选育优势菌发酵柑橘渣改善其营养成分及体外消化特性

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柑橘渣是柑橘加工业的主要残留物,其特点是季节性生产和具有高含水量。由于经济和环境因素,柑橘渣的处置受到相当大的限制。然而柑橘渣本身营养价值丰富,含有纤维、单糖、有机酸和抗氧化物质等,是极具潜力的发酵基质。本课题筛选了可利用柑橘渣的发酵菌株,并初步探索了该优势菌株的基因功能;结合发酵常用的酵母菌,确定最佳菌种组合,探究了提高柑橘渣蛋白含量的最优发酵条件,构建柑橘渣高效共发酵体系;分析了发酵过程中微生物对底物中有机物的利用以及关键水解酶活性的变化之间的关系,初步阐明了使柑橘渣蛋白含量增加的生物转化机制;最后采用体外模拟胃肠消化模型,探究发酵前后对柑橘渣消化过程中蛋白降解、酚类释放以及抗氧化活性的影响。主要结论如下:(1)挑取自然发酵的柑橘渣接种于果胶培养基进行选择性培养,经分离纯化后得到4株果胶降解菌,通过16S r DNA方法鉴定均为枯草芽孢杆菌。再由单菌发酵选出能更好地利用柑橘渣的发酵菌株,当使用枯草芽孢杆菌L7单独发酵时,发酵产物的粗蛋白含量最大值为199.40±1.60 mg/g,与未发酵组对比提高了27.33%。枯草芽孢杆菌L7基因组上的4 216个蛋白编码基因中,分别有3 191、3 056、2 088、144个蛋白编码基因在COG、GO、KEGG、CAZy数据库上得到注释,其基因主要集中在参与分子功能和生物学过程方面,其中与氨基酸、碳水化合物代谢相关的基因占多数,注释为糖苷水解酶的基因最多。(2)结合发酵常用的酵母菌,确定最佳发酵菌种组合,为枯草芽孢杆菌L7与产朊假丝酵母。固态发酵条件优化结果表明,当发酵基质初始含水量为70%,菌株接种量为20%,接种比例在1:1,发酵时间为96 h时,柑橘渣的粗蛋白含量达到最大值,为242.50±6.50 mg/g;而必需氨基酸和非必需氨基酸含量分别提高了2.30倍和4.02倍,其中亮氨酸和苯丙氨酸含量分别提高了8.3%和5.1%;果胶和粗纤维等抗营养因子分别降低了43.10%和20.21%。相关分析表明,酸性蛋白酶、中性蛋白酶、果胶酶、木聚糖酶和纤维素酶的活性与可溶性蛋白、总糖和还原糖含量变化呈显著相关性(p<0.05),结果表明蛋白质的富集过程与有机物质和酶活性的变化密切相关。(3)经模拟体外胃肠消化处理后,发酵柑橘渣的粗蛋白消化率为61.46%,而未发酵柑橘渣仅为37.06%;尽管未发酵、发酵柑橘渣的消化产物(残渣)中游离氨基酸总量均显著降低,但是发酵柑橘渣中的两种氨基酸(Thr、Val)仅在胃部阶段便被完全消化;此外,发酵柑橘渣的可溶性蛋白含量、总酚含量以及抗氧化活性亦显著高于未发酵处理组(p<0.05)。该结果证实了发酵处理后的柑橘渣具有较高的消化性能,为开发生产柑橘渣高附加值新型蛋白饲料提供基础理论依据。
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