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苹果渣基质柠檬酸产生菌株的选育及固态发酵条件研究
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摘要
随着世界范围内对农副产品及工农业生产废弃物综合开发利用研究的日渐深入,我
    国对农产品深加工的研究工作也逐渐被提到了议事日程,尤其是用产量比较大,成本比
    较低的农副产品来生产一些附加值比较高的产品的研究开发工作越来越受到人们的重
    视。本研究就以我省乃至我国年产量非常大的农副产品苹果渣作为原料,比较系统的进
    行了以苹果渣为原料的柠檬酸固态发酵研究,得到了以下研究结果。 
     1. 不同预处理对苹果渣还原糖含量的影响。通过对四种不同的预处理即高温处理、
    水解处理、酶解处理和菌解处理对苹果渣还原糖含量的影响分析,结果表明:(1)高温
    处理对苹果渣中还原糖含量变化影响不大。高温处理时,相对高温(121℃)较短时间
    (40min、60min)处理,苹果渣中还原糖含量呈下降趋势;相对低温(100℃、114℃)
    长时间(80min)处理,苹果渣中还原糖含量则会增加,但高温处理引起的苹果渣还原糖
    含量变化幅度总的来说不是很大。 (2) 苹果渣水解后,水解物中还原糖含量显著增加,
    且其含量随着水解时间的增加而增加。工业化生产时,当水解 pH=1,T=121℃时,20min
    为比较合适的水解时间。(3) 在使用三种商品纤维素酶酶解苹果渣后,三种酶酶解物中
    的还原糖含量均明显升高。三种纤维素酶中,3#酶酶解苹果渣效果最好。(4) 菌解苹果
    渣时,在本研究所选用的 21 株菌中,有 11 株在纯苹果渣基质上生长良好,FG03、FG07、
    FG10、FG11 四株菌均能有效的降解苹果渣,其中 FG03 降解效果最好。 
     2. 野生高效柠檬酸产生菌株的筛选。本研究分别以纯固体苹果渣、苹果渣的 3 种酶
    解物和酶解液,以及 10%葡萄糖溶液为基质,以 17 株野生黑曲霉菌株作为供试菌种,分
    别进行了 17 株供试菌的固体发酵和液体摇瓶发酵两种发酵方式的柠檬酸发酵试验。并通
    过 SAS 软件系统中的二因素随机区组试验结果的方差分析对发酵试验的结果进行了统计
    分析,同时对部分发酵液进行了纸层析分析。结果表明:在供试的 17 株野生黑曲霉菌株
    中,FG15、FG17、FG23、FG26、FG30、FG41、FG45 等 7 株菌不但柠檬酸产生能力较高,
    而且在不同基质上产酸性能也比较稳定,杂酸生成少,是柠檬酸发酵及用于进行柠檬酸
    高产优良菌株诱变育种时的理想菌株。 
     3. 紫外线、60Co-γ 射线诱变育种。对初筛出的 7 株野生黑曲霉菌株进行紫外线诱
    变和 Co-γ 射线诱变时,7 株菌的致死率都呈现出随紫外线和 Co-γ 射线照射时间的
     60 60
    增加而增加的趋势,但对于同一种诱变剂而言,在同一辐照剂量下,不同的菌株对其的
    耐受能力不同。作为一种可用于对柠檬酸产生菌进行筛选的溴甲酚绿指示剂-平板筛选方
     I
    
    
    法,该法不但快速、简便,而且测定值非常准确,可靠。7 株野生黑曲霉菌株经紫外线
    诱变后,共获得了 89 株正向突变株,其中有 23 株正突变株的产酸性能比出发菌株显著
    提高。经 Co-γ 射线辐照诱变后,共获得 91 株正向突变株,40 株负突变株,其中有 25
     60
    株正向突变株的产酸性能比出发菌株明显提高。FG23-15-1、FG23-15-3、FG26-15-1、
    FG26-15-4、FG30-15-1、45-17-2、FG41-15-1、FG17-15-7、 FG23-13-3(γ)、FG15-9-8
    (γ)、FG17-9-5(γ)、FG45-13-2(γ)、FG26-9-5(γ)等突变株与原出发菌株相比
    较,其柠檬酸产生能力均有了很大的提高,是可用于进行柠檬酸生产的优良菌株。但对
    于一些产酸能力本身就比较高的野生菌株,经紫外线和 Co-γ 射线诱变后正突变率均比
     60
    较低,产酸率提高也不显著。另外,对于相同的出发菌株,虽然使用不同的诱变剂,但
    在中等诱变剂量时均表现出高正突变率,且柠檬酸产率增长幅度较大;而高诱变剂量均
    表现出高致死率、高负突变率的情况。与此同时,在中等辐照剂量下,部分突变株的菌
    落特征也发生了某些变化,而且经紫外线诱变后同一株菌 K 值变化的大小程度明显要高
    于经同位素 Co-γ 射线辐照诱变后的变化程度。 
     60
    4.柠檬酸发酵的影响因素及工艺条件研究。对以苹果渣为原料固态发酵生产柠檬酸
    的若干影响因素及工艺条件进行了研究,探讨了菌种、发酵温度、pH、发酵时间、N 源
    种类及添加量、产酸促进剂的添加等因素对柠檬酸产率的影响。结果表明:(1) 对以苹
    果渣为基质的固态柠檬酸发酵,本研究诱变出的 FG23-13-3(γ)为比较合适的菌种。(2) 
    当使用 FG23-13-3(γ)作为发酵菌种发酵苹果渣时,柠檬酸产率较高的最适当发酵温度
    应保持在 26—28℃,且发酵 96h 后样品中柠檬酸含量达到最大值。(3) 三种化学氮源
    NH4NO3、NH4CL 和 CO(NH2)2都可作为发酵基质的有效氮源,但相比较之下,NH4NO3作为氮源
With the study in multipurposly exploiting and using agricultural byproducts and the waste
    residue during the manufacture of industry and agriculture more and more thoroughly in
    worldwide,the study in deeply processing agricultural products in our country was paid
    attention gradually,especially the research in using some agricultural byproducts which have
    the comparatively high output and cheap cost to produce some products that can be sold with
    high price was attaching importance to more and more people.In this paper,the study of the
    influence to the raw material by pretreatment,the mutation breeding ,the influence elements 、
    condition to the fermentation and producing citric acid from apple pomace which annual
    yield is very high in our province ,even in our country, by the method of Aspergillus niger
