葡萄皮渣固态发酵过程中酶活性的变化

2016-12-19刘雪莲王安琪

通化师范学院学报 2016年8期

关键词：皮渣废渣脲酶

刘雪莲，王安琪，张硕，陶爽，张悦

(通化师范学院生命科学学院，吉林通化134002)

葡萄皮渣固态发酵过程中酶活性的变化

刘雪莲，王安琪，张硕，陶爽，张悦

(通化师范学院生命科学学院，吉林通化134002)

本试验将葡萄皮渣去籽后分成粗渣和细渣，与未去籽的皮渣进行对比，接入发酵菌种研究不同处理发酵过程中相关酶活性的变化，为葡萄皮渣固态发酵生产有机肥提供参考．结果表明：细渣发酵过程中脲酶和纤维素酶较其他处理活性明显提高，而过氧化氢酶活性不同处理间变化不大，说明葡萄皮渣去籽后适度粉碎更有利于堆肥发酵．

葡萄皮渣；酶活性；固态发酵

固态发酵技术是利用自然底物做碳源及能源的发酵过程，是目前治理环境污染的重要手段之一．食品工业的许多废弃物，对环境造成了巨大的污染，但食品工业废渣常含有丰富的有机酸，可做底物被微生物发酵而加以综合利用，从而达到减轻污染和废渣资源转化利用，化害为利[1]．目前利用固态发酵技术在姜渣[2]、柑橘渣[3-4]、苹果渣[5-7]、甘蔗渣[8-9]、海带渣[10]、玉米渣[11]等有机肥、饲料添加剂等生物转化研究上有较多报道，而利用葡萄酒产业废渣生产有机肥的生物转化研究报道较少，葡萄酒制作过程中产生的大量葡萄皮渣由于季节性强、生产集中，皮渣得不到及时处理，而被堆于路旁，污染环境．如何处理葡萄皮渣己经成为葡萄酒加工业待以解决的问题．

微生物利用底物发酵过程中，会发生多种生化反应以达到降解作用，而在此过程中，会有很多酶类的参与．酶活性变化可反映发酵的进程和肥力的变化，葡萄皮渣接种微生物后固态发酵过程中的相关酶活性变化目前未见报道．地处长白山区的吉林省通化市是著名的葡萄酒城，每年可产出大量的葡萄皮渣，但未能很好的加以利用，本试验对葡萄皮渣固态发酵生产有机肥过程中酶活性的变化进行研究，以期为通化市葡萄酒产业废渣资源的无害化处理，实现资源可持续利用提供参考．

1 材料与方法

1.1 原料与发酵菌种

葡萄皮渣来源于通化师范学院葡萄酒中试车间发酵后的废渣；白地霉、黑曲霉、黄孢原毛平革菌购自中国微生物菌种保藏中心．

1.2 试验方法

(1)菌种活化与种子液的制备．本试验发酵菌种保存、活化、种子液的制备方法参照刘雪莲等[12]的方法．

(2)试验处理．将风干的葡萄皮渣过筛除去葡萄籽，筛上物即为粗渣；筛下物再过细筛，细筛筛下物即为细渣；以未过筛的葡萄皮渣为对照．将3个处理的葡萄渣堆喷水加湿，相对含水量大约为60%左右．将液体菌种按质量比2 %接到葡萄渣中，搅拌均匀，每天适度喷水，保持皮渣湿润．接种当天计为发酵的第0d，发酵过程中每3～5 d在堆体中不同部位取样一次，混匀后室内风干粉碎，过20目筛，备用，重复3次．

(3)指标测定．本试验测定皮渣堆体发酵过程中脲酶、纤维素酶、过氧化氢酶活性．脲酶活性测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法[13]，纤维素酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法[14]，过氧化氢酶活性测定采用高锰酸钾滴定法[15]．

1.3 数据处理

所得数据用Excel、DPS软件进行统计分析．

2 结果与分析

2.1 不同处理发酵过程中脲酶活性的动态变化

表1 葡萄皮渣固态发酵中脲酶活性的变化(mg/g)

如表1所示，皮渣固态发酵后，随着发酵天数的延长，粗渣、细渣、对照组的脲酶活性均呈现逐渐升高的趋势．细渣处理组脲酶活性较高，发酵第7 d开始出现活性的显著提升，且随发酵时间的延长活性增幅最大；粗渣处理组脲酶活性较细渣和对照组低，活性增强滞后于细渣处理，于发酵第12d开始活性显著升高，但各发酵时期活性均低于细渣和对照处理，仅在第37d后，活性高于对照组；对照组脲酶活性呈波动趋势，整个发酵过程中变化不大．

2.2 不同处理发酵过程中纤维素酶的活性变化

表2 葡萄皮渣固态发酵中纤维素酶活性的变化(mg/g)

如表2所示，粗渣处理发酵第3d开始，纤维素酶活性明显增加，于第7 d 达到最高，之后逐渐下降；在发酵第17 d和32 d之间维持稳定的活性水平，随后显著下降．细渣处理纤维素酶活性呈上下波动趋势，于发酵第7d，活性显著提高，发酵第17 d后活性高于粗渣；对照组(CK)发酵第12d，纤维素酶活性明显增加，随后呈下降趋势，其活性低于粗渣和细渣处理．说明，细渣处理的堆体环境条件适合微生物生长，纤维素酶活性高可使皮渣的纤维素得到很好的降解．

2.3 不同处理发酵过程中过氧化氢酶活性变化

过氧化氢酶活性在发酵过程中的变化如表3所示，粗渣处理组过氧化氢酶活性发酵初期和后期较高，而发酵中期(第17 d 至32 d)酶活性较低，细渣和对照处理组整个发酵过程酶活性未见显著变化，且二者差异不大．

表3 葡萄皮渣固态发酵中过氧化氢酶活性的变化(mg/g)

3 小结

在废渣发酵过程中，发生了大量的生物化学反应，监测固体发酵过程中各种酶的活性变化，可以预测发酵进程和有机肥的腐熟程度[16]．脲酶、纤维素酶、过氧化氢酶是土壤组分中最活跃的有机成分之一，是土壤生物过程的主要调节者，并参与了土壤环境中的大部分生物化学过程，与有机物质分解、营养物质循环、能量转移和环境质量密切相关，并且酶的分解作用是物质循环过程的限制性步骤[17]．脲酶是表征尿素水解转化为氨和CO2的重要指标，脲酶与堆肥制作中的氮素代谢密切相关，脲酶活性高低可间接反映有机肥的氮素水平．而纤维素酶活性变化表征纤维素的降解程度和碳素代谢水平，这些酶活力高低可作为评价废渣固态发酵进程和有机肥腐熟程度[18]．

本试验研究了葡萄皮渣固态发酵过程中脲酶、纤维素酶和过氧化氢酶的动态变化，结果表明，细渣处理在发酵过程中脲酶、纤维素酶活性最高，表明细渣堆体孔隙度、湿度、表面积等条件适合发酵菌种的生长，微生物繁殖快、数量大、皮渣有机成分能得到很好地降解，未去籽的葡萄废渣可能由于籽表面的蜡质成分阻碍了微生物的降解，所以酶活性普遍较低．因此利用葡萄皮渣固态发酵生产有机肥时，建议去除葡萄籽，而皮渣适度粉碎后发酵效果更好．

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[3]刘树立.增加柑橘皮渣发酵饲料粗蛋白含量的菌种筛选研究[D].重庆:西南大学,2008.

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[6]秦蓉.利用苹果渣发酵生产奶牛蛋白饲料及应用的研究[D].西安:西北大学,2004.

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