（农产品加工及贮藏工程专业论文）菊芋酒的加工工艺研究.pdf

摘要 曼曼曼! ! 曼曼曼曼曼! 皇曼曼皇曼舅i i 一1 l _ o 曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 量曼曼曼! ! 曼 菊芋酒的加工工艺研究 农产品加工及贮藏工程专业硕士研究生王圣开 指导教师董全副教授 摘要 菊芋( j e r u s a l e ma r t i c h o k e ) ，富含菊糖、低聚果糖、氨基酸、维生素等营养素，近年来， 以现代新技术分离精制而成的菊粉、低聚果糖、超高果糖浆等，在国际上己公认其具有较高 的营养价值和保健作用。菊芋酒由丁其具有营养成分而具有较广阔的发展前景。本文土要采 用透明圈初筛等方法筛选出一株黑曲霉a 1 8 ( a s p e r g i l h t sn i g e r1 8 ) ，采用响应面分析方法优化液 体发酵产得外切菊粉酶，利用外切菊粉酶作用丁菊芋提取液制备菊芋提取液；然后响应面分析 法优化黑曲霉发酵生产菊粉酶的发酵工艺条件。具体研究实验结果如下： ( 1 ) 菊粉酶可以催化菊芋中的果聚糖水解为果糖或低聚果糖。本文从菊芋根际周围土壤 中透明罔初步筛选山的2 5 株产菊粉酶的霉菌，通过进一步复筛，筛选出产菊粉酶酶活力较高 的3 株霉菌，选取产酶活力1 4 5 u t n l 的菌株a 18 进行进一步研究。经过进行菌种形态学观 察和光学显微镜鉴定，确定霉菌菌株a 1 8 ( a s p e r g i l h t sn i g e r1 8 ) 为黑曲霉。 ( 2 ) 经单因子试验，筛选确定最佳碳源为菊芋提取液，最佳氮源为蛋白胨和n h 4h 2 p 0 4 。 试验结果为7 0 菊芋提取液、0 6 0 蛋白胨、o 5 n h 4 i h 2 p 0 4 、p h 5 5 ，菌悬液的接种量( 2 5 x 1 0 6 c f u m l ) 为1 0 2 0 m l ，2 5 0 m l 的二角瓶装液量为5 0 m l ，温度在2 8 3 0 之间，摇床转速为 16 0 r m i n d 发酵培养4 d 。 ( 3 ) 经响应面( r s m ) 试验分析，按p l a c k e t t b u r m a n 设计做8 个因素1 2 个实验，确定黑曲霉 a 1 8 产菊粉酶的显著影响冈素为菊芋提取液、蛋白胨、磷酸二氢铵，利用box _ behnken 响应面分析法，得到回归方程：y l = 3 3 1 + 0 7 8 7 5 x i + o 2 8 7 5 * x 2 + 1 4 2 5 掌x 3 3 4 7 5 木x l 幸x l - 0 i * x l x 2 + 1 6 2 5 x l 幸x 3 0 0 2 5 * x 2 * x 2 0 9 2 5 x 2 木x 3 4 5 * x a * x 3 。 确定了黑曲霉a 1 8 产菊粉 酶酶活最高的最佳发酵条件为：7 8 的菊芋提取液、0 6 5 的蛋白胨、o 5 5 的( n i - 1 4 ) h 2 p 0 4 、 初始p h 5 5 ，摇瓶转速1 6 0 r m i n ，2 8 。c 培养4 d 。最高酶活达剑3 4 6 u m l ，比优化前酶活提高了 近5 0 。 ( 4 ) 采用上述优化的培养基发酵的培养液，对菊粉酶的酶学性质( 粗酶液) 进行了初步 研究，确定菊粉酶的最佳酶解条件为：温度为5 5 6 0 ，底物浓度1 2 、加酶量9 u g ，酶解 时间1 0 h ，酶解率达剑8 9 。 两南夫学硕十学伊论文 ( 5 ) 以安琪葡萄酒酵母为研究对象，考察了初始ph 、温度、初始糖度、接种量等多种冈 素对菊芋酒精发酵性能的影响，确定了发酵的条件为p h 4 0 5 0 、温度2 2 c 、初始糖度1 8 、 接种量为o 1 。并且对不同浓度菊芋提取液进行了发酵实验。 ( 6 ) 酒精发酵经响应面实验分析，得剑回归方程： y 2 = 9 6 4 1iii + 0 3 7 5 1 0 1 x j + o 3 7 9 7 6 1 x 2 + 0 7 8 6 4 8 1 x 3 0 4 2 2 5 2 9 x i x i 0 1 x i x 2 + 0 1 5 x i x a - 0 3 1 6 4 6 3 x 2 x 2 + 0 0 5 x 2 x 3 - 0 4 5 7 8 8 4 x 3 x 3 ， 可以从公式得出，以菊芋提取液为原料，经菊粉酶酶解，葡萄酒酵母细胞发酵生产乙醇的最 适发酵条件为：温度为2 2 * c , p h5 0 ，发酵液糖度为1 8 8 ，发酵速度适中，酒精转化率最高， 在发酵6 d ，发酵醪中乙醇含量达9 9 8 。同时对菊芋酒的酒精度、总糖、p h 值、可溶性同 形物、总酸进行测定。测定结果分别为：酒精度为1 0 6 3m l l o o m l ，总糖含量为0 8 3 9 1 0 0 m l ， p h 5 0 ，总酸含量为0 8 9 l o o m l ，可溶性固形物含量为2 6 2 9 1 0 0 m l 。 ( 7 ) 对菊芋酒的产生的香味物质成分进行了初探，确定菊芋酒的主要风味物质，包括了 6 8 种组分，其中，2 1 种醇类，1 5 种酸类，1 2 种酯类，7 种酮类，2 种酚类，3 种烷烃类，还有 其他8 种组分。 