主题：[推荐]啤酒糟EM生物转化的初步研究

啤酒生产过程中产生大量以酒糟、废酵母为主体的副产物(又称废弃物).据不完全统计,一个年产100kt啤酒的企业,每年大约可产生16kt酒糟.近年来,我国啤酒工业发展迅速,是世界第二大啤酒生产国,现有近千家啤酒企业,年生产啤酒50Mt,产生的啤酒糟可达9.2Mt.但我国啤酒企业对啤酒糟的处理多数是将其直接排放,或廉价出售给农民作粗饲料.啤酒糟中含有一定的蛋白质和残糖,是各种微生物滋生和繁衍的良好场所,若直接排放或不恰当的利用会造成较严重的环境污染.对啤酒糟的营养价值及近年来国内外啤酒糟开发研究的现状与动态,作者已撰文介绍.如何充分利用这一宝贵资源,令其转化增值是摆在当前众多科技工作者和企业经营者面前的一个重大课题.利用一些特殊的微生物菌种或菌种组合对白酒糟、酒精糟及啤酒糟等糟渣类材料进行微生物转化以提高其蛋白质等营养物含量已有一些报道.较有效的菌种组合有:产朊假丝酵母+热带假丝酵母,可使粗蛋白净提高17.28%;平茹+黑曲霉+啤酒酵母,可使粗蛋白净提高10.9%.但菌种筛选工作复杂,且转化操作条件难于控制,应用推广颇受限制.80年代初,日本琉球大学的比嘉照夫教授成功研制了一种新型微生态制剂EM——有效微生物群(Effec-tiveMicroOrganisms),引起科技界的极大关注.它是由光合细菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌及发酵丝状真菌等5科10属80种微生物组成的多群落微生态系统.它性质稳定、功能广泛,操作方便;在种植业、养殖业、环境净化方面等多领域都有较好的应用效果.但迄今为止,尚无啤酒糟EM生物转化的报道.本文以啤酒糟为原料,利用EM制剂进行固态生物转化,初步确立了EM用量、无机氮使用、初始含水量、转化温度等操作条件,成功实现了生物转化增值.这一研究为进一步开发利用啤酒糟资源提供了一条现实可行的途径.

1　材料与方法1.1　实验材料EM制剂.啤酒糟其含水量为70%～80%.无机氮盐:尿素(分析纯)、硫酸铵(分析纯).1.2　实验方 法1.2.1　EM稀释液的配制　先将1份蜂蜜与1份40℃蒸馏水混合配制成糖液,再将1份EM原液与30份糖液混合即成EM稀释液.1.2.2　样品处理　1称取一定量的啤酒糟样品,按比例调节初始含水量,将无机氮盐溶液和EM稀释液混于样品中并搅拌均匀;2将上述处理好的样品装于复合袋内,密封排出空气后,置于生化培养箱中培养.1.2.3　分析方法[8]　1水分含量的测定用烘干法;2粗蛋白含量的测定用凯氏定氮法;3还原糖含量的测定用斐林法(直接滴定法).

2　结果与分析2.1　添加无机氮比例与菌体蛋白含量变化的关系　　生物转化提高啤酒糟中菌体蛋白含量的主要机制是通过微生物的繁殖,生长代谢,将基料中的氮源和碳源转化为菌体蛋白.啤酒糟中有一定的残留糖源,但缺乏可被微生物利用的有效氮源.因此,须在基料中加入适量的无机氮,并保持合适的C∶N比例,才能保证菌体的最佳生长并实现菌体蛋白的有效生物转化.理论上,如果加入无机氮盐的N含量为1%,氮转化率为100%时,菌体蛋白(包括其它有机氮)的增长率应当是6.25%.根据几种无机氮盐的可利用特性,现选用尿素、硫酸铵并按不同比例进行无机氮添加,同步进行生物转化操作,每日取样一次测定蛋白质含量,测试结果列于表1.各组最大值(第4天数据)对应其初始值比较效果见图1.由表1可知,不同无机氮含量对菌体蛋白的增加有显著影响,无机氮含量越高,产品中粗蛋白含量也越高.当添加氮源为零时,产品中粗蛋白的含量无明显增加.尿素为生理碱性氮源,硫酸铵为生理酸性氮源,当加入硫酸铵的比例较大时,使得啤酒糟的酸度过低,对EM的菌体繁殖造成了一定的影响,所以其粗蛋白的提高量少.实验结果显示,尿素(w=4.0%)∶硫酸铵(w=2.0%)=2∶1是啤酒糟EM生物转化的最佳氮源配比,可实现基料粗蛋白含量净提高15.59%.此时按理论计算,氮转化率已超过100%,达110.37%,究其原因可能是由于微生物代谢过程中产生H2O,CO2等挥发性物质,终产物被浓缩,且原基料中仍有少量残留氮源可以利用所致.无机氮源选用尿素更好,即使加入硫酸铵,其量也不应超过3.0%.

