TWI551223B - 醱酵豆粉製備方法 - Google Patents

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Description

醱酵豆粉製備方法
本發明係關於一種醱酵豆粉製備方法，特別關於一種製備低黏度之醱酵豆粉的醱酵豆粉製備方法。
習用醱酵豆粉製備方法係利用一枯草桿菌E20來進行，係於35~50℃之溫度下醱酵一豆粉48~96小時，藉由該枯草桿菌E20的醱酵作用，分解該豆粉所含有之抗營養物質，因而該習用醱酵豆粉係可以混合一魚粉以形成一水產養殖飼料，供餵飼一水產養殖生物，以提升該水產養殖飼料的飼料效益。類似於該習用醱酵豆粉製備方法的一實施例已揭露於中華民國公告第I479999號專利案當中。
惟，該枯草桿菌E20於對數生長期(logarithm phase)、穩定生長期(stationary phase)均會生成並分泌大量帶有黏性之γ-聚麩胺酸(γ-glutamic acid，簡稱γ-PGA)，使該習用醱酵豆粉的黏度偏高，因而需要花費較長時間才能夠進行乾燥；又或者，在與該魚粉進行混合攪拌之時，必須耗費大量能源，故仍有待改善之空間。
本發明係提供一種醱酵豆粉製備方法，可以製備獲得黏度較低之醱酵豆粉，以降低後續處理所花費之能源及時間者。
一種醱酵豆粉製備方法，係包含：提供一豆粉，該豆粉係經滅菌去除雜菌污染，且該豆粉之含水量為30~50%；混合該豆粉及一枯草桿菌E20，每公克之豆粉係加入105~107CFU之枯草桿菌E20；於30~40 ℃之溫度下，以該枯草桿菌E20醱酵該豆粉5~15小時，獲得一共醱酵基質；混合該共醱酵基質及一釀酒酵母菌P13，每公克之豆粉經該枯草桿菌E20醱酵所得的共醱酵基質係加入104~106CFU之釀酒酵母菌P13；及使該釀酒酵母菌P13及該枯草桿菌E20於30~40℃之溫度下共醱酵該共醱酵基質9~43小時，且該枯草桿菌E20醱酵該豆粉之時間與該枯草桿菌E20及該釀酒酵母菌P13共醱酵該共醱酵基質之時間的總合為24~48小時；其中，該枯草桿菌E20係寄存於中華民國食品工業發展研究所，其寄存編號為BCRC 910556，該釀酒酵母菌P13係寄存於中華民國食品工業發展研究所，其寄存編號為BCRC 920071。
本發明之醱酵豆粉製備方法，其中，該豆粉之含水量為35%。
本發明之醱酵豆粉製備方法，其中，該枯草桿菌E20係於37℃之溫度下醱酵該豆粉，該釀酒酵母菌P13及該枯草桿菌E20係於37℃之溫度下共醱酵該共醱酵基質。
本發明之醱酵豆粉製備方法，其中，該枯草桿菌E20係醱酵該豆粉14小時，以獲得該共醱酵基質。
本發明之醱酵豆粉製備方法，其中，該枯草桿菌E20及該釀酒酵母菌P13係共醱酵該共醱酵基質10小時。
本發明之醱酵豆粉製備方法，其中，該枯草桿菌E20醱酵該豆粉之時間與該枯草桿菌E20及該釀酒酵母菌P13共醱酵該共醱酵基質之時間的總合為24小時。
本發明之醱酵豆粉製備方法，其中，該醱酵豆粉製備方法另包含：以該釀酒酵母菌P13及該枯草桿菌E20共醱酵該共醱酵基質之後，另進行一滅菌程序，使該釀酒酵母菌P13及該枯草桿菌E20的菌體死亡。
本發明之醱酵豆粉製備方法係藉由該共醱酵步驟S3，於該枯草桿菌E20分解該豆粉中的抗營養物質的同時，以該釀酒酵母菌P13消 耗該枯草桿菌E20所生成之γ-聚麩胺酸，因而可以有效降低製備獲得之醱酵豆粉的γ-麩胺酸含量，如此可以減低該醱酵豆粉之黏度，利於後續與水產養殖飼料之其他組份的混料工序，亦可以降低乾燥該醱酵豆粉所花費之時間，為本發明之功效。
第1圖：第B0組之未醱酵豆粉及第B1組之醱酵豆粉的組成蛋白分佈結果。
第2a圖：第B0組之未醱酵豆粉的水溶性寡醣組成分析結果。
