固态发酵甘薯渣获取膳食纤维工艺及设备研究

论文摘要

甘薯渣是淀粉加工副产物,是潜在的膳食纤维（DF）源,但多数被丢弃造成资源浪费和环境污染。本文旨在研究裂褶菌固态发酵甘薯渣获取DF的工艺技术和发酵设备以提升甘薯渣使用价值,主要结果如下:为了准确测定甘薯渣发酵型DF含量,对国际标准方法进行改进。使用具塞刻度试管作为酶反应容器,样品酶解前微波高火1 min,选用玻璃棉助滤。改进方法的DF测定结果的精密度小于6%,总膳食纤维（TDF）、不溶性膳食纤维（IDF）和可溶性膳食纤维（SDF）的回收率分别为99.6%、98.8%、103.7%,可用于甘薯渣发酵型DF的测定。对摇瓶发酵条件及DF降解与转化机理进行了研究。发酵条件优化结果为:麸皮添加4%,含水量70%,菌龄4 d,接种量10%,培养时间16 d。在优化后的培养条件下,TDF、IDF和SDF平均含量分别达70.5%、54.6%、15.9%。降解与转化机理为:甘薯渣能诱导裂褶菌产生纤维素酶和半纤维素酶降解木质纤维素,淀粉酶活在发酵过程中逐渐升高,淀粉在发酵前12 d被降解93.8%,并以还原糖的形式被菌体利用。发酵产物的DF是甘薯DF和菌体DF的复合,IDF主要成分是纤维素和半纤维素。对发酵放大过程中菌丝穿透以及5L反应器发酵放大进行了系统研究。结果表明,单个菌丝生长点在基质内的最大穿透速度能达到15.673 mm/d。条件为:物料粒度分布为（250-425）μm含18.5%、（425-850）μm含45.8%、（850-2000）μm含13.9%、其它大小的颗粒含21.8%、含水量65%、装料系数69%、温度27℃、自然光照。在最大菌丝穿透速度的条件下,接种搅拌,基质内部多个位点的菌丝同时向基质各方向穿透,菌丝可在3 d长满基质。5 L发酵过程为:表层物料含水量逐渐减少,发酵使得器壁出现液珠,物料体积逐渐减小,基质内部平均温度高于装置外环境温度。依据放大发酵研究结果设计70 L固态发酵反应器。反应器的设计具有在线检测和反馈控制的优点,适用于块茎类残渣的丝状真菌固态发酵放大。本论文研究初步证明了利用裂褶菌固态发酵对甘薯渣深加工方式的可行性,为目前甘薯渣资源的合理利用和功能食品的开发,提供了一条新的途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 膳食纤维（Dietary Fiber，DF）概述
• 1.2 甘薯渣研究现状
• 1.3 固态发酵研究进展
• 1.4 裂褶菌概述
• 1.5 课题思路的提出与设计
• 2 裂褶菌固态发酵甘薯渣中DF 测定方法的改进
• 2.1 材料
• 2.2 方法
• 2.3 结果与分析
• 2.4 本章小结
• 3 裂褶菌固态发酵甘薯渣摇瓶工艺优化
• 3.1 材料
• 3.2 方法
• 3.3 结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 裂褶菌固态发酵甘薯渣降解与转化机理研究
• 4.1 材料
• 4.2 方法
• 4.3 结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 裂褶菌固态发酵甘薯渣放大过程研究及70 L 反应器设计
• 5.1 材料
• 5.2 方法
• 5.3 结果与分析
• 5.4 本章小结
• 6 讨论
• 6.1 DF 测定方法的改进
• 6.2 发酵条件的优化
• 6.3 降解与转化机理的探讨
• 6.4 固态发酵放大过程研究
• 6.5 固态发酵反应器的设计
• 6.6 块茎类农作物残渣处理探讨
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 论文所用主要药品与设备名录