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摘 要

豆渣是生产豆制品过程中的主要副产物，具有较高的营养价值，然而目前主要被当做饲料甚至直接丢弃，造成极大的资源浪费及环境污染。基于此问题，本研究选取Yarrowia lipolytica SWJ-1b为发酵菌株，用里氏木霉（Trichoderma reesei）预发酵7天后豆渣为唯一碳源，进行赤藓醇的发酵生产。通过对实验过程各条件的优化，提高赤藓醇的产量。经试验后得到的优化结果为：预处理豆渣作为发酵碳源的最佳添加浓度为50.0 g/L；用于发酵渗透压调节的NaCl最佳添加浓度为20 g/L；实验过程中无需添加额外氮源；通过添加金属离子能够显著提高赤藓醇产量，其中CuSO₄最佳添加浓度为2 mg/L；MnSO₄·7H₂O最佳添加浓度为5 m g/L。在最适发酵条件下进行全程追踪发现，培养120小时后可得到赤藓醇最大产量，达到33.4 g/L。该方法既能实现豆渣的合理回收利用，又能为赤藓醇发酵提供一条低成本道路。

关键词：赤藓醇，解脂耶氏酵母，豆渣，里氏木霉，发酵优化

Abstract: Soybean residue is a major by-product in the production of soya bean milk and bean curd products. It has high nutritional value, but at present, it is mainly used as feed or even directly discarded. In this study, Yarrowia lipolytica SWJ-1b was used as a fermentation strain. After 7 days of fermentation with Trichoderma reesei, the residue of soybean dregs was the sole carbon source for the production of erythritol. After proving the feasibility of the experiment, we optimize the experimental process to improve the yield of erythritol. The optimized results were as follows: the optimum addition concentration of the soybean residue after pretreatment with T. reesei was 50 g/L; the optimum addition concentration of NaCl was 20 g/L; the selected nitrogen source (NH₄)₂SO₄ had no effect on the experiment, but the optimum addition concentration of CuSO₄ was 2 mg/L; the best addition concentration of MnSO₄·7H₂O was 5 mg/L. Under the optimum fermentation conditions, it was found that the maximum yield of erythritol reached 33.4 g/L after 120 h of cultivation. This method can not only reclaim bean dregs, but also provide a low-cost way for fermented erythritol.

Key words: Erythritol, Yarrowia lipolytica, Soybean residue, Trichoderma reesei ,Fermentation optimization

目 录

1 前言 4

2 材料和方法 6

2.1 材料 6

2.2 方法 7

3 实验结果与讨论 8

3.1 原料的预处理 8

3.2 标准曲线 9

3.3 碳源浓度对Y. lipolytica赤藓醇发酵的影响 10

3.4 NaCl浓度对赤藓醇发酵的影响 11

3.5 氮源浓度对Y. lipolytica赤藓醇发酵的影响 11

3.6 添加Cu² 和Mn² 对赤藓醇发酵的影响 12

3.7 Y. lipolytica发酵产赤藓醇曲线的测绘 13

结 论 15

参 考 文 献 16

致 谢 18

1 前言

大豆豆渣是豆腐、豆浆及豆制品加工中的副产物。研究表明，豆制品生产中产生的豆渣占全豆质量的16%~25%^[1]。而豆渣的干物质当中，富含蛋白质、脂肪、膳食纤维、矿物质和维生素等营养物质（表1^[2]、表2^[2]、表3^[2]）。研究表明，豆渣中的可溶性膳食纤维是具有潜在价值的生理活性物质，能显著降低血清胆固醇，改善血糖生成反应，改善大肠功能等，对机体健康有重要的生理功能^[3]。但豆渣中的膳食纤维含量虽高，可溶性膳食纤维只有不到5%。目前，国内有关豆渣利用研究较多的是以新鲜豆渣作为辅料生产一些高纤维食品，如豆渣面包、豆渣饼干和豆渣馒头^[4-7]等，但是利用率仍相对较低。

表一 豆渣中常见营养成分（g/100g干试样）

营养成分	水分	蛋白质	脂肪	膳食纤维	灰分
含量	8.31	19.32	12.40	51.80	3.54

表二 豆渣中矿物质和维生素（mg/100g干试样）

成分	锌	铁	铜	钙	镁	钾	磷	VB1	VB2
含量	2.263	10.69	1.148	210	39	200	380	0.272	0.976

表三 豆渣蛋白必需氨基酸组成（g/100g蛋白质）

必需氨基酸	异亮氨酸	亮氨酸	赖氨酸	蛋氨酸	苯丙氨酸	苏氨酸	色氨酸	缬氨酸	总量
豆渣	4.68	9.25	5.86	1.24	5.97	3.94	1.48	4.72	37.14
大豆	4.20	9.58	6.06	1.08	4.75	4.30	4.72	4.75

虽然豆渣的潜在价值极大，但由于其含水分含量大，易腐败变质，口感粗糙，运输困难，所以一般被当做饲料贱卖或直接丢弃。目前比较成熟的废弃物利用方法有微生物发酵法，它已应用于餐厨垃圾的微生物发酵生产生物蛋白饲料、可烂垃圾回收处理为农作物废料等方面，相比于太阳能处理和沼气处理，微生物发酵技术更加成熟，不但处理速度快，而且处理结果彻底，垃圾减量化标准超过行业标准，可以达到90%以上。为充分利用豆渣中的营养成分，变废为宝，我们将目光投向发酵工程中常用的酵母菌--解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）（以下简称Y. lipolytica）。其优点在于：1）解脂耶氏酵母为GRAS（generally regarded as safe）能安全用于食品和药物生产；2）它能利用很多普通的碳水化合物和脂肪作为碳源，这也使得它在废弃物利用中具有显著优势^[8]。因此，Y. lipolytica是进行豆渣中物质的有效利用的合适菌株。3）Y. lipolytica能大量分泌多种代谢产物，自上世纪60年代就开始用于食品、SCP（single-cell protein）等的工业化生产；在众多代谢产物中，赤藓醇引起广阔的市场应用前景受到人们的关注。

赤藓醇（Erythritol）是一种四元醇（图1），在自然界中主要存在于天然动植物体内^[9]。赤藓糖醇进入人体内,由于人体缺乏代谢赤藓糖醇的酶系，很快又从尿中排出体外，被认为是理想的低热量无糖食品配料^[9]。其作为一种安全的营养型合成甜味剂^[10]，被广泛运用于添加在巧克力、焙烤制品、餐桌糖、软饮料、糖果、乳制品、冰淇淋、口香糖、糕点等食品中，且能有效地防止食品变质,较好地保持食品的色香味^[11]。此外，赤藓醇能抑制口腔中细菌的增长，破坏菌斑的形成，对龋病具有明显的抑制作用^[12]。与其它糖醇一样，可作为糖尿病人的甜味剂^[13] 。可见其在医药、食品、化工、保健与化妆品等多个领域都前景广阔^[14]。

图1 赤藓醇的分子结构

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