南美白对虾虾头的微生物法综合利用技术

【摘要】南美白对虾作为我国养殖产量最大的虾种，在加工过程中会产生大批的虾头废弃物，其中只有一部分被直接加工成饲料，其余大多被丢弃，很少被高值化利用。对虾虾头富含蛋白质和甲壳素，是生产虾蛋白粉与甲壳素的良好原料。本文以脱除蛋白质和矿物质为目标，研究了单菌发酵和双菌协同发酵方法对南美白对虾虾头的利用效果，为南美白对虾的高值化综合利用提供技术支持。主要研究结论包括以下两个方面：1）建立了B.licheniformisOPL-007单独发酵利用虾头的整体工艺，包括微生物发酵条件优化、发酵液功能成分及抗氧化性能研究，得到最优发酵工艺为：采用虾头种子培养基活化菌种，接种量为5%，起始培养基pH为10，固液比为10g:80mL，30℃、180rpm发酵48h。此工艺下的脱蛋白率达到85.30%±0.010。在最佳工艺下，对B.007单独发酵虾头的发酵液进行了分析，发现其富含生物活性物质：多酚、多糖、还原糖、游离氨基酸及有机酸，其含量分别为888.8mg/L、402.74mg/L、85.88mg/L、2097.41mg/L、5426.74mg/L；同时含有4种酶：蛋白酶、甲壳素水解酶、-淀粉酶和脂肪酶。在最佳工艺下，对B.007单独发酵虾头的发酵液的抗氧化性能进行了分析，以BHA、BHT及柠檬酸为阳性对照，结果表明，该发酵液具有较强的清除DPPH自由基能力、还原能力及Fe2+螯合能力，同时证明了对该抗氧化性能贡献最大的物质是非蛋白质氨基酸中的牛磺酸，其次是多酚。在最佳工艺下，将2.5L发酵液经过滤、喷雾干燥得到10.142g虾蛋白粉。该虾蛋白粉呈土黄色，有愉悦的虾香味，含水5.020%±0.211、灰分19.811%±0.833、蛋白质67.599%±1.693、矿物质7.570%。其中矿物质元素包括Na、K、Ca、Mg等4种常量元素（其中以Na、K含量较高，分别高达43.081mg/g和20.598mg/g）及Fe、Cu、Zn等7种微量元素（其中以Fe含量最高，为361.512μg/g）。虾蛋白粉同时含有15种水解氨基酸，总含量为389.876mg/g，其中包括6种必需氨基酸（106.48mg/g）、8种非必需氨基酸和1种非蛋白质氨基酸——牛磺酸（27.704mg/g）。虾蛋白粉不含致病微生物，对虾蛋白粉中的微生物含量进行了测定，发现其菌落总数是110000CFU/g，同时含有少量的大肠杆菌（<10CFU/g），不含沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、霍乱弧菌、志贺氏菌和副溶血性弧菌等致病微生物；菌落形态和菌体形态的鉴定结果表明虾蛋白粉，发现虾蛋白粉中含量最多的微生物是地衣芽孢杆菌，因此，该虾蛋白粉可以作为益生菌饲料而被应用于水产养殖业中。2）建立了利用B.007（产蛋白酶）和GluconobacteroxydansDSM-2003(G.2003，产酸)协同发酵虾头进行甲壳素清洁生产的实验室工艺，可实现一步法提取虾头中甲壳素的目的。对B.007和G.2003双菌协同发酵虾头的工艺进行了探索，且得到最优发酵条件（B–>G）——先接种B.007，发酵60h后接种G.2003，同时添加葡萄糖溶液继续发酵36h，在最优发酵条件下，脱蛋白率、脱盐率和甲壳素产率分别达到87.03%、93.49%和90.81%，发酵时间（96h）较目前所报道的相关研究可缩短一半。由此可知，B–>G发酵方式可实现连续脱除虾头中蛋白质和盐类。对B–>G方式发酵虾头的发酵液进行了分析，发现其富含生物活性物质——总酚、多糖、还原糖、游离氨基酸及有机酸。其中除总酚之外，其他指标在B–>G发酵液中的含量均较未发酵煮液和B.007单独发酵液高。其中，B–>G发酵液的有机酸含量（16055.04mg/L）是B.007单独发酵液的有机酸总量（4789.05mg/L）的3倍；此外，作为氧化葡萄糖酸杆菌的特征指示酸——葡萄糖酸，其含量的增加进一步验证了氧化葡萄糖酸杆菌在该发酵方式中的成功运用。对B–>G方式发酵虾头所得发酵液的抗氧化性能进行了分析，以未发酵煮液、B.007单独发酵液、BHA、BHT及柠檬酸为阳性对照，结果表明，除还原能力外，B–>G发酵液具有较所有对照样品更强的清除DPPH自由基能力和Fe2+螯合能力，更适用于功能食品的开发。对B–>G方式发酵虾头所得甲壳素进行了扫描电镜表征，结果发现B–>G协同发酵虾头得到的甲壳素变得高度一致且呈现多孔层状组织和裂隙密集结构，且较B.007单独发酵和G.2003单独发酵虾头得到的甲壳素相比，B–>G发酵得到的甲壳素的结构得到较好程度的保存。3）本研究利用单菌和双菌发酵法利用虾头，不仅拓展了虾加工废弃物的利用途径，同时为其他甲壳类加工副产物的高值化综合利用提供理论依据，而且减轻甚至避免资源的浪费，解决虾头丢弃引起的环境污染问题，促进海洋水产业的健康持续发展，便于工业化大量生产，具有良好的市场前景和经济效益。
【作者】刘培；
【导师】毛相朝；
【作者基本信息】中国海洋大学，食品工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】地衣芽孢杆菌；氧化葡萄糖酸杆菌；虾头；甲壳素；抗氧化活性；

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