    solidstate fermentation was carried on systemly.The results were followed:
     1. The influce to the content of reducing sugar in apple pomace with different pretreatment.
    The study of the influence of four different pretreatment-hightemperaturetreatment,
    hydrolysistreatment, cellulose enzyme treatment and fungi treatment to the content of reducing
    sugar was carried on, the results showed:(1) The content of reducing sugar was increased
    unnotably after the treatments of high temperature . Comparatively high temperature(121℃)
    and short time(40min,60min) treatment,the content of reducing sugar in apple pomace showed
    the tendency of decline;relatively low temperature(100℃,114℃) and long time(80min)
    treatment,the content of reducing sugar in apple pomace appeared to increase,but the change
    range of the content of the reducing sugar in apple pomace which caused by high temperature
    was not high in the whole.(2) After apple pomace hydrolyzed, the content of reducing sugar
    increased obviously in hydrolyte, moreover,the content increased with the time rised.When the
    production industrialized, if hydrolysis pH=1,T=121℃,20min is the relatively suitable time.(3)
    After the apple pomace was degraded by three kinds of cellulose enzyme,the content of
    reducing sugar in apple pomace increased notably also.Among three cellulose enzyme,the
    result of enzymolysis of 3# enzyme was best.(4)When used fungi to degrade the apple
     III
    
    
    pomace,if the 21strains of fungi which be selected in the study,11 strains could grow in pure
    apple pomace and FG03, FG07, FG10, FG11 could degrade the apple pomace effectively,
    among those,FG03 was the best.
     2.The results of selecting uncultivated fungi which could produce citric acid in high
    efficiency.In this study,the pure solidstate apple pomace, three kinds of solidstate and
    liquidstate apple pomace,which was degraded by three cellulose enzyme,the 10% glucose
    solution were used as fermentable culture medium and 17 strains of uncultivated Aspergillus
    niger were used as primitive strains to carry out the citric acid fermentation experiment by two
    ways of solidstate and liquidstate fermentation.the results of experiment were processed by
    SAS(stastistic Analysis system),some of fermentation liquid was analysised by paper
    chromatography. The results showed that among 17strains of uncultivated Asp.niger
    provided,7 strains, FG15,FG17,FG23,FG26,FG30,FG41,FG45 etc. not only have high ability
    to produce cetric acid ,but their natural production capcities in different culture medium were
    fairly stable,other acid can not be found in fermentation liquids.Those 7 strains of Asp.niger
    were the ideal fungi which can be used to produce citric acid and mutate to ferment apple
    pomance producing citric acid effectively.
     3.The results of mutation breeding by ultraviolet and isotope Co-?ray. When 7 strains of
     60
    uncultivatec Asp.niger that were selected from 17 strains were induced by ultraviolet ray and
    60Co-?ray,the tendency of all 7strains’kill rates rised with the time increaced,but for one
    specific mutagen,different strain had different durability
引文
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