航天誘變復合菌劑發酵生產馬鈴薯渣菌體蛋白飼料研究

張宗舟 ，張 揚 ，趙 慧

（1.天水師范學院生命科學與化學學院，甘肅 天水 741001；2.天水師范學院物理與信息科學學院，甘肅 天水 741001；3.天水師范學院工學院，甘肅 天水 741001）

馬鈴薯是最有發展前景的高產經濟作物之一，馬鈴薯的種薯及各種加工產品已成為全球經濟貿易中的重要組成部分[1-2]。2009年我國的馬鈴薯年產量已突破8 000萬t，除50%用于鮮食、留種和飼用外，其余多用于馬鈴薯淀粉的加工[3]。馬鈴薯淀粉產業的發展帶動了馬鈴薯主產區經濟的發展，同時也產生了大量的鮮薯渣。薯渣中自帶菌多，不易儲存、運輸，且易腐爛變質產生惡臭，造成環境污染。倘若烘干則成本過高，增加企業負擔，因此通常直接作為飼料或當成廢渣作掩埋處理。隨著人們對環保問題的日益重視，薯渣的開發利用已成為研究的焦點[4-7]，對薯渣進行綜合開發利用，不僅能減少環境污染，解除馬鈴薯淀粉加工業的后顧之憂，而且具有較好的經濟效益和社會效益。

馬鈴薯渣主要含有水、細胞碎片、殘余淀粉顆粒和薯皮細胞或細胞結合物。鮮薯渣中含水量高達90%左右，其水分被嵌入在殘余完整細胞中，需要通過細胞膜交換到外界除去，表現出典型膠體的理化特性，不具備液態流體性質。其化學成分包括淀粉、纖維素、半纖維素、果膠、游離氨基酸、寡肽、多肽和灰分，其中殘余淀粉含量高達35%（以干基計），纖維素、果膠含量也較高，分別達到21%和17%（以干基計）。筆者以馬鈴薯渣為原料，利用航天誘變獲得的黑曲霉突變株ZM-8、啤酒酵母突變株YB-6、白地霉、熱帶假絲酵母進行固體共發酵生產菌體蛋白，以期將馬鈴薯渣轉化為高蛋白飼料，提高馬鈴薯渣的蛋白質含量及營養價值，開辟飼料新資源，避免薯渣對環境的污染。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試菌株 試驗菌株為黑曲霉突變株ZM-8（Asp.niger ZM-8）、釀酒酵母 YB-6（Sac.cerevisiae YB-6）、熱帶假絲酵母（Candida tropicalis）、白地霉（Geotrichum candidum）。其中黑曲霉ZM-8是將黑曲霉搭載于返回式航天器上，經空間特殊的環境條件誘變發生變異后，通過微生物學特性研究和變種的分離、培養，最終選育出的菌株，其糖化酶活力最高達到 21 000 U/g，纖維素酶活力達到5 600 U/g以上。由于有較高的纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶活力，該菌株保存在中國CCTCC，保存號CCTCC-NO：M209125。釀酒酵母YB-6同樣是航天誘變選育獲得。

1.1.2 供試原料 馬鈴薯渣由秦安縣淀粉廠提供，65℃烘干，粉碎過40目篩備用。麩皮為市售。

1.1.3 培養基 （1）麥麩培養基：將麩皮和水按1∶1混合均勻后，裝入250 mL的三角瓶，每瓶裝50 g；（2）麥芽汁液體培養基：將麥芽汁濾液稀釋到5波美度，pH值約6.4；（3）麥芽汁瓊脂培養基：將麥芽汁液體培養基加入2%瓊脂即成；（4）固態發酵培養基：干馬鈴薯渣70 g，麩皮30 g，加自來水110 mL混合、拌勻后，再加1%KH2PO4以及不同配比的白糖、硫銨、尿素、三十烷醇。上述培養基均需在1.0×105Pa、121℃滅菌 30 min，pH 值自然。

1.1.4 儀 器 電子天平、電熱恒溫鼓風干燥箱、手提壓力蒸氣滅菌鍋、CS213電熱恒溫培養箱（重慶試驗設備廠）、THZ-82A臺式恒溫振蕩器（上海躍進醫療器械廠）。

1.2 方法

1.2.1 菌種培養 （1）黑曲霉突變株ZM-8：將黑曲霉ZM-8母種接到PDA斜面培養基上，28℃培養72 h，再接種到250 mL三角瓶麩皮培養基上，28℃擴大培養72 h。（2）釀酒酵母YB-6：將釀酒酵母YB-6母種接種到麥芽汁瓊脂斜面培養基上，28℃培養72 h，再接種到250 mL麥芽汁液體搖瓶培養基中，28℃、124 r/min 擴大培養 72 h。（3）白地霉：將白地霉母種接到PDA斜面培養基上，8℃培養72 h，再接種到250 mL三角瓶麩皮培養基，28℃擴大培養72 h。（4）熱帶假絲酵母：同白地霉的擴大培養方式。

