复合菌液体发酵芝麻饼工艺研究

程益++雍婕++肖红仕++周海燕++吴永尧

摘要 探讨复合菌液体发酵芝麻饼发酵条件的优化，采用实验室筛选的高效蛋白质降解菌和高效脂肪降解菌混合发酵的方法，研究菌种比例、接种量、初始pH值、发酵温度、发酵时间、转速对发酵底物中蛋白质降解和脂肪降解的影响。结果表明：芝麻饼的最佳发酵工艺条件为高效蛋白质降解菌和高效脂肪降解菌的接种比例为2∶1，接种量5%，初始pH值7.0，发酵温度37 ℃，发酵时间48 h，转速为180 r/min。在此试验条件下，芝麻饼的粗蛋白质降解率为67.25%，粗脂肪的降解率为65.20%。

关键词 芝麻饼；复合菌；发酵条件；粗蛋白降解；粗脂肪降解

中图分类号 TQ920.6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）01-0250-03

Liquid Fermentation Technology of Sesame Crackers with Combined Bacterium

CHENG Yi YONG Jie XIAO Hong-shi ZHOU Hai-yan WU Yong-yao *

（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128）

Abstract We discussed the optimization of sesame crackers fermentation conditions with combined bacterium of the high-efficiency protein degrading bacteria LQ and the fat degrading bacteria YF，and studied the effects of the strains ratio，inoculation size，initial pH，fermentation temperature，fermentation time and revolving speed on protein degradation and fat degradation in fermentation substrate.The results showed that the optimum fermenting parameter of sesame crackers were as follows：the ratio of LQ∶YF was 2∶1，inoculation size 5%，initial pH 7.0，fermentation temperature 37 ℃，fermentation time 48 h and revolving speed 180 r/min.Under the conditions，the crude protein degradation rate of sesame cake was 67.25%，and the rate of crude fat was 65.20%.

Key words sesame crackers；combined bacterium；fermentation conditions；crude protein degradation；crude fat degradation

芝麻餅是芝麻取油后的副产品。我国作为芝麻生产大国，仅芝麻饼粕的年产量就在50 万t以上，资源十分丰富[1]。芝麻饼中含有丰富的蛋白质、脂肪、氨基酸等营养物质，其中蛋白质的平均含量在35%左右，脂肪的平均含量在7%～11%之间，氨基酸含量也十分丰富[2-4]，营养价值高[5-7]，尤其是几种主要必需氨基酸如蛋氨酸、苏氨酸、精氨酸、色氨酸含量均高于其他饼粕。 近一些年来，随着人们生活水平的提高，人们更加注重油脂的营养、健康、绿色、环保。芝麻油就是上好油脂的来源。由于人们对芝麻油的喜爱，这样就导致芝麻取油后的油脂下脚料日益增多[8]。而农村小型压榨机或液压法生产出的土榨饼，由于含壳量大，脱油率很低，饼中蛋白质和脂肪等有机物含量高，也影响其作为有机肥的使用。目前，国内仅有少数油厂对各类油脂下脚料进行了有效的综合利用，大多数油厂的下脚料利用不充分。这不仅造成资源的浪费，而且极易酸败发臭的油脂下脚料对环境造成污染[9]。本试验的基础发酵培养基成分为可溶性淀粉1%、芝麻饼8%、磷酸二氢钾0.1%、氯化钙0.1%、氯化镁0.05%[10]，以实验室筛选出的高效蛋白质降解菌与高效脂肪降解菌为基础，确定2株菌有无拮抗并进行复合菌的发酵，通过蛋白质的降解效率和脂肪的降解效率来确定复合菌液体发酵芝麻饼的最适条件。通过对芝麻饼中残油和蛋白质进行生物降解，可以提高油脂和蛋白质的利用效益，解决环境污染问题，并延伸到其他油料作物下脚料的综合利用方面。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试菌种。由实验室筛选的高效蛋白质降解菌LQ和高效脂肪降解菌YF。

1.1.2 供试原料。从湖南农业大学附近榨油厂选取经过压榨法取芝麻油后的芝麻饼。

1.1.3 培养基。①试管斜面培养基。高效蛋白质降解菌斜面培养基：牛肉膏0.5%，蛋白胨1%，NaCl 0.2%，琼脂2.0%，酵母膏0.2%，pH值7.0。高效脂肪降解菌斜面培养基：蛋白胨0.5%，NaCl 0.3%，酵母膏0.5%，K2HPO4 0.2%，琼脂2.0%，pH值 7.0。②种子培养基。高效蛋白质降解菌种子培养基：牛肉膏0.3%，蛋白胨1 g，NaCl 0.5%，pH值7.0。高效脂肪降解菌种子培养基：蛋白胨0.5%，蔗糖0.5%，NaCl 0.3%，酵母膏0.5%，K2HPO4 0.2%，pH值7.0。③基础发酵培养基。复合菌基础发酵的培养基：可溶性淀粉1%，芝麻饼8%，磷酸二氢钾0.1%，氯化钙0.1%，氯化镁0.05%，pH值7.0。