关键词：菊芋菊粉酶黑曲霉菊芋酒 a b s t r a c t a b s t r a c t j e r u s a l e ma r t i c h o k ei sc o m p o s i t eh e l i a n t h u sp e r e n n i a lh e r b ，w h i c hb ec o m m o n l yc a l l e da s j e r u s a l e ma r t i c h o k e i th a v eg o o dn u t r i t i o na n dh e a l t hp r o t e c t i o nf u n c t i o n ，w h i c hc o n m i na b u n d a n t n u t r i m e n t s ，s u c ha si n u l i n ，f r u c t o o l i g o s a c c h a r i d e s ，a m i n oa c i da n dv i t a m i n i nr e c e n ty e a r s ，u s e d t h em o d e m s e p a r a t i o nt e c h n o l o g y ，i n u l i n ，f r u c t o o l i g o s a c c h a r i d e sa n du l t r a - h i g hf r u c t o s es y r u pw e r e p r o d u c e df r o mj e r u s a l e ma r t i c h o k et u b e rw h i c hh a sr e c o g n i z e di t sh i g hn u t r i t i o n a lv a l u ea n d h e a l t he f f e c t si nt h ei n t e r n a t i o n j e r u s a l e ma r t i c h o k ew i n eh a sw i d e l yd e v e l o p m e n tf o r e g r o u n d b e c a u s eo fi t sn u t r i t i o nc o m p o n e n t i nt h i sp a p e r ，s l e e t e d 雠s hj e r u s a l e ma r t i c h o k ea sm a t e r i a l ， a f t e rh e l i a n t h u sa n a l y s i so ft h ej e r u s a l e ma r t i c h o k et u b e r sf i n ef r a c t i o n ，t a k et h ei n u l i na st h e m a i nc a r b o ns o u r c ei nl i q u i di n u l i nf e r m e n t a t i o n ，o b t a i n i n gt h ei n u l i n a s ee x o n u c l e a s et h r o u g ht h i s t e s t t h e nu s i n gi n u l i n a s ee x o n u c l e a s ea c t i n go nt h ej e r u s a l e ma r t i c h o k ee x t r a c tt op r e p a r a t et h e s u g a rl i q u i d ；u s e dr e s p o n s es u r f a c eo p t i m i z a t i o no fa s p e r g i l l u sn i g e ri n u l i n a s e f e r m e n t a t i o n c o n d i t i o n sf o rt h ef e r m e n t a t i o np r o c e s s s p e c i f i cs t u d i e sc o n t e n ta n dr e s u l tw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i n u l a s ec a nc a t a l y z el e v a no f j e r u s a l e ma r t i c h o k e h y d r o l y z e a sf r u c t o s eo r f r u c t o o l i g o s a c c h a r i d e s 2 5s t r a i n sc a p a b l eo fp r o d u c i n gi n u l i n a s ew e r ei s o l a t e df r o mr h i z