2024年3月20日发(作者:)
基础研究 食品研究与开发 第32011卷第8期 0年8月
极低频电磁场影响Nisin发酵生产的工艺研究
李志强。赵勇。吴兆亮,郑辉杰’
(河北工业大学化工学院,天津300130)
摘要:在发酵罐的外部循环管路上加螺线圈,通过控制磁场的强度、发酵液的循环速度和磁场的暴露时间3个因素
来对磁场存在下Nisin的发酵进行研究并寻求其最4 ̄:r-艺。采用响应面法中的中心组合试验设计法得到3个因素的
最佳条件,通过对试验数据的分析,在最优条件电流0.43A,气速0.56L/min,暴露时间7 h时,Nisin效价提高27%。
关键词:乳链菌肽;磁场;发酵;响应面;中心组合设计
The Process Study on the Effect of hte Extremely Low Frequency Magnetic Field on Nisin Production
LI Zhi-qiang,ZHAO Yong,WU Zhao-liang,ZHENG Hui-jie
(School ofChemicalEngineeringandTechnology,HebeiUniversity ofTechnology,Tianjin 300130,China)
Abstract:The pipe of the external circulation of the fermentation tank was inserted in solenoid,by controlling
the magnetic field strength,circulation rate,and magnetic field exposure time,the effect of extremely low
frequency(ELF)magnetic field on Nisin production was studied and the optimum process was sought.Response
surface methodology and Central Composite Design(CCD)were applied to design and optimize the factors for
the Nisin production.The optimized conditions were as below:the current was 0.43 the rate ofgas was 0.56 Umin,
the exposure time was 7 h and Nisin titer increased 27%.
Key words:Nisin;magnetic field;fermentation;response surface methodology;central composite design
乳链菌肽(Nisin)【l】是乳酸乳球菌乳酸亚种的某些
1材料与方法
菌株产生的多肽抗菌素,它是一种在人体内可被分解
】.1试验材料
的天然生物防腐剂,目前乳链菌肽的生产都是采用微
乳酸乳球菌菌株(Lactococcus lactis subsp.Lactis)、
生物发酵法,乳链菌肽对许多引起食品腐败的革兰氏
检测菌为藤黄微球菌(Microcoecus luteus):天津康益
阳性菌有很强的抑制作用,且安全、无毒、高效,是国际
生物工程有限公司提供。
上广泛使用的天然食品防腐剂【z一,广泛应用于肉制
1.2试验装置
品、奶制品、发酵食品及乙醇饮料等的防腐保鲜 。
磁场发酵装置见图l。
极低频电磁场(extremely low frequencv magnetic
ifeld)可对DNA链的生成和断裂产生影响,改变细胞
补料管路
溶氧电极 排气阀
内信息转导过程,促进细胞增殖,影响生物分子的合成
pH电极
和酶促反应,对极低频电磁场的研究受到越来越多的
关注 。
本文初步研究了极低频电磁场对Nisin发酵的影
响,利用响应面方法确定了较优的操作条件㈣。
作者简介:李志强(1968~),男(汉),在读硕士,工程师,主要从事发
酵设备及塔器研究。
通信作者:郑辉杰(1972一),男(汉),副教授,博士,主要从事发酵
图1磁场发酵装置
及代谢工程研究。
Fig.1 Sketch of fermentation apparatus with magnetic field
2 第 卷第期 3 1 8 食品研究与开发 良明研 司,1r及 基础研究
在发酵罐上安装外置回流管路,通过在管路上通
入无菌空气来推动发酵液的循环,其中发酵液循环速
度可由气速控制。
1I3试验设计
在其它条件不变的前提下,分别改变不同磁感应
强度、不同气速、不同磁场辐射时间3个因素的水平,
通过测定Nisin的效价来评价各因素对Nisin发酵的
影响,然后采用旋转中心组合实验设计法(CCD)对上
述3个主要因素进行优化。由统计软件Design—Expert
7.0.0对试验数据作回归拟合,并对拟合方程作显著性
检验及方差分析,用t检验测试回归系数的显著性。
2结果与讨论
2.1单因素试验的结果
2.1.1不同磁感应强度对Nisin发酵的影响
固定气速1.0 L/min、辐射时间8 h,对发酵过程施
加不同磁感应强度(电流强度表征)的磁场辐射,电流
强度变化范围为0.00~0.80 A,所得发酵产品与同批相
应摇瓶产品的效价进行比较(相对增量=试验组效价/
对照组效价一1),结果见图2。
圈ⅢI 1
莨
电流强厦,A
图2不同电流强度下效价的相对增量
Fig.2 Effect of current intensity on the relative increment of
Nisin titer
由图2所示,不同磁感应强度对Nisin发酵过程
影响是不同的。较低电流强度发酵产品效价基本呈现
负增长现象,随着电流强度的加大产品效价开始有所
提高,并于0.40A处出现峰值。继续加大电流强度,产
品效价又出现下降现象。电流强度继续加大,效价降
低甚至与同批摇瓶相比出现负增长。
2.1.2不同磁场辐射时间对Nisin发酵的影响
固定电流强度为0.40 A,气速1.0 L/min,对发酵过
程接受磁场辐射时间长短进行控制,时长变化范围为
0~8 h,所得发酵产品与同批相应摇瓶产品的效价进行
比较,结果见图3。
磁场辐射时间/}l
图3不同磁场辐射时间下效价相对增量
Fig.3 Effect of magnetic radiation time on the relative
