不同菌種固態(tài)發(fā)酵馬鈴薯渣對其營養(yǎng)價值影響研究

2021-06-10 09:37:34 點擊：

摘要：馬鈴薯渣是馬鈴薯生產(chǎn)淀粉的下腳料，不經(jīng)處理直接排放，會造成資源浪費和環(huán)境污染。通過微生物固態(tài)發(fā)酵處理可提高蛋白質(zhì)含量、降低粗纖維含量，從而提高了馬鈴薯渣的飼用價值。本試驗以酵母菌、霉菌、芽孢桿菌和乳酸菌為發(fā)酵菌種，研究不同菌種及組合固態(tài)發(fā)酵對其增值效果。結(jié)果表明，在溫度為30℃、pH自然的條件下，發(fā)酵72小時，馬鈴薯渣營養(yǎng)價值顯著提高，10種菌單菌發(fā)酵，其真蛋白含量提高，粗纖維降低，其中，釀酒酵母、產(chǎn)朊假絲酵母、X霉菌、綠色木霉、黑曲霉、米曲霉發(fā)酵真蛋白總量提高超過40%，植物乳桿菌、康寧木霉、黑曲霉發(fā)酵粗纖維降解率超過50%，均可提高總氨基酸和必選氨基酸含量；15個雙菌組合發(fā)酵均能提高馬鈴薯渣真蛋白含量，降低粗纖維含量，其中，釀酒酵母+米曲霉、釀酒酵母+黑曲霉和釀酒酵母+康寧木霉組合真蛋白總量提高超過50%；釀酒酵母+黑曲霉、扣囊復膜酵母+康寧木霉組合粗纖維降解率超過50%，均可提高馬鈴薯渣總氨基酸和必需氨基酸含量。綜合考慮，馬鈴薯渣單菌發(fā)酵，以黑曲霉效果最好，雙菌組合以釀酒酵母+黑曲霉為最佳組合。

鈴薯為茄科茄屬一年生草本作物，塊莖可供食用，是重要的糧飼菜兼用作物。2009年，馬鈴薯全球種植面積達0.187億hm2，總產(chǎn)量3.3億噸，是僅次于玉米、小麥、水稻的世界第四大糧食作物。中國是馬鈴薯生產(chǎn)第一大國，據(jù)統(tǒng)計，我國馬鈴薯種植面積已達8500萬畝，年產(chǎn)量已突破7000萬噸。在我國，馬鈴薯主要用來直接食用和生產(chǎn)淀粉，其中生產(chǎn)淀粉數(shù)量占馬鈴薯總產(chǎn)量的70%以上，在馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生20%左右的馬鈴薯廢渣，廢渣里含有少量蛋白質(zhì)和大量淀粉、纖維素、果膠、氨基酸等可利用成分，如不加以利用，不僅會對環(huán)境造成污染，也會造成資源浪費。隨著人們環(huán)保意識的增強，薯渣的合理利用已經(jīng)成為制約馬鈴薯淀粉加工業(yè)發(fā)展的瓶頸。

本試驗針對性選擇有益微生物，應用厭氧、好氧混合固態(tài)發(fā)酵技術(shù)處理馬鈴薯渣，探討其對營養(yǎng)成分組成及含量影響。

試驗材料與方法

1 菌種

依據(jù)發(fā)酵目的，選擇產(chǎn)朊假絲酵母、釀酒酵母、扣囊復膜酵母、枯草芽孢桿菌、康寧木霉、米曲霉、黑曲霉、綠色木霉、植物乳桿菌和X霉菌等菌種為馬鈴薯渣發(fā)酵備選菌種，其中前九種均為農(nóng)業(yè)部關(guān)于微生物飼料生物安全通用技術(shù)準則附錄中所規(guī)定允許使用的生產(chǎn)菌種，購自中國農(nóng)科院微生物菌種保藏中心；X霉菌，為本實驗室篩選。