o s p h e r e s o i lo fj e r u s a l e ma r t i c h o k e o fa l l ，t h r e es t r a i n sw i t hh i g hi n u l i n a s ep r o d u c t i v i t yw e r eo b t a i n e d s e l e c t i n gt h eb a c t e r i u ma 1 8 ( i t si n u l i n a s ep r o d u c t i v i t yi s1 4 5 u r n l ) t of u r t h e rs c r e e n i n g o b s e r v e d a n di d e n t i f i e db yb a c t e r i u mm o r p h o l o g i c a la n dm i c r o s c o p i c ，a18 ( a s p e r g i l h t sn i g e r18 ) w a s d e n t i f i e da sa s p e r g i u u sn i g e r ( 2 ) b ys i n g l ef a c t o rt e s t ，t h eo p t i m u mc a r b o ns o u r c e ：j e r u s a l e ma r t i c h o k ep o w d e r ( c o n s i d e rt h e c o s t ，i nt h i sp a p a r , u s e dt h ee x t r a c to fj e r u s a l e ma r t i c h o k ea sc a r b o ns o u r c e ) ，t h eo p t i m u mn i t r o g e n s o u r c ew e r ep e p t o n ea n dn h 4 h 2 p 0 4 a r e rs t u d y i n go ni t sf e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n ，t h eo p t i m u m c o n d i t i o nf o rh i g h e ri n u l i n a s ep r o d u c t i o nb ya s p e r g i l l u sn i g e ra 1 8w a sd e t e r m i n e da ss h o w n b e l o w ：e x t r a c to fj e r u s a l e ma r t i c h o k e7 0 ，p e p t o n eo 6 0 ，0 5 n h 4h 2 p 0 4 ，p h 5 5 ，i n o c u l a t e d w i t h1 0 - 2 0 m lo f s p o r es u s p e n s i o n s ( 2 5 x 1 0 6 c f u m l ) m a x i m a li n u l i n a s ea c t i v i t yo f a l 8o b t a i n e d a f t e r9 6ho fg r o w t hi ns h a k ec u l t u r e s ( 5 0m lo fm e d i u mi n2 5 0m lf l a s k s ) ，t e m p e r a t u r ei s2 8 3 0 0 c a g i t a t i o ns p e e d2 4 0r m i na r eo p t i m u m c o n d i t i o n sf o ra 18 ( 3 ) u s e dr s ma n a l y t i c a lm e t h o d ，e i g h tf a c t o r st w e l v et e s t sw e r ed e s i g n e db yp l a c k e t t b u r m a n ，s i g n i f i c a n tf a c t o r so fa s p e r g i l l u sn i g e ra 18i n u l i n a s ep r o d u c t i o nw e r et h ej e r u s a l e m a r t i c h o k ee x t r a c t ，p e p t o n e ，( n h 4 ) h 2 p 0 4 u s e db o x b e h n k e nr s ma n a l y t i c a lm e t h o dt og e ta r e g r e s s i o ne q u a t i o n ：y l = 3 3 1 + o 7 8 7 5 + x l + o 2 8 7 5 x 2 + i 4 2 5 。