酵母菌發酵雜粕生產生物菌體蛋白飼料初探

延邊大學農學院動物科學系 張秋華 張 敏

菌體蛋白飼料富含蛋白質，還具有一定香味，營養價值較高 （曹鈺等，2007）。由于其具有成本低、原料廣、周期短、產量高等優點而成為目前研究的熱點。本試驗以雜粕（豆粕、玉米臍子粕、菜籽粕、棉籽粕）為基質，利用酵母菌進行固態發酵，通過單因素試驗設計對其發酵周期、接種量、料水比、溫度、氮源添加量等因素進行研究，以確定菌體蛋白飼料的最佳發酵生產條件。

1 材料與方法

1.1 材料 雜粕市售，其主要成分為：玉米5%、豆粕20%、玉米臍子粕25%、菜籽粕10%、棉籽粕24%。

高活性干酵母，由某酵母公司提供。

1.2 培養基 選擇培養基：葡萄糖2 g，酵母粉0.5 g，蛋白胨 1 g，丙酸鈉 0.25 g，瓊脂 2 g，水 100 mL，pH 4.5。

液體培養基（YPD）：葡萄糖 2 g，酵母粉0.5 g，蛋白胨 1 g，水 100 mL，pH 4.5。

斜面培養基：土豆50 g，葡萄糖 5 g，瓊脂5 g，水 250 mL，pH 自然。

1.3 液體菌種培養 取一定量干酵母粉制成懸液，將其稀釋涂單菌落平板，將單菌落挑至含有100 mL YPD培養基的250 mL三角瓶中，在恒溫搖床30℃振蕩培養24 h左右，搖床轉速130 r/min，制得酵母懸液含孢量為2.4×108～2.6×108個/mL。后轉移到冰箱中備用。

1.4 粗蛋白質含量的測定 采用凱氏定氮法。計算公式如下：

粗蛋白質含量=[（V2-V0）×N×0.0140×6.25]/[m×（V1/V）]×100%；

式中V0為滴定空白時所需鹽酸溶液體積，mL；V1為試樣分液蒸餾用體積，mL；V2為滴定試樣時所需鹽酸標準溶液體積，mL；V為試樣分解液總體積，mL；C為鹽酸標準溶液的物質的量濃度，mol/L；m 為試樣質量，g；0.0140 為 1 mmol氮的克數；6.25為氮的蛋白質換算系數。

2 結果與分析

2.1 原料的不同處理對粗蛋白質含量的影響將固體培養基分成兩組，每組培養基5 g。一組進行蒸汽滅菌為熟料（121℃，滅菌20 min），另一組不進行任何處理為生料。將酵母菌懸液取1 mL接種于生料和熟料中，加入適量的水分、氮源，在30℃下用恒溫培養箱培養24 h，結果見表1。表1結果表明，熟料發酵后較生料未滅菌發酵后粗蛋白質含量明顯增加。可能是經熱處理后破壞了雜粕中的抗營養因子，更易于微生物吸收營養基質使其更好地增殖；另外，其內部化學鍵的斷裂也促使雜粕中的營養物質最大可能地轉化為菌體蛋白。

表1 生料與熟料發酵后粗蛋白質含量

2.2 發酵周期對發酵效果的影響 見圖1。

圖1 發酵時間對發酵效果的影響

發酵周期會影響發酵產物中蛋白質含量。發酵周期過短，菌體不能充分生長，導致發酵產物中蛋白質含量過低；發酵周期過長，生產成本增加，且容易滋生雜菌 （司翔宇等，2005）。圖1結果表明，通過接種量 4%，料水比 1∶1.2，溫度 30℃，氮源添加量3.5%（1.5%尿素+2.0%硫酸銨）發酵后，隨著發酵時間的遞增，菌體蛋白含量呈先上升后又逐漸下降的趨勢，發酵雜粕（熟料，下同）粗蛋白質含量在24 h時含量最高，為56.24%。其原因可能是酵母菌的呼吸作用消耗了部分有機物而產生了蛋白質的“濃縮效應”（張紅和西寧，1996），使雜粕中的營養物質慢慢被耗竭。

