关于混合水解液的研究及应用

韩隽，姬慧军

(中粮生化能源(龙江)有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161100)

关于混合水解液的研究及应用

韩隽，姬慧军

(中粮生化能源(龙江)有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161100)

在味精行业中，玉米浆和菌体蛋白都是生产过程中的副产物，具有很大的开发价值。文章主要阐述了将玉米浆和菌体蛋白混合水解制备混合水解液的实验，通过正交设计，确定最优实验组合，并将混合水解液应用于谷氨酸发酵生产中。结果表明：混合水解最优水解条件为菌体蛋白∶玉米浆∶硫酸为1∶2∶1，硫酸浓度30%，水解温度110 ℃，水解周期24 h，水解率达70%以上。然后通过小试发酵罐进行混合水解液和豆粕水解液的对比发酵实验，发现产酸差别不大。从而证明了混合水解液可以取代豆粕水解液，是谷氨酸发酵配方的一种优化。

玉米浆；菌体蛋白；水解；发酵

玉米浆是玉米淀粉制备过程中产生的副产物，由于其含有蛋白、无机盐及微量元素等丰富的营养物质，且制备成本低廉，多年来在发酵行业有着极为广泛的应用[1]。菌体蛋白是谷氨酸发酵提取制备谷氨酸的副产物，其中约占1%，它是一种单细胞蛋白，含粗蛋白60%～70%，氨基酸组分齐全，此外还含有丰富的维生素等。

由于菌体蛋白都含有丰富的氨基酸等营养物资，但大都以大分子蛋白形式存在，微生物不能直接利用[2]；而玉米浆虽然普遍应用于发酵培养基中，但由于其浓度低，为了供给发酵足够的营养，所需量很大，这样就降低了发酵罐容量的有效利用率，同时玉米浆中所含大量蛋白及胶体类物质也是发酵过程中产生大量泡沫的主要原因之一，另外，玉米浆中还含有大量不溶性颗粒物质，也是导致发酵消菌不彻底而染菌的重要原因。

为了解决二者对于发酵的不利影响，充分利用其丰富营养，采用将二者混合酸化水解的方法，再将其混合水解液应用于谷氨酸发酵。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

HH-S6恒温水浴锅 金坛市国旺实验仪器厂；立式压力蒸汽灭菌器、5 L 搪瓷反应釜、JJ-1精密增力电动搅拌器、FE20实验室pH计 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；温度计(0～150 ℃)、722分光光度计 上海精密科学仪器有限公司；烧杯、三角瓶、抽滤瓶、SE-301真空泵 巩义市予华仪器有限公司。

1.2 材料与试剂

谷氨酸菌体蛋白、玉米浆(比重1.180)：中粮生化能源(龙江)有限公司；自来水、NaOH溶液(浓度30%)、工业浓硫酸(98%)。

1.3 实验方法

本实验水解分乳化和液化两部分。

1.3.1 原料混合后乳化预处理

取玉米浆和菌体蛋白(按一定配比)置于三角瓶中，按一定的料酸比加入水和浓硫酸，同时安装搅拌器，用耐酸布封口后置于水浴锅中，温度控制在95 ℃，搅拌4 h，进行乳化预处理。

1.3.2 乳化完全后物料液化水解

将乳化完全后的物料置于立式压力蒸汽灭菌器，设定工作温度后进行高温高压水解，当灭菌器工作时间达到其上限后重新设定工作温度并启动，直至达到要求的水解时间，按灭菌器使用要求待其自然降温后取出水解液[3]。

1.3.3 水解液过滤

将降温后的水解液用抽滤瓶进行真空抽滤，滤液收集待测。

1.4 分析方法

1.4.1 总氮测量

采用凯氏定氮法。

1.4.2 氨基酸态氮测量

采用甲醛滴定法：取80 mL水，用0.1 mol/L的氢氧化钠滴定至pH为8.2，然后加入10 mL甲醛，再用0.1 mol/L的氢氧化钠滴定至pH为9.2，记下空白值V0。

吸取5 mL样液，定容至100 mL，摇匀。在定容后的溶液中吸取20 mL样液，加60 mL蒸馏水，用0.5 mol/L的氢氧化钠滴定至pH为8.2，然后加入10 mL甲醛，再用0.1 mol/L的氢氧化钠滴定至pH为9.2，记下滴定的体积数V1。