第2b圖：第B1組之醱酵豆粉的水溶性寡醣組成分析結果。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明之一實施例的醱酵豆粉製備方法，係包含：一前處理步驟S1、一預醱酵步驟S2及一共醱酵步驟S3，如此可以獲得黏度較低的醱酵豆粉，詳如下述。
該前處理步驟S1係提供一豆粉，該豆粉係可以為任何富含有植物性蛋白質之豆類經粉碎所獲得者，例如可以選擇富含有水產養殖生物生長所必須之精胺酸、離胺酸及白胺酸的大豆粉，惟於此不加以限制。值得注意的是，該豆粉之含水量為30~50%，較佳可以為30~35%，更佳可以為35%，並且可以藉由添加水來調整其含水量，此為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所能夠理解，於此不再贅述。
為了確保後續醱酵流程的醱酵效果，於本實施例中，該豆粉係可以藉由蒸氣滅菌、高溫滅菌或高壓滅菌，以去除存在於該豆粉之中的雜菌污染；於本實施例中，係將該豆粉於121℃之溫度下進行高壓滅菌15 分鐘。
該預醱酵步驟S2係於該豆粉之中加入適量的一枯草桿菌E20(Bacillus subtilis E20)，並且使該枯草桿菌E20代謝分解該豆粉中的有機物質，以形成一共醱酵基質。該枯草桿菌E20係寄存於中華民國食品工業發展研究所(寄存編號為BCRC 910556)，其具有如SEQ ID NO：1所示之16S rDNA序列，關於該枯草桿菌E20之特性及生化測試結果等已為中華民國公告第I479999號專利案所揭示，於此不再贅述。
於本實施例中，係可以預先活化該枯草桿菌E20，例如於37℃之溫度下，以NO.3營養培養液(NO.3 nutrient broth)培養至其菌液濃度為107~108CFU/mL，續加入該豆粉中，使每公克之豆粉可以混合105~107CFU的枯草桿菌E20，並且進行醱酵5~15小時，以獲得該共醱酵基質，如此可以使該共醱酵基質中包含足夠之枯草桿菌E20，以預防於該共醱酵步驟S3之中，該釀酒酵母菌P13所醱酵產生之乙醇抑制該枯草桿菌E20的生長，而影響後續該共醱酵步驟S3的進行。
接著，該共醱酵步驟S3則係於該共醱酵基質之中加入該釀酒酵母菌P13(Saccharomyces cerevisiae P13)，並且使該釀酒酵母菌P13與該共醱酵基質之中的枯草桿菌E20進行共醱酵9~43小時，即可以獲得該醱酵豆粉。詳而言之，該釀酒酵母菌P13係篩選自醱酵水蜜桃，其係寄存於中華民國食品工業發展研究所(寄存編號為BCRC 920071)，並具有如SEQ ID NO：2所示之16S rDNA序列。該釀酒酵母菌P13的API20C AUX生化測試結果如第1表所示。
該釀酒酵母菌P13亦可以於30℃之溫度下，先以YM培養基(YM broth)培養至其菌液濃度為107~108CFU/mL，續加入該共醱酵基質中，使每公克之豆粉所產生之共醱酵基質可以混合104~106CFU的釀酒酵母菌P13，並且進行共醱酵，以獲得該醱酵豆粉。
值得注意的是，該預醱酵步驟S2之時間及該共醱酵步驟S3之時間的總合可以選擇介於24~48小時之間，較佳係介於24小時之間，藉由足夠之預醱酵時間及共醱酵時間以降低該醱酵豆粉之黏度。
此外，該預醱酵步驟S2之溫度及該共醱酵步驟S3之溫度可以選擇為相同的溫度，如此可以減少整體醱酵流程之溫度變化，以減低能源的消耗。考量該枯草桿菌E20之最適生長溫度為37~40℃，而該釀酒酵母菌P13的最適生長溫度為20~30℃，於本實施例中，係於30~40℃之溫度下進行該預醱酵步驟S2及該共醱酵步驟S3。
