混合菌株固態(tài)發(fā)酵豆渣生產(chǎn)飼料蛋白質(zhì)的研究

混合菌株固態(tài)發(fā)酵豆渣生產(chǎn)飼料蛋白質(zhì)的研究

隨著我國畜牧業(yè)的發(fā)展，蛋白質(zhì)飼料的消耗日益增加。利用微生物生產(chǎn)菌體蛋白飼料，由于其具有成本低、原料廣、周期短、產(chǎn)量高等優(yōu)點得到了廣泛的研究與開發(fā)（李發(fā)生等，1999；貪建民和史琦云，1999）。豆渣作為豆制品行業(yè)和植物蛋白質(zhì)工廠的廢棄物，每年多達百萬噸以上。因此，利用豆渣開發(fā)蛋白質(zhì)飼料是十分必要的。豆渣中除含有少量淀粉外，大部分是纖維素和半纖維素，蛋白質(zhì)含量17%以上，但主要是高分子的大豆球蛋白（即15S大豆球蛋白）（周瑞寶和周兵，1998），直接飼喂動物，消化利用率很差。利用霉菌降解豆渣中的纖維素等多糖物質(zhì)變成酵母菌可利用的低分子糖類物質(zhì)，再利用酵母菌合成菌體蛋白，同時將其中15S大豆球蛋白降解為有利于消化的肽類及氨基酸，改善其可消化性，可以獲得高蛋白質(zhì)含量的飼料。為了降低成本，本研究擬選擇一條操作簡便，耗能低，投資少的固態(tài)發(fā)酵工藝。采用在豆渣中生長良好，對纖維素和半纖維素降解率強的醬油釀造米曲霉（Aspergillusoryzae,A3.042）、黑曲霉（Aspergillusniger,H-16）和廉價的啤酒酵母（Saccharomycescerevisiae），進行了固態(tài)混合菌的發(fā)酵研究，以期為利用豆渣生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料提供試驗參考。1材料和方法1.1材料表面1.1.1豆渣1.1.2豆皮1.2病毒1.2.1美姑和黑霉1.2.2發(fā)酵母啤酒1.3方法1.3.1子液培養(yǎng)培養(yǎng)米曲霉、黑曲霉保存采用馬鈴薯培養(yǎng)基，液體種子液培養(yǎng)采用察氏培養(yǎng)基（諸葛建，1994）；啤酒酵母保存采用麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基，液體種子液培養(yǎng)采用PYG培養(yǎng)基（諸葛建，1994）。1.3.2調(diào)節(jié)發(fā)酵碳氮取一定量的豆渣，按照不同比例加入麩皮，并加入適量的氯化鈉、硫酸鎂等各種無機鹽類混合混勻，加入0.2%硫酸銨和3%尿素作為氮源，調(diào)節(jié)合適的碳氮比，調(diào)pH至5.5～6.0，發(fā)酵料坯調(diào)節(jié)含水率為65%～70%（潘天玲等，2004）。經(jīng)滅菌、冷卻，用米曲霉（A3.042）、黑曲霉（H-16）和啤酒酵母三菌株按一定比例接種，選擇不同的發(fā)酵溫度，發(fā)酵結(jié)束后測定發(fā)酵豆渣中粗蛋白質(zhì)和粗纖維含量作為評定發(fā)酵效果的依據(jù)。1.3.3粗纖維及蛋白酶活力測定粗蛋白質(zhì)測定：按GB/T5009.5-2003操作。粗纖維測定：按GB/T5009.10-2003操作。蛋白酶活力：用Folin酚法測定。濾紙酶活力測定：采用IUPAC推薦方法（張龍翔等，1997）。2結(jié)果與討論2.1發(fā)酵過程中粗蛋白質(zhì)及粗纖維及相應(yīng)酶活力的變化在發(fā)酵料坯成分相同的條件下，將米曲霉、黑曲霉和啤酒酵母按1∶1∶1比例配制成混合菌種，按10%的接種量接種，調(diào)pH5.5～6.0，在30℃溫度的條件下進行發(fā)酵，通過測定蛋白酶、纖維素酶活力來確定發(fā)酵時間周期。在發(fā)酵過程中，采用在發(fā)酵1d后，每隔12h取一次樣測定粗蛋白質(zhì)、粗纖維及相應(yīng)酶的活力，結(jié)果見表2。從表2可以看出，發(fā)酵過程中粗蛋白質(zhì)含量隨時間增加而增加，在發(fā)酵60h后蛋白質(zhì)含量增加速率開始放慢，到72h時達到26.85%的次高點，而粗纖維含量隨時間增加而減少，在發(fā)酵60h后減少速率也開始放慢；從蛋白酶活力和濾紙酶活力來看，72h以后都出現(xiàn)明顯的下降現(xiàn)象，這可能就是使蛋白質(zhì)和纖維素在72h后出現(xiàn)放緩的原因，從生產(chǎn)的角度考慮，發(fā)酵時間周期定在72h是適宜的。2.2發(fā)酵配方的確定通過正交實驗篩選出最佳的發(fā)酵條件，混合菌發(fā)酵實驗選擇4因素3水平正交實驗L9(34）確定實驗方案，即以發(fā)酵料坯組成（A）、接種菌配比（B）、接種量（C）及發(fā)酵溫度（D）分3水平進行實驗研究，以發(fā)酵豆渣產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)和粗纖維含量衡量實驗結(jié)果的好壞，因素與水平見表3。按L9(34）正交實驗確定的實驗方案，一共需要進行9組實驗，控制發(fā)酵時間周期為72h，實驗結(jié)果見表4。由表4可以看出，7號實驗組合（A3B1C3D2）的發(fā)酵豆渣蛋白質(zhì)含量是最高的，達29.76%，其條件為：發(fā)酵料坯中豆渣和麩皮以85∶15比例配制，接種菌配比是米曲霉∶黑曲霉∶啤酒酵母為1∶1∶2，接種量為12%，發(fā)酵溫度為30℃。從R值計算結(jié)果可知，固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白工藝影響最大的因素是菌種的接種量，與直接觀察的實驗結(jié)果相一致；其次是發(fā)酵溫度，影響最小的因素是料坯的組成。因此，在發(fā)酵調(diào)控過程中對發(fā)酵溫度加以嚴格控制的同時，菌種接種量是要優(yōu)先考慮的重要因素。3發(fā)酵豆渣蛋白質(zhì)飼料以豆渣和少量麥麩為原料，添加氯化鈉、硫酸鎂等各種無機鹽類，加入0.2%硫酸銨和3%尿素作為氮源，經(jīng)固態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料是切實可行的。利用菌霉與酵母菌種混合發(fā)酵的協(xié)同作用，來提高發(fā)酵料的蛋白質(zhì)含量和可消化性，即利用霉菌降解豆渣中的纖維素等物質(zhì)變成低分子的糖類，再利用酵母菌在生長繁殖過程中將糖類物質(zhì)與無機氮合成菌體蛋白，使得發(fā)酵豆渣蛋白質(zhì)飼料中蛋白質(zhì)含量高達29.76%，粗蛋白質(zhì)含量比原來增加43.07%。其中含有的蛋白酶、纖維素酶等活性成分可幫助動物更充分地消化吸收各種營養(yǎng)成分。此外，大豆球蛋白也降解為有利于消化的肽類及氨基酸。因此，發(fā)酵豆渣蛋白質(zhì)飼料是一種理想的飼料蛋白質(zhì)資源。固態(tài)發(fā)酵的最佳工藝條件為：發(fā)酵料坯中豆渣和麩皮以85∶15比例配制，接種菌配比是米