辣椒粕发酵生产单细胞蛋白的菌种筛选研究
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Abstract: A large amount of capsicum residues are produced during the process of capsanthin extraction from chilli. Capsicum residues contain abundant nutrients. The extraction of capsicum residues contained 6.96 g/L~9.38 g/L total sugars and 8.14g/L~14.8g/L crude protein. They contained sufficient nutrients and could be used as a good medium to produce single cell protein without adding any nutrients. Candida tropicals 1253, Candida utilis 1769, Saccharomyces cerevisiae 1001 and Saccharomyces cerevisiae 1223 were incubated and screened in this study. The results showed that the best yeast strain for single cell protein production was Candida utilis 1769 when capsicum residues were used as raw materials. The cell mass and protein content of Candida utilis 1769 were 5.9g/L~7.5 g/L (dry weight) and 40.9%~48.2% respectively. Key words: capsicum residues; single cell protein; fermentation; strain screening
菌体粗蛋白含量采用凯氏定氮法进行测定[7]。 2 结果与讨论 2.1 辣椒粕提取液成分的测定
为了了解辣椒粕浸提液中可发酵性营养物质的含量，
对 2 种辣椒粕原料制备的浸提液即 CGM 和 TXM 进行了 糖、氮含量的测定，结果见表 1。
表1 CGM和TXM成分表 Table 1. Composition of CGM and TXM
创新与借鉴
中国酿造
2009 年第 7 期
总第 208 期 ·109·
辣椒粕发酵生产单细胞蛋白的菌种筛选研究
赵国群，张 伟，张 桂
（河北科技大学 生物科学与工程学院，河北 石家庄 050018） 摘 要：红辣椒提取辣椒红色素后产生大量的辣椒粕。这些辣椒粕含有较丰富的营养物质，经分析测定，其水浸提液总糖含 量6.96g/L～9.38g/L，蛋白质含量8.14g/L～14.8g/L，不需再添加任何营养物质，辣椒粕提取液即可成为一种良好的微生物培养 基。本试验以辣椒粕水浸提液作为培养基，对热带假丝酵母1253、产朊假丝酵母1769、啤酒酵母1001、面包酵母1223进行发酵 培养，从而筛选出生产SCP的优良菌种。结果表明，以辣椒粕为原料发酵生产单细胞蛋白的最佳酵母菌种为产朊假丝酵母 1769，其菌体产量为5.9g/L～7.5 g/L干重，菌体蛋白含量40.9%～48.2%。 关 键 词：辣椒粕；单细胞蛋白；发酵；菌种筛选 中图分类号：Q93-33 文献标识码：A 文章编号：0254-5071(2009)07-0109-03
134菌体蛋白质含量的测定菌体粗蛋白含量采用凯氏定氮法进行测定结果与讨论21辣椒粕提取液成分的测定为了了解辣椒粕浸提液中可发酵性营养物质的含量种辣椒粕原料制备的浸提液即cgmtxm进行了糖氮含量的测定结果见表面包酵母1223株酵母菌培养在cgm和txm中的菌体产量tablecellmassouryeaststrainsculturedtxm菌体产量酵母菌株cgmtxm产朊假丝酵母176910热带假丝酵母125312酿酒酵母100111面包酵母1223可以看出4株酵母所收获的菌体产量干重为36g
啤酒酵母、面包酵母种子液制备：称取 5g 活性干酵 母，加入 50mL 2%葡萄糖溶液，在 28℃活化 30min。
