酶解协同益生菌发酵消减豆粕抗营养因子及其品质评估

作     者：周钇灵 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨安树

授予年度：2024年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：豆粕 酶解 发酵 风味物质 抗营养因子 

摘      要：豆粕是由大豆提取植物油后的副产物,富含蛋白质和其他营养物质,其价格低廉,广泛应用于食品及饲料行业。然而,由于抗营养因子和不良风味物质的存在,豆粕的应用受到限制,需进行适当加工以提高其利用价值。因酶解协同发酵兼具酶解和微生物发酵的优点,其研究越来越受到青睐。目前,大量研究只关注酶解或发酵后豆粕中营养成分或单一抗营养因子的变化,而酶解协同发酵豆粕中抗营养因子、风味、生物功能活性和消化性的系统研究仍然缺乏。 本论文以豆粕为对象,采用酶解协同发酵技术制备高营养成分、低抗营养因子、良好风味兼具抗氧化生物活性的豆粕。首先,分别优选出适合酶解和发酵的蛋白酶和益生菌,并优化其酶解和混合益生菌发酵工艺;再以优化工艺制备酶解协同发酵豆粕,对其风味、营养成分、抗营养因子进行分析;最后,评估酶解协同发酵豆粕的抗氧化活性和体外消化性。主要研究方法、结果和结论如下: 1、分别以蛋白水解程度和大豆低聚糖(棉子糖和水苏糖)含量为指标,对酶解协同发酵工艺条件进行了优化。结果表明,预处理条件为超声15 min,酶水解选用角蛋白酶和碱性蛋白酶,其添加量分别为500 U/g和1500 U/g豆粕,酶解时间为6 h,p H为9.5;发酵条件选用酿酒酵母(Sc):植物乳杆菌(Lp):凝结芽孢杆菌(Bc)=2:1:2,料:水=1:1.5,接种量为1.5%,发酵温度为32℃,发酵时间为36 h。豆粕经酶解结合发酵后,40k Da以上抗原蛋白基本被降解,水苏糖和棉子糖含量分别降至2.70 mg/g和2.52 mg/g,综合降解抗营养因子效果优于单独酶水解或发酵。 2、利用电子鼻和GC-MS分析豆粕风味变化。结果表明,发酵以及酶解协同发酵豆粕的电子鼻雷达图具有相似的风味轮廓,且碱性蛋白酶水解协同发酵豆粕中各风味物质信号强度最高;GC-MS结果显示未处理豆粕中共有20种风味化合物,其中己醛含量最高,占比24.34%,酶解豆粕中己醛含量减少,但产生了新的豆腥味物质—戊醛,豆粕风味并未得到明显改善,而酶解协同发酵豆粕中己醛含量几乎完全消失,且产生了香味物质如吡嗪类化合物以及L-乳酸,豆粕的风味得到改善。 3、采用凯氏定氮、氨基酸分析等方法测定豆粕中营养成分以及抗营养因子含量。结果表明,与未处理豆粕相比,发酵豆粕中粗蛋白含量增加至53.3%,抗原蛋白含量降至6.78 mg/g·pro,胰蛋白酶抑制剂活性、脲酶活性和大豆凝集素含量均有所降低,但其酸溶蛋白、游离氨基酸以及必需氨基酸总量变化不大;酶解豆粕中粗蛋白含量增加至48.0%,抗原蛋白降至1.67 mg/g·pro,酸溶蛋白、游离氨基酸以及必需氨基酸总量显著增加,但大豆凝集素含量高于其他处理组;酶解协同发酵豆粕中粗蛋白含量增加至49.1%,抗原蛋白含量降低至1.37mg/g·pro以下,胰蛋白酶抑制剂、脲酶活性和大豆凝集素含量也均有降低,酸溶蛋白、游离氨基酸以及必需氨基酸总量均有显著增加,豆粕的营养品质得到极大提高。 4、通过分析总酚、总黄酮以及自由基清除率评估豆粕的抗氧化活性,并利用扫描电镜观察豆粕的微观结构;同时基于体外模拟消化实验,采用SDSPAGE测定消化产物的变化情况。结果表明,与单独酶解或发酵豆粕相比,酶解协同发酵豆粕中总酚含量高于11.62 mg GAE/g豆粕、总黄酮含量高于12.20mg RE/g豆粕,两种抗氧化自由基清除率分别高于84.16%和41.88%;与未处理豆粕或发酵豆粕相比,酶解协同发酵豆粕的微观结构被破坏较大,产生了更多小分子蛋白与多肽等,更易被胃肠消化。