x 3 - 3 4 7 5 + x t + x i 一0 1 + x l x 2 + 两南人学硕十学何论文 1 6 2 5 x l * x 3 - 0 0 2 5 x 2 + x 2 0 9 2 5 x 2 * x 3 4 5 x 3 * x 3 。t h eb e s tf e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n so ft h eh i g h t e s t a c t i v i t yw h i c ha s p e r g i l l u sn i g e r a l 8 ，p r o d u c e dt h er e s u l ta sf o l l o w s ：j e r u s a l e ma r t i c h o k ee x t r a c t 7 8 ， p e p t o n e0 6 5 ，( n h 4 ) h 2 p 0 40 5 5 ，i n i t i a lp h 5 5 ，s h a k ef l a s ks p e e d l6 0 r m m ，2 8 c u l t u r ef o r4 d a y s t h eh i g h t e s te n z y m ea c t i v i t yr e a c h e d3 4 6 u m l ，a n di n c r e a s e dn e a r l y5 0 t h a no p t i m i z i n g t h ep r e - a c t i v i t y ( 4 ) s t u d i e do nt h ee n z y m o l o g yp r o p e r t i e so fi n u l i n a s eb yt h ea b o v e - m e n t i o n e dc u l t u r el i q u i d t h a to p t i m i z a t i o nc u l t u r em e d i u mf e r m e n t a t e d ，t h er e s u l to ft h eb e s to p t i m i z a t i o ni n u l i n a s e h y d r o l y s i sa sf o l l o w s ：t e m p e r a t u r e5 5 6 0 ，c o n c e n t r a t i o no fs u b s t r a t e1 2 ，t h ea m o u n to fe n z y m e 9 u g ，e n z y m eh y d r o l y s i st i m e1 0 h ，e n z y m eh y d r o l y s i sr a t eo f8 9 ( 5 ) s t u d i e do nt h es a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a eh a n s e n ，s o m ef a c t o r st h a ta f f e c tt h ep r o p e r t i e so f j e r u s a l e ma r t i c h o k ea l c o h o lf e r m e n t a t i o nw e r e s t u d i e d ，s u c h a si n i t i a l p h ，t e m p e r a t u r e ， c o n c e n t r a t i o no fi n i t i a ls u g a r ，i n o c u l m em e a s u r e t h er e s u l to ft h ef e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n 罄 f o l l o w s ：p h 4 5 ，t e m p e r a t u r e2 2 0 c ，c o n c e n t r a t i o no fi n i t i a ls u g a r1 8 8 ，i n o c u l a t em e a s u r e0 1 a n dd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so f j e r u s a l e ma r t i c h o k ee x t r a c tf e r m e n t a t i o ne x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e d o u t ( 6 ) t h er e s u l to fa l c o h o l i cf e r m e n t a t i o nr s mt e s ts h o w e dt og e tar e g r e s s i o ne q u a t i o n ： y 2 - - 9 6 4 11 11 + 0 3 7 5 1 0 1 x 1 + 0 3 7 9 7 6 1 x 2 + 0 7 8 6 4 8 1 x 3 0 4 2 2 5 2 9 