2.2　不同初始含水量对菌体蛋白增长的影响大多数微生物可以在固态基质上繁殖生长,而固态基质的水分对微生物的影响很大.一般来说,真菌可以在没有游离水的基质上生长良好,而酵母、细菌必须在含水量为40%以上的基质上才能生长,若要生长良好则需有充分的游离水,适量的游离水有利于营养物质的渗透传递,也有利于酶及代谢产物的扩散.因此我们做了初始含水量对比实验,分别按基料初始含水量为30%,40%,50%,60%,70%配料,它对菌体蛋白增长的影响如图2所示.结果是:含水量在50%～60%时比较有利于菌体的繁殖生长,含水量在40%以下时,菌体蛋白增长缓慢,粗蛋白含量无明显增加;而基料含水量高于60%时,则由于出现过多的游离水,使得酶和营养物质的传递性较差,阻碍了EM菌体繁殖,所以菌体蛋白增长也呈缓慢趋势,此时微生物呈现表面生长现象.

2.3　EM接种量实验EM在基料上生长繁殖,提高了基料中粗蛋白的含量.EM接种量不同,其生物转化效果也将不同.为此,我们以每100g基料中EM稀释液接种量分别为2.0,3.55.0,6.5mL进行实验.它们对菌体蛋白的影响如图3所示.结果是:在基料中,EM稀释液的含量为6.mL/100g的用量组中,其产品粗蛋白含量最高值为42.65%,大于5.0mL/100g的用量组的粗蛋白含量(42.06%).但前组EM用量较后组增加了1.5%,此时单位EM的增加引起产品粗蛋白含量的增加效果已不明显.从经济效益角度出发,降低EM用量,有利于降低成本.综合考虑,基料中EM稀释液的含量为5.0mL100g是啤酒糟EM生物转化操作较为适宜的接种量EM生物转化过程自第4天后,微生物的生长及产品中粗蛋白含量的增长均呈现快速下降趋势.这一规律可从生物转化过程中还原糖的变化规律得到解释.

2.4　不同培养温度的影响在温度为25,30,35,40℃条件下分别以EM做啤酒糟生物转化培养,它对蛋白质含量的影响如图4所示.由图4可知:在25℃条件下培养时,菌体生长速度比较迟缓,培养至第5天时,产品中粗蛋白的含量仍未达到最大值;35℃,40℃条件下培养,其前期生长速度比较快,达到峰值后便快速进入衰亡期,产品粗蛋白含量不高.30℃培养对EM的生物转化较为适宜.

现以试验确定的最佳条件,即基料中,初始含水量为50%,EM稀释液含量为5.0mL/100g,w(尿素)为4.0%,w(硫酸铵)为2.0%,培养温度为30℃制作EM生长曲线(见图5).图5反映了在最佳条件下,产品中粗蛋白含量的变化情况.

2.5　发酵过程中基料还原糖的变化规律分别以EM稀释液含量为5.0mL/100g和6.5mL/100g组作动态还原糖测定,还原糖的变化情况如图6所示.由图6可知,产品中还原糖含量下降趋势明显,其变化规律恰与粗蛋白含量变化规律相反.说明EM在生长过程中还需逐步消耗还原糖(作为糖源).培养第4天时,基料中虽有可利用的氮源,但糖源缺乏,还原糖利用率达78%,微生物也不能维持正常生长.此时菌体出现自溶,蛋白质降解成小分子的肽和氨基酸,因此,产品中粗蛋白含量开始呈明显下降趋势.3　小结a.以啤酒糟为原料,辅以一定氮源,接种EM微生态制剂进行生物发酵,显著提高了啤酒糟中粗蛋白含量(净提高率达15%以上),大大提高了啤酒糟的营养价值,使啤酒糟的进一步深度开发利用变得可行.更为广大啤酒企业的副产品开发提供了一条新途径.

b.近年来,我国在饲料酵母的研究和生产方面作了大量的工作,但大多数采用液体深层发酵,耗能高、生产成本难以降低,饲料价格令市场难以接受,与我国国情不符.经EM微生物发酵的啤酒糟富含单细胞蛋白、纤维含量低,是生产高蛋白菌体饲料的理想原料,具有广阔的发展前景.在我国当前蛋白饲料资源日益短缺的形势下,它更具有得天独厚的发展潜力和机遇.活菌体的引入,不仅可改善饲料的适口性,更因产品中富含多种微生物酶类和畜禽生长调节因子而对饲养畜禽有明显的保健助长作用.c.啤酒糟的EM生物转化制品水分含量高、不宜长期保存;如何在尽量保存制品中有效微生物活性的前题下,进一步开发可操作性强的系列饲料产品有待于进一步探索研究.

我们在这里要提醒学员的是，发酵酒糟类的物质时，每吨酒糟采用2公斤EM、水10公斤与2公斤的氮源（最好是尿素）混合发酵效果最好。这是我们多次实验的结果。酒糟丰富地区可批量生产。