基于玉米芯水解液的斯达油脂酵母发酵产油脂研究

李光+余霜

摘要：通过正交试验设计的方法主要考察了4因素4水平对玉米芯水解产糖的影响，优化了玉米芯水解产糖工艺，并对斯达油脂酵母利用该水解液产油脂能力进行了探讨。结果表明，各影响因素的排序为料液比>硫酸浓度>提取时间>提取温度。最佳提取工艺为硫酸浓度1%，料液比1∶10 （g/mL），提取温度120 ℃，提取时间120 min。通过比较试验发现，浓缩1倍的玉米芯水解液是斯达油脂酵母发酵产油脂量的合适水解液浓度。

關键词：玉米芯；水解；正交设计；发酵

中图分类号：TQ920.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）14-2746-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.14.037

Abstract： This study used L16（45） orthogonal table to optimize the process of production sugar using corn cob hydrolyzate，and discussed the ability to use this hydrolyzate by fermentation of lipomyces starkeyi. The effects of each factor in order were materials-liquid ratio>sulphuric acid concentration>extraction times>distilled temperature. The optimal parameters is precisely sulphuric acid concentration is 1%，liquid material ratio 1∶10 g/mL，distilled temperature 120 ℃，distilled 120 min. It was found by comparison that 1.0x concentrated corncob hydrolyzate is the most suitable concentrations for fermentation of lipomyces starkeyi.

Key words： corn cob； hydrolysis； orthogonal design； fermentation

中国是一个农业大国，农业废弃物资源十分丰富，由于它们未得到有效利用，导致农业废弃物对农业生态造成了极大的负面影响。玉米在中国的播种面积很大，种植面积仅次于小麦和水稻而居第三位，仅2014年中国玉米产量就达到2.156 7亿t，相应的玉米芯产出估计在1亿t以上，如不能合理利用这部分资源，将对中国的农业生态造成极大的负面影响。因此，玉米芯的妥善处理与资源化不仅关系到资源的再利用和环境安全，而且与农业的可持续发展和农村小康社会的建设紧密相关。

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，能源的供给能力密切关系着国民经济的可持续性发展，是国家战略安全保障的基础之一。随着传统能源的日益枯竭，人们开始研究开发新能源，但复杂的技术和巨大的投资制约了新能源的广泛使用。而利用微生物生产微生物油脂不受场地、季节、气候变化及原料的影响，一年四季除设备维修外，都可连续生产。因此，利用微生物发酵生产油脂是开发新的生物质能源的良好途径。本研究利用了玉米芯发酵产油脂技术，将为玉米芯所含木质纤维素资源的合理利用提供新思路和新技术，具有广阔的应用前景。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

材料：玉米芯购自贵州省安顺市农贸市场，硫酸、葡萄糖、3，5-二硝基水杨酸等试剂均为分析纯。斯达油脂酵母（Lipomyce starkeyi）购自中国工业微生物菌种保藏中心（CICC）。

仪器设备：高速万能粉碎机、中兴101型电热鼓风干燥箱（北京中兴伟业仪器有限公司制造）；PYX-DHS-50X65S恒温培养箱（上海跃进医疗器械厂）；HH-4恒温水浴锅、W201恒温水浴锅、R-201旋转蒸发仪（上海申顺生物科技有限公司）；飞鸽牌立式小型离心机（上海安亭仪器制造厂）；LDZX-50FB立式压力蒸汽灭菌锅（上海申安医疗器械厂）；PL203电子天平（上海天平仪器厂）；SHZ-3型水循环真空泵（巩义市杜甫仪器厂）；752-紫外可见分光光度计（上海精科仪器有限公司）；HZQ-B数显恒温摇床（苏州威尔实验用品有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 玉米芯水解工艺优化 将玉米芯烘干粉碎后过30目筛子，每次准确称取粉碎后粉末5.0 g进行正交试验，正交试验设计采用L16（45）正交表进行，考察硫酸浓度（A）、料液比（B）（g∶mL，下同）、提取温度（C）、提取时间（D）等4项指标及其水平对玉米芯水解产糖的影响，每次正交试验重复3次（表1）。

1.2.2 还原糖的测定 还原糖的测定参照方法如下。取6支试管，各试管中依次加入葡萄糖标准液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，各加水补至1.0 mL，然后均加入DNS试剂2.0 mL。将充分摇匀的试管沸水浴5 min显色，后用冰水迅速冷却至室温，最后加入蒸馏水9.0 mL，摇匀后于540 nm处测定吸光度，以葡萄糖含量（mg/mL）为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，玉米芯水解液还原糖测定按照标准曲线的方法进行。

1.2.3 玉米芯水解液的浓缩倍数对发酵产油脂的影响 将玉米芯水解液使用旋转蒸发仪分别浓缩，再将不同浓缩倍数的水解液作为发酵培养基，于250 mL三角瓶装水解液培养基50 mL，接种量为10%，以限氮产脂培养基为对照，接种斯达油脂酵母后，28 ℃，120 r/min摇床中培养120 h，考察水解液浓缩倍率对斯达油脂酵母产油脂能力的影响。