x l x l 0 1 x l x 2 + 0 1 5 x i x 3 - o 3 1 6 4 6 3 x 2 x 2 + 0 0 5 x 2 x 3 0 4 5 7 8 8 4 x 3 x 3 s l e e t e dt h ee x a c to fj e m s a l e r na r t i c h o k ea sm a t e r i a l ，e n z y m eh y d r o l y z e db yi n u l a s e ，t h e o p t i m i z a t i o nf e r m e n t a t i o nc o n d i t i o n st h a ts a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a eh a n s e np r o d u c e de t h a n o la s f o l l o w e d ：t e m p e r a t u r e2 2 ，p h5 0 ，s u g a rd e g r e eo ff e r m e n t a t i o nl i q u i d 18 8 ，s p e e do f f e r m e n t a t i o nm o d e r a t e ，t h ec o n v e r s i o nr a t eo fa l c o h o lw a sh i g h e s t ，t h ec o n t e n to fe t h a n o li nt h e f e r m e n t i o np r o c e s s i n gr e a c h e d9 9 8 a f t e rf e r m e n t a t i n gs i xd a y s a tt h es a n l et i m e ，t h i sp a p e r m e n s u r a t e dt h ea l c o h o ll e v e l ，t h er e d u c i n gs u g a r , t o t a ls u g a r , p h ，s o l u b l es o l i d s ，t o t a la c i di nt h e j e r u s a l e ma r t i c h o k ew i n e r e s u l tt od e t e r m i n ew h i c ha l c o h o l i c i t yi s1 0 6 3m l l o o m l ，t o t a l s u g a r - c o n t e n to 8 2 9 1 0 0 m l ，a c i d - c o n t e n ti s0 8 e 1 0 0 m l ，s o l u b i l i t y - c o n t e n ti s3 5 9 1 0 0 m l ( 7 ) t h ea r o m ac o m p o n e n t so fj e r u s a l e ma r t i c h o k e sw i n ew e r ci s o l a t e da n di d e n t i f i e db y c a p i l l a r yg c - m sm e t h o d ，6 8 c o m p o u n d sw e r ei d e n t i f i e di nt h es a m p l e ，i n c l u d i n g2 1m c o h o l s ，1 5 a c i d ，12e s t e r s ，7k e t o n e s ，2h y d r o x y b e n z e n e ，3h y d r o c a r b o n s ，8o t h e ra r o m ac o m p o n e n t k e y w o r d s ：j e r u s a l e ma r t i c h o k e ；i n u l a s e ； a 18 ：j e r u s a l e ma r t i c h o k ew i n e i v 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中引用他人已经 发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋 友、同仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：谚叮 签字嗍：砂了引月” 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹 可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口保 密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：钐参寸 签字魄俨r 年月 导师签名：易岔 签字日期：z 口汐罗年多月日 第1 章文献综述 第1 章文献综述 1 1 菊芋的概况 1 1 1 菊芋的简介 菊芋( h e l i a n t h u s t u b e r o s u s ) 俗称洋姜、鬼子姜，为菊科向日葵属，多年生革本植物。 