2 馬鈴薯渣培養(yǎng)基

培養(yǎng)基組成：馬鈴薯渣80%，麩皮15.85%，尿素2%，硫酸銨1.5%，磷酸二氫鉀0.6%，硫酸鎂0.05%。

3 試驗方法

3.1 種子液的制備：

（1）乳酸菌種子液的制備

將4℃斜面保存的植物乳桿菌接于MRS液體試管培養(yǎng)基上活化，于37℃下以220r·min-1振蕩培養(yǎng)24h，作為一級培養(yǎng)種子；再以1%接種量接于MRS三角瓶液體培養(yǎng)基中，于37℃下以220r·min-1振蕩培養(yǎng)24h，作為二級種子培養(yǎng)基。

（2）酵母菌種子液的制備

將4℃斜面保存的酵母菌接于YEPD液體試管培養(yǎng)基上活化，于30℃下以220r·min-1振蕩培養(yǎng)培養(yǎng)24h，作為一級培養(yǎng)種子；再以1%接種量接于YEPD三角瓶液體培養(yǎng)基中，于30℃下以220r·min-1振蕩培養(yǎng)24h，作為二級種子培養(yǎng)基。

（3）枯草芽孢桿菌種子液的制備

將4℃斜面保存的枯草芽孢桿菌接于牛肉膏蛋白胨液體試管培養(yǎng)基上活化，于32℃下以220r·min-1振蕩培養(yǎng)培養(yǎng)24h，作為一級培養(yǎng)種子；再以1%接種量接于牛肉膏蛋白胨三角瓶液體培養(yǎng)基中，于32℃下以220r·min-1振蕩培養(yǎng)24h，作為二級種子培養(yǎng)基。

（4）霉菌種子液的制備

將4℃斜面保存的霉菌接于察氏液體試管培養(yǎng)基上活化，于28℃下以220r·min-1振蕩培養(yǎng)培養(yǎng)36h，作為一級培養(yǎng)種子；再以1%接種量接于察氏三角瓶液體培養(yǎng)基中，于28℃下以220r·min-1振蕩培養(yǎng)36h，作為二級種子培養(yǎng)液。

3.2 接種發(fā)酵

將二級種子培養(yǎng)液按10%接入含50%水分的馬鈴薯渣培養(yǎng)基中，30℃恒溫恒濕培養(yǎng)箱培養(yǎng)72h，前24小時每隔8h用無菌玻璃棒翻動培養(yǎng)基進行好氧發(fā)酵，后48小時厭氧發(fā)酵。

3.3 干燥

60-65℃恒溫鼓風干燥箱干燥24小時，回潮16小時，制成風干樣。

3.4 檢測指標

分別測定風干馬鈴薯渣培養(yǎng)基發(fā)酵前后真蛋白、粗纖維和氨基酸含量。

試驗結(jié)果與分析

1 單一菌種發(fā)酵結(jié)果與分析

10株菌單獨發(fā)酵馬鈴薯渣，對真蛋白質(zhì)和纖維含量的變化影響見表1。

從上表可知，10種菌分別進行單菌發(fā)酵，其真蛋白均比未發(fā)酵馬鈴薯渣含量高，粗纖維較未發(fā)酵馬鈴薯渣均有一定程度的降低，其中，釀酒酵母、產(chǎn)朊假絲酵母、X霉菌、綠色木霉、黑曲霉、米曲霉真蛋白總量提高程度相對較高，均超過40%；10種試驗菌種均能較好分解馬鈴薯渣中粗纖維，其中植物乳桿菌、康寧木霉、黑曲霉降解率超過50%。單菌發(fā)酵對馬鈴薯渣氨基酸組成及含量的影響見表2。

由上表可以看出，10種菌發(fā)酵均可提高馬鈴薯渣總氨基酸含量，其中除產(chǎn)朊假絲酵母、康寧木霉和米曲霉外，提高比例均超過50%；必需氨基酸總量除康寧木霉外，其余均有所增加，其中扣囊復膜酵母、植物乳桿菌、X霉菌和黑曲霉增幅超過40%。

綜合考慮單菌發(fā)酵結(jié)果和菌種適應能力，分別以釀酒酵母、產(chǎn)朊假絲酵母和扣囊復膜酵母為核心種子菌，分別與米曲霉、黑曲霉、綠色木霉、康寧木霉和X霉菌組合，進行馬鈴薯渣雙菌發(fā)酵處理，發(fā)酵工藝條件與單菌相同，測定真蛋白和粗纖維含量，分析雙菌發(fā)酵對馬鈴薯渣質(zhì)量影響，結(jié)果分別見表3，4。