藉此，藉由該枯草桿菌E20可以產生脂質酶(lipase)、蛋白酶(protease)、納豆激酶(nattokinase)及植酸酶(phytase)等胞外酵素，該些胞外酵素可以代謝分解該豆粉中的抗營養物質；而該釀酒酵母菌P13則可以使用該枯草桿菌E20所生成之黏稠性γ-聚麩胺酸作為生長所需的氮 源，而該釀酒酵母菌P13所產生的乙醇亦可以提升該釀酒酵母菌P13分解γ-麩胺酸的活性，因而所製備獲得之醱酵豆粉的γ-麩胺酸含量可以有效降低。
此外，該醱酵豆粉係可以進一步藉由一滅菌程序，殺死其中的枯草桿菌E20、釀酒酵母菌P13，並且釋出菌體中的游離胺基酸(例如，蒸氣滅菌、高溫滅菌或高壓滅菌等)，因而該醱酵豆粉應用於餵飼一水產養殖生物之時，自該枯草桿菌E20、該釀酒酵母菌P13所釋出的游離胺基酸亦可以作為該水產養殖生物的營養來源；如此更可以防止該枯草桿菌E20、該釀酒酵母菌P13於該水產養殖生物的消化道中繁殖，競爭該醱酵豆粉中的其他營養來源。於本實施例中，係將該醱酵豆粉進行擠粒作業，藉由擠粒機的噴頭溫度高達100℃以上來達到滅菌的目的。
如此，經由前述醱酵豆粉製備方法所製備獲得之醱酵豆粉，即可以作為該水產養殖生物的蛋白質來源，舉例而言，該醱酵豆粉係可以混合魚粉、澱粉、食用油、維生素及微量元素，以共同形成一水產養殖飼料。惟，依據所欲餵飼之水產養殖生物的種類不同，本發明所屬技術領域中具有通常知識者係可以調整該水產養殖飼料之組成配比，不應以此為限。
為證實本發明之醱酵豆粉製備方法確實可以獲得黏度較低的醱酵豆粉，且該醱酵豆粉亦可以作為水產養殖生物生長所必須的蛋白質來源，遂進行以下試驗：
(A)醱酵豆粉的黏度及γ-PGA含量變化
請參照第2表所示，係提供含水量為30~50%之豆粉，於30~40℃之溫度下，先以該枯草桿菌E20醱酵該豆粉(106CFU/克豆粉)，於5~15小時後加入該釀酒酵母菌P13(105CFU/克豆粉)，使該釀酒酵母菌P13與該枯草桿菌E20共醱酵該共醱酵基質，以獲得各組之醱酵豆粉。
第2表、本試驗各組之試驗條件
取10g(濕重)之各組醱酵豆粉，與35mL之水混合均勻後，以150之轉速震盪1小時，再於4℃下，以9,866×g離心15分鐘，利用Brookfield黏度計量測上清液之黏度(30℃、60rpm)，並換算為每公克乾品之黏度，紀錄於第3表。
取20g(濕重)之各組醱酵豆粉，與100mL之水混合均勻後，以150之轉速震盪1小時，利用紗布過濾去除固形物，將獲得之濾液(40mL)於4℃下，以9,866×g離心15分鐘，將上清液混合4倍體積之 冰乙醇(95%)，再次於4℃下，以9,866×g離心15分鐘後，取得白色沉澱物，最終將該白色沉澱物於60℃下乾燥24小時，秤重後換算為每公克乾品之γ-PGA含量，紀錄於第3表。
請參照第3表所示，以前述各組之條件所製備獲得之醱酵豆粉的黏度介於0.189~0.224cP之間，而γ-PGA含量介於0.078~0.102g/g之間，顯示豆粉之含水量為30~50%、醱酵溫度為30~40%、預醱酵時間為5~15小時之條件確實可以製備獲得該醱酵豆粉。
將上述試驗結果以Design Expert 7.0.0軟體進行最適化條件分析，其結果顯示：豆粉之含水量為30~35%、醱酵溫度為35~40℃、預醱酵時間為10~15小時為較佳；而最適化條件為：豆粉之含水量為35%、醱酵溫度為37℃、預醱酵時間為14小時、共醱酵時間為10小時，故如第4表所示，以該最適化條件作為第A16組進行測試，並與未加入該釀酒酵母菌P13的控制組(第A0組)比較其結果。
並以如上述之方法量測第A0、A16組之醱酵豆粉的黏度及γ-PGA含量，結果如第5表所示，未經過以前述醱酵豆粉製備方法所獲得之第A0組的醱酵豆粉係呈黏稠狀(黏度為0.341±0.005cP，且每公克之醱酵豆粉所含有之γ-PGA為0.346±0.013克)，反觀經該醱酵豆粉製備方法所獲得之第A1~A16組醱酵豆粉的黏度及γ-PGA含量均有明顯降低，其中進一步考量該枯草桿菌E20、該釀酒酵母菌P13之生長狀況，可以得知第A16組醱酵豆粉之效果為佳。
