CN107988271A - 一种含呕吐毒素的小麦的加工方法及应用 - Google Patents

一种含呕吐毒素的小麦的加工方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含呕吐毒素的小麦的加工方法及应用，所述方法包括以下步骤：(1)将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌接种于培养基培养得到混合生物菌液；(2)将小麦制粉得到麸皮与面粉；(3)向所述麸皮中加入混合生物菌液和硅藻土，好氧发酵后获得发酵麸皮和发酵液；(4)将所述面粉水洗后获得湿面筋和淀粉乳，将所述淀粉乳酵母发酵后获得酒精；(5)向所述酒精蒸馏后的酒精废糟液中加入发酵液，制得生物菌剂。所述方法采用混合生物菌液快速分解了麸皮中的呕吐毒素，将面粉中的呕吐毒素富集于酒精废糟液中，用于混合生物菌液的培养，获得了降解呕吐毒素的生物菌剂。

Description

一种含呕吐毒素的小麦的加工方法及应用
技术领域
本发明属于小麦加工领域，涉及一种含呕吐毒素的小麦的加工方法及应用。
背景技术
真菌毒素是产毒真菌在生长过程中产生的一类次生代谢物质，主要包括黄曲霉毒素、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(呕吐毒素)、玉米赤霉烯酮、伏马毒素和赭曲霉毒素等。近年来，受全球气候变暖、极端气候等因素的影响，小麦、玉米等农产品受真菌毒素污染日趋严重，造成了巨大的经济损失。2012年，赤霉病大肆流行，造成了我国安徽、江苏、河南等地小麦呕吐毒素和玉米赤霉烯酮的严重超标。如何安全合理地利用被毒素污染的粮食作物，维护国家粮食食品质量安全，是一个亟待解决的问题。
呕吐毒素属单端孢霉烯族化合物，是镰刀霉菌的代谢产物，化学结构为3α，7α，15-三羟基-12，13-环氧单端孢霉-9烯-8酮，分子式为C15H20O6，相对分子质量为296.32，多分布于小麦、大麦和玉米等谷物的籽实中。呕吐毒素耐热、耐压、在弱酸中不分解，易溶于水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮和乙酸乙酯等极性溶剂中，不溶于正已烷、丁醇和石油醚等非极性溶剂中。呕吐毒素在谷物和水中的检出率居所有镰刀菌毒素之首，对人类和动物的健康构成了严重的威胁。误食被该毒素污染的粮食后，可能引起厌食、恶心、呕吐、腹泻、内脏出血以及运动、免疫和繁殖机能失调等中毒症状。
国家标准GB13078.3-2007规定，猪、犊牛及泌乳期动物的配合饲料中呕吐毒素的限量为1000μg/kg。然而，《2013年呕吐毒素在饲料原料中的污染分布规律》(程传民等)发现，在全国七大地区27个省(市)的200个小麦和小麦副产物样本中，呕吐毒素检出率高达89％；根据《2016年中国饲料和原料中霉菌毒素污染调查报告》(周建川等)，呕吐毒素在小麦和麸皮中的检出率为100％，超标率达83.12％，平均值为2657.81μg/kg，最高值为8324.60μg/kg。如何处理含呕吐毒素的小麦并进行有效利用变得尤为重要。
目前，国内外主要采用物理吸附、化学杀菌及生物降解等方法进行农作物真菌毒素的去除。物理吸附可以将真菌毒素有效地吸附在吸附剂内，但是毒素无法被分解去除；化学杀菌主要通过喷洒杀菌剂杀灭相应的真菌，虽然具有一定的效果，但是过量使用极易出现耐药菌；生物降解已成为最具发展前景的真菌毒素削减技术之一，具有高效、无毒、环保、安全和专一等优点，但是由于需要处理的粮食及其副产物的数量十分庞大，微生物及其代谢产物的分解能力较弱，影响了实际的降解效果。
近年来，众多新兴的真菌毒素削减技术应运而生。CN 106509590 A公开了一种生物降解饲料中呕吐毒素的脱毒剂及其制备工艺，该脱毒剂包括膨润土、免疫多糖、自由基清除剂和枯草芽孢杆菌粉剂，对呕吐毒素的降解率高达95％以上，且产品中添加免疫多糖和自由基清除剂，能够起到保肝护肝和提高机体免疫力的功能。然而，该发明所述的脱毒剂仅适用于小麦麸皮的脱毒，不适用于被呕吐毒素污染的面粉。