2 雙菌種發(fā)酵結(jié)果與分析

從上表可知，15個雙菌組合發(fā)酵均能提高馬鈴薯渣真蛋白含量，降低粗纖維含量，其中，釀酒酵母+米曲霉、釀酒酵母+黑曲霉和釀酒酵母+康寧木霉真蛋白總量提高程度相對較高，均超過50%；15種雙菌組合發(fā)酵均能使馬鈴薯渣粗纖維降低40%以上，其中釀酒酵母+黑曲霉、扣囊復膜酵母+康寧木霉組合降解率超過50%。

由以上表可以看出，15種雙菌組合發(fā)酵，均可提高馬鈴薯渣總氨基酸含量，其中除扣囊復膜酵母+康寧木霉、釀酒酵母+綠色木霉、釀酒酵母+黑曲霉和釀酒酵母+x霉菌外，其余組合提高比例均超過50%；必需氨基酸總量除康寧木霉外，其余均有所增加，其中扣囊復膜酵母+綠色木霉、扣囊復膜酵母+黑曲霉、扣囊復膜酵母+x霉菌、扣囊復膜酵母+米曲霉、釀酒酵母+黑曲霉、釀酒酵母+米曲霉增幅超過50%。

討論

近年來，國內(nèi)外多位學者對馬鈴薯渣應用微生物處理，開發(fā)飼料資源進行了嘗試和研究。Aziz NH Mohsen GI用馬鈴薯渣作為原料，通過接種鐮刀菌屬和酵母菌來生產(chǎn)微生物蛋白飼料，同時，在發(fā)酵過程中用酸和伽馬射線處理大大提高蛋白產(chǎn)量，發(fā)酵三天，蛋白產(chǎn)量提高了65.8%；K.Schuction等對馬鈴薯渣接種酵母菌、霉菌、放線菌，同時添加氮源，通過2d-5d的固態(tài)發(fā)酵，蛋白質(zhì)提高15%～32.4%；楊全副等研究先用淀粉酶和中性蛋白酶將馬鈴薯渣中的纖維素和蛋白質(zhì)分解，再接種產(chǎn)生單細胞蛋白的菌株-產(chǎn)朊假絲酵母和熱帶假絲酵母，可將單細胞蛋白中的蛋白質(zhì)含量增至12.27%；史琦云等用白地霉、假絲酵母和釀酒酵母多菌固體發(fā)酵馬鈴薯渣，可生產(chǎn)出粗蛋白質(zhì)含量為22.16%的菌體蛋白飼料；祝英等研究了米曲霉、黑曲霉、綠色木霉單菌3種菌的最佳復配及與不同酵母菌復配對馬鈴薯渣生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料的影響，結(jié)果表明：單菌株發(fā)酵，米曲霉對馬鈴薯渣的降解效果最好；采用3種霉菌復配發(fā)酵，米曲霉與黑曲霉復配降解馬鈴薯渣的效果最好；米曲霉與黑曲霉的復配菌(1:1)再與3種酵母菌進行二次復配發(fā)酵，產(chǎn)朊假絲酵母與熱帶假絲酵母(1:1)進行二次復配的效果最好；本試驗結(jié)果表明，試驗采用的十種單菌及十五種組合發(fā)酵，均可在一定程度上提高馬鈴薯渣蛋白總量，降低粗纖維總量，這與前人試驗結(jié)果一致。說明應用微生物發(fā)酵，可以利用非蛋白氮合成菌體蛋白，同時微生物生長繁殖過程中分泌纖維素酶，降解粗纖維，是一種提高馬鈴薯渣營養(yǎng)價值的有效方法。

結(jié)論

綜合試驗結(jié)果，在本試驗范圍內(nèi)，可以獲得如下結(jié)論：馬鈴薯廢渣經(jīng)微生物發(fā)酵后，真蛋白、總氨基酸、總必需氨基酸含量提高，粗纖維含量降低，綜合營養(yǎng)價值顯著提高。綜合考慮，單菌發(fā)酵以產(chǎn)朊假絲酵母效果最好，雙菌組合以釀酒酵母+黑曲霉為最佳組合。

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