2.3 接種量對發酵效果的影響 見圖2。接種量過大，會使微生物生長速率過快，營養物質很快消耗，并釋放大量的熱能，容易導致溫度過高使菌體失活，同時也增加了生產成本；過小反而容易感染雜菌不利于發酵。圖2結果表明，在24 h，料水比1∶1.2，溫度 30℃，氮源添加量 3.5%（1.5%尿素+2.0%硫酸銨）發酵后，隨著接種量的增加，曲線表現為逐漸上升至最大值后小幅下降，雜粕粗蛋白質含量在6%接種量時含量最高，為55.47%。這可能是因為發酵前期菌體快速增長致使發酵后期營養供應不足，而使菌體產生自溶現象，使菌體蛋白含量下降。

圖2 接種量對發酵效果的影響

2.4 料水比對發酵效果的影響 見圖3。

圖3 料水比對發酵效果的影響

水分的控制在飼料發酵過程中非常重要，若原料過干，則菌株生長緩慢，得到的產品干枯，無酸香味；若原料水分過大，使料黏結則造成通氣困難，易使原料腐敗變質。圖3結果表明，通過接種量 6%，24 h，溫度 30℃，氮源添加量3.5%（1.5%尿素+2.0%硫酸銨）發酵后，雜粕粗蛋白質含量在料水比1∶1.4時含量最高，為55.29%。

2.5 溫度對發酵效果的影響 見圖4。

圖4 溫度對發酵效果的影響

溫度是影響有機體存活和生長的重要因素之一。若溫度過高，蛋白質可能受到不可逆的破壞，溫度過低又抑制了酶的活性，蛋白質的合成速度降低（周德慶，1996）。圖4結果表明，通過接種量6%，料水比 1∶1.4，24 h，氮源添加量 3.5%（1.5%尿素+2.0%硫酸銨）發酵后，隨著溫度的增加，菌體蛋白含量先小幅度上升，達到極值后又迅速下降，雜粕粗蛋白質含量在30℃時含量最高，為51.63%。可能由酵母菌反應速率逐漸加快，蛋白質轉化率明顯上升，隨著溫度繼續升高酶蛋白變性失活，導致蛋白質轉化率下降所致。

2.6 氮源添加量對發酵效果的影響 微生物發酵生產菌體蛋白時，需要較高的氮濃度，以促使微生物盡可能地利用無機氮源合成蛋白質。其來源有兩方面：培養料自身的含氮物質和外界加入的含氮物質。通常外界加入的氮源對微生物生長有更明顯的作用（Emtiazi等，2003）。本試驗采用混合氮源，氮源配比見表2。

表2 氮源配比%

圖5結果表明，通過接種量6%，料水比1∶1.4，30℃發酵24 h后，隨著氮源添加量的增加，蛋白質含量呈先上升后下降的趨勢。雜粕粗蛋白質含量在3.5%（1.5%尿素+2.0%硫酸銨）時含量最高，為57.76%。這可能是由于加入的無機氮源通過微生物代謝轉化為蛋白質，造成蛋白質的絕對數量大幅度地增加。

3 小結

圖5 氮源對發酵效果的影響

本試驗利用酵母菌對雜粕進行發酵，發現在接種量6%、料水比1∶1.4、氮源添加量3.5%（1.5%尿素+2.0%硫酸銨）、溫度 30℃、發酵24 h的條件下，發酵終產物粗蛋白質含量達到57.76%，比發酵前（即空白對照組）提高了18.82個百分點 （即粗蛋白質的提高率為48.33%），效果較理想。但有關發酵雜粕對動物生理和生產性能的影響有待進一步研究。

[1]曹鈺，蔡國林，陸健.提高豆粕營養價值的研究進展[J].新飼料，2007，6：13～15.

[2]司翔宇，葛蕾，李志西.蘋果渣固態發酵生產飼料蛋白的研究[J].飼料研究，2005，3：35 ～ 37.

[3]張紅，西寧.固態發酵飼料酵母對非蛋白氮轉化能力的研究[J].飼料工業，1996，17（2）：17 ～ 19.

[4]周德慶.微生物學教程[M].北京：高等教育出版社，1996.4.

[5]Emtiazi G，Etemadifar Z，Tavassoli M.A novel nitrogen-fixing cellulytic bacterium associated with root of corn is a candidate for production of single cellprotein[J].Biomass and Bioenergy，2003，25（4）：423 ～ 426.