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正交乳酸菌發(fā)酵玉米酒糟的研究

這項(xiàng)工作研究并實(shí)施了效率低下、節(jié)能、節(jié)約糧食和污染酒精生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝和聯(lián)合飼料,并顯著降低了酒精生產(chǎn)的成本。這是中國(guó)發(fā)酵技術(shù)和酒精行業(yè)(特別是燃料酒精行業(yè))20世紀(jì)前10年的主要發(fā)展方向。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源短缺問(wèn)題日益加重,據(jù)統(tǒng)計(jì),2002年我國(guó)實(shí)際進(jìn)口原油7000萬(wàn)t。與此同時(shí),我國(guó)的農(nóng)副產(chǎn)品相對(duì)過(guò)剩,導(dǎo)致農(nóng)民收入下降;其中玉米在農(nóng)副產(chǎn)品中占有重要的位置,玉米是配合飼料中主要的原料。目前我國(guó)飼料年總量達(dá)到7500萬(wàn)t,飼料工業(yè)總產(chǎn)值約為2000億元人民幣;根據(jù)規(guī)劃,全國(guó)飼料工業(yè)到2010年,配合飼料產(chǎn)量1億t,濃縮飼料1200萬(wàn)t,添加劑預(yù)混合飼料500萬(wàn)t。酒精聯(lián)產(chǎn)發(fā)酵飼料新工藝研究的主要內(nèi)容就是:將配合飼料產(chǎn)量1億t中所需20%的玉米原料即2000萬(wàn)t首先用于酒精發(fā)酵,可生產(chǎn)800萬(wàn)t酒精。而同時(shí)產(chǎn)生的6400萬(wàn)t的酒糟則與80%的玉米原料即8000萬(wàn)t混合后進(jìn)行乳酸發(fā)酵混合飼料的生產(chǎn),產(chǎn)量可達(dá)到15000萬(wàn)t(水分含量58%),飼料經(jīng)過(guò)發(fā)酵轉(zhuǎn)化后,其營(yíng)養(yǎng)成分豐富,氨基酸分配合理,適口性好,而且無(wú)需干燥即可長(zhǎng)期保持,成本低,質(zhì)量穩(wěn)定。因此,酒精聯(lián)產(chǎn)乳酸發(fā)酵飼料新工藝將促進(jìn)我國(guó)燃料酒精工業(yè)、農(nóng)業(yè)、飼料工業(yè)以及畜牧業(yè)的偶聯(lián)發(fā)展,一方面部分解決了燃料酒精生產(chǎn)的原料來(lái)源,實(shí)現(xiàn)酒糟的無(wú)污染利用,保護(hù)了環(huán)境,同時(shí)大幅度降低酒精生產(chǎn)的總體成本;另一方面,酒糟乳酸發(fā)酵飼料的開(kāi)發(fā)是對(duì)我國(guó)微生物飼料的豐富和發(fā)展,其合理的營(yíng)養(yǎng)配比,良好的適口性,可長(zhǎng)期保存的優(yōu)點(diǎn)將推動(dòng)我國(guó)飼料工業(yè)以及畜牧業(yè)的生態(tài)化發(fā)展,一定程度上消除了阻礙酒精工業(yè)規(guī)?;l(fā)展的原料、成本和污染三大問(wèn)題。在利用玉米酒糟進(jìn)行乳酸菌發(fā)酵飼料新工藝研究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)酒糟乳酸菌發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行了優(yōu)化研究,得到最適培養(yǎng)基組成和工藝條件,力求實(shí)現(xiàn)酒精聯(lián)產(chǎn)飼料的低能耗、低成本、無(wú)污染的生態(tài)工業(yè)模式,為我國(guó)燃料酒精產(chǎn)業(yè)和飼料工業(yè)的偶聯(lián)發(fā)展提供了可行的工藝路線。