(B)醱酵豆粉的抗營養物質含量變化
本試驗係比較未經過醱酵之豆粉(第B0組)，及經該醱酵豆 粉製備方法所製備獲得之醱酵豆粉(第B1組)的組成蛋白分佈，請參照第1圖之SDS-PAGE染色結果所示，第B0組之未醱酵豆粉之中存在β-伴大豆球蛋白(β-conglycinin)之α’次單元(78kDa)、α次單元(70kDa)及β次單元(47kDa)，以及大豆球蛋白(conglycinin)之酸性次單元(acidic subunit，32kDa)及鹼性次單元(basic subunit，19kDa)，前述次單元蛋白係為可能會引起水產養殖動物發生過敏現象或下痢等腸胃道症狀的主因；反觀於第B1組之醱酵豆粉之中，前述次單元蛋白的含量均有明顯的減少，顯示以該醱酵豆粉餵飼水產養殖動物之時，可以降低該水產養殖動物發生過敏現象或下痢等腸胃道症狀的可能性。
續以HPLC分析水溶性寡醣組成，請參照第2a圖所示，第B0組之未醱酵豆粉包含棉仔醣(Ra，第5.78分鐘)及水蘇醣(St，第6.65分鐘)等寡醣，該些寡醣可能會對水產養殖動物造成胃腸道干擾、小腸損害、增加疾病的感受性等問題；另請參照第2b圖所示，第B1組之醱酵豆粉之中的棉仔醣及水蘇醣也幾乎完全分解，證實該醱酵豆粉製備方法可以有效降低該醱酵豆粉中的抗營養物質含量，可以降低該水產養殖動物攝取後所造成的負面影響。
(C)餵飼包含醱酵豆粉之水產養殖飼料的飼料效益
本試驗之水產養殖飼料配方係如第6表所示，首先將混料粉碎並過60目之篩網後，加水成團，以飼料擠壓機成形，並於40℃之溫度下烘乾後，存放於4℃冷藏備用。其中，第C0組係為僅以魚粉作為蛋白質來源之控制組，第C1~C3組則添加不同量之豆粉(未經過醱酵)來取代部分之魚粉，第C4~C7組則係以不同量之醱酵豆粉來取代部分之魚粉。
本試驗係選用金目鱸(Lates calcarifer)進行測試，於每天餵飼如第4表所示之飼料2次，剩下之殘餌隨即撈出，並於80℃烘乾以計算實際攝食量，並於56天後量測存活隻數及總重量，依下式一、二、三分別換算各組魚隻活存率、增重率及飼料效益，結果如第7表所示。
活存率(%)=(最終魚隻數/放養魚隻數)×100% (式一)
增重率(%)=〔(最終魚重-初重)/初重〕×100% (式二)
飼料效益=增重量/總飼料投餵量 (式三)
請參照第5表所示，除了以第C3組水產養殖飼料(總蛋白質含量之25%為豆粉所提供)餵飼金目鱸的飼料效益較差之外，其餘組別均與未包含豆粉或醱酵豆粉之第C0組水產養殖飼料的餵飼結果相似，顯示經由該醱酵豆粉製備方法所製備獲得的醱酵豆粉確實可以取代魚粉，作為水產養殖生物的蛋白質來源。
值得注意的是，第C7組水產養殖飼料之總蛋白質含量的35%係為該醱酵豆粉所提供，且其餵飼結果與第C0組水產養殖飼料相似，表示相較於未經過醱酵的豆粉，經由該醱酵豆粉製備方法所製備獲得的醱酵豆粉可以取代更多的魚粉，如此即可以大幅降低水產養殖飼料的成本。
綜合上述，本發明之醱酵豆粉製備方法係藉由該共醱酵步驟S3，於該枯草桿菌E20分解該豆粉中的抗營養物質的同時，以該釀酒酵母菌P13消耗該枯草桿菌E20所生成之γ-聚麩胺酸，因而可以有效降低製備獲得之醱酵豆粉的γ-麩胺酸含量，如此可以減低該醱酵豆粉之黏度，利於後續與水產養殖飼料之其他組份的混料工序，亦可以降低乾燥該醱酵豆粉所花費之時間，為本發明之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
【生物材料寄存】 國內寄存資訊【請依寄存機構、日期、號碼順序註記】
枯草桿菌E20：
