CN101283730B - 马铃薯薯渣液态发酵生产单细胞蛋白的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种马铃薯薯渣液态发酵生产单细胞蛋白的工艺方法，利用木霉和酵母等转化薯渣纤维素物质，同时提高单细胞蛋白的畜禽适口性。马铃薯薯渣在液态条件下，采用木霉菌、青霉菌、酵母菌的菌种作为混合菌群，发酵时温度在28℃，应当氧相对含量在5％-10％的条件下进行，液态发酵6天左右可以得到蛋白饲料产品，蛋白饲料中的粗蛋白可以达到40％以上，转化马铃薯薯渣获得的蛋白饲料中SO₄ ^2-，平均下降的幅度超到50％，防止高浓度SO₄ ^2-离子造成苦涩的味觉而降低畜禽的采食量和引起动物腹泻可能性；采用木霉菌、青霉菌、酵母菌的菌种转化薯渣获得的蛋白饲料饲喂大鼠表明，蛋白饲料为无毒物质，大鼠日粮添加蛋白饲料可以表现较好生长效果。

Description

马铃薯薯渣液态发酵生产单细胞蛋白的工艺方法

(一)技术领域

本发明涉及一种生产单细胞蛋白的工艺方法，具体涉及一种以马铃薯薯渣为原料液态发酵生产单细胞蛋白饲料的工艺技术。

(二)背景技术

国内外利用马铃薯生产淀粉过程中，均产生大量的薯渣和汁水，马铃薯薯渣和汁水的主要成分是纤维素和蛋白质等。由于在生产淀粉过程中，需要添加一些化学物质，适口性差，因此产生的薯渣不能直接被畜禽利用，马铃薯薯渣不能直接作为动物饲料。在我国北方，大部分马铃薯的深加工用于制造淀粉和粉条产生大量的废渣，由于均缺乏科学有效的处理技术，使淀粉生产过程中产生的薯渣和污水任意排放，既造成马铃薯薯渣所蕴涵大量的营养物质的流失，又造成严重的环境污染，产生不良的社会影响。

目前，对于薯渣尚无很好的处理方法，淀粉企业急于找到一种既能够在处理薯渣和污水的同时，又能够产生明显经济效益的好方法。面对国内饲料工业的迅猛发展，国产蛋白原料出现供不应求的局面，进口数量剧增，由“自给自足”转为依赖进口，而且这种依赖程度逐渐加强。利用马铃薯薯渣生产微生物生产单细胞蛋白已成为补充饲料蛋白质来源不足的重要途径，具有重大的经济效益和社会效益。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种菌体蛋白营养物质丰富，菌体蛋白饲料中的粗蛋白质含量高达40％～50％，其中氨基酸组分齐全，赖氨酸等必需氨基酸含量较高，同时富含核酸、维生素、无机盐和促进动物生长因子、生物学价值优于植物蛋白饲料，没有或很少抗营养因子，具有良好的促畜禽生长效果，可以部分替代豆粕和鱼粉的马铃薯薯渣资源化生物方法。

本发明的目的是这样实现的：应用纤维素降解菌和单细胞高产菌株组成的马铃薯薯渣高效转化对马铃薯薯渣发酵生产单细胞蛋白的转化菌群，在适宜的温度、pH值发酵条件下使马铃薯薯渣中的纤维素成分被分解成葡萄糖，并进一步与汁水中的氮源一同转化为单细胞蛋白，并降低单细胞蛋白中SO₄ ^2-浓度。

本发明还包括这样一些技术特征：

1、所述的纤维素降解菌和单细胞高产菌株组成的转化菌群由酵母、木霉菌和青霉菌等菌株按照1∶1∶1比例构成，降低单细胞蛋白中SO₄ ^2-浓度，提高单细胞蛋白的适口性；

2、所述的转化菌群在液态马铃薯薯渣条件下发酵，采用马铃薯的汁水与薯渣以2∶1比例混合，pH控制在4.5-5.5，温度在28℃条件下培养6天，可以使发酵生产的单细胞蛋白饲料中粗蛋白的含量达到40％；