1.1.4 仪器。供试仪器有恒温培养箱、恒温振荡器、超净工作台、分析天平（感量0.001 g）蒸汽灭菌锅等。

1.1.5 主要试剂 。牛肉膏、蛋白胨、磷酸二氢钾、氯化钠、氯化镁、氯化钠、氢氧化钠、福林酚试剂、酚酞试剂、茚三酮试剂等。

1.2 试验方法

1.2.1 蛋白质降解菌。将冷冻保存的菌种接种于高效蛋白质降解菌的斜面培养基中，37 ℃ 静置培养 48 h；待形成菌落后挑取单个菌落接种于高效蛋白质降解菌种子培养基，在温度37 ℃条件下培养24 h，即得种子液。

1.2.2 脂肪降解菌。将冷冻保存的菌种接种于高效脂肪降解菌斜面培养基中，32 ℃ 静置培养48 h，待形成菌落后挑取单个菌落接种高效脂肪降解菌种子培养基，在温度32 ℃条件下振荡培养24 h，即得种子液。

1.3 试验设计

1.3.1 菌种比例的优化。在基础培养基不变的条件下，设置蛋白质降解菌LQ和脂肪降解菌YF不同的菌种比例，分别为 1∶1、1∶2、2∶1、1∶3、3∶1，其他发酵条件一致，最后装入规格为 250 mL的锥形瓶中进行发酵，发酵48 h后，以发酵产物蛋白质的降解率和脂肪降解率为指标，来确定最佳菌种比例。每次处理设置3次重复。

1.3.2 发酵菌种接种量的优化。在基础培养基不变的条件下，设置不同的菌种接种量，分别为2%、5%、8%、10%和13%，其他发酵条件一致，最后装入规格为250 mL的锥形瓶中进行发酵，发酵48 h后，以测定发酵产物蛋白质的降解率和脂肪降解率来确定最佳接种量。每次试验设置3次重复。

1.3.3 发酵初始pH值的优化。在基础培养基不变的条件下，设置不同的菌种发酵初始pH值，分别为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0，其他发酵条件一致，最后装入规格为250 mL的锥形瓶中进行发酵，发酵48 h后，通过测定发酵产物蛋白质的降解率和脂肪降解率来确定最佳初始pH值。每次处理设置3次重复。

1.3.4 发酵温度的优化。在基础培养基不变的条件下，设置不同的发酵温度，分别为33、35、37、40、42 ℃，其他发酵条件一致，最后装入规格为250 mL的锥形瓶中进行发酵，发酵48 h后，通过测定发酵产物蛋白质的降解率和脂肪降解率来确定最佳发酵温度。每次处理设置3次重复。

1.3.5 转速优化。按40%的装液量在250 mL的三角瓶中装入发酵培养基，将培养好的种子液按5%的接种量接入发酵培养基，在温度为37 ℃的恒温摇床中，分别在转速为140、160、180、200、220 r/min的条件下振荡培养，检测发酵产物蛋白质的降解率和脂肪降解率来确定最佳发酵温度。每次处理设置3次重复。

1.3.6 培养时间优化。在上述发酵培养基优化条件下，设计培养时间分别为8、16、24、32、40、48、56 h，分析培养时间对蛋白质降解率和脂肪降解率的影响。每个处理3次重复。