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种含呕吐毒素的小麦的加工方法及应用，所述方法采用枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌的混合生物菌液降解呕吐毒素，三种菌种相互配合，实现了快速分解呕吐毒素、使麸皮发酵完全的效果，通过对面粉进行水洗、发酵，将呕吐毒素富集于酒精发酵后的糟液中，以糟液为培养基，进行混合生物菌液的培养代谢及扩培，获得了降解呕吐毒素的生物菌剂，整个流程将含呕吐毒素的小麦加工为发酵麸皮、谷朊粉、酒精和生物菌剂，预防了呕吐毒素的二次污染，提高了综合经济效益，实现了含呕吐毒素小麦的有效利用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种含呕吐毒素的小麦的加工方法，包括以下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌按比例接种于培养基中进行培养，得到混合生物菌液；
(2)将小麦制粉得到麸皮与面粉；
(3)向步骤(2)所述麸皮中加入步骤(1)得到的混合生物菌液和硅藻土，好氧发酵后通过固液分离，分别获得呕吐毒素降低的发酵麸皮和含有混合生物菌液的发酵液；
(4)将步骤(2)所述面粉水洗后获得湿面筋和淀粉乳，将所述淀粉乳酵母发酵后获得酒精；
(5)向步骤(4)所述酒精蒸馏后得到的酒精废糟液中加入步骤(3)所述发酵液，好氧发酵，干燥制得生物菌剂。
本发明中，酿酒酵母和地衣芽孢杆菌通过活化枯草芽孢杆菌，增强了枯草芽孢杆菌降解呕吐毒素的能力，枯草芽孢杆菌在酿酒酵母和地衣芽孢杆菌的配合作用下，以硅藻土作为反应载体，增加了枯草芽孢杆菌和呕吐毒素的接触率，强化了枯草芽孢杆菌对呕吐毒素的降解作用，实现了快速分解呕吐毒素、使麸皮发酵完全的效果。
本发明中，副产物发酵液中的混合生物菌液降解了酒精废糟液中的呕吐毒素，而酒精废糟液为发酵液中的混合生物菌液提供营养物质，获得了降解呕吐毒素的生物菌剂，整个流程将含呕吐毒素的小麦加工为发酵麸皮、谷朊粉、酒精和生物菌剂，预防了呕吐毒素的二次污染，提高了原料的利用率。
优选地，步骤(1)所述枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌的比例为(2-8):(1-5):(2-10)，例如可以是2:1:2、2:1:4、2:1:10、2:2:2、2:2:4、2:2:10、2:5:2、2:5:4、2:5:10、6:1:2、6:1:4、6:1:10、6:2:2、6:2:4、6:2:10、6:5:2、6:5:4、6:5:10、8:1:2、8:1:4、8:1:10、8:2:2、8:2:4、8:2:10、8:5:2、8:5:4或8:5:10，优选为(6-8):(2-5):(2-4)。
本发明中，所述枯草芽孢杆菌为经过筛选或经过基因重组的对呕吐毒素具有显著降解效果的菌株。
优选地，步骤(1)所述培养基包括LB培养基和/或牛肉膏蛋白胨培养基。
优选地，步骤(1)所述培养基的pH值为6.8-7.5，例如可以是6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4或7.5。
优选地，步骤(1)所述培养基的溶氧量不小于20％。
优选地，步骤(1)所述培养的温度为37±1℃。
优选地，步骤(1)所述混合生物菌液的浓度不小于5×108cfu/mL，例如可以是5×108cfu/mL、6×108cfu/mL、7×108cfu/mL、8×108cfu/mL、9×108cfu/mL、1×109cfu/mL或2×109cfu/mL，优选为不小于2×109cfu/mL。
优选地，步骤(3)所述混合生物菌液与所述硅藻土的质量比为200:(1-10)，例如可以是200:1、200:2、200:3、200:4、200:5、200:6、200:7、200:8、200:9或200:10，优选为100:(1-2)。
优选地，步骤(3)所述好氧发酵的温度为30-45℃，例如可以是30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃，优选为37±2℃。
优选地，步骤(3)所述好氧发酵的时间为2-7天，例如可以是2天、3天、4天、5天、6天或7天，优选为2-3天。
优选地，步骤(4)所述湿面筋通过环管干燥后获得谷朊粉。
优选地，所述干燥的温度为120-180℃，例如可以是120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃，优选为150-170℃。