3、所述的液态发酵条件中马铃薯薯渣和汁水均为未灭菌的状态，氧气相对含量维持在5％-10％，菌群的接种剂量达到发酵干物质的0.1％以上时能够有效获得单细胞蛋白。

本发明涉及木霉菌和酵母等混合菌群，以马铃薯薯渣为原料液态发酵生产单细胞蛋白饲料的工艺参数。本发明利用木霉和酵母等转化薯渣纤维素物质，同时提高单细胞蛋白的畜禽适口性。马铃薯薯渣在液态条件下，采用木霉菌、青霉菌、酵母菌的菌种作为混合菌群，发酵时温度在28℃，应当氧相对含量在5％-10％的条件下进行，液态发酵6天左右可以得到蛋白饲料产品，蛋白饲料中的粗蛋白可以达到40％以上，转化马铃薯薯渣获得的蛋白饲料中SO₄ ^2-，平均下降的幅度超到50％，防止高浓度SO₄ ^2-离子造成苦涩的味觉而降低畜禽的采食量和引起动物腹泻可能性；采用木霉菌、青霉菌、酵母菌的菌种转化薯渣获得的蛋白饲料饲喂大鼠表明，蛋白饲料为无毒物质，大鼠日粮添加蛋白饲料可以表现较好生长效果。

菌群的组成配方：

1菌种组合间对转化马铃薯薯渣生产单细胞蛋白饲料的影响

实验分组如下：绿色木霉Trichoderma viride CGMCC 3.1913；黑曲霉Aspergillus nigerCGMCC 3.40；产黄青霉Penicillium chrysogenum CGMCC 3.520；产朊假丝酵母Candida utilisCGMCC 2.120

A.酵母、青霉菌、木霉菌；B.酵母、青霉菌、曲霉菌；

C.酵母、曲霉菌、木霉菌；D.曲霉菌、青霉菌、木霉菌；

E.酵母、青霉菌、曲霉菌、木霉菌。

纤维素降解菌和单细胞高产菌株组成的转化菌群由酵母、木霉菌、青霉菌和曲霉等菌株按照1∶1∶1比例按照分组进行组合后构成发酵菌群，采用马铃薯的汁水与薯渣以2∶1比例混合，液态发酵条件中由于马铃薯薯渣中的剩余淀粉容易糊化产生粘稠状态使搅拌和通氧受阻，所以液态发酵条件中马铃薯薯渣和汁水应为未灭菌的状态，pH控制在4.5-5.5，温度在28℃条件下培养6天以后测定相关指标。

菌种组合对马铃薯薯渣生产单细胞蛋白饲料的影响见表1，A组合的蛋白饲料产物质量百分为最低的71.16％，可以说明A组合的菌剂使薯渣充分的发酵，由于充分发酵而引起菌体的呼吸代谢消耗了大量的营养物质，从而使得到的干物质量相对较低，由此可以推断A组合也许较其他的菌种组合更适合发酵反应的进行；通过比较不同菌种组合间的菌体记数差异可以有利的说明在A组合的发酵菌剂的处理下，获得最大量的菌体，也说明在A组合的处理下，纤维素物质得到最大的转化；从最终蛋白饲料的粗蛋白指标来看，依然是A组合的发酵效果获得菌体蛋白的粗蛋白含量最高为49.47％，多指标分析可以看出，采用木霉菌、青霉菌、酵母菌的菌种组合是最佳组合。

表1菌种组合转化马铃薯薯渣生产单细胞蛋白的影响

本发明是马铃薯薯渣高效转化菌群在适宜发酵条件下来有效转化马铃薯薯渣物质生产单细胞蛋白同时提高单细胞蛋白的畜禽适口性。马铃薯薯渣高效转化菌群以液态马铃薯薯渣为发酵培养基，控制发酵条件，生产单细胞蛋白。我国养殖业和饲料行业处于稳定发展期，中国饲料业已完成了从手工作坊式的生产到世界第二大饲料生产国的飞越，成为我国重要的支柱产业之一，造成我国豆粕等优质蛋白饲料资源的短缺，单细胞蛋白营养物质丰富，菌体蛋白饲料中的粗蛋白质含量高达40％～50％，其中氨基酸组分齐全，赖氨酸等必需氨基酸含量较高，同时富含核酸、维生素、无机盐和促进动物生长因子、生物学价值优于植物蛋白饲料，没有或很少抗营养因子，具有良好的促畜禽生长效果，可以部分替代豆粕和鱼粉。

(四)具体实施方式

下面举例具体说明高效菌群发酵转化马铃薯薯渣的生产方法和工艺：

(1)菌种的生产

生产中应用的菌种木霉菌、青霉菌、酵母菌按10⁶/ml量接入500/ml的PDA培养基中在摇床160rpm下培养6天后获得初级种子，麦麸与豆粕粉碎过20目后以10∶1混合后，加入1∶1的水在120℃下灭菌30分钟，获得的初级种子与灭菌麦麸和豆粕混合物以1∶10比例混合在28℃左右条件下发酵，发酵获得的次级种子晾干粉碎后作为应用的生产种子，生产中总共有3个发酵池，每个的体积2m×2m×1m，每个发酵池中马铃薯渣和汁水按1∶2混合。每个发酵池安装16r/min的搅拌机搅拌，温度控制在28℃，同时用空气压缩机向发酵池中以0.5m³/min压入高压空气，以补充氧气，使氧气相对含量维持在5％-10％，液态发酵条件中马铃薯薯渣和汁水应为未灭菌的状态，菌群的接种剂量达到马铃薯渣和淀粉汁水中干物质重量的0.1％以上进行生产发酵，分别在2、4、6、8、10采样分析。

