植物乳桿菌固態發酵馬鈴薯渣制備生物飼料的研究
目前,我國是世界馬鈴薯生產第一大國,在2015 年已啟動了馬鈴薯主糧化的戰略,推進把馬鈴薯加工成淀粉原料和饅頭、面條、米粉等主食,同時會伴隨著其副產品的產生——馬鈴薯渣。馬鈴薯渣的營養成分主要包括:淀粉、半纖維素、纖維素、果膠、游離氨基酸、灰分、多肽、寡肽等 ,水分含量大,不易儲存和運輸,因此往往得不到很好的利用,通常都是直接排放或掩埋處理,這不僅是對資源的浪費,同時也會造成環境的污染。但是其含有的豐富粗纖維、果膠、淀粉等可利用資源,具有很高的重新利用的價值,特別是在發酵后制備動物飼料方面已有眾多的學者進行了相關研究。選擇不同的菌種和酶制劑、不同的馬鈴薯渣發酵底物配比及不同的發酵工藝,對制備后的馬鈴薯渣發酵產品品質產生的影響也不同。本研究選擇植物乳桿菌為發酵菌株,馬鈴薯渣、小麥麩皮、玉米蛋白粉為發酵底物,通過優化固態發酵條件,制備馬鈴薯渣蛋白質生物飼料,以期合理利用馬鈴薯渣資源,使其轉化成優質的蛋白質飼料資源。
1材料與方法
1.1 主要儀器與設備
高速萬能粉碎機,天津泰斯特儀器有限公司;立式壓力蒸汽滅菌器,上海申安醫療器械廠;超凈工作臺,蘇凈集團安泰公司;SPX-80B-Ⅱ生化培養箱,上海賀德實驗設備公司;電熱恒溫干燥箱,太倉精宏實驗設備公司;KDN-B 定氮儀,上海新嘉電子有限公司;纖維測定儀,R. Espinar,S. L. 公司。
1.2 原料、菌種與培養基
馬鈴薯渣來自于內蒙古赤峰市淀粉廠。小麥麩皮和玉米蛋白粉來自內蒙古通遼市通大飼料有限公司。植物乳桿菌(號1.2437):植物乳桿菌植物亞種,購于中國普通微生物菌種保藏管理中心(CGMCC)。
MRS 培養基:酪蛋白胨10 g,牛肉膏5 g,酵母提取物5 g,葡萄糖5 g,吐溫80 1 ml,磷酸氫二鉀2 g,乙酸鈉5 g,檸檬酸二胺2 g,硫酸鎂0. 2 g,硫酸錳0. 05 g,瓊脂15.0 g,蒸餾水1 L。高壓滅菌20 min,用于培養及保存植物乳桿菌。
馬鈴薯渣固態發酵底物:鮮馬鈴薯渣∶ 小麥麩皮(粉碎)∶ 玉米蛋白粉(粉碎) =8∶1∶1。
1.3 試驗方法與設計
菌種活化:開封安瓿瓶后,用移液槍吸取0.3~0.5 ml 的液體培養基加入到安瓿瓶內,并微微震蕩,使安瓿瓶內物體呈現懸浮狀。而后,將全部菌液移入適宜的培養基內,在適宜的條件下培養,使制備的發酵菌液濃度約8×108 CFU/ ml。
固態發酵過程:活化菌種→接入適宜的液體培養基→按照不同菌種的適宜溫度進行擴大培養→接入馬鈴薯渣底物進行固態發酵→放置-20℃保存→烘干→粉碎→粗蛋白質和粗纖維含量的測定。
設計3因素3水平正交試驗(見表1),以確定固態發酵制備生物飼料的最佳工藝參數。
1.4 指標測定
飼料粗蛋白質和粗纖維測定分別采用凱氏定氮法( GB/T 5009.5—2003) 和酸堿洗滌法( GB/T6434—2006)。
2結果與分析
2.1 植物乳桿菌固態發酵工藝對馬鈴薯渣飼料粗蛋白質含量的影響
馬鈴薯渣底物粗蛋白質質量分數為18.06%。在不同菌液量、發酵溫度和發酵時間的發酵工藝條件下進行固態發酵,以制備發酵飼料粗蛋白質含量為評價指標,正交試驗結果見表2和表3。由表2可知,9種不同發酵工藝制備的馬鈴薯渣發酵飼料粗蛋白質含量均高于未發酵。試驗2號制備的飼料粗蛋白質含量最高,比未發酵提高了27.24%。
由極差分析表明,影響因素的大小依次為發酵溫度、菌液量、發酵時間。最佳發酵組合為A1B2C2,即菌液量為4%、發酵溫度33℃、發酵時間60h,在該條件下,發酵制備的飼料粗蛋白質質量分數為22.98%。
方差分析表明發酵溫度、菌液量、發酵時間對飼料發酵底物粗蛋白質含量的影響不顯著(P>0.05)。
2.2 植物乳桿菌固態發酵工藝對馬鈴薯渣粗纖維含量的影響
植物乳桿菌發酵后固態發酵培養基粗纖維的含量見表4。
馬鈴薯渣底物粗纖維質量分數為15.44%。在不同菌液量、發酵溫度和發酵時間的發酵工藝條件下進行固態發酵,以制備發酵飼料粗纖維含量為評價指標,正交試驗結果見表4。由表4可知,9種不同發酵工藝制備的馬鈴薯渣發酵飼料粗纖維含量均低于未發酵。試驗3號制備的飼料粗纖維質量分數最低,為9.76%,比未發酵降低了36.79%。
由極差分析可知,影響因素的大小依次為發酵溫度、發酵時間、菌液量。從3組均值上分析,理想發酵組合為A1B3C1,但正交未出現,因此選擇最佳發酵組合為A1B3C3,即菌液量為4%、發酵溫度35℃、發酵時間72h,發酵制備的飼料粗纖維質量分數最高9.76%。
方差分析表明發酵溫度對飼料發酵底物粗纖維含量的影響顯著(P<0.05),而菌液量和發酵時間對飼料發酵底物粗纖維含量影響不顯著(P>0.05)。
2.3 固態發酵工藝優化驗證試驗
根據考察的指標不同,其發酵最佳工藝條件也不同。以制備馬鈴薯渣生物蛋白飼料為目的,即以提高粗蛋白質為主,其最佳發酵條件為菌液量4%、發酵溫度33℃、發酵時間60h。在此條件下再進行3次驗證試驗,發酵制備的飼料粗蛋白質質量分數為23.07%、22.37%、22.89%,粗纖維質量分數為13.69%、14.55%、14.21%,與各正交試驗所得結果基本一致,因此確定為最佳發酵工藝條件。以此工藝制備的馬鈴薯渣生物飼料也符合作為蛋白質飼料的條件(干物質中粗纖維<18%,同時粗蛋白質≥20%的飼料)。
3結論與討論
固態培養基是以鮮馬鈴薯渣80% 為主,小麥麩皮10%和玉米蛋白粉10%為輔,其發酵前粗蛋白質和粗纖維質量分數分別為18.06%和15.44%,在本試驗最優發酵條件下,即菌液量4% (菌液濃度約8×108 CFU/ ml)、發酵溫度33℃、發酵時間60 h,制備的馬鈴薯渣生物飼料粗蛋白質和粗纖維質量分數分別為22.37% ~23.07% 和13.69%~14.55%,達到了作為蛋白質飼料的要求。
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