原产于北美洲，1 7 世纪引入欧亚人陆，2 0 世纪初是欧洲一种普遍的农作物，在中国南北各 地均有栽培1 1 。茎直立扁圆形，有不规则突起，高2 - - - 3m ，叶卵形、先端尖、绿色、互生。 头状花序较大，单生枝项，直径2 - - 8m 总苞片多层，披针形，长约1 5m m ，宽至4 m m ， 背部有短伏毛；托片长圆形，先端3 裂，背面有肋；瘦果小，楔形：冠毛具2 - - 4 个有毛的 扁芒。菊芋根系发达，入土较深；有块状地下茎及纤维状根。其食用部分为块茎，块茎呈纺锤 形或不规则瘤形，大小不一，颜色有红、白、黄、紫等。大块茎有8 c m x 5 c m ，一般个体块茎重5 0 7 0 9 ，大的重达2 5 0 - - 3 5 0 9 ，每株有块茎5 0 6 0 个，大块攀长有小块苇，形似生姜。菊芋是形成地 下块茎的栽种。块茎在6 - 一7 c 萌动发芽，8 1 0 c 出苗。春季地温达1 0 。c 时菊芋开始发芽， 长出叶片。9 月上旬开始开花，地下块荜开始膨人，早熟品种1 0 月中旬地上直立茎成熟，晚 熟品种剑1 1 月上中旬才成熟。同时，菊芋具有耐寒、耐旱能力特别强；抗风沙、保持水土；繁 殖力强；菊芋耐霜、耐病虫害能力强，可抑制杂草生长等生态适应性2 1 ，对于菊芋的种植扩 大规模化管理及深加工提供了便利。 菊芋地下块茎内含丰富的菊糖，系果糖多聚物，它含有大量的硒，和超高果糖浆，是当今 保健食品的全新多功能配料。菊芋块茎各营养成分【3 】含量见表1 1 。 表1 - 1菊芋的营养成分( 每1 0 0 克中含) t a bl - 1n u t r i t i o n a li n g r e d i e n to f j e r u s a l e ma r t i c h o k e ( e a c h10 0 9t oc o n t a i n ) 两南人硕十学伊论文 1 1 2 菊芋的经济价值及开发利用 1 1 2 1 药用价值 菊芋所含的成分还有重要的药理作用，被美国防癌协会列为3 0 种有防癌作用的蔬菜之一。菊 芋块茎味甘、平无毒，具有利水去湿、和中益胃、清热解毒等功效。可作为利尿剂，用于糖 尿病的辅助治疗。将块茎捣碎外敷，用以消除肿毒。菊芋块茎中富含菊糖和寡果糖( 占块茎 干重的8 0 以上) ，它对于调节肠胃功能、改善脂质代谢、提高免疫力、排毒养颜、促进矿物 质的吸收，同时菊粉还可以减轻食物过敏症状以及排斥反应；还可减少肝脏毒素，特别是氨基 毒素，能在肠中生成抗癌的有机酸，有显著的防癌功能；对牙齿无不良影响，它不被龋齿利用。 加入化妆品中使用，可抑制脸部及皮肤表面有害菌的生长。低聚果糖对家禽、家畜有同等功效， 是功能饲料添加剂，被称为原生素( p p e ) 【4 1 。 1 1 2 2 食用价值 菊芋块茎内含有丰富的营养物质。在食品工业加t 方面，可改良食晶的组织结构、改善 食品的味觉及口感，并可替代脂肪而广泛应用于食品中。菊芋甜味纯正，比蔗糖清爽，可作为 一种功能性甜味剂广泛运用与乳品，甜点、饮料等食品行业中5 1 。除此之外，菊芋可作口服液 配料，可提高其中成分的生物活性。菊芋通过现代新技术分离精制而成的菊芋粉、低聚果糖和 超高果糖浆等食品一l 业原料，具有超强的增殖双歧杆菌的功能，因此是一种对人体有益的功 能性物质。是2 1 世纪最具有代表性的健康食品。菊芋粉作为一种天然的功能性多糖，具有水 溶性膳食纤维和生物活性生理学功能，因而广泛用于低热量、低糖、低脂食品中【6 】。 菊芋块苇富含氨基酸、糖、维生素等，质地向细脆嫩，口感好，无异味。可生食、炒食、煮 食或切片油炸，若腌制成酱菜或制成洋姜脯，更具独特风味。菊芋病虫害较少，是制作绿色食品的 上乘原料。目前，以菊芋为原料的产品有腌制菊芋、俄式酸菊芋、菊芋牛肉豆豉、菊芋果酱、 菊芋蜜饯、菊芋干、菊芋香辣酱和菊芋饮料等。 1 1 2 3 能源价值 菊牛块茎经微生物发酵可以转化成生物质能源，每公顷菊芋每年生产的块茎可以转化成4 5 0 0 l 乙醇和碳氢燃料，同时菊芋块茎也可以作为原料经化学反应制备成氢能及多种化学品川。 菊粉发酵后可制成酒精，被称为绿色石油，是很好的代用燃料，同时又能提高汽油燃烧质量【引。 除上述价值外，菊芋茎秆可作为动物饲料，并有防风同沙改良- 十壤的作用5 9 1 。 1 2 菊芋的研究现状 国内外对于菊芋的研究主要集中于利用现代生物技术对菊芋进行深加：j ：精制而成的菊 粉、低聚果糖和超高果糖浆等方面。菊芋中菊糖的提取方法、菊糖的理化性质、功能及应用 2 第1 章文献综述 方面做了深入的研究，提供了宝贵的理论依据j o j 。从2 0 f t c 纪9 0 年代以来，有不少人进行了用 菊芋生产高果糖浆的研究，但至今还没有见到此类产品的工业化生产的报道。相比之下，我 国在菊芋资源的开发利用上，已远远落后于发达国家。 1 2 1 提取菊糖的研究 菊芋作为一种可再生资源，它含有一种贮存性多糖菊粉，约占菊芋肥人块茎干重的7 0 以上。