产朊假丝酵母、热带假丝酵母种子液制备：原菌种接 种至斜面培养基，30℃恒温培养 48h。挑取活化好的斜面 菌种 1～2 环接种到 50mL 种子培养基，30℃、180r/ min 摇 床振荡培养 18h。 1.2.2 发酵
可用于发酵生产单细胞蛋白的微生物种类很多，包括 细菌、放线菌、酵母菌、霉菌以及某些原生生物[4]。酵母菌生 长繁殖迅速，培养条件简单，营养物质含量高，无致病作
用 ，味 道 好 且 易 消 化 吸 收 ，是 生 产 单 细 胞 蛋 白 的 优 良 菌 种[5]。本研究以辣椒粕水浸提液作为培养基，对 4 种酵母菌 进行发酵培养，筛选出适宜以辣椒粕为原料生产 SCP 的 优良菌种，为充分利用辣椒粕这一资源打下初步基础。 1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 实验菌株
浸提液
总糖/ (g·L-1)
CGM 9.38±0.21
TXM 6.96±0.17
还原糖/ (g·L-1) 8.86±0.15 5.80±0.12
总氮/ (g·L-1) 3.37±0.10 1.3±0.11
蛋白质/ (g·L-1) 14.8±0.23 8.14±0.19
pH 值
5.10 ±0.01 4.92 ±0.01
斜面培养基：麦芽汁(稀释至 5°Bx)，琼脂 2%，自然 pH 值，121℃灭菌 20 min。
种子培养基：成分同斜面培养基，不加琼脂，自然 pH 值121℃灭菌 20 min。
辣椒粕发酵培养基：称取辣椒粕 100g，加入 700mL 去 离子水，煮沸 10min，保温 10min，然后抽滤得到 600mL 辣 椒粕浸提液，即为辣椒粕发酵培养基。由晨光天然色素集 团提供的辣椒粕所制备的发酵培养基简称 CGM，由天旭 色素厂提供的辣椒粕所制备的发酵培养基简称 TXM。 1.2 实验方法 1.2.1 种子液的制备
辣椒粕：由河北晨光天然色素集团和河北天旭色素厂 提供。 1.1.3 实验设备
振荡培养箱(SPX-150B-2型）：上海跃进医疗器械厂； 生化培养箱(SPX-250B -Ⅱ型）：上海贺德试验设备有限公 司；立式高压灭菌器 (01J2003-04 型)、高速台式离心机 (H - 1650型）：长沙湘仪离心机仪器有限公司；台式酸度 测定仪仪(pH-211 型）：北京哈纳科仪科技有限公司；可见
3mL, 6000r/min 离心 5 min，倒掉上清液，用去离子水洗涤 2 次（消除辣椒粕发酵液颜色对测定的影响），再向离心管 中加入 3mL 去离子水，用分光光度计于波长 600nm 处测 定 OD 值，并计算出比生长速率（μmax）。 1.3.3 菌体生物量的测定
量取发酵液 50mL，6000r/min 离心 10min，用去离子水 洗涤 3 次，收集菌体，100℃烘干至恒重。 1.3.4 菌体蛋白质含量的测定
热带假丝酵母 1253 (Candida tropicals 1253)、产朊假 丝酵母 1769 (Candida utilis 1769)：由中国工业微生物菌种 保藏中心购得；酿酒酵母 1001 (Saccharomyces cerevisiae 1001)、面包酵母 1223 (Saccharomyces cerevisiae 1223)：由 本实验室提供。 1.1.2 实验原料
菌体生长速率是筛选优良菌种的重要指标之一。4 株 酵母菌培养在 CGM 和 TXM 中的比生长速率（表 2）可以 看出，热带假丝酵母的比生长速率最大（0.16 h–1），其次是 产朊假丝酵母，酿酒酵母与面包酵母的生长速率很接近。 当接种培养在 CGM 时，4 株酵母菌的比生长速率均高于 接种培养在 TXM。其原因可能是 TXM 口感辛辣，含有相 对较高浓度的辣椒碱；由于辣椒碱具有抑菌作用[8]，从而造 成对酵母菌的生长有一定程度的抑制作用。
将制备好的种子液以 10%的接种量，接种到辣椒粕 发酵培养基中，30℃、200 r/min 恒温振荡培养 48h。 1.3 分析方法 1.3.1 辣椒粕提取液成分测定
总糖、还原糖测定方法：DNS 法[6]。 总氮测定方法：凯氏定氮法[7]。 1.3.2 酵母细胞生长的测定 辣椒粕发酵培养基接种后，每隔一定时间吸取发酵液
Screening of yeast strains for production of single cell protein by capsicum residues
ZHAO Guoqun, ZHANG Wei, ZHANG Gui (College of Bioscience and Bioengineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China)
