌对玉米吸水效果的影响

准确称取数份4 g玉米于含有10 mL 0.2% H2SO3的大试管中，分别加入1%、5%、10%、15%、20%的嗜热乳酸菌液，(50±2)℃浸泡，分别浸泡4、8、12、16、20、24、28、32、48 h，每组做3个平行，然后测定玉米在不同时间、不同浸泡液中的含水量，绘制吸水曲线，分析嗜热乳酸菌对玉米吸水效果的影响。

1.3.4 玉米在不同浸泡液中吸水曲线的绘制

准确称取数份4 g玉米于大试管中，分别加入10 mL 0.2% H2SO3、10%嗜热菌、0.2% H2SO3+10% 嗜热菌浸泡液，(50±2)℃浸泡，分别浸泡4、8、12、16、20、24、28、32、48 h，每组做3个平行，然后测定玉米在不同时间、不同浸泡液中的含水量，绘制吸水曲线。

1.3.5 玉米浸泡及淀粉制备过程

准确称取9份40 g玉米于三角瓶中，分别加入150 mL 0.2 %H2SO3、10%嗜热菌、0.2% H2SO3+10%嗜热菌浸泡液，(50±2)℃浸泡48 h，每组做3个平行。浸泡完毕后，采用Dowd等[13]报道的玉米淀粉实验室制备方法进行淀粉制备，并在此基础上改进，用63%的蔗糖溶液离心分离代替水槽分离，计算淀粉得率。

2 结果与讨论

2.1 嗜热乳酸菌的生长曲线

从图1可以看出，L-4菌株在接种后8 h内生长缓慢，10 h后生长速度明显加快，进入对数生长期，在18 h左右时生长基本达到稳定进入平台期，菌种发酵基本完毕。

图1 L-4菌株的生长曲线Fig.1 Growth curve of strain L-4

2.2 嗜热乳酸菌的产酸曲线

嗜热乳酸菌L-4的产酸曲线如图2所示，比较L-4菌株产生乳酸的变化趋势，乳酸含量在初始16 h内增长缓慢，之后迅速上升，在17 h附近开始稳定。从含葡萄糖20 g/L的MRS培养基出发，经发酵最终乳酸产量为17.09 g/L，转化率为85.45%。

图2 L-4菌株的产酸曲线Fig.2 Acid yield curve of strain L-4

2.3 嗜热乳酸菌对玉米吸水效果的影响

如图3所示,玉米吸水饱和所需要的时间随着嗜热乳酸菌浓度的增加而逐渐缩短，但是当浓度上升至10%以上时，玉米吸水饱和所需要的时间相差不大。从节省时间以及能源成本的角度考虑，选择嗜热乳酸菌的添加量为10%。

图3 玉米在不同菌液浓度下的吸水曲线Fig.3 Water-absorbing curve of corn in different bacterial concentrations steeping liquid

2.4 玉米在不同浸泡液中的吸水效果

从图4可以看出，在(50±2)℃的浸泡温度下，H2SO3溶液以及0.2% H2SO3+10% L-4菌液中的玉米，最初的吸水率均高于浸泡于10% L-4菌液中的玉米，这是由于前两者的浓度差高于后者；其中玉米在0.2% H2SO3+10% L-4菌液中吸水最快，10 h左右即可饱和，而传统H2SO3溶液浸泡，玉米的吸水量达到饱和大约需要20 h；用10% L-4菌液处理的玉米，虽然一开始吸水较慢，但是在8 h后，吸水速率开始高于用H2SO3溶液处理的玉米，15 h左右达到饱和。乳酸在浸泡过程中虽不能直接作用于蛋白质网格使淀粉颗粒游离，但能在种皮细胞上形成有助于玉米籽粒内外物质交换的孔洞，为下一阶段亚硫酸或蛋白酶分子的进入以及物质交换提供了条件。通过在浸泡液中加入嗜热乳酸菌，能够显著加快玉米的吸水率，从而缩短浸泡时间。

2.5 嗜热乳酸菌对淀粉得率的影响

利用改进的实验室淀粉制备方法提取3种不同浸泡液玉米中的淀粉，得到分别为0.2% H2SO3得率59.22%、0.2% H2SO3+10%菌液得率63.23%、10%菌液得率52.35%(见图5)。说明在传统浸泡工艺中加入嗜热乳酸菌，不仅能够有效缩短浸泡时间，而且可以提高淀粉得率。

图4 玉米在不同浸泡液中的吸水曲线Fig.4Water-absorbing curve of corn in different steeping liquid

图5 玉米在不同浸泡液中的淀粉得率Fig.5Starch yield of corn in different steeping liquid

3 结论

本文从玉米浸泡液中筛选出嗜热乳酸菌，经过发酵培养后，在浸泡初始阶段接入到玉米浸泡液中，起到快速提高浸泡液中乳酸浓度的作用，使玉米吸水饱和所需的时间从20 h缩短到10 h左右，比传统工艺缩短了约10 h，比已有研究成果缩短了4 h左右[14]，同时淀粉得率由传统亚硫酸浸泡的59.22%提高到63.23%。该研究缩短了浸泡时间，提高了淀粉得率，有利于工业生物技术产业的节能减排和升级改造，对经济效益和环境效益的提高都具有重要意义。今后，我们将在减少亚硫酸用量、提高乳酸菌产酸能力等方面进行深入研究。

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Impact ofThermophiliclactobacillusfermentation broth on corn steeping

LIU Qing-ai, MA Yao-hong, YANG Jun-hui, MENG Qing-jun,
YANG Yan, MA Heng, SHI Jian-guo
(Shandong Provincial Key Laboratory of Biosensors, Biology Institute, Shandong Academy of Sciences, Jinan 250014, China)

∶We screened out high temperature (50℃)-resistantThermophiliclactobacillusstrain from corn steep liquor, and drew its growth curve and acid yield curve. We then employedThermophiliclactobacillusfermentation broth with 10% inoculation size to study the impact ofThermophiliclactobacilluson corn steeping. Results show thatThermophiliclactobacillusfermentation broth can effectively increase water absorption and starch yield of corn. Duration time of corn moisture saturation is reduced from 20 h to 10 h, and starch yield is increased from 59.22% to 63.23%.

∶Thermophiliclactobacillus;corn steeping; water absorption rate of corn; starch yield

10.3976/j.issn.1002-4026.2016.05.016

2016-04-29

山东省科学院青年科学基金(2015QN009)

刘庆艾(1986—)，女，助理研究员，研究方向为微生物代谢。

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