论文部分内容阅读
本文旨在分析乳酸菌发酵虾壳制备甲壳素的工艺过程,对虾壳水解及发酵过程进行物料衡算,弄清了上述工艺过程中虾壳中的甲壳素、可溶性灰分、不溶性灰分、蛋白质、脂肪以及添加的葡萄糖等成分的转移规律;通过模拟体系研究体系了pH值、滴定酸度、乳酸钙浓度等因素对脱除虾壳中蛋白质和灰分的影响;研究了增强乳酸菌耐酸能力的因素,以及乳酸菌在发酵过程中生理状态的变化。在上述研究基础上,本论文提出以上一批发酵液预浸泡下一批水解后的干壳,然后再发酵的改进措施（预浸泡后发酵工艺）,初步研究了该改进的工艺中固液比及葡萄糖添加量对发酵效果的影响。本文的主要研究结果如下:（1）虾壳水解和发酵过程的物料衡算结果表明:在用碱性蛋白酶水解虾壳原料的过程中,60.39%虾壳原料中的蛋白质迁移到水解液中,虾壳中残留的蛋白质占虾壳原料总蛋白的31.12%;虾壳原料中60.82%的可溶性灰分迁移到水解液中,水解后的干虾壳中可溶性灰分占虾壳原料总可溶性灰分的29.08%。而不溶性灰分大部分保留在水解后的干虾壳中,占虾壳原料总不溶性灰分的67.56%,转移到水解液中的不溶性灰分为19.25%;水解后的干虾壳中的脂肪含量占虾壳原料总脂肪的21.77%,水解液中的脂肪含量占虾壳原料总脂肪的75.23%。水解后的干虾壳经过发酵,蛋白质一部分进入到发酵液中,占投入物料（水解后的干虾壳及水解液）的总蛋白的76.46%,所得粗甲壳素中残留的蛋白含量占投入物料总蛋白的17.09%;粗甲壳素中残留的可溶性灰分占投入物料的总可溶性灰分的0.06%,大部分可溶性灰分和不溶性灰分都迁移到发酵液中,分别占投入物料的总可溶性灰分的92.71%,总不溶性灰分的103.11%;粗甲壳素中的脂肪含量占投入物料的总脂肪的80.73%,发酵液中的的脂肪含量占投入物料的总脂肪19.01%。发酵产生的总乳酸（溶解灰分消耗的乳酸和发酵液中剩余的乳酸）质量为投入的葡萄糖质量的103.62%。（2）采用由乳酸、乳酸钙、蛋白质和水解后的干虾壳构成的模拟发酵体系研究了体系的pH值、滴定酸度、钙离子浓度、蛋白质浓度对虾壳中的灰分和蛋白质脱除的影响,得到以下八个拟合方程,pH（x）-灰分（y1,%）:y1=2.036x~3-20.59x~2+69.17x-75.86,R~2=0.9971;pH（x）-蛋白质（y2,%）:y2=-2.879x~3+32.57x~2+122.6x+178.4,R~2=0.9915;滴定酸度（x1）-灰分（y1,%）:y1=60.21x1-0.9927,R~2=0.9989;滴定酸度（x1）-蛋白质（y2,%）:y2=-91.84x1-1.559+25.62,R~2=0.9975;钙离子浓度（x2）-灰分（y3,%）:y3=0.003951x2~2-0.03444x2+1.056,R~2=0.9987;钙离子浓度（x2）-蛋白质（y4,%）:y4=（-1.476e+15）x2-22+24.49,R~2=0.9827;蛋白质浓度（x3）-灰分（y5,%）:y5=-0.92x3~3+1.849x3~2-0.2928x3+0.3008,R~2=0.9025;蛋白质浓度（x3）-蛋白质（y6,%）:y6=5.06x3~3-12.03x3~2+5.701x3+20.62,R~2=0.7498。（3）研究了可以增强乳酸菌耐酸能力的因素,发现氯化血红素和维生素K2,以及还原型谷胱甘肽对乳酸菌的耐酸能力有一定增强作用,从发酵过程中乳酸菌消耗葡萄糖的曲线可以看出添加了还原型谷胱甘肽组的葡萄糖残余量略高于对照组和添加了氯化血红素和维生素K2组,但乳酸的生成量比对照组高。从氨浓度的变化曲线可以看出添加了还原型谷胱甘肽组、氯化血红素和维生素K2组略高于对照组,因此,推测添加还原型谷胱甘肽组、氯化血红素和维生素K2组可能促进了乳酸菌对蛋白质的脱氨基作用,部分蛋白质脱氨后进入糖代谢途径,并转化为乳酸。发酵过程中,发酵液的酸度均呈现逐渐上升的趋势,在发酵后期有趋于平稳的趋势,钙离子的浓度在0-24 h迅速升高,而后随着发酵时间的变化趋于平稳。（4）采用平板计数法、丙酮酸钠涂布法、细菌计数板计数法、PI染色法、q-PCR、PMA-q PCR等几种方法测定了发酵过程中乳酸菌的生理状态变化,确定了PMA-q PCR定量乳酸菌的条件为:PMA浓度为5μmol/L,曝光时间为20 min。结果表明添加了氯化血红素和维生素K2、还原型谷胱甘肽组的乳酸菌在发酵过程中细胞数量高于对照组,说明添加氯化血红素和维生素K2、还原型谷胱甘肽可以促进细胞生长。对比平板计数和PMA-q PCR的结果发现当发酵时间接近72h时,乳酸菌开始进入活的不可培养（VBNC）状态。（5）初步摸索了预浸泡后发酵工艺条件,在用上一批次发酵液预浸泡下一批原料（水解后的干虾壳）后再发酵的工艺中,当固液比为1:13.5时效果较好,葡萄糖的添加量减少为浸泡后壳质量的85%即可满足发酵需要,连续操作至第五批次,发酵所得粗甲壳素中灰分含量为2.23%,蛋白质含量为15.14%。（6）研究了不同工艺条件下虾壳的微观结构变化,结果表明经酸处理和碱处理的甲壳素的表面孔隙中的凸出物均比对照组的少,酸处理组的鲜壳孔隙中的凸出物少于干壳,碱处理组的鲜壳在煮的过程中孔隙出现列痕。从横断面看,酸处理和碱处理的虾壳和对照组的没有区别。