菊粉( 又称菊糖，i n u l i n ) 为天然果糖多聚物，是由多个果糖分子通过d 一2 ，1 一果糖苷键 连接成的多聚果糖，其末端有一个葡萄糖残基以a 1 ，2 糖苷键与之相连，呈直链结构，聚合 度为2 6 0 ，分子量在35 0 0 - - 一55 0 0 之间。菊糖的生产应用在西欧国家从1 9 8 6 年开始，目前 发达国家已将其广泛应用到医药、保健品、食品工业等领域，用以加工低脂低热食品、高纤 维食品、益生类食品、保健类食品，尤其在乳品i ：业上。近几年菊糖的应用发展十分迅速， 我国推荐中等能量1 0 m j 的成年人膳食纤维摄入量为3 0 2 9 d ，这一数值在世界大多数国家膳食 纤维推荐摄入量范围内。严奉伟等研制出含菊糖的软糖，降低了软糖的热量，使它具备了功 能性。 h 。 菊糖提取方法一般分为干法和湿法两种。研究表明，以菊芋为原料，对菊糖的提取- 丁艺条 件所做的研究结果表明提取温度、提取时间、提取溶剂的用鼍和提取次数都对菊芋中的菊糖 的提取率有影响。顾天成，吕跃钢”1 等研究了从菊芋干片制备菊糖糖液的过程，总结出菊糖提 取率和果胶溶出量都随着浸提温度增高和浸提时间延长而增大。l i n g y u n w e i 0 4 1 等分别采片j 半部分因子实验设计( f f d ) 、中心组合实验设计( c c d ) 、响应面分析法( r s m ) 对菊芋中菊 糖的提取条件进行比较研究，得出r s m 经验模型，能最好地反应出菊糖提取率与因素间的 关系，最佳提取下艺参数为温度t ：7 6 6 5 0 c ，时间t ：2 0 m i n ，p h 白然，同液比1 ：1 0 5 6 ( w v ) 。 从菊芋中提取菊糖一般分二步进行：原料清洗、切片，热水抽提得菊糖汁；去矿化、超 滤、脱色得精制菊糖汁；蒸发浓缩、喷雾干燥得产品。目前菊芋菊糖的提取处理采用水提 取法以外，还陆续探讨出了超声波提取、微波提取、和酶法提取菊糖的【1 5 , 1 6 1 方法。 1 2 2 低聚果糖的制备 低聚果糖( f o s ) 作为一种功能性低聚糖，被国际营养学界称为“第七营养素”，由丁：具有 良好的口感和丰富的生理功能，可以在食品、饲料、卫生防疫、保键等许多领域应用1 7 】。从 1 9 6 6 年，s c o t t 1 8 1 等利用菊芋中的蔗糖、蔗糖一一果糖基转移酶酶法合成了异蔗果三糖到现在， 用菊手制备低聚果糖一直是科学家的研究热点。目前，工业化生产低聚果糖的方法有两种， 一是由蔗糖经p d 果糖基转移酶合成而得；二是利用内切菊粉酶部分水解菊糖而得归】。低聚 果糖的酶解i ：型2 0 】： 3 两南夫 硕+ 学伊论文 内切菊糖酶 j ， 菊芋_ 清洗，切碎一热水提取_ 菊粉的水解一精制一浓缩一喷雾干燥- 成品 1 2 3 高果糖浆的制备 高果糖浆是指果糖含量为5 5 以上的果葡糖浆，高果糖浆具有温度越低越甜，渗透压高， 保湿性好，糖尿病人可食用，具有保肝作用等特点【2 1 1 。r a m s s 2 2 1 等通过同定j r ( m ) w r d m 粥嚣 m a r x i a n u sy s - 1 酵母产生的胞外菊粉酶生产高果糖浆，离子交换树 旨 a 5 6 8 。最终的优化条件为 t ：5 5o c ，p h 5 5 ，结果显示，在相同条件下，同定胞外菊粉酶比自由状态的菊粉酶活性高1 0 。 流速分别在3 9 2g ，l 和4 0 2g l 的情况下，高果糖浆的产率分别为8 5 5 和9 2 6 。 1 2 4 其他 菊芋块茎可用于加工成腌制菊芋口3 1 、菊芋膨化脆片、菊芋干、菊芋蜜饯、菊芋果酱、浓 缩菊芋汁等。董全较深入地探讨了软包装菊芋泡菜的加：l 二工艺2 4 1 ，z d u j a k 利用菊芋生产山 梨糖醇【2 5 】等。 1 3 菊芋生产酒精的国内外研究现状 国外在上世纪7 0 年代就开始菊芋生产燃料酒精的研究，而我国却在上世纪9 0 年代才开 始有关菊芋生产酒精的报道，整整落后国外2 0 年。菊芋生产酒精的关键技术点在于菊糖酶酶 源菌株选育的研究、发酵菌种选育的研究，以及菊芋发酵生产酒精工艺条件控制的研究上。 1 3 1 菊糖酶酶源微生物的研究 菊糖酶( i n u l i n a s e ) 是一类p - 2 ，1 d 果聚糖酶，也称p 一果聚糖水解酶，能在一定条件下将 菊糖快速水解为果糖或低聚果树2 酣。根据对底物的作用方式不同，可将其分为两类：一类是 外切型菊糖酶( e x o i n u l i n a s e ) ，多数来源于微生物，底物专一性普遍差；另一类是内切型菊糖酶 ( e n d o i n u l i n a s e ) ，主要来源丁二菊科植物，底物专一性强，仅作崩于菊糖2 7 1 。 微生物菊糖酶主 要来自霉菌、酵母菌、细菌、放线菌等，有过报道的菌株较多集中在霉菌和酵母菌。据不完 全统计，产菊糖酶的丝状真菌有1 7 个属4 0 余种，酵母菌有l o 个属2 0 余种，细菌有1 2 个属l o 余 种1 2 8 1 。但野生型菌株普遍存在的缺陷是酶活水平较低，筛选较高酶活水平菌株和利用基因上 程技术构建菊糖酶基冈：i ：程菌是探索提高菊糖酶表达量的重要方法。 