木薯渣中淀粉的檢測與應(yīng)用

木薯渣中淀粉的檢測與應(yīng)用

中國的甘薯主產(chǎn)區(qū)非常廣泛，主要產(chǎn)于廣西、廣東、福建等省。全國年產(chǎn)木薯1000多萬噸,目前,木薯主要用于制取淀粉,生產(chǎn)后有大量的木薯渣殘余,以干物質(zhì)計約有30萬噸左右。在木薯渣中非氮化合物的含量最高,達78.7%,其主要成分是可溶性淀粉化合物(如單糖和淀粉),這是很好的碳源,但是它的粗蛋白含量很低,氨基酸組成極不平衡,直接用來喂養(yǎng)禽畜效果差,因此大部分的木薯渣無法被利用,造成了極大的浪費。本研究中以木薯渣為碳源,加入一定的氮源,利用黑曲霉與啤酒酵母混種發(fā)酵,將木薯渣轉(zhuǎn)化為蛋白飼料。該飼料蛋白區(qū)別于動植物組織蛋白,是單細胞而且具有活性,所以稱為單細胞蛋白飼料。發(fā)酵法發(fā)酵木薯渣生產(chǎn)啤酒酵母單細胞蛋白,達到作為禽畜飼料的標(biāo)準(zhǔn),為開發(fā)新的飼料能源提供新路子,使廢物得到資源化處理,可說是一舉兩得。1材料和方法1.1微生物工程所獲啤酒酵母Cerevisiae,C—046由福建師范大學(xué)生物工程學(xué)院微生物生化教研室保藏;黑曲霉Aspergiulls.niger,S—047由福建師范大學(xué)生物工程學(xué)院微生物工程研究所分離獲得;木薯渣:福建三明明溪百事達變性淀粉有限公司提供。1.2培養(yǎng)基的組成和培訓(xùn)條件PD培養(yǎng)基:馬鈴薯20%,蔗糖2%;黑曲霉麥麩培養(yǎng)基:麥麩∶水=1∶1,2%硫酸銨1.3發(fā)酵馬鈴薯渣的制備黑曲霉的作用試驗:將木薯渣與水以1∶10的比例加浸泡1h后,濾出液體,分裝于三角瓶中,加入不同的N源:尿素4.5%,硝酸銨5.5%,麩皮浸提液2%,不同濃度硫酸銨3.0%,3.6%,4.5%,6.0%,9.0%;另將黑曲霉發(fā)酵后的木薯渣培養(yǎng)料用同樣方法制得浸提液,再用濾紙濾去黑曲霉菌絲和孢子,獲得褐色澄清的液體,分裝后各加入上述相同N源,分別接種后搖床培養(yǎng)(250r/min,32℃)48h后計數(shù)。木薯渣加量試驗:木薯渣(2%,3%,4%,5%,6%),水100ml,硫酸銨2%,尿素1%,KH2PO40.08%,接種黑曲霉1.72(106個與酵母1.44(106個,調(diào)pH至4.5左右,48h后測定各值。搖瓶裝量試驗:木薯渣2%,水(60ml,80ml,100ml,120ml),硫酸銨2%,尿素1%,KH2PO40.08%,分別接入黑曲霉孢子與酵母,調(diào)pH至4.5左右,48h后計數(shù)。液體種發(fā)酵的周期試驗:木薯渣2%,水100ml,硫酸銨2%,尿素1%,KH2PO4,0.08%,接種黑曲霉發(fā)酵液0.5ml和酵母菌懸液0.5ml,調(diào)pH至4.5左右,間隔24h,32h,40h,48h,56h,64h后測定各值。接種量(黑曲霉)試驗:木薯渣2%,水100ml,硫酸銨2%,尿素1%,KH2PO4,0.08%,分別接入不同量黑曲霉孢子(0.43×106個,0.86×106個,1.29×106個,1.72×106個,2.15×106個)與酵母菌1.48×106個,調(diào)pH至4.5左右,48h后計酵母數(shù)。混種固體發(fā)酵木薯渣:各曲盤的木薯渣培養(yǎng)基生料(84%木薯渣,6%硫酸銨,10%麥麩)分別接入黑曲霉發(fā)酵液和黑曲霉孢子各3盤,室溫培養(yǎng)。分別隔0h,12h,24h接入啤酒酵母;另外制備僅加發(fā)酵液和僅加啤酒酵母各一盤為對照。均48h后計數(shù),烘干,測定粗蛋白含量。凱氏定氮法測粗蛋白含量。顯微鏡細胞計數(shù)法計數(shù)啤酒酵母個數(shù)。2結(jié)果與分析2.1混合甘薯渣發(fā)酵2.1.1生長ph值的測定由圖1可見pH4.5左右是該啤酒酵母最適生長pH值,這與黑曲霉發(fā)酵木薯渣48h后的pH值相符。