植物乳桿菌固態(tài)發(fā)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(chǎn)第一大國,在2015 年已啟動了馬鈴薯主糧化的戰(zhàn)略,推進(jìn)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(chǎn)品的產(chǎn)生——馬鈴薯渣。馬鈴薯渣的營養(yǎng)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(yùn)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(fèi),同時也會造成環(huán)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(fā)酵后制備動物飼料方面已有眾多的學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。選擇不同的菌種和酶制劑、不同的馬鈴薯渣發(fā)酵底物配比及不同的發(fā)酵工藝,對制備后的馬鈴薯渣發(fā)酵產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生的影響也不同。本研究選擇植物乳桿菌為發(fā)酵菌株,馬鈴薯渣、小麥麩皮、玉米蛋白粉為發(fā)酵底物,通過優(yōu)化固態(tài)發(fā)酵條件,制備馬鈴薯渣蛋白質(zhì)生物飼料,以期合理利用馬鈴薯渣資源,使其轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)飼料資源。
1材料與方法
1.1 主要儀器與設(shè)備
高速萬能粉碎機(jī),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(yī)療器械廠;超凈工作臺,蘇凈集團(tuán)安泰公司;SPX-80B-Ⅱ生化培養(yǎng)箱,上海賀德實(shí)驗設(shè)備公司;電熱恒溫干燥箱,太倉精宏實(shí)驗設(shè)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(yǎng)基
馬鈴薯渣來自于內(nèi)蒙古赤峰市淀粉廠。小麥麩皮和玉米蛋白粉來自內(nèi)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(yǎng)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(yǎng)及保存植物乳桿菌。
馬鈴薯渣固態(tài)發(fā)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(shè)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(yǎng)基加入到安瓿瓶內(nèi),并微微震蕩,使安瓿瓶內(nèi)物體呈現(xiàn)懸浮狀。而后,將全部菌液移入適宜的培養(yǎng)基內(nèi),在適宜的條件下培養(yǎng),使制備的發(fā)酵菌液濃度約8×108 CFU/ ml。
固態(tài)發(fā)酵過程:活化菌種→接入適宜的液體培養(yǎng)基→按照不同菌種的適宜溫度進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)→接入馬鈴薯渣底物進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵→放置-20℃保存→烘干→粉碎→粗蛋白質(zhì)和粗纖維含量的測定。
設(shè)計3因素3水平正交試驗(見表1),以確定固態(tài)發(fā)酵制備生物飼料的最佳工藝參數(shù)。
1.4 指標(biāo)測定
飼料粗蛋白質(zhì)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(jié)果與分析
2.1 植物乳桿菌固態(tài)發(fā)酵工藝對馬鈴薯渣飼料粗蛋白質(zhì)含量的影響
馬鈴薯渣底物粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.06%。在不同菌液量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間的發(fā)酵工藝條件下進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵,以制備發(fā)酵飼料粗蛋白質(zhì)含量為評價指標(biāo),正交試驗結(jié)果見表2和表3。由表2可知,9種不同發(fā)酵工藝制備的馬鈴薯渣發(fā)酵飼料粗蛋白質(zhì)含量均高于未發(fā)酵。試驗2號制備的飼料粗蛋白質(zhì)含量最高,比未發(fā)酵提高了27.24%。
由極差分析表明,影響因素的大小依次為發(fā)酵溫度、菌液量、發(fā)酵時間。最佳發(fā)酵組合為A1B2C2,即菌液量為4%、發(fā)酵溫度33℃、發(fā)酵時間60h,在該條件下,發(fā)酵制備的飼料粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.98%。
方差分析表明發(fā)酵溫度、菌液量、發(fā)酵時間對飼料發(fā)酵底物粗蛋白質(zhì)含量的影響不顯著(P>0.05)。
2.2 植物乳桿菌固態(tài)發(fā)酵工藝對馬鈴薯渣粗纖維含量的影響
植物乳桿菌發(fā)酵后固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基粗纖維的含量見表4。
馬鈴薯渣底物粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.44%。在不同菌液量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間的發(fā)酵工藝條件下進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵,以制備發(fā)酵飼料粗纖維含量為評價指標(biāo),正交試驗結(jié)果見表4。由表4可知,9種不同發(fā)酵工藝制備的馬鈴薯渣發(fā)酵飼料粗纖維含量均低于未發(fā)酵。試驗3號制備的飼料粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低,為9.76%,比未發(fā)酵降低了36.79%。
由極差分析可知,影響因素的大小依次為發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、菌液量。從3組均值上分析,理想發(fā)酵組合為A1B3C1,但正交未出現(xiàn),因此選擇最佳發(fā)酵組合為A1B3C3,即菌液量為4%、發(fā)酵溫度35℃、發(fā)酵時間72h,發(fā)酵制備的飼料粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高9.76%。
方差分析表明發(fā)酵溫度對飼料發(fā)酵底物粗纖維含量的影響顯著(P<0.05),而菌液量和發(fā)酵時間對飼料發(fā)酵底物粗纖維含量影響不顯著(P>0.05)。
2.3 固態(tài)發(fā)酵工藝優(yōu)化驗證試驗
根據(jù)考察的指標(biāo)不同,其發(fā)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(zhì)為主,其最佳發(fā)酵條件為菌液量4%、發(fā)酵溫度33℃、發(fā)酵時間60h。在此條件下再進(jìn)行3次驗證試驗,發(fā)酵制備的飼料粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.07%、22.37%、22.89%,粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.69%、14.55%、14.21%,與各正交試驗所得結(jié)果基本一致,因此確定為最佳發(fā)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(zhì)飼料的條件(干物質(zhì)中粗纖維<18%,同時粗蛋白質(zhì)≥20%的飼料)。
3結(jié)論與討論
固態(tài)培養(yǎng)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(fā)酵前粗蛋白質(zhì)和粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為18.06%和15.44%,在本試驗最優(yōu)發(fā)酵條件下,即菌液量4% (菌液濃度約8×108 CFU/ ml)、發(fā)酵溫度33℃、發(fā)酵時間60 h,制備的馬鈴薯渣生物飼料粗蛋白質(zhì)和粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為22.37% ~23.07% 和13.69%~14.55%,達(dá)到了作為蛋白質(zhì)飼料的要求。
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