辣椒红色素是由红辣椒果皮中提取的一种橙黄、橙红 色的天然红色素[1]。其色泽鲜艳，色调多样，着色力强，保色 效果好，可广泛应用于水产品、肉类、糕点、色拉罐头、饮料 等各类食品的着色。辣椒红作为一种天然着色素，安全性 高，同时具有抗癌、抗辐射等生理功能[2]。随着人们生活水 平的提高和保健意识的增强，使用天然色素成为国内外的 发展潮流。目前，美国一年约需 4000t 天然色素，其中辣椒 红色素约 1000t；日本每年约需辣椒红色素约 500t；加拿 大、澳大利亚、新加坡、西欧市场的需求量也很大[3]。我国盛 产辣椒，年产干辣椒约 60×104t，是世界上最大的辣椒红色 素生产国和出口国。然而，红辣椒在提取辣椒红素后会产 生大量的辣椒粕，其产率可达到所投原料干辣椒的 93.6%。辣椒粕由于含有一定量的辣椒碱，附加值和利用 率都很低，一般作为废弃物处理，既浪费了资源，又造成了 环境污染。然而这些废辣椒粕含有较丰富的糖、蛋白质等 营养物质，可用来发酵生产单细胞蛋白(SCP)。以废辣椒粕 为原料发酵生产 SCP，不仅可变废为宝，而且可减少环境 污染。
热带假丝酵母 1253
0.16
0.13
酿酒酵母 1001
0.09
0.08
面包酵母 1223
0.09
0.07
表3 4株酵母菌培养在CGM和TXM中的菌体产量 Table 3. Cell mass of four yeast strains cultured in CGM and TXM
酵母菌株
产朊假丝酵母 1769 热带假丝酵母 1253
由表 1 可以看出，辣椒粕提取液含有较丰富的营养物 质，总糖含量 6.96g/L～9.38g/L，蛋白质含量 8.14g/L～14.8 g/L。 试验所采用的料液比是 1∶6，如果进一步增大料液比，其 糖、氮含量会更高，因此，不需再添加任何营养物质，辣椒 粕提取液即可成为一种良好的微生物培养基。还发现，2种 原料所制备的辣椒粕提取液成分相差很大，CGM 的糖、氮 含量远大于 TXM，其原因是：① 所使用 的 红 辣 椒 的 品 种、种植及收获等因素的不同。② 提取辣椒红色素工艺的 不同。感官品尝时，发现 CGM 微辣，而 TXM 却非常辣。不 同的辣椒红素生产工艺会造成辣椒粕中辣椒碱残留的差 异，辣椒碱残留越多，其口感就越辣。由于辣椒粕含有一些 有机酸（如柠檬酸）而使得提取液显示酸性。 2.2 菌种筛选
表2 4株酵母菌培养在CGM和TXM中的比生长速率 Table 2. Specific growth rate (μmax) of four yeast strains cultured in
CGM and TXM
酵母菌株
比生长速率 μmax /h–1
CGM
TXM
产朊假丝酵母 1769
0.12
0.10
酿酒酵母 1001 面包酵母 1223
菌体产量（/ g·L-1）干重
CGM
TXM
7.5 ±0.12
5.9 ±0.10
6.1 ±0.07
收稿日期： 2009-03-24 作者简介：赵国群（１９６３－），男，河北藁城人，副教授，研究方向工业生物催化技术。
2009 No.7
·110· Serial No.208
China Brewing
Innovation and Knowledge Transfer
分光光度计（722F 型）：上海光谱仪器有限公司；生物洁净 工作台(SW-CJ-2DF 型）：苏净集团苏州安泰空气技术有 限公司。 1.1.4 培养基
菌体粗蛋白含量采用凯氏定氮法进行测定[7]。 2 结果与讨论 2.1 辣椒粕提取液成分的测定
为了了解辣椒粕浸提液中可发酵性营养物质的含量，
对 2 种辣椒粕原料制备的浸提液即 CGM 和 TXM 进行了 糖、氮含量的测定，结果见表 1。
表1 CGM和TXM成分表 Table 1. Composition of CGM and TXM
创新与借鉴
中国酿造
2009 年第 7 期
总第 208 期 ·109·
辣椒粕发酵生产单细胞蛋白的菌种筛选研究
赵国群，张 伟，张 桂
（河北科技大学 生物科学与工程学院，河北 石家庄 050018） 摘 要：红辣椒提取辣椒红色素后产生大量的辣椒粕。这些辣椒粕含有较丰富的营养物质，经分析测定，其水浸提液总糖含 量6.96g/L～9.38g/L，蛋白质含量8.14g/L～14.8g/L，不需再添加任何营养物质，辣椒粕提取液即可成为一种良好的微生物培养 基。本试验以辣椒粕水浸提液作为培养基，对热带假丝酵母1253、产朊假丝酵母1769、啤酒酵母1001、面包酵母1223进行发酵 培养，从而筛选出生产SCP的优良菌种。结果表明，以辣椒粕为原料发酵生产单细胞蛋白的最佳酵母菌种为产朊假丝酵母 1769，其菌体产量为5.9g/L～7.5 g/L干重，菌体蛋白含量40.9%～48.2%。 关 键 词：辣椒粕；单细胞蛋白；发酵；菌种筛选 中图分类号：Q93-33 文献标识码：A 文章编号：0254-5071(2009)07-0109-03