优选地，步骤(5)所述好氧发酵的温度为37±1℃，例如可以是36℃、37℃或38℃。
优选地，步骤(5)所述好氧发酵的时间为2-4天，例如可以是2天、3天或4天，优选为2-3天。
作为优选技术方案，一种含呕吐毒素的小麦的加工方法，包括以下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌按(2-8):(1-5):(2-10)的比例接种于培养基中，保持pH值为6.8-7.5、溶氧量不小于20％、培养温度37±1℃，得到浓度不小于5×108cfu/mL的混合生物菌液；
(2)将小麦制粉得到麸皮与面粉；
(3)向步骤(2)所述麸皮中按质量比为200:(1-10)加入步骤(1)得到的混合生物菌液和硅藻土，30-45℃下好氧发酵2-7天，通过固液分离，分别获得呕吐毒素降低的发酵麸皮和含有混合生物菌液的发酵液；
(4)将步骤(2)所述面粉水洗后获得湿面筋和淀粉乳，其中，将所述湿面筋在120-180℃下通过环管干燥后获得谷朊粉，将所述淀粉乳通过酵母发酵获得酒精；
(5)向步骤(4)所述酒精蒸馏后得到的酒精废糟液中加入步骤(3)所述发酵液，在37±1℃好氧发酵2-4天后干燥制得生物菌剂。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的方法制备得到发酵麸皮、谷朊粉、酒精和生物菌剂。
第三方面，本发明提供了一种如第二方面所述的生物菌剂用于降解呕吐毒素。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明中，酿酒酵母和地衣芽孢杆菌通过活化枯草芽孢杆菌，增强了枯草芽孢杆菌降解呕吐毒素的能力，实现了快速分解呕吐毒素、使麸皮发酵完全的效果；
(2)硅藻土的孔径与枯草芽孢杆菌细胞的大小相匹配，以硅藻土作为反应载体，增加了枯草芽孢杆菌和呕吐毒素的接触率，硅藻土与枯草芽孢杆菌发挥物理吸附和生物降解的协同作用，高效降解了麸皮中的呕吐毒素；
(3)小麦加工的副产物发酵液中的混合生物菌液降解了酒精废糟液中的呕吐毒素，而酒精废糟液为发酵液中的混合生物菌液提供营养物质，获得了降解呕吐毒素的生物菌剂，预防了呕吐毒素的二次污染，提高了原料的利用率；
(4)加工得到的发酵麸皮中呕吐毒素的降解率最高为97.23％，谷朊粉中呕吐毒素的降解率最高为98.46％，酒精中呕吐毒素的降解率最高为99.94％。
附图说明
图1为含呕吐毒素的小麦的加工方法流程图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合实施例和附图对本发明作进一步地说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购获得的常规产品。
实施例1
(1)将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌按3:1:2的比例接种于LB培养基中，保持pH值为6.8-7.5、溶氧量不小于20％、培养温度37±1℃，得到浓度不小于2×109cfu/mL的混合生物菌液；
(2)将小麦制粉得到麸皮与面粉；
(3)向步骤(2)所述麸皮中按质量比为100:1加入步骤(1)得到的混合生物菌液和硅藻土，37±2℃下好氧发酵2天，通过固液分离，分别获得呕吐毒素降低的发酵麸皮和含有混合生物菌液的发酵液；
(4)将步骤(2)所述面粉水洗后获得湿面筋和淀粉乳，其中，将所述湿面筋在150℃下通过环管干燥后获得谷朊粉，将所述淀粉乳酵母通过发酵获得酒精；
(5)向步骤(4)所述酒精蒸馏后得到的酒精废糟液中加入步骤(3)所述发酵液，在37±1℃好氧发酵2天后干燥制得生物菌剂。
实施例2
(1)将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌按8:5:2的比例接种于牛肉膏蛋白胨培养基中，保持pH值为6.8-7.5、溶氧量不小于20％、培养温度37±1℃，得到浓度不小于2×109cfu/mL的混合生物菌液；
(2)将小麦制粉得到麸皮与面粉；
(3)向步骤(2)所述麸皮中按质量比为50:1加入步骤(1)得到的混合生物菌液和硅藻土，37±2℃下好氧发酵3天，通过固液分离，分别获得呕吐毒素降低的发酵麸皮和含有混合生物菌液的发酵液；
(4)将步骤(2)所述面粉水洗后获得湿面筋和淀粉乳，其中，将所述湿面筋在170℃下通过环管干燥后获得谷朊粉，将所述淀粉乳通过酵母发酵获得酒精；