1 3 1 1 菊糖酶酶源菌株选育的研究 s h a r m a l 2 9 1 研究从菊苣根部的土壤中分离出青霉菌，这些菌种经过n t g _ - i 和e t b 卜_ 1 4 第1 章文献综述 处理，经过突变后，有些菌株会产生i s 很高的菊粉酶。结果表明产菊粉酶的微生物在经过诱 导有机突变的物质处理后，其菊粉酶酶的活性有所提高。 王琳等p 0 1 从种植菊芋的根际土壤中分离得到能产菊粉酶的菌株4 6 株，经过进一步的摇瓶 复筛，获得了产菊粉酶能力较高的l 株菌株，经初步鉴定为青霉p e n i c i l l i u ms p b o ，。陈雄利 用透明圈初筛、摇瓶复筛，得到了一株产内切型菊糖酶的高活力菌株，活力可达到3 0 u 1 1 1 l ， 对2 的菊粉溶液的活性( i ) 和2 蔗糖溶液的活性( s ) 之比，o p u s 值达至j 1 6 5 ，表现为明显的内 切酶活性，经鉴定该菌株为黑曲霉p 1 1 。梁艳晖【3 2 1 等从发霉的菊芋中分离得到菌种，用平板透 明圈法筛选出2 株产菊糖酶活力较高的菌株h ，。和q 1 2 。经菌种形态学观察和鉴定，确定菌株h ，。 为黑曲霉，q 1 2 为青霉菌。王光远等【3 3 1 经过初筛、复筛，得到2 株菊糖酶活力较高的酵母菌y 9 和y 2 7 ，其发酵液酶活分别达到1 9 4u m l 和1 4 1 u m l ，两者胞外菊糖酶分泌较少，主要分布 在酵母菌菌体上。通过细胞形态、生理生化特征及生物学一微生物鉴定系统鉴定，将y 9 确定 为浅白隐球酵母( c r y p t o c o c c u sa l b i d u s ) ，y 2 7 确定为季也蒙毕赤氏酵母a ( p i c h i a g u i l l i e r m o n d i i a ) 。 从上述儿位学者的研究可以看出，菊糖酶菌种的来源主要是霉菌与酵母菌，自然条件下 筛选的菌株产菊糖酶的活力均不高，冈此，提高菊糖酶菌株的产酶活力仍然是研究热点之一。 1 3 1 2 产菊糖酶发酵条件的研究 国外关于菊粉酶的研究较早。自8 0 年代以来，己报道了很多菊粉酶高活力菌株，并开展 了产酶、酶学性质、利用微生物菊粉酶生产超高果糖浆和酒精发酵、菊粉酶及其产生菌的固 定化技术以及菊粉酶在生产上的廊用等研究。菊粉酶在食品t 业中的应用潜力巨人，因此， 研究菊粉酶的发酵条件同样具有重要的意义。 国内学者何国庆p 4 1 等人从菊芋生长的环境中分离出1 株产外切b d 果糖转化酶的点青霉， 并经过诱变命名为点青霉( p e n i c i l l i u mn o t a t u m ) m h l ，采用半部分冈子设计和中心组合设计对影 响菊粉酶生产的培养基组成中主要因子进行了优化，得到了最优培养基组成( l ) ：菊芋粉2 4 9 ， 牛肉膏5 9 ，酵母膏1 9 ，豆饼粉l g ，k h 2 p 0 43 9 ，m g s 0 4 7 h 2 00 2 9 ，初始p h 3 5 ，优化的培养 基发酵生产得剑的最人菊粉酶活力为3 2 4 6u m l 。叶淑红掣3 5 】从大然样品中筛选出2 8 株菊粉 酶酶源菌株，经过复筛，得到产菊粉酶活力高于5 o u m l 的菌株9 株，其中黑曲霉5 株，酵母4 株。 经过发酵条r ：的优化后，确立了酵母y 1 0 8 产酶的适宜培养基组成：麦芽糖8 0 ，蛋白胨1 6 ， ( n h 4 ) 2 s 0 4o 5 ，n a c io 3 ，k 2 h p 0 4o 5 ，p h 4 5 。陈雄3 6 】等运川响应面方法优化菊粉酶 液体发酵培养基，试验得出：优化后的发酵培养基：葡萄糖1 ，菊芋粉3 3 l ，玉米浆2 8 3 ，蛋白胨l ，( n h 4 ) 2 s 0 4 0 5 ，m n s 0 4 7 h 2 0o 0 5 ，z n s 0 4 7 h 2 0o 0 1 。在此优化培养基 下，菊粉酶产量为1 0 2 8 2u m l ，是优化前的2 1 倍。祝彦忠3 刀等研究了在i o l 发酵罐上、不 同发酵条件下采h j 黑曲霉砂- - 2 ( a s p e r g i l l u s n i g e ru ，矽生产菊粉酶的过程，并优化了发酵条 5 两南人学硕卜学伊论文 件，即：在3 0 温度f ，搅拌转速3 0 0r m i n ，孢子接种量1 0 4 m l ，通气量4 0 0m ，产酶活 力达剑1 7 3 4 u m l 。为1 ：业化生产该酶奠定了理论基础。w e i w 【3 8 对k l u y v e r o m y c e ss p 】，一 盯运用了响应面分析法得到了最优的培养基。在菊芋汁，尿素，牛肉膏，玉米浆的浓度分别 为8 0 ，2 0 ，o 2 ，4 0 0 o ，在3 0 发酵2 4 h 会得到最大的酶活可以达到5 9 5u m l 的菌种。 在3 2 摇瓶1 5 0r m i n 条件下，培养7 2 h ，y 1 0 8 酶活力为4 6 4 2 u m l 。白型3 9 1 从菊芋生长的土壤、 腐烂的菊竽中筛选到产菊粉酶较高的菌株。通过正交实验确定了克鲁维酵母懈m a r x i a n u s ) 最佳 产酶培养基的配方为：菊粉4 0 9 l j 尿素1 9 l ( 1 蛋白胨4 9 l ( ，酵母粉4 9 l 1 ：环境因素的影响程 度为转速 p h