味精废水生产饲料酵母的工艺优化研究

丛泽峰,王兰刚,李 辉,王晓健,王 林,徐虫杰

(中粮生化能源(龙江)有限公司,黑龙江 齐齐哈尔 161105)

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材 料

酿酒酵母菌C20,由中粮生化能源(龙江)有限公司自行筛选并保藏;味精废水、玉米浆均由中粮生化能源(龙江)有限公司提供;葡萄糖、磷酸二氢钾、硫酸镁等试剂均购于天津科密欧有限公司;聚丙烯酸钠,济南天清水化工有限公司。

1.1.2 主要仪器与设备

YP2001N电子天平,上海精密科学仪器有限公司;H1850R台式高速离心机,湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;pH计,梅特勒-拖利多仪器有限公司;HH-S4型数显恒温水浴锅,郑州长城工贸有限公司;721型分光光度计,上海精密科学仪器有限公司;GZX-9140MBE电热鼓风干燥箱,上海博讯实业有限公司医疗设备厂;RE-2000A旋转蒸发器,上海笠化仪器设备有限公司;HH-S6恒温水浴锅,金坛市国旺实验仪器厂;10 L发酵罐,上海保兴生物设备工程有限公司;BNHD超净工作台,北京百年宏达净化科技有限公司;TQHZ振荡培养箱,太仓市华美生化仪器厂。

1.2 培 养 基

种子培养基:葡萄糖5 g/L;味精废水100 g/L;酵母膏0.5 g/L;磷酸二氢钾1 g/L;硫酸镁0.6 g/L;玉米浆5 g/L,pH 5.0,121 ℃下灭菌20 min,冷却备用。

发酵培养基:葡萄糖5 g/L;味精废水300 g/L;磷酸二氢钾1.5 g/L;硫酸镁1 g/L;消泡剂1 g/L;玉米浆10 g/L,pH 5.0,121 ℃下灭菌20 min,冷却备用。

1.3 方 法

1.3.1 种子培养

酵母菌种子培养:三角瓶内装有一定量的培养基,经灭菌后冷却,接入活化的新鲜斜面菌种,摇床培养24 h经检验达到标准后,置于4 ℃冰箱内保藏备用。

1.3.2 发酵培养

10 L发酵罐内装入一定量的酵母菌发酵培养基,经灭菌后冷却,接入检验合格的酵母菌种子液进行培养。培养条件为温度30 ℃,通气量2 L/min,转速100 r/min,发酵时间31 h。

1.3.3 试验分析检测方法[7-9]

1)OD测定法测定菌体浓度:取1 mL发酵液稀释后检测600 nm波长下的吸光值。

2)干重测定法测定生物量:取10 mL发酵液7 000 r/min下离心8～10 min,除去上清液收集菌体,80 ℃干燥至恒定质量。

3)葡萄糖测定:采用SBA-40生物传感分析仪测定。

4)菌体蛋白质测定:菌体蛋白质含量测定方法为微量凯氏定氮法(GB/T 14770—90)。

5)总蛋白得率计算:

菌体总蛋白得率(g/L)=菌体生物量(g/L)×菌体蛋白质质量分数(%)。

1.3.4 试验方法

针对味精废水的特点,结合酵母菌的生理特性,在前期大量试验的基础上,制定试验方案。

1)将配制好的酵母发酵培养基分成A、B组。其中,A组培养基经高温实消灭菌,待冷却后接入酵母菌种子液进行发酵培养;B组培养基不经实消灭菌,直接接入酵母菌种子液进行发酵培养。通过A、B 2组对照试验,确定培养条件对酵母发酵的影响。

3)饲料酵母发酵培养基中,味精废水按250,300,400 g的添加量(以每L酵母发酵培养基计,下同)分别配制成酵母发酵培养基,接入酵母菌种子液后进行发酵培养。通过对照试验,确定味精废水的添加量对酵母发酵和饲料酵母成品的影响。

2 结果与讨论

2.1 培养条件对酵母发酵的影响

按计划方案进行酵母发酵的培养条件对照试验,验证不同的培养条件对酵母发酵的影响,如表1所示。

表1 培养条件对酵母发酵的影响

由表1可知:酵母发酵培养基中使用偏酸性的味精废水,对杂菌有抑制活性作用,有效降低杂菌对培养基营养的消耗,能够满足酵母发酵过程中酵母菌的生长要求。因此,酵母发酵培养基加入味精废水后,可不经高温灭菌,直接接入酵母菌种子液进行发酵培养,降低生产成本。

2.2 析出味精废水中的硫酸铵对酵母发酵的影响

谷氨酸发酵液经连续等电提取出谷氨酸后,排放的废水中氨氮质量分数比较高,对酵母菌有一定的抑制。笔者在前期研究的基础上,对味精废水进行预处理,析出废水中的硫酸铵,降低氨氮对酵母菌发酵的影响,结果如图1所示。

图1 析出味精废水中的硫酸铵对酵母发酵的影响

经预处理析出废水中的硫酸铵后,把过滤液加入到酵母发酵培养基中,接入酵母菌种子液进行发酵培养。由图1可知:发酵培养10 h左右时,随着酵母菌呈对数生长,生物代谢能力逐步增强,生物量也快速增加,菌体的干质量达16.5 g/L,通过预处理析出其中的硫酸铵,能够有效降低氨氮对酵母发酵的抑制影响。

2.3 味精废水添加量对酵母发酵和饲料酵母成品的影响

2.3.1 味精废水添加量对酵母发酵的影响

味精废水按250,300,400 g添加量分别添加到酵母发酵培养基中,接入酵母菌种子液进行发酵培养,培养结果如表2所示。

表2 味精废水添加量对酵母发酵的影响

由表2可知:酵母发酵培养基中加入不同添加量的味精废水,对酵母发酵有很大影响。随着味精废水添加量的调整,酵母发酵过程中的菌体生长有明显变化。因此,适当的味精废水添加量对酵母发酵的菌体有促进生长作用,添加量过高对发酵则产生抑制影响。通过优化试验得知,在饲料酵母发酵培养基中300g的味精废水添加量较为适宜。

2.3.2 味精废水添加量对饲料酵母成品的影响

味精废水按250,300,400 g添加量分别加入到酵母发酵培养基中,接入酵母菌种子液进行发酵培养。发酵终了放罐的发酵液,经烘干处理后用粉碎机粉碎,包装制成成品酵母粉。根据试验要求,计算成品酵母的总蛋白得率,对比不同添加量的味精废水对终端酵母成品的影响,结果如图2所示。

图2 味精废水添加量对饲料酵母成品的影响

由图2可知:在酵母发酵生产过程中,当酵母发酵培养基中加入的味精废水添加量为300 g时,酵母菌体的总蛋白得率最高达到10.56 g,明显优于添加量为250 g和400 g时的酵母菌体总蛋白得率。

3 结 论

通过对味精废水生产饲料酵母单细胞蛋白的工艺优化,验证了发酵条件对酵母发酵的影响,也验证了味精废水添加量对酵母发酵的半成品和饲料酵母成品的影响以及析出味精废水中的硫酸铵对酵母发酵的影响。试验结果表明:饲料酵母的发酵培养基可以不经高温灭菌,直接接入酵母菌种子液进行发酵培养。味精废水经过预处理析出硫酸铵后,能够有效促进酵母发酵过程中菌体的生长,最终菌体的干质量达16.5 g/L。饲料酵母发酵培养基中味精废水添加量为300 g时最适宜酵母发酵生长,总蛋白得率达到10.56 g/L。通过工艺优化试验,有效降低了味精废水对环境的污染,同时也增加了企业的利润。