2 结果与分析

2.1 正交试验设计方案及结果

按正交试验方案进行试验，每组重复3次，结果取平均值，试验结果见表2。

由表3可知，料液比对玉米芯水解的影响达到显著水平，其他因素的影响不显著。由表2可知，料液比、硫酸浓度、提取时间和提取温度对玉米芯水解的影响依次减弱，最佳工艺为A1B1C4D3，即采用1%浓度的硫酸，料液比1∶10，提取温度120 ℃，提取时间120 min。准确称取玉米芯粉末100 g，在正交試验所得优化提取工艺条件下进行验证试验，重复3次，总还原糖量达到72.11 g/L，高于正交试验中的各组结果，表明最佳工艺条件较好。

2.2 浓缩倍数对发酵产油脂的影响

通过对水解液浓缩发现，随着水解液浓缩倍数的增加，水解液的颜色也随之越来越深。浓缩1倍和2倍时水解液颜色较浅，但呈现浑浊状态，浓缩3倍和4倍时水解液颜色相对较深，但较为澄清。而浓缩倍数对斯达油脂酵母产油脂能力的影响结果（图1）表明，在不同浓缩倍数的条件下，斯达油脂酵母对水解液中还原糖的利用存在差异。浓缩1倍油脂产量3.98 g/L，与限氮培养基的5.23 g/L较为接近，而其他浓缩倍数水解液的油脂产量均远小于限氮培养基。因此，水解液在浓缩倍数为1是斯达油脂酵母发酵产油脂量的合适倍数。

3 小结与讨论

特定微生物在一定条件下可以将碳源化合物转化为自身的油脂，应用它们生产油脂具有生产周期短、可大规模生产和可进行废物利用等优点，可以极大提升资源的利用效率。现在已知的产油微生物种类众多，常见的有黄被孢霉、产油油脂酵母、浅白色隐球酵母、斯达氏油脂酵母、高梁褶抱黑粉菌、弯隐球酵母、胶粘红酵母、土霉菌、紫瘫麦角菌、高山被孢霉、深硅藻和螺旋藻等。但在这些微生物中，它们倾向于利用葡萄糖产油脂，而在水解液中不但含有葡萄糖，还含有其他的糖类，所以要想高效的利用水解液发酵产油脂，就必须找到既能利用水解液中葡萄糖，又能利用其他糖类发酵产油脂微生物。本研究结果表明，斯达氏油脂酵母可以利用水解液中的多种糖类物质发酵产油脂，是一种较好的发酵产油脂微生物，与国内学者的研究相一致[1-4]。

通过微生物发酵，把农副产品加阻利用，附加值提高，有利于环境保护及中国农业发展。在目前人口不断增长使得油脂需求量与自然资源日益贫乏，矛盾日益尖锐的情况下，开辟微生物油脂这一新的油脂资源具有重要的现实意义。玉米是世界上分布最广泛的粮食作物之一，中国每年有大量的玉米芯被丢弃或作为燃料，产生了严重的环境问题。目前，学者已对玉米芯资源的合理利用进行了研究，但他们的研究多是利用玉米芯生产糠醛、木糖和纤维素等，利用玉米芯产油脂的研究相对较少，王雪等[5]筛选了可以利用玉米秸秆产油脂的木霉菌，刘泽君等[6]研究了圆红冬孢酵母发酵玉米秸秆水解液产油脂工艺，崔振阳等[7]优化了皮状丝孢酵母发酵玉米芯残渣产油脂的营养因子，他们分别研究了木霉菌、圆红冬孢酵母和皮状丝孢酵母利用玉米芯原料发酵产油脂的情况，而本研究所使用的产油脂微生物为斯达氏油脂酵母，是对现有产油脂微生物利用玉米芯原料发酵产油脂研究的有益补充，具有较好的研究意义。

参考文献：

[1] 郭书贤，王振伟，刘 欢，等.斯达油脂酵母发酵食品生产废水产油脂的研究[J].中国食品学报，2010（4）：245-252.

[2] 王 华，刘 欢，郭书贤，等.啤酒生产废水培养斯达油脂酵母发酵产油脂培养基的优化[J].中国油脂，2011（8）：31-36.

[3] 王冬梅，郭书贤，薛 刚，等.斯达油脂酵母在不同培养基中的生长与油脂蓄积的比较研究[J].中国食品学报，2008（5）：44-50.

[4] 郭书贤，罗建成，王冬梅，等.利用啤酒生产废水培养斯达油脂酵母产油脂发酵条件的优化[J].中国食品学报，2014（1）：151-161.

[5] 王 雪，扈进冬，张新建，等.利用玉米秸秆产油脂木霉菌株的筛选[J].中国酿造，2012（5）：154-158.

[6] 刘泽君，张金禄，刘 玲，等.圆红冬孢酵母发酵玉米秸秆水解液产油脂的研究[J].中国油脂，2013（2）：52-56.

[7] 崔振阳，张 建，高秋强，等.玉米芯残渣原料发酵微生物油脂的营养因子优化[J].应用与环境生物学报，2013（6）：1058-1063.