134菌体蛋白质含量的测定菌体粗蛋白含量采用凯氏定氮法进行测定结果与讨论21辣椒粕提取液成分的测定为了了解辣椒粕浸提液中可发酵性营养物质的含量种辣椒粕原料制备的浸提液即cgmtxm进行了糖氮含量的测定结果见表面包酵母1223株酵母菌培养在cgm和txm中的菌体产量tablecellmassouryeaststrainsculturedtxm菌体产量酵母菌株cgmtxm产朊假丝酵母176910热带假丝酵母125312酿酒酵母100111面包酵母1223可以看出4株酵母所收获的菌体产量干重为36g
啤酒酵母、面包酵母种子液制备：称取 5g 活性干酵 母，加入 50mL 2%葡萄糖溶液，在 28℃活化 30min。
产朊假丝酵母、热带假丝酵母种子液制备：原菌种接 种至斜面培养基，30℃恒温培养 48h。挑取活化好的斜面 菌种 1～2 环接种到 50mL 种子培养基，30℃、180r/ min 摇 床振荡培养 18h。 1.2.2 发酵
可用于发酵生产单细胞蛋白的微生物种类很多，包括 细菌、放线菌、酵母菌、霉菌以及某些原生生物[4]。酵母菌生 长繁殖迅速，培养条件简单，营养物质含量高，无致病作
用 ，味 道 好 且 易 消 化 吸 收 ，是 生 产 单 细 胞 蛋 白 的 优 良 菌 种[5]。本研究以辣椒粕水浸提液作为培养基，对 4 种酵母菌 进行发酵培养，筛选出适宜以辣椒粕为原料生产 SCP 的 优良菌种，为充分利用辣椒粕这一资源打下初步基础。 1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 实验菌株
浸提液
总糖/ (g·L-1)
CGM 9.38±0.21
TXM 6.96±0.17
还原糖/ (g·L-1) 8.86±0.15 5.80±0.12
总氮/ (g·L-1) 3.37±0.10 1.3±0.11
蛋白质/ (g·L-1) 14.8±0.23 8.14±0.19
pH 值
5.10 ±0.01 4.92 ±0.01
斜面培养基：麦芽汁(稀释至 5°Bx)，琼脂 2%，自然 pH 值，121℃灭菌 20 min。
种子培养基：成分同斜面培养基，不加琼脂，自然 pH 值121℃灭菌 20 min。
辣椒粕发酵培养基：称取辣椒粕 100g，加入 700mL 去 离子水，煮沸 10min，保温 10min，然后抽滤得到 600mL 辣 椒粕浸提液，即为辣椒粕发酵培养基。由晨光天然色素集 团提供的辣椒粕所制备的发酵培养基简称 CGM，由天旭 色素厂提供的辣椒粕所制备的发酵培养基简称 TXM。 1.2 实验方法 1.2.1 种子液的制备
辣椒粕：由河北晨光天然色素集团和河北天旭色素厂 提供。 1.1.3 实验设备
振荡培养箱(SPX-150B-2型）：上海跃进医疗器械厂； 生化培养箱(SPX-250B -Ⅱ型）：上海贺德试验设备有限公 司；立式高压灭菌器 (01J2003-04 型)、高速台式离心机 (H - 1650型）：长沙湘仪离心机仪器有限公司；台式酸度 测定仪仪(pH-211 型）：北京哈纳科仪科技有限公司；可见
3mL, 6000r/min 离心 5 min，倒掉上清液，用去离子水洗涤 2 次（消除辣椒粕发酵液颜色对测定的影响），再向离心管 中加入 3mL 去离子水，用分光光度计于波长 600nm 处测 定 OD 值，并计算出比生长速率（μmax）。 1.3.3 菌体生物量的测定
量取发酵液 50mL，6000r/min 离心 10min，用去离子水 洗涤 3 次，收集菌体，100℃烘干至恒重。 1.3.4 菌体蛋白质含量的测定
热带假丝酵母 1253 (Candida tropicals 1253)、产朊假 丝酵母 1769 (Candida utilis 1769)：由中国工业微生物菌种 保藏中心购得；酿酒酵母 1001 (Saccharomyces cerevisiae 1001)、面包酵母 1223 (Saccharomyces cerevisiae 1223)：由 本实验室提供。 1.1.2 实验原料
