2.3 固體發(fā)酵條件的優(yōu)化

2.3.1 含水量

在上述篩選出的培養(yǎng)基配方的基礎上，改變培養(yǎng)基的含水量，培養(yǎng)后測定茶皂素含量并計算茶皂素降解率，結果見圖6。從圖6可以看出，當含水量為40%～70%時，茶皂素降解率隨著含水量的增加而增加。當含水量為70%時茶皂素降解率最大，達到60.97%；當含水量超過70%時，茶皂素降解率顯著降低。茶籽餅遇水易凝結，含水量過高的培養(yǎng)基易結塊，菌體生長會受到抑制；當含水量過低時，培養(yǎng)基比較松散，不能給菌體提供適宜的生長環(huán)境。固體培養(yǎng)基的含水量是構成微生物生長代謝環(huán)境的重要因素，因此選擇70%作為培養(yǎng)基的最佳含水量。

2.3.2 發(fā)酵時間

不同發(fā)酵時間對茶皂素降解率的影響如圖7所示。從圖7可以看出，發(fā)酵初期隨著時間的增加，茶皂素降解率逐漸增加，當發(fā)酵時間為5 d時茶皂素降解率基本不發(fā)生變化，即培養(yǎng)基經過5 d發(fā)酵后，茶皂素降解率趨于穩(wěn)定。因此，選擇5 d作為后續(xù)研究的發(fā)酵時間。

2.3.3 接種量

不同接種量對茶皂素降解率的影響如圖8所示。由圖8可知，不同接種量對茶皂素降解率影響顯著。當接種量為15%時，茶皂素降解率最大，達到66.19%；當接種量小于15%時，茶皂素降解率隨接種量的增加而增加；當接種量大于15%時，茶皂素降解率隨接種量的增加而降低。若接種量過大，發(fā)酵前期菌體總數大，菌體大量生長使營養(yǎng)物質消耗過快，且液體種子液的副產物過多，導致發(fā)酵延滯期延長，從而引起相同的發(fā)酵周期茶皂素降解率降低。因此，選擇15%作為最佳接種量，用于后續(xù)研究。

2.3.4 初始pH

不同初始pH對茶皂素降解率的影響如圖9所示。從圖9可以看出，初始pH對菌體生長代謝的影響顯著，在一定范圍內隨著培養(yǎng)基初始pH的升高，茶皂素降解率隨之增加。當初始pH為6.5時，茶皂素降解率最大，達到67.85%。不同的微生物都有適合生長的pH范圍及最適生長pH，嗜酸小球菌的生長pH偏酸性范圍，試驗表明當初始pH處于酸性范圍內時，培養(yǎng)基中的茶皂素降解率大于初始pH處于堿性范圍內；若初始pH過高或過低則會影響菌體內酶的活性和穩(wěn)定性，影響營養(yǎng)物質的溶解度及微生物對營養(yǎng)的吸收。因此，選擇6.5作為培養(yǎng)基的最佳初始pH。

2.3.5 種齡

不同種齡對茶皂素降解率的影響如圖10所示。從圖10可以看出，當種齡為24 h時，茶皂素降解率最大，達到68.65%。當種齡較低時，菌體處于延滯期，導致細胞增長速率過慢，從而延長了延滯期；當種齡偏高時，菌體老化，菌種活力減弱，代謝產物增多，從而延長了發(fā)酵周期。因此，選擇24 h作為最佳種齡。

2.3.6 正交試驗

采用正交試驗法，選擇對茶皂素降解率影響較大的因素(含水量、初始pH、接種量、種齡)進行4因素3水平L9(34)正交試驗。正交試驗結果見表2。

由表2可知，根據極差R大小可知，各因素對茶皂素降解率的影響從大到小依次為含水量、初始pH、種齡、接種量。試驗條件下最優(yōu)組合為A3B1C3D2。發(fā)酵培養(yǎng)基的最優(yōu)組合為茶籽餅85%、麥麩15%、葡萄糖3%、KH2PO4 0.1%、MgSO4·7H2O 0.15%、含水量70%，最佳培養(yǎng)條件為初始pH 6.0、接種量為20%、種齡為24 h、發(fā)酵時間5 d、發(fā)酵溫度32 ℃。在此工藝條件下，茶皂素降解率達到68.42%，比優(yōu)化前提高了57.13%。

3 結論與討論

微生物發(fā)酵法是茶籽餅粕降解的主要方法，被認為是目前發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮牟枳扬炂擅摱咎幚矸椒?。其原理是在茶籽餅粕中添加微生物進行發(fā)酵，使添加的微生物在發(fā)酵培養(yǎng)基上大量生長并同時將茶皂素分解利用，從而降低茶皂素的含量，達到去毒的目的。微生物在發(fā)酵過程中產生包括酶、促生長因子以及抗菌物質等有益的代謝產物，同時降低了茶籽餅粕中的單寧和纖維素等抗營養(yǎng)因子，加上使用的發(fā)酵微生物菌種本身是動物益生菌，能起到改善動物腸道微生態(tài)平衡的作用。

該試驗以茶籽餅為原料，對茶籽餅生物脫毒及其發(fā)酵工藝進行研究。通過單因素試驗和正交試驗考察了茶籽餅粕添加量、碳源、氮源、無機鹽種類及添加量、含水量、初始pH、種齡、接種量、發(fā)酵時間等因素對茶皂素降解率的影響，優(yōu)化了發(fā)酵培養(yǎng)基的組成及發(fā)酵條件，最終得到最佳脫毒工藝條件。

該試驗結果表明，在茶籽餅脫毒過程中含水量與初始pH是影響茶皂素降解率的關鍵因素，茶籽餅與麥麩的添加比例85∶15、葡萄糖3%、KH2PO4 0.1%、MgSO4·7H2O 0.15%、含水量70%，最佳培養(yǎng)條件為初始pH 6.0、接種量20%、種齡24 h、發(fā)酵時間5 d、發(fā)酵溫度32 ℃。在此條件下茶皂素降解率為68.42%。在此工藝條件下，固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基配制完成后無需滅菌，這在一定程度上降低了能耗，且操作簡單，對設備要求低，降低了生產成本，為茶籽餅生物脫毒技術的推廣提供了技術支持。

聲明：本文所用圖片、文字來源《生物工程學報》2021年2月，版權歸原作者所有。如涉及作品內容、版權等問題，請與本網聯(lián)系

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