淀粉糖液中发酵生产过程还原糖和葡萄糖检测方案(其它)

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发酵生产中还原糖和葡萄糖检测指标的分析 史建国 杨俊慧 孟庆军 杨艳 马耀宏 张利群 （山东省科学院生物研究所，济南，250014） 摘 要 采用还原糖测定法和葡萄糖酶电极测定法，对谷氨酸发酵生产上淀粉糖原料和发酵液中还原糖和葡萄糖进行了测定，对其变化的特点和意义进行了研究。结果表明：淀粉糖液中葡萄糖/还原糖比值变化从80% - 94.2%；发酵过程中，谷氨酸生产菌首先消耗葡萄糖，发酵28h，葡萄糖含量接近零，而还原糖含量为1.0%；还原糖测定仪用于发酵后期还原糖测定，精密度（RSD％）为2.21，对发酵后期的精确控制具有一定的应用价值。 关键词 还原糖，葡萄糖，发酵过程控制 微生物发酵生产中常以淀粉为基本原料，经水解生成还原糖或葡萄糖，供发酵使用。糖的检测是生产过程控制的常规生化指标[1]。近年来，还原糖测定仪和葡萄糖测定仪已在发酵生产中应用，并逐步取代传统的手工滴定法，实现了还原糖和葡萄糖快速、准确的仪器化分析，大大减少了人为测定的误差[2、3]。但由于测定原理和方法的不同，使测定结果出现了差异。本文对多年来在谷氨酸发酵生产中测定的还原糖和葡萄糖结果进行了总结，对还原糖和葡萄糖检测指标进行了比较和分析，对发酵生产中仪器分析方法的应用特点和意义进行了探讨。 1 材料和方法 1.1 实验材料 淀粉水解液糖化液为莲花集团不同的糖化车间的送检样品；谷氨酸发酵液为菱花集团三分厂送检样品；化学试剂均为分析纯，用蒸馏水配制。 1.2 实验方法 1.2.1 还原糖测定 （1） 斐林试剂滴定法 采用国家标准测定法（GB/T 5009.7—1985） （2） 还原糖测定仪 采用山东科学院生物中心提供的SGD-Ⅲ型还原糖测定仪。该仪器测定原理同还原糖斐林试剂滴定法。测定方法如下： 接通电源（220V），按“开/关”键，自动启动准备程序；用微量注射器将标准品注入反应池，完成后自动定标；测定时，用微量注射器将被测样品注入反应池，仪器自动完成测定过程，并显示和打印测定值。 1.2.2 葡萄糖测定 采用山东省科学院生物研究所提供的SBA-40型谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪。其原理是葡萄糖氧化酶(GOD)在有氧条件下催化葡萄糖，在过氧化氢型电极上产生电流。该电流值与葡萄糖的浓度有线性比例关系。测定方法如下： 仪器开机后，自动进入清洗过程。当仪器出现进样指令后，用微量进样器取25μL标准溶液注入反应池，仪器自动显示校正结果。测定时，用微量进样器取25μL样品液注入反应池，20s后仪器自动显示或打印测定值。 2 结果与讨论 2.1 淀粉糖样品中还原糖和葡萄糖测定 将糖化车间送检的淀粉糖化液分别稀释。还原糖测定时稀释糖浓度至1%以内，采用费林氏剂滴定法测定；葡萄糖测定稀释至0.1% 以内，采用葡萄糖酶电极分析仪测定。测定值乘以稀释倍数为测定结果（表1）。 该试验所提供的糖化样品DE值都在95以上，且颜色浅，透光率好，按常规质量标准衡量基本一致。但样品中葡萄糖/还原糖值变化较大。由表1可以看出：葡萄糖/还原糖比值变化从80% - 94.2%；其中，11、12号样品还原糖含量差别仅有0.2%，而葡萄糖/还原糖比值相差8%以上。因此，采用发酵生产中葡萄糖和还原糖的测定对常规糖质量控制标具有一定的应用价值。 表1 淀粉糖液中还原糖和葡萄糖测定结果 样品 还原糖（%） 葡萄糖（%） 葡萄糖/还原糖（%） 1 34.0 31.47 93.0 2 33.0 31.1 94.2 3 32.5 30.25 93.1 4 31.5 29.0 92.1 5 27.0 25.75 95.4 6 25.5 23.6 92.6 7 19.6 18.0 92.0 8 18.8 17.4 92.6 9 17.6 15.6 88.6 10 16.0 14.0 87.5 11 15.2 13.4 88.2 12 15.0 12.0 80.0 13 13.6 11.8 86.8 2.2 发酵过程还原糖和葡萄糖的测定 将发酵液分别稀释，采用斐林氏剂滴定法测定还原糖；采用葡萄糖酶电极分析仪测定葡萄糖。测定值乘以稀释倍数为测定结果。根据发酵时间顺序，取不同发酵罐在同一发酵时间上测定结果的平均值进行比较分析，结果见表2。 表 2 发酵过程葡萄糖和还原糖含量的测定结果 时间（h） 还原糖（%） 葡萄糖（%） 0 15.2 13.9 6 14.4 13.0 8 13.5 11.9 10 11.8 10.4 12 10.2 8.9 14 8.3 7.2 16 6.4 5.4 18 5.4 4.3 20 4.3 3.2 22 3.0 1.9 24 1.8 1.0 26 1.5 0.5 28 1.0 0.1 30 0.8 0.1 32 0.3 0.1 由表2可以看出：发酵开始时，发酵液中还原糖含量高于葡萄糖1.09%；葡萄糖/还原糖为92%；在0-8h之间，还原糖代谢速率为0.215% ，葡萄糖为0.225%；8h以后，谷氨酸发酵代谢速率明显提高，在10 – 24h，还原糖与葡萄糖平均代谢速率基本相同，在0.8% 左右。