1材料和方法1.1材料表面1.1.1硫酸發(fā)酵菌嗜酸乳桿菌,實(shí)驗(yàn)室保藏。1.1.2蘑菇培養(yǎng)基1.1.2.抗菌活性葡萄糖1,胰蛋白胨1,酵母膏0.5,檸檬酸銨0.2,乙酸鈉1.5,KH2PO40.6,MgSO4·7H2O0.1,FeSO4·7H2O0.003,MnSO4·4H2O0.0015,吐溫-800.1,pH5.5,0.1MPa條件滅菌15min。1.1.2.酒糟3.5m的酒糟1.5和4.5m的酒糟4.5m的酒糟4.5m的水最葡萄糖1,蛋白胨0.5,MgSO4·7H2O0.5,KH2PO40.1,NaCl0.5,酒糟100mL,pH5.5,0.1MPa條件滅菌15min。1.1.3酒糟酸發(fā)酵培養(yǎng)基酒糟、玉米、豆粕、預(yù)混料、麩皮等,實(shí)驗(yàn)室配備。1.2方法1.2.1乳酸發(fā)酵種子的制備將活化好的菌種接種于250mL三角瓶中,每瓶裝液量100mL,37℃恒溫靜置培養(yǎng)48~72h,作為酒糟混合料乳酸發(fā)酵種子備用。1.2.2酒糟混合料乳酸發(fā)酵將制備的酒糟乳酸菌培養(yǎng)液以5%的接種量接種至酒糟混合料中,攪拌均勻后,裝入200mL廣口瓶中,密封好于30℃恒溫箱中進(jìn)行酒糟混合料乳酸發(fā)酵,25d取樣進(jìn)行發(fā)酵指標(biāo)分析。1.2.3總糖和恢復(fù)糖總糖是將蒸餾后的殘液用6NHCl溶液水解并中和后,采用DNS法測(cè)定;還原糖直接用蒸餾殘液過(guò)濾后的清液,采用DNS法測(cè)定。1.2.4氨基酸自動(dòng)分析方法粗蛋白采用FossFecator公司2006Digestor和2300Kjeltec自動(dòng)分析儀;氨基酸采用日立H825-50氨基酸自動(dòng)分析儀;其他指標(biāo)采用常規(guī)分析。1.2.5ph測(cè)量pHS-3TC酸度計(jì)。酸度測(cè)定:NaOH滴定法。1.2.6計(jì)算蘑菇的地方采用傾注平板法。1.2.7測(cè)定了醋酸含量氣相色譜法。1.2.8乳酸菌發(fā)酵正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)以玉米酒糟為基質(zhì),參照肉雞混合飼料的組分要求,根據(jù)玉米、豆粕、預(yù)混料、麩皮用量的單因素試驗(yàn)確定了乳酸菌發(fā)酵正交試驗(yàn)的因素水平見(jiàn)表1。2結(jié)果與討論2.1酒精糟液的污染利用玉米原料酒精濃醪發(fā)酵后所得的酒糟中殘總糖為3.42%,還原糖為0.19%;還含有蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、礦物質(zhì)和微生物菌體等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);其中BOD值為28000~35000mg/L,COD值為35000~50000mg/L。由于當(dāng)前酒糟除用于生產(chǎn)DDGS飼料外(設(shè)備投資過(guò)大,生產(chǎn)能耗成本高,不適宜在我國(guó)推廣),相當(dāng)數(shù)量的酒精糟液仍然采用直接排放,不僅使資源大量浪費(fèi),而且對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。為此,我們以雞用混合飼料標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo),根據(jù)蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素和氨基酸為指標(biāo),設(shè)計(jì)了雞用乳酸發(fā)酵飼料的基本培養(yǎng)基。