(5)向步骤(4)所述酒精蒸馏后得到的酒精废糟液中加入步骤(3)所述发酵液，在37±1℃好氧发酵3天后干燥制得生物菌剂。
实施例3
(1)将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌按2:1:2的比例接种于LB培养基中，保持pH值为6.8-7.5、溶氧量不小于20％、培养温度37±1℃，得到浓度不小于5×108cfu/mL的混合生物菌液；
(2)将小麦制粉得到麸皮与面粉；
(3)向步骤(2)所述麸皮中按质量比为200:1加入步骤(1)得到的混合生物菌液和硅藻土，30℃下好氧发酵7天，通过固液分离，分别获得呕吐毒素降低的发酵麸皮和含有混合生物菌液的发酵液；
(4)将步骤(2)所述面粉水洗后获得湿面筋和淀粉乳，其中，将所述湿面筋在120℃下通过环管干燥后获得谷朊粉，将所述淀粉乳通过酵母发酵获得酒精；
(5)向步骤(4)所述酒精蒸馏后得到的酒精废糟液中加入步骤(3)所述发酵液，在37±1℃好氧发酵2天后干燥制得生物菌剂。
实施例4
(1)将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌按8:5:10的比例接种于牛肉膏蛋白胨培养基中，保持pH值为6.8-7.5、溶氧量不小于20％、培养温度37±1℃，得到浓度不小于5×108cfu/mL的混合生物菌液；
(2)将小麦制粉得到麸皮与面粉；
(3)向步骤(2)所述麸皮中按质量比为20:1加入步骤(1)得到的混合生物菌液和硅藻土，45℃下好氧发酵2天，通过固液分离，分别获得呕吐毒素降低的发酵麸皮和含有混合生物菌液的发酵液；
(4)将步骤(2)所述面粉水洗后获得湿面筋和淀粉乳，其中，将所述湿面筋在180℃下通过环管干燥后获得谷朊粉，将所述淀粉乳通过酵母发酵获得酒精；
(5)向步骤(4)所述酒精蒸馏后得到的酒精废糟液中加入步骤(3)所述发酵液，在37±1℃好氧发酵4天后干燥制得生物菌剂。
对比例1
与实施例1相比，生物菌液只包含枯草芽孢杆菌菌液，其他制备条件与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，混合生物菌液中不含有地衣芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌和酿酒酵母的比例为3:1，其他制备条件与实施例1相同。
对比例3
与实施例1相比，混合生物菌液中不含有酿酒酵母，枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的比例为3:2，其他制备条件与实施例1相同。
对比例4
与实施例1相比，混合生物菌液中枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌的比例为1:8:1，其他制备条件与实施例1相同。
对比例5
与实施例1相比，发酵麸皮的制备过程不使用硅藻土，其他制备条件与实施例1相同。
呕吐毒素的含量分析
本发明根据图1所示流程图进行小麦加工，并测定制得的发酵麸皮、谷朊粉和酒精中呕吐毒素的含量，计算呕吐毒素的降解率。
各实施例和对比例的呕吐毒素降解率如表1所示。
表1呕吐毒素的降解率
实施例1-4中，枯草芽孢杆菌在酿酒酵母和地衣芽孢杆菌的配合作用下，与硅藻土协同增效，实现了快速分解呕吐毒素的效果，得到的小麦加工产品中的呕吐毒素含量均较低，发酵麸皮中呕吐毒素的降解率最高为97.23％，谷朊粉中呕吐毒素的降解率最高为98.46％，酒精中呕吐毒素的降解率最高为99.94％。
与实施例1相比，对比例1采用单一的枯草芽孢杆菌菌液，与硅藻土混合后的降解呕吐毒素的效果低于混合生物菌液的效果，发酵麸皮、谷朊粉和酒精中呕吐毒素的降解率降低；对比例2的混合生物菌液不包含酿酒酵母，对比例3的混合生物菌液不包含地衣芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌降解呕吐毒素的能力下降，发酵麸皮、谷朊粉和酒精中呕吐毒素的降解率降低；对比例4的混合生物菌液中枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌的比例不在优选范围内，不能增强枯草芽孢杆菌对呕吐毒素的降解作用；对比例5未采用硅藻土作为反应载体，降低了混合生物菌液与呕吐毒素的接触率，明显影响了混合生物菌液对呕吐毒素的降解效果。