26h以后，发酵进入后酵期，还原糖和葡萄糖消耗速率下降。在发酵28h，葡萄糖含量接近零，而还原糖含量为1.0%。28h以后，发酵是在葡萄糖为零的状态下进行。说明在发酵过程中，菌体首先消耗葡萄糖，葡萄糖是谷氨酸生产菌的优势碳源和能源。因此，发酵原料中葡萄糖含量的测定具有重要的意义。但对于发酵后期控制，还原糖指标的测定更为重要。 2.3 发酵后期还原糖的测定 采用还原糖测定仪对谷氨酸发酵后期样品进行测定。用微量进样器吸取500μL样品，不经稀释直接进行测定。连续测定8次，结果见表3。 表3 发酵后期还原糖测定结果 测定值(%) 0.369 0.373 0.371 0.378 0.392 0.389 0.377 0.374 0.376 平均值(%) 0.378 标准差(S) 0.008 RSD(%) 2.21 由以上结果可以看出， 对于发酵后期样品（还原糖含量小于1％）还原糖测定仪可以直接测定，不需样品的稀释，而且测定结果准确，相对误差不超过0.1％，一般在0.05％以内，精密度（RSD％）为2.21%。目前，发酵生产中常用斐林试剂手工滴定法，人为测定误差一般在0.2 - 0.5％之间。对于一个100吨的发酵罐，放罐前0.5% 的测定误差意味着约有400公斤的还原糖进入下游过程，不仅造成原料的损失，也影响后提取效率，对后期污水处理也带来不稳定控制因素。因此，发酵后期控制过程需要对还原糖进行精确的测定。 第一作者：博士 研究员 参考文献 [1] Andre Fernando Oliveira, Orlando Fatibello- Filho. Flow injection spectrophotometric determination of reducing sugars using a focalized coiled reactor in a domestic microwave oven[J]. Talanta, 1999,50:899 ～ 904 [2] 孙士青,李智红. 电极法测定食品中葡萄糖含量的研究[J]. 营养学报, 1998,(20)2:229 ～ 233 [3] 史建国,马耀宏, 张利群等. 还原糖快速测定技术在谷氨酸发酵过程中的应用[J]. 食品与发酵工业,2003,29(11):107 ～ 108 Evaluation of Reducing Sugar and Glucose for Fermentation Process Control Shi Jianguo Yang Junhui Meng Qingjun Yang Yan Ma Yaohong Zhang Liqun (Biology Research Institute of Shandong Academy of Sciences, Jinan, 250014, China) ABSTRACT The reducing sugar and glucose in starch sugar products and fermentation liquids were determined by using Fehling reagent method and glucose oxidase electrode respectively. The significance of the two parameters for fermentation process control were discussed. The results showed that the ratios of glucose and reducing sugar in different sugar products varied from 80% to 94.2%; During the fermentation period glucose was preferably consumed, reaching a very low concentration( 0.1%) at 28 h, whereas the reducing sugar remained at a concentration of 1.0%. Reducing sugar in final fermentation stage was determined with higher accuracy and precision (RSD = 2.21%) using the autoanalyzer, which is practical and efficient for the final stage control. Key words reducing sugar, glucose, fermentation process control PAGE 5