increment of Nisin titer
由图3所示,随着暴露时间的增长,效价的正增
长越来越大。无外加磁场时,由于气速对发酵产生的
负影响,效价降低;随着磁场辐射时间的延长,效价不
断提高,在时间为5 h时,磁场辐射对发酵产生的正影
响与气速的负影响相互抵消,效价基本未发生改变;之
后,磁场辐射时问继续延长,效价继续增加,直到发酵
终点。
2.1_3不同气速对Nisin发酵的影响
固定电流强度为0.40 A,磁场辐射时间为5 h,对
发酵过程中气速进行控制,所得发酵产品与同批相应
摇瓶产品的效价进行比较,结果见图4。
曲1
莨
气速,【L/arin)
图4不同气速下效价相对增量
FigA Effect of gas velocity on the relative increment of Nisin titer
如图4所示,通气对Nisin发酵会产生负影响,而
且随着气速的增大,形成的气泡会增加气液表面积,
使发酵液的溶氧增大。在气泡的表面会由于表面聚集
等因素影响菌体的生长及菌体形态;而溶氧的不同会
影响Nisin的产生,因此负影响效应越来越大,直至趋
向于一个稳定值。
2.2旋转中心组合试验的结果
本论文采用中心组合试验设计法【1】对上述试验结
果所得到的3个主要因素进行优化。设定3个主要因
基础研究 食品研究与开发 第320110年8月 卷第8期
素的试验编码为:电流( )、气速( )和暴露时间
(x ),以发酵产物效价提高值为响应值y-,按照CCD
法设计试验表格,并分别对不同组合进行试验。试验
主要因素水平编码表见表1。
表1试验因素编码及水平
Table 1 Code and level of experiment variables
根据以上编码水平设计试验表格并检测响应值,
响应值的预测值和试验值结果见表2。
表2中心组合试验设计及试验结果
Table 2 Central composite design and its experiment results
根据试验结果,利用Design~Expert 7.0.0软件进
行回归分析,得到关于编码值的回归方程。编码方程
如下(Code):
Yl=25.07-1.23 Xl~1.00 X2+2.19 X3+0.25 XlX2—2.75
3—
2.75 3—9.98 Xl 一2.38 X22-4.14 32
对上述回归模型进行方差分析,结果表明在3个
变量中,A(电流),C(暴露时间)具有显著影响,而B
(流速)在研究范围的影响是不显著的。在相互作用
中,A、c是显著的。回归模型的相关系数(R )为0.917,
说明该模型能够解释91.7%的变化,因此,可用此模
型对磁场下Nisin发酵的影响进行分析和预测。所得
到的二次回归方程的响应面及其等高线见图5。
恒
00
惶
b
l7’
惶
00
流
a.时间一气速;b.流速一电流;c.时间一电流。
图5响应面三维图和对应的等高线图
Fig.5 The 3D and corresponding contour plot of response surface
function
根据拟合方程,可以得到最佳因素编码: 一0.1,
X2=0.2,X,=1.0,各个编码所对应的真实值近似为:电流
0.43 A,流速(气速)0.56 L/min,暴露时间7 h。根据以上
第31卷第8期
2010年8月
食品研究与开发 基础研究
白菜泡菜发酵过程中的主要成分变化
齐海萍,胡文忠’,姜爱丽。田密霞
(大连民族学院生物技术与资源利用国家民委一教育部重点实验室,辽宁大连116600)
摘要:从实验室自制的泡菜中分离出乳酸茵茵株,并以该茵株为纯发酵剂,白菜为原料,进行人工发酵制作白菜泡
菜,并对其发酵过程中主要成分变化进行监测。结果表明:加碘、加花椒的方法有利于产酸;盐浓度对还原糖含量的变
化有一定影响;白菜中Vc含量随发酵过程的进行而下降;整个发酵过程中泡白莱中亚硝酸盐的含量随发酵时间在一
定范围内波动.且含量很低。
关键词:泡菜;乳酸茵;发酵
The Variances of Main Components during Cabbage Pickle Fermentation
QI Hai-ping,HU Wen-zhong*,JIANG Ai-li,TIAN Mi-xia
(CoHege of Life Science,Dalian Nationalities University,Dalian 1 1 6600,Liaoning,China)
Abstract:This experiment mainly studied the relations of the pH value,the total acid content and the
fermentation time during the sauerkraut fermentative process.The changes of reducing sugar,Vc content and the
ni ̄ous acid salt content were also studied during the fermentative process.
Key words:sauerkraut;Lactobacillus;fermentation
作者简介:齐海萍(1973一),女(汉),讲师,博士,研究方向:食品生物技术。
通信作者
优化试验所得的各因素优化值,进行磁场下Nisin发
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酵试验,经优化后效价较优化前提高27%。
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3结论
56-59
本试验主要对乳酸乳球菌在极低频磁场下的
[6]Polk C,Postow E.Handbook of biological effects of electormagnetic
Nisin发酵进行了研究,分别考察了电流、气速、暴露时
ifelds[M].2nd Edition.New York:CRC Press,1996
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收稿日期:2010-03—21
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