2.2乳酸菌發(fā)酵飼料的原料配比為確定酒糟乳酸菌發(fā)酵培養(yǎng)基中的玉米、豆粕、預(yù)混料和麩皮的最佳用量,以乳酸菌發(fā)酵飼料的乳酸含量為考察指標(biāo),正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出,以玉米酒糟液為基質(zhì)(全利用),對(duì)酒糟乳酸菌發(fā)酵飼料產(chǎn)生乳酸影響最大的因素是培養(yǎng)基組分中的玉米,其次是豆粕和預(yù)混料,而麩皮用量的影響最小,這與雞用混合飼料組分配比的要求相吻合。乳酸菌不能直接利用玉米和麩皮原料中的淀粉,而是利用了酒糟液中殘留的糖類(lèi)物質(zhì)以及在乳酸菌發(fā)酵初期其他微生物代謝的物質(zhì),玉米和麩皮原料的主要作用是吸附酒糟液中的水分和營(yíng)養(yǎng)成分。結(jié)果表明,酒糟液乳酸菌發(fā)酵飼料的最佳培養(yǎng)基配比為A2B3C1D2,即玉米33%,豆粕13%,預(yù)混料3.0%,麩皮2.0%。2.3乳酸化過(guò)程中氨基酸的變化酒糟飼料接種乳酸菌發(fā)酵15d后,其氨基酸的含量發(fā)生了較大幅度的變化(表3),試驗(yàn)結(jié)果表明:酒糟配合飼料中所要求的17種氨基酸指標(biāo)在酒糟混合料乳酸化作用后,其氨基酸含量均有較大的增幅(40.8%),氨基酸總量從13%增加到18.30%。其中,對(duì)禽畜生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用的谷氨酸、蛋氨酸和賴(lài)氨酸的含量增幅度分別達(dá)到48.2、71.4和25%。結(jié)合表4和表5分析,酒糟混合料經(jīng)乳酸菌的乳酸化作用后,混合料中的總氮基本沒(méi)有變化,但含氮物質(zhì)的形式卻發(fā)生了變化,主要表現(xiàn)為氨基酸總量和必要氨基酸含量的增加,說(shuō)明酒糟混合飼料的質(zhì)量得到提高,而且乳酸化效果明顯。2.4乳酸菌發(fā)酵飼料中乳酸含量的測(cè)定在酒糟乳酸菌發(fā)酵試驗(yàn)中,我們以乳酸菌種子的接種量為考察因素,制定了1,2,3,4,5%等5個(gè)因素水平,觀察了乳酸菌發(fā)酵后飼料中的乳酸含量。試驗(yàn)結(jié)果表明:3%的接種量即可滿(mǎn)足酒糟乳酸菌發(fā)酵的要求,見(jiàn)圖1。2.5d的發(fā)酵酒糟飼料接種乳酸菌進(jìn)行的固態(tài)發(fā)酵過(guò)程,pH值從6.0經(jīng)過(guò)15d的發(fā)酵后下降至3.8。pH值的變化見(jiàn)圖2,結(jié)果表明,酒糟飼料在厭氧條件下乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生乳酸等有機(jī)酸和其他風(fēng)味物質(zhì),使酒糟飼料處于酸性環(huán)境,而且富含活性乳酸菌,使得酒糟飼料可以長(zhǎng)期保持。3酒糟混合飼料乳酸發(fā)酵3.1試驗(yàn)利用一株嗜酸乳桿菌,經(jīng)酒糟濾液培養(yǎng)后對(duì)酒糟混合料進(jìn)行了乳酸化作用,試驗(yàn)表明,發(fā)酵15d后乳酸菌對(duì)酒糟混合飼料的乳酸化作用顯著,混合飼料的pH值達(dá)到4.0,乳酸菌數(shù)達(dá)到4.2×107/g混合料,乳酸含量為1.93%。由于大量乳酸菌的存在及乳酸含量的大幅度增加,使乳酸發(fā)酵飼料可以在不干燥、厭氧情況下長(zhǎng)時(shí)間貯存。而且其風(fēng)味獨(dú)特,對(duì)禽畜更具適口性。3.2酒糟混合料乳酸發(fā)酵試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),混合飼料中的總氮基本沒(méi)有變化,但有機(jī)氮增加。另外對(duì)禽畜生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)

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