菌体生长速率是筛选优良菌种的重要指标之一。4 株 酵母菌培养在 CGM 和 TXM 中的比生长速率（表 2）可以 看出，热带假丝酵母的比生长速率最大（0.16 h–1），其次是 产朊假丝酵母，酿酒酵母与面包酵母的生长速率很接近。 当接种培养在 CGM 时，4 株酵母菌的比生长速率均高于 接种培养在 TXM。其原因可能是 TXM 口感辛辣，含有相 对较高浓度的辣椒碱；由于辣椒碱具有抑菌作用[8]，从而造 成对酵母菌的生长有一定程度的抑制作用。
将制备好的种子液以 10%的接种量，接种到辣椒粕 发酵培养基中，30℃、200 r/min 恒温振荡培养 48h。 1.3 分析方法 1.3.1 辣椒粕提取液成分测定
总糖、还原糖测定方法：DNS 法[6]。 总氮测定方法：凯氏定氮法[7]。 1.3.2 酵母细胞生长的测定 辣椒粕发酵培养基接种后，每隔一定时间吸取发酵液
Screening of yeast strains for production of single cell protein by capsicum residues
ZHAO Guoqun, ZHANG Wei, ZHANG Gui (College of Bioscience and Bioengineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China)
辣椒红色素是由红辣椒果皮中提取的一种橙黄、橙红 色的天然红色素[1]。其色泽鲜艳，色调多样，着色力强，保色 效果好，可广泛应用于水产品、肉类、糕点、色拉罐头、饮料 等各类食品的着色。辣椒红作为一种天然着色素，安全性 高，同时具有抗癌、抗辐射等生理功能[2]。随着人们生活水 平的提高和保健意识的增强，使用天然色素成为国内外的 发展潮流。目前，美国一年约需 4000t 天然色素，其中辣椒 红色素约 1000t；日本每年约需辣椒红色素约 500t；加拿 大、澳大利亚、新加坡、西欧市场的需求量也很大[3]。我国盛 产辣椒，年产干辣椒约 60×104t，是世界上最大的辣椒红色 素生产国和出口国。然而，红辣椒在提取辣椒红素后会产 生大量的辣椒粕，其产率可达到所投原料干辣椒的 93.6%。辣椒粕由于含有一定量的辣椒碱，附加值和利用 率都很低，一般作为废弃物处理，既浪费了资源，又造成了 环境污染。然而这些废辣椒粕含有较丰富的糖、蛋白质等 营养物质，可用来发酵生产单细胞蛋白(SCP)。以废辣椒粕 为原料发酵生产 SCP，不仅可变废为宝，而且可减少环境 污染。
热带假丝酵母 1253
0.16
0.13
酿酒酵母 1001
0.09
0.08
面包酵母 1223
0.09
0.07
表3 4株酵母菌培养在CGM和TXM中的菌体产量 Table 3. Cell mass of four yeast strains cultured in CGM and TXM
酵母菌株
产朊假丝酵母 1769 热带假丝酵母 1253
由表 1 可以看出，辣椒粕提取液含有较丰富的营养物 质，总糖含量 6.96g/L～9.38g/L，蛋白质含量 8.14g/L～14.8 g/L。 试验所采用的料液比是 1∶6，如果进一步增大料液比，其 糖、氮含量会更高，因此，不需再添加任何营养物质，辣椒 粕提取液即可成为一种良好的微生物培养基。还发现，2种 原料所制备的辣椒粕提取液成分相差很大，CGM 的糖、氮 含量远大于 TXM，其原因是：① 所使用 的 红 辣 椒 的 品 种、种植及收获等因素的不同。② 提取辣椒红色素工艺的 不同。感官品尝时，发现 CGM 微辣，而 TXM 却非常辣。不 同的辣椒红素生产工艺会造成辣椒粕中辣椒碱残留的差 异，辣椒碱残留越多，其口感就越辣。由于辣椒粕含有一些 有机酸（如柠檬酸）而使得提取液显示酸性。 2.2 菌种筛选
表2 4株酵母菌培养在CGM和TXM中的比生长速率 Table 2. Specific growth rate (μmax) of four yeast strains cultured in
CGM and TXM
酵母菌株
比生长速率 μmax /h–1
CGM
TXM
产朊假丝酵母 1769
0.12
0.10
酿酒酵母 1001 面包酵母 1223
菌体产量（/ g·L-1）干重
CGM
TXM
7.5 ±0.12
5.9 ±0.10
6.1 ±0.07
收稿日期： 2009-03-24 作者简介：赵国群（１９６３－），男，河北藁城人，副教授，研究方向工业生物催化技术。
2009 No.7
·110· Serial No.208
China Brewing
Innovation and Knowledge Transfer
分光光度计（722F 型）：上海光谱仪器有限公司；生物洁净 工作台(SW-CJ-2DF 型）：苏净集团苏州安泰空气技术有 限公司。 1.1.4 培养基