黑曲霉可將木薯渣分解成酵母更容易利用的還原糖,因此可將兩者混種發(fā)酵。2.1.2發(fā)酵條件對酵母菌數(shù)的影響經(jīng)黑曲霉發(fā)酵后木薯渣浸提液與未經(jīng)黑曲霉發(fā)酵木薯渣浸提液以及氮源對啤酒酵母培養(yǎng)的影響見圖2。如圖2所示,在加入相同氮源的情況下,經(jīng)黑曲霉發(fā)酵后的木薯渣浸提液所培養(yǎng)酵母菌數(shù)明顯好于未發(fā)酵的木薯渣浸提液。且以加入硫酸銨的效果最好,麥麩次之,此外隨著硫酸銨濃度的增大,酵母菌數(shù)也相應(yīng)增大。2.1.3影響酵母生長的因子硫酸銨,尿素,KH2PO4,的正交配比實驗見表1,采取三因素三水平[L9(33)]的正交設(shè)計表,由表1得A、C因素即硫銨和KH2PO4的極差較大,其中硫銨的極差最大,而B因素即尿素的極差較小,即三因素的影響次序為A>C>B,由方差分析表2表明硫酸銨和KH2PO4是影響酵母生長數(shù)量的顯著因子,而尿素為不顯著因子。綜合兩表得到的最佳配方為A1B1C2,即硫銨的最佳濃度為2%,尿素為1%,KH2PO4為0.1%。2.2黑醋霉液體制備2.2.1石榴渣如圖3所示,在木薯渣含量為2%～6%實驗中,以2%最適,隨著木薯渣含量的增加,培養(yǎng)液中的溶氧量不足,酵母生長受到影響,數(shù)量有所下降。2.2.2活塞鎖試驗由實驗得250ml搖瓶裝量為100ml時,酵母,黑曲霉的生長良好,酵母的總數(shù)最高。2.2.3液體種類的發(fā)酵周期試驗由實驗得知發(fā)酵時間為48h時,酵母形態(tài)較好,數(shù)量也達到最高。2.2.4試驗曲黑曲霉菌如圖6所示,在5個黑曲霉接種量實驗中,以2.15(106個/100ml為佳。2.3不同菌株對發(fā)酵生產(chǎn)葉片蛋白的影響曲盤混種發(fā)酵的結(jié)果見表3,4。由表3可見黑曲霉發(fā)酵液和黑曲霉孢子0h后加啤酒酵母即同時發(fā)酵,蛋白含量更高,而以黑曲霉發(fā)酵液的菌數(shù)最高,因此可采用黑曲霉發(fā)酵液與啤酒酵母同時接入生料中進行發(fā)酵生產(chǎn)單細胞蛋白。由表4可見混種發(fā)酵木薯渣后的發(fā)酵物中粗蛋白含量達到15%以上,氨基酸含量也有所提高,達到作為飼料的各項指標(biāo)。此外色氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸這3種必需氨基酸可能因為含量較低,未能檢測出。3啤酒酵母降血酸發(fā)酵馬鈴薯渣生料的配方優(yōu)化(1)黑曲霉發(fā)酵木薯渣的過程可將木薯渣的纖維成分分解為還原糖,能被酵母直接利用。作為氮源,硫酸銨能很快離解為SO42–和NH4+,NH4+能直接被微生物吸收,SO42–又能降低pH,抑制細菌生長,因此是理想的氮源。(2)啤酒酵母自身的蛋白含量較高,但是直接以木薯渣作為碳源,生長效果差。而黑曲霉能能將木薯渣中的多糖分解為還原糖,能較好的為酵母利用,同時黑曲霉能產(chǎn)酸降低酸堿值,正好也是適合啤酒酵母生長的pH范圍。因此采用啤酒酵母與黑曲霉同時混種固體發(fā)酵木薯渣生料。經(jīng)過優(yōu)化實驗,能將木薯渣轉(zhuǎn)化為活性酵母,將木薯渣的蛋白含量由3%～4%提高至15%左右。發(fā)酵產(chǎn)物無毒(氰化物達標(biāo)、發(fā)酵菌種均為食品安全菌、無異味),因此可以作為牲畜的啤酒酵母單細胞蛋白飼料。(3)本實驗產(chǎn)品啤酒酵母單細胞蛋白飼料中賴氨酸4.4%,蛋氨酸0.5%,胱氨酸0.3%,與《中國飼料成分及營養(yǎng)價值表》材料報道的啤酒酵母蛋白飼料賴氨酸3.38%,蛋氨酸0.83%,胱氨酸0.50%還有一定差距,此外色氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸這3種必需氨基酸可能因為含