1.2.2 發酵工藝 （1）原料配制：干馬鈴薯渣140 g、麥麩 60 g、水 220 mL，拌勻，潤水。（2）蒸煮：將原料放置蒸煮鍋中蒸30 min后出鍋，并加入不同比例的尿素、白糖、磷酸二氫鉀和三十烷醇等營養物質。（3）復合菌劑的制備與接種：將用三角瓶麩皮固體培養基擴大培養得到的航天誘變菌種黑曲霉ZM-8和白地霉，以及用麥芽汁液體培養基搖瓶培養得到的熱帶假絲酵母、啤酒酵母YB-6按不同比例混合制成太空復合菌劑。再將制成的太空復合菌劑于30℃接種到蒸煮好的原料中，拌勻。（4）堆制與培養：接種航天誘變復合菌劑之后，堆制24 h（堆溫≤36℃），期間不斷攪拌，24 h后原料上長滿菌絲體，顏色為灰白色。將原料上發酵盤，培養（溫度≤36℃），48 h后培養結束。（5）出料與烘干：將培養好的半成品從發酵盤中移出，于烘干室進行烘干。烘干溫度為100℃，時間控制在3 h以內，水分控制在5%～7%為宜。（6）粉碎與質檢：烘干后降溫，粉碎，進行質檢。粗蛋白的測定采用GB/T 6434-94凱氏定氮法。馬鈴薯渣發酵工藝如圖1所示。

圖1 發酵工藝流程

1.2.3 發酵條件的優化 （1）多菌復配適宜配比的確定：以培養基中黑曲霉 ZM-8（A）、釀酒酵母（B）、熱帶假絲酵母（C）、白地霉（D）為考察因素，選用四因素三水平L9（34）正交表（表1），設計正交試驗，自然pH值發酵，低溫烘干后分析粗蛋白含量。

表1 正交試驗因素水平 （g）

（2）培養基配方中各營養元素含量的確定:以培養基中各營養成分白糖（A）、硫銨（B）、尿素（C）、三十烷醇（D）為考察因素，設計四因素三水平正交試驗，選用L9（34）正交表（表2），自然pH值發酵，低溫烘干后分析粗蛋白含量。

表2 正交試驗因素水平

1.2.4 數據處理 利用SPSS軟件對測定的數據進行四因素三水平方差分析和正交試驗極差分析。

2 結果與分析

2.1 多菌復配不同配比對產物中粗蛋白含量的影響

由表3極差分析可知，各因素對發酵產物中粗蛋白含量影響的主次順序為B＞C＞D＞A，即釀酒酵母對發酵產物中粗蛋白含量的影響最大，其次是熱帶假絲酵母、白地霉菌，最后是黑曲霉突變株ZM-8；各水平的最優水平組合為A3B1C2D3，即釀酒酵母1.5 g、熱帶假絲酵母2.0 g、白地霉菌2.5 g、黑曲霉突變株ZM-8 2.0 g，在此條件下固體發酵馬鈴薯渣，產物中粗蛋白含量可達32.1%。

表3 L9（34）正交試驗結果

2.2 不同培養基配方對產物中粗蛋白含量的影響

由表4極差分析可知，各因素對發酵產物中粗蛋白含量的影響的主次順序是B＞D＞C＞A，即硫胺對發酵產物中粗蛋白含量的影響最大，其次是三十烷醇、尿素，最后是白糖；各水平的最優水平組合為A1B2C2D1，即白糖 4 g、硫銨 7 g、尿素 4 g、三十烷醇2.5 mg/L，在此優化條件下發酵馬鈴薯渣，產物中粗蛋白含量可達32.5%。

表4 L9（34）正交試驗結果

3 小 結

（1）利用航天誘變獲得的優良菌種——黑曲霉ZM—8和啤酒酵母YB-6、熱帶假絲酵母和白地霉復配制成的復合菌劑，在馬鈴薯渣的培養基上共發酵，可以獲得蛋白質含量較高的菌體蛋白飼料（粗蛋白含量為32.1%），粗蛋白含量提高了5.84倍（原料中粗蛋白5.5%）。航天復合菌劑的最優配比為：釀酒酵母YB-6 1.5 g、熱帶假絲酵母2.0 g、白地霉菌2.5 g，黑曲霉突變株ZM-8 2.0 g。這說明了利用復合菌合成菌體蛋白的效果比單一菌種要好，且利用航天誘變來獲得優良的微生物變異種，并將其用于飼料菌體蛋白培養的方法行之有效。

（2）利用航天誘變選育出的混合菌種發酵馬鈴薯渣，通過正交試驗獲得了適宜的培養基配方，即白糖4 g、硫銨7 g、尿素4 g、三十烷醇2.5 mg/L。該配方可使產物中粗蛋白的含量達32.5%，試驗結果較好。

（3）馬鈴薯渣經航天誘變混合菌種共發酵獲得的菌體蛋白飼料，纖維素含量降低，粗蛋白含量顯著提高，營養價值增加。該方法在生產中推廣，可以提高馬鈴薯渣的利用價值，充分利用資源，減輕環境污染，能帶來較大的經濟、社會、生態效益。

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