式中：V1为样品加入甲醛后滴定的体积，g/dL；V0为空白滴定的体积，g/dL；0.014为换算系数。

1.4.3 水解率

水解率=氨基酸态氮/总氮。

2 结果与讨论

2.1 水解工艺流程

配料(菌体蛋白+玉米浆+水+浓硫酸)
↓
乳化(95 ℃)
↓
液化水解
↓
过滤。

2.2 水解条件正交实验

对水解周期、配料比例、硫酸浓度、水解温度4个因素进行三水平正交实验， 共9组实验(本实验做2次重复)，具体实验结果见表1和表2。

表1 混合水解正交实验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment of mixed hydrolysis

表2 混合水解正交实验结果Table 2 Results of orthogonal experiment of mixed hydrolysis

由表1和表2可知，各因素影响大小顺序为B>D>A>C，较优组合为A2B2C3D2。其中配料比例影响最大，这与玉米浆和菌体蛋白所含蛋白比例有关，随着加入硫酸的比例增大，物料水解得越好，其次是水解温度、水解周期、硫酸浓度。

2.3 混合水解液质量

目前国内发酵行业，特别是味精发酵方面，发酵培养基用豆粕水解液的居多，而豆粕价格相对较高，这也是生产成本居高不下的一个重要原因[4]。菌体蛋白和玉米浆均为味精生产过程中的副产品，将其用于制备水解液，将极大地降低生产成本。需要对豆粕水解液和混合水解液质量做对比，其结果见表3。

表3 水解液质量对比Table 3 Comparison of quality of hydrolysate %

由表3可知，混合水解液氨基酸态氮较豆粕水解液差别很小，但混合水解实验的水解率较豆粕高。综合经济效益，混合水解液可以满足发酵生产，且成本远低于豆粕水解液。

2.4 水解液发酵实验对比

将混合水解液和豆粕水解液进行发酵小试实验，实验结果见图1。

图1 水解液对比实验Fig.1 Comparison experiment of hydrolysate

由图1可知，2组实验同时期产酸值非常接近，这说明混合水解液和豆粕水解液对谷氨酸发酵液的影响差别很小，可忽略不计。在一定程度上混合水解液可取代豆粕水解液。

3 结论

本实验是用玉米浆和菌体蛋白混合后加酸制备混合水解液，通过对其进行正交实验，得到最优实验方案：菌体蛋白∶玉米浆∶硫酸为1∶2∶1，硫酸浓度30%，水解温度110 ℃，水解周期24 h。由此实验组合得到的混合水解液氨基酸态氮可达到1.9%(即1.9 g/dL)，完全可达到发酵要求，而且较豆粕水解成本可节省3倍左右；同时通过进行混合水解液和豆粕水解液的配方对比发酵，发现差异很小，在一定程度上混合水解液可取代豆粕水解液。

[1]董力青，黄敏，曾凤彩.谷氨酸发酵废液中菌体蛋白的应用进展[J].发酵科技通讯,2013,42(1):49-50.

[2]姚菁华,肖雷.谷氨酸菌体蛋白的酶解试验研究[J].淮海工学院学报,2002,11(4):52-55.

[3]刘康乐,刘秀敏,聂晓东,等.玉米浆水解工艺研究[J].发酵科技通讯，2013,42(1):26-28.

[4]于信令.味精工业手册(第二版)[M].北京:中国轻工业出版社,2009.

ResearchandApplicationofMixedHydrolysate

HAN Jun, JI Hui-jun

(COFCO Bio-Chemical Energy (Longjiang) Co.,Ltd.,Qiqihar 161100,China)

In the MSG industry, corn pulp and mycoprotein are by-products in the production process, and they have great development value. In this paper, the experiment for mixed hydrolysate of corn pulp and mycoprotein is carried out, and the optimal experimental combination is determined by orthogonal design.The results show that the optimal hydrolysis conditions are as follows：mycoprotein∶corn pulp∶sulfuric acid is 1∶2∶1,sulfuric acid concentration is 30%,hydrolysis temperature is 110 ℃, hydrolysis cycle is 24 h, hydrolysis rate is more than 70%.The fermentation experiments of mixed hydrolysate and soybean meal hydrolysate are carried out by small test fermenter,little acid production difference is found.It is proved that the mixed hydrolysate could replace the hydrolysate of soybean meal, and it is an optimization of glutamic acid fermentation formula.

corn pulp;mycoprotein;hydrolysis;fermentation

TS201.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.11.020

1000-9973(2017)11-0092-03

2017-05-15

韩隽(1974-)，男，辽宁沈阳人，高级工程师，研究方向：味精。