(2)发酵时间对转化马铃薯薯渣生产单细胞蛋白的影响

通过表2可以看出，随着发酵时间的延续，测定还原糖在2-4天时出现上升趋势，说明菌体生长后产生大量诱导合成纤维素酶，纤维素物质在纤维素酶的作用下被降解而产生还原糖，而后还原糖被大量消耗来维持菌体的大量生长，在发酵进行的到第6天的时候，发酵进行的速度开始放慢。

当发酵进程进行到第6天的时候，粗蛋白含量和发酵第4天相比仍旧有很大程度的提高，但是和发酵8天后的粗蛋白含量相比相差幅度较小，而菌体数量在6-10天时变化也相对较小，与还原糖变化的趋势相吻合，可以认为最后所进行的4天的发酵对提高粗蛋白含量的意义已经不大，说明发酵时间设定为6天应该是最合理的发酵时间方案。

一般在马铃薯加工生产淀粉的时候，需要加入大量Na(SO₃ ^2-)₂化合物起到增白和抗氧化作用，SO₃ ^2-离子不稳定容易氧化变成SO₄ ^2-离子，薯渣和汁水中存在大量的SO₄ ^2-离子造成的苦涩的味觉容易降低畜禽的采食量，严重时会引起动物腹泻。本发明中采用木霉菌、青霉菌、酵母菌的菌种组合处理后马铃薯薯渣获得的蛋白饲料中SO₄ ^2-离子大幅度降低，平均下降的幅度超到50％，可能由于菌体利用SO₄ ^2-合成含硫氨基酸，SO₄ ^2-的大幅度的降低成为本发明能够生产优质薯渣单细胞蛋白饲料保证之一。

表2发酵时间对转化马铃薯薯渣生产单细胞蛋白的影响

实施例：

本实施例中获得的蛋白饲料进行饲养实验，选取刚断乳的Wistar大鼠80只，体重60～90g，随机分成4组，每组20只，雌雄各半，其中三组为试验组，一组为对照组。动物单笼饲养。采用灌喂的方法给与样品。剂量设计为：灌胃容量以体重的1％计算，高剂量组3.3g/kg.Bw、中剂量组1.65g/kg.Bw、低剂量组0.83g/kg.Bw，对照组灌胃相同容积的羧甲基纤维素。动物自由摄食及饮水，连续喂养30天。每天观察并记录动物的一般表现、行为、中毒症状及死亡情况。每周记录一次体重和两次食物摄入量，计算每周及总的食物利用率。

表3薯渣单细胞蛋白饲料对大鼠体重(g)的影响

在本发明采用木霉菌、青霉菌、酵母菌的菌种转化马铃薯薯渣获得的蛋白饲料饲喂大鼠的毒理学研究表明，蛋白饲料为无毒物质，对表3大鼠体重进行方差分析处理，结果均无显著性差异(P＞0.05)，虽然薯渣单细胞蛋白饲料对大鼠体重的增长无明显的影响，但大鼠日粮添加蛋白饲料可以表现较好生长效果。

Claims (1)

1.一种马铃薯薯渣液态发酵生产单细胞蛋白的工艺方法，其特征是：应用纤维素降解菌和单细胞高产菌株组成的马铃薯薯渣发酵生产单细胞蛋白的转化菌群，以液态马铃薯薯渣与汁水混合为发酵培养基，控制发酵条件，使马铃薯薯渣中的纤维素成分被分解成葡萄糖，并进一步与汁水中的氮源一同转化为单细胞蛋白，并降低单细胞蛋白中SO₄ ^2-浓度；所述的转化菌群由产朊假丝酵母Candida utilis CGMCC 2.120、绿色木霉Trichoderma viride CGMCC3.1913和产黄青霉Penicillium chrysogenum CGMCC 3.520菌株按照重量比为1∶1∶1的比例构成；所述的转化菌群在马铃薯薯渣液态条件下发酵，采用马铃薯的汁水与薯渣以2∶1比例混合，pH控制在4.5-5.5，温度在28℃条件下培养6天；所述的液态发酵条件中马铃薯薯渣和汁水均为未灭菌的状态，氧气相对含量维持在5％-10％，菌群的接种剂量达到发酵干物质的0.1％以上时能够有效获得单细胞蛋白。