微生物发酵法提取玉米黄色素的研究

论文摘要

玉米黄色素是一种利用价值很高的天然色素,可作为食品添加剂和保健食品。玉米黄色素主要存在于玉米染色蛋白（谷朊）中,根据化学检验结果表明：每kg谷朊中含有20～30mg的胡萝卜素和100～300mg的胡萝卜醇,它们包含了玉米黄色素中的最主要部分。玉米黄色素的提取,在实验室中一般是利用有机溶剂如石油醚或已烷进行萃取或抽提,并经过蒸发和浓缩而获得色素制品。本论文将探讨利用微生物发酵处理玉米糟渣原料,然后浸提出玉米黄色素的生产工艺,目前这种方法还未见报道。由于黄色素和蛋白质结合在一起,所以可利用微生物发酵,在发酵过程中微生物会产生大量的蛋白酶将蛋白分解成肽,蛋白链解开,色素得到更好地释放,从而提高色素提取率。首先将选取一株生产蛋白酶活力高的菌株,作为出发菌,研究其发酵玉米糟渣的条件,把玉米糟渣中的优良的天然营养色素分离出来,使其成为一种商品色素,应用于食品加工,将会产生重大的经济效益和社会效益。为提高农产品附加值,以及玉米糟渣的再利用,提供理论依据。本论文主要研究了以下几个内容：（1）根据测定发酵液蛋白酶活力的大小,选取一株适合发酵玉米糟渣的菌株；（2）对影响微生物发酵的因素,在单因素试验基础上进行响应面法试验与分析,优化得到最佳发酵条件；（3）对影响浸提后玉米黄色素得率的因素,在进行单因素试验的基础上,运用响应面法优化浸提工艺参数；（4）运用X-5型大孔吸附树脂纯化玉米黄色素,用化学方法分析其主要成分；（5）应用微胶囊技术处理玉米黄色素,研究其稳定性。研究结果如下：（1）枯草芽孢杆菌在玉米糟渣发酵中的蛋白酶活最高,因此,将其作为出发菌株；（2）微生物发酵的最佳条件：100目的玉米糟渣,底物浓度为30%,培养温度为40℃,初始pH值为8.0,发酵68小时；（3）发酵后的玉米糟渣的浸提条件：采用95%的乙醇,料液比为1：16,在60℃、pH6.0的水浴中浸提5；（4）大孔树脂X-5纯化的最佳条件：玉米黄色素原液质量浓度为40mg/mL, pH值为3.0,吸附体积25 mL,吸附流速1.2 mL /min,解吸液乙醇质量分数90%,乙醇体积6BV,解吸流速1.5 mL /min的条件下收集玉米黄色素,玉米黄色素的收率为89.8%,而其主要成分为玉米黄素或叶黄素或它们的混合物；（5）色素微胶囊的壁材为麦芽糊精与变性淀粉比例1：1混合,色素含量10%,总固形物含量30%,喷雾干燥的最佳工艺为：进风温度140℃,出风温度80℃。经过包埋以后的玉米黄色素的耐热性、耐光性、耐酸碱性都有所提高。而且玉米黄色素在4℃、15℃、20℃下的半衰期分别为550.2天、470.6天和208.7天。这对预测含玉米黄色素食品在贮藏过程中颜色变化情况具有重要实际的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 色素
• 1.2.1 色素概述
• 1.2.2 玉米黄色素
• 1.2.3 玉米糟渣
• 1.3 玉米黄色素的研究与利用现状
• 1.3.1 玉米黄色素的保健功效
• 1.3.2 玉米黄色素在食品方面的应用
• 1.4 微生物发酵提取色素
• 1.5 试验的内容
• 2 菌种的筛选
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料与试剂
• 2.2.1 菌种
• 2.2.2 药品和试剂
• 2.2.3 培养基
• 2.3 仪器
• 2.4 试验与分析方法
• 2.4.1 出发菌株的筛选
• 2.4.2 蛋白酶活性测定方法
• 2.4.3 玉米黄素最大吸收波长的确定方法
• 2.4.4 色素含量和玉米黄色素得率测定
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 出发菌株的确定
• 2.5.2 玉米黄素最大吸收波长的确定
• 2.6 本章小结
• 3 半固体发酵条件的研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与仪器
• 3.2.1 菌种
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 原料和试剂
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 底物浓度的影响
• 3.3.2 原料粉碎度的影响
• 3.3.3 不同接种量的影响
• 3.3.4 初始pH值的影响
• 3.3.5 培养温度的影响
• 3.3.6 发酵时间的影响
• 3.3.7 试验设计
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 底物浓度变化对玉米黄色素OD值的影响
• 3.4.2 粉碎度变化对玉米黄色素OD值的影响
• 3.4.3 接种量变化对玉米黄色素OD值的影响
• 3.4.4 初始pH值变化对玉米黄色素OD值的影响
• 3.4.5 培养温度变化对玉米黄色素OD值的影响
• 3.4.6 发酵时间变化对玉米黄色素OD值的影响
• 3.4.7 模型建立
• 3.4.8 模型的检验
• 3.4.9 最优工艺参数的确定
• 3.5 本章小结
• 4 浸提条件的研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料与仪器
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 仪器
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 原料的制备
• 4.3.2 乙醇浓度的确定
• 4.3.3 浸提温度对玉米黄色素得率的影响
• 4.3.4 浸提时间对玉米黄色素得率的影响
• 4.3.5 料液比对玉米黄色素得率的影响
• 4.3.6 pH值对玉米黄色素得率的影响
• 4.3.7 试验设计
• 4.3.8 对比实验
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 乙醇浓度的确定
• 4.4.2 浸提温度对玉米黄色素得率的影响
• 4.4.3 浸提时间对玉米黄色素得率的影响
• 4.4.4 料液比对玉米黄色素得率的影响
• 4.4.5 pH值对玉米黄色素得率的影响
• 4.4.6 响应面优化分析
• 4.4.7 对比实验
• 4.5 本章小结
• 5 分离纯化与成分分析
• 5.1 引言
• 5.2 原料与仪器
• 5.2.1 原料
• 5.2.2 仪器
• 5.3 试验方法
• 5.3.1 色素与醇溶蛋白的分离实验
• 5.3.2 大孔树脂X-5进行玉米黄色索的纯化
• 5.3.3 柱层析分离色素
• 5.3.4 化学分析法定性检验类胡萝卜素
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 树脂的吸附及洗脱试验
• 5.4.2 纯化前后的对比
• 5.4.3 柱层析分离色素
• 5.4.4 化学分析法定性检验类胡萝卜素
• 5.5 本章小结
• 6 微胶囊化及稳定性研究
• 6.1 引言
• 6.2 材料与仪器
• 6.2.1 材料
• 6.2.2 仪器
• 6.3 试验方法
• 6.3.1 微胶囊化的工艺流程
• 6.3.2 微胶囊包埋效果的测定
• 6.3.3 稳定性的测定
• 6.4 结果与讨论
• 6.4.1 玉米黄色素微胶囊化的单因素试验
• 6.4.2 玉米黄色素微胶囊优化正交试验
• 6.4.3 色素微胶囊喷雾干燥工艺的研究
• 6.4.4 玉米黄色素稳定性的试验
• 6.5 本章小结
• 6.5.1 微胶囊化的条件
• 6.5.2 稳定性
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