中華民國食品工業發展研究所、2012年07月27日、BCRC 910556
釀酒酵母菌P13：
中華民國食品工業發展研究所、2010年03月10日、BCRC 920071
國外寄存資訊【請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記】
(無)
<110> 國立屏東科技大學
<120> 醱酵豆粉製備方法
<130> PK14280
<160> 2
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 1507
<212> DNA
<213> Bacillus subtilis(枯草桿菌)
<400> 1
<210> 2
<211> 804
<212> DNA
<213> Saccharomyces cerevisiae(釀酒酵母菌)
<400> 2

Claims (7)

  1. 一種醱酵豆粉製備方法，係包含：提供一豆粉，該豆粉係經滅菌去除雜菌污染，且該豆粉之含水量為30~50%；混合該豆粉及一枯草桿菌E20，每公克之豆粉係加入105~107CFU之枯草桿菌E20；於30~40℃之溫度下，以該枯草桿菌E20醱酵該豆粉5~15小時，獲得一共醱酵基質；混合該共醱酵基質及一釀酒酵母菌P13，每公克之豆粉經該枯草桿菌E20醱酵所得的共醱酵基質係加入104~106CFU之釀酒酵母菌P13；及使該釀酒酵母菌P13及該枯草桿菌E20於30~40℃之溫度下共醱酵該共醱酵基質9~43小時，且該枯草桿菌E20醱酵該豆粉之時間與該枯草桿菌E20及該釀酒酵母菌P13共醱酵該共醱酵基質之時間的總合為24~48小時；其中，該枯草桿菌E20係寄存於中華民國食品工業發展研究所，其寄存編號為BCRC 910556，該釀酒酵母菌P13係寄存於中華民國食品工業發展研究所，其寄存編號為BCRC 920071。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之醱酵豆粉製備方法，其中，該豆粉之含水量為35%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之醱酵豆粉製備方法，其中，該枯草桿菌E20係於37℃之溫度下醱酵該豆粉，該釀酒酵母菌P13及該枯草桿菌E20係於37℃之溫度下共醱酵該共醱酵基質。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之醱酵豆粉製備方法，其中，該枯草桿菌E20係醱酵該豆粉14小時，以獲得該共醱酵基質。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之醱酵豆粉製備方法，其中，該枯草桿菌E20及該釀酒酵母菌P13係共醱酵該共醱酵基質10小時。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之醱酵豆粉製備方法，其中，該枯草桿菌E20醱酵該豆粉之時間與該枯草桿菌E20及該釀酒酵母菌P13共醱酵該共醱酵基質之時間的總合為24小時。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之醱酵豆粉製備方法，其中，該醱酵豆粉製備方法另包含：以該釀酒酵母菌P13及該枯草桿菌E20共醱酵該共醱酵基質之後，另進行一滅菌程序，使該釀酒酵母菌P13及該枯草桿菌E20的菌體死亡。
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Patent Citations (1)

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