综上所述，本发明的枯草芽孢杆菌在酿酒酵母和地衣芽孢杆菌的配合作用下，以硅藻土作为反应载体，实现了快速分解呕吐毒素、使麸皮发酵完全的效果，得到的发酵麸皮中呕吐毒素的降解率最高为97.23％，谷朊粉中呕吐毒素的降解率最高为98.46％，酒精中呕吐毒素的降解率最高为99.94％；小麦加工的副产物发酵液中的混合生物菌液降解了酒精废糟液中的呕吐毒素，而酒精废糟液为发酵液中的混合生物菌液提供营养物质，获得了降解呕吐毒素的生物菌剂，预防了呕吐毒素的二次污染，提高了原料的利用率。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种含呕吐毒素的小麦的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌按比例接种于培养基中进行培养，得到混合生物菌液；
(2)将小麦制粉得到麸皮与面粉；
(3)向步骤(2)所述麸皮中加入步骤(1)得到的混合生物菌液和硅藻土，好氧发酵后通过固液分离，分别获得呕吐毒素降低的发酵麸皮和含有混合生物菌液的发酵液；
(4)将步骤(2)所述面粉水洗后获得湿面筋和淀粉乳，将所述淀粉乳酵母发酵后获得酒精；
(5)向步骤(4)所述酒精蒸馏后得到的酒精废糟液中加入步骤(3)所述发酵液，好氧发酵，干燥制得生物菌剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌的比例为(2-8):(1-5):(2-10)，优选为(6-8):(2-5):(2-4)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述培养基包括LB培养基和/或牛肉膏蛋白胨培养基；
优选地，步骤(1)所述培养基的pH值为6.8-7.5；
优选地，步骤(1)所述培养基的溶氧量不小于20％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述培养的温度为37±1℃；
优选地，步骤(1)所述混合生物菌液的浓度不小于5×108cfu/mL，优选为不小于2×109cfu/mL。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述混合生物菌液与所述硅藻土的质量比为200:(1-10)，优选为100:(1-2)；
优选地，步骤(3)所述好氧发酵的温度为30-45℃，优选为37±2℃；
优选地，步骤(3)所述好氧发酵的时间为2-7天，优选为2-3天。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述湿面筋通过环管干燥后获得谷朊粉；
优选地，所述干燥的温度为120-180℃，优选为150-170℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述好氧发酵的温度为37±1℃；
优选地，步骤(5)所述好氧发酵的时间为2-4天，优选为2-3天。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌按(2-8):(1-5):(2-10)的比例接种于培养基中，保持pH值为6.8-7.5、溶氧量不小于20％、培养温度37±1℃，得到浓度不小于5×108cfu/mL的混合生物菌液；
(2)将小麦制粉得到麸皮与面粉；
(3)向步骤(2)所述麸皮中按质量比为200:(1-10)加入步骤(1)得到的混合生物菌液和硅藻土，30-45℃下好氧发酵2-7天，通过固液分离，分别获得呕吐毒素降低的发酵麸皮和含有混合生物菌液的发酵液；
(4)将步骤(2)所述面粉水洗后获得湿面筋和淀粉乳，其中，将所述湿面筋在120-180℃下通过环管干燥后获得谷朊粉，将所述淀粉乳通过酵母发酵获得酒精；
(5)向步骤(4)所述酒精蒸馏后得到的酒精废糟液中加入步骤(3)所述发酵液，在37±1℃好氧发酵2-4天后干燥制得生物菌剂。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的方法制备得到发酵麸皮、谷朊粉、酒精和生物菌剂。
10.一种如权利要求9所述的生物菌剂用于降解呕吐毒素。
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