1.4 分析方法

1.4.1 粗蛋白质降解率的测定。先用凯氏定氮法[11]测出发酵底物前后粗蛋白的含量，然后計算粗蛋白质降解率，计算公式如下：

粗蛋白质降解率（%）=发酵前蛋白质相对含量-发酵后蛋白质相对含量）/发酵前蛋白质相对含量×100

1.4.2 粗脂肪降解率的测定。采用索式抽提法[12]测出发酵底物前后粗脂肪的含量，然后计算粗脂肪降解率，计算公式如下：

粗脂肪降解率（%）=（发酵前脂肪相对含量-发酵后脂肪相对含量）/发酵前脂肪相对含量×100

2 结果与分析

2.1 菌种比例的优化

以蛋白质降解菌LQ和脂肪降解菌YF不同的菌种比例发酵芝麻饼，其粗蛋白和粗脂肪的降解率的结果如图1所示。

可以看出，蛋白质降解菌和脂肪降解菌以2∶1的比例混合发酵时，发酵底物中蛋白质和脂肪的降解率最高，分别达到65.11%和63.21%。而采用单株蛋白质降解菌降解芝麻饼粕的蛋白质的降解率约为50%[10]，采用单株脂肪降解菌降解油脂下脚料的降解率约为65%[13]。复合菌发酵蛋白质的降解率相对于单株蛋白质降解菌提高了约10%，故以脂肪降解为主的脂肪降解菌也有蛋白质的降解能力。复合菌发酵降解脂肪的效率和单株脂肪降解脂肪的效率都在65%左右，故蛋白质降解菌对脂肪降解菌的影响不大。

2.2 发酵菌种接种量的优化

确定好最佳复合菌种比例后，在不同发酵菌种的接种量条件下，其粗蛋白和粗脂肪降解率的结果见图2。

可以看出，接种量在5%时，粗蛋白和粗脂肪的降解率最高，分别约为66.77%和64.07%；接种量8%时，其粗蛋白和粗脂肪的降解率略低；而接种量3%，其降解率最低。故综合成本因素，最适合的接种量为5%。

2.3 发酵初始pH值的优化

在基础培养基不变的条件下，设置不同的菌种发酵初始pH值，其对粗蛋白和粗脂肪的降解率的影响具体如图3所示。

可以看出，pH值偏碱时，蛋白质降解菌的降解作用比偏酸性要好，脂肪降解菌的降解作用在pH值偏中性时最好，而蛋白质降解菌和脂肪降解菌降解后的产物是有机酸类物质，故相对pH值偏碱性，其降解效果最好。但是，pH值为7.0、7.5时，复合菌对底物的降解效果接近且最好，其粗蛋白和粗脂肪的降解率分别在65.00%左右和63.00%左右。考虑到成本因素，选择最佳pH值为7。

2.4 发酵温度的优化

在基础培养基不变的条件下，设置不同的发酵温度，其对粗蛋白和粗脂肪的降解率的影响见图4。

可以看出，在发酵温度为35 ℃时，其脂肪降解效率最高，达到64.33%，但是蛋白质降解菌受到抑制。在33 ℃时，粗蛋白质降解菌的降解率低于粗脂肪降解率，蛋白质受温度降低的影响更明显。综合2种菌的降解效果，在温度37 ℃时，粗蛋白和粗脂肪的降解效率最好，分别约为64.78%和62.56%。

2.5 转速优化

按40%的装液量在250 mL的三角瓶中装入发酵培养基，将培养好的种子液按5%的接种量接入发酵培养基，在温度为37 ℃的恒温摇床中，分别在不同转速条件下进行发酵，其粗蛋白和粗脂肪的降解率的结果见图5。

可以看出，转速为180 r/min时，蛋白质降解菌降解芝麻饼粗蛋白质的效率和脂肪降解菌降解芝麻饼粗脂肪的效率最高，分别为65.89%和62.56%。低转速造成通气量不足，而较高转速不仅对菌体产生损伤而且会产生很多气泡，影响溶氧量并且带来高消耗。

2.6 培养时间优化

在上述发酵培养基优化条件下，设计培养时间分别为8、16、24、32、40、48、56 h。分析培养时间对蛋白质的降解率和脂肪降解率的影响，结果见图6。

可以看出，发酵48h后，粗蛋白质降解率和粗脂肪降解率达到最大，分别为67.25%和63.18%。发酵56 h后，粗蛋白和粗脂肪的降解率略有升高但不大，综合考虑时间和成本因素，故确定48 h为最佳发酵时间。

3 结论

（1）复合菌发酵蛋白质的降解率相对于单株蛋白质降解菌提高了约10%，故以脂肪降解为主的脂肪降解菌也有蛋白质的降解能力。复合菌发酵降解脂肪的效率和单株脂肪降解脂肪的效率都在65%左右，故蛋白质降解菌对脂肪降解菌的影响不大。其复合菌发酵不仅能达到单株菌降解蛋白質或脂肪的效果，还能节约时间、原料成本，为后续工业生产提供依据。

（2）芝麻饼的最佳发酵工艺条件为：高效蛋白质降解菌和高效脂肪降解菌的接种比例为2∶1，接种量5%，初始pH值7.0，发酵温度37 ℃，发酵时间48 h，转速为180 r/min，在此试验条件下，芝麻饼的粗蛋白质降解率为67.25%，粗脂肪的降解率为65.20%。

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