CN105969669A - 一种复合微生物菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种醋糟发酵的复合微生物菌剂,所述菌剂包含混合真菌;所述混合真菌由黄孢原毛平革菌、康氏木霉、黑曲霉和无花果曲霉混合组成。本发明还提供了上述菌剂的制备方法及其在醋槽发酵中的应用。降低醋糟中的粗纤维含量,增加醋糟中容易消化的还原糖含量,增加醋糟中水解酶的活性,提高醋糟的饲用价值。
Description
技术领域
本发明属于有机废弃物农用资源化的微生物技术处理领域,涉及一种能促进醋糟发酵的复合微生物菌剂及其制备方法。
背景技术
醋糟是以淀粉质原料为主料固态发酵酿造食醋过程中产生的残渣。我国食醋年产量为200~250万吨,且每年以7%的速度逐年增长。按照生产1吨标准固态发酵二级食醋产生0.6~0.7吨醋糟计算,我国年产醋糟量为120~175万吨。如此丰富且成本低廉的醋糟资源目前尚未得到充分合理的利用,不仅造成资源浪费还导致环境污染。除少部分被周围村民直接用作饲料外,大部分被丢弃。而醋糟粗纤维含量高,适口性差,消化率低,直接饲喂时,营养物质利用率低,严重制约了醋糟作为饲料原料的大规模应用。
近年来,由于微生物发酵操作简单,成本低,经济环保,成为当前糟渣类资源增值利用技术研究的热点。利用真菌发酵,不仅可以降解醋糟中的纤维素成分,而且能增加水解酶活性,可以显著提高醋糟的营养价值和附加值。有学者对醋糟发酵工艺进行了探讨研究,但是效果并不理想,一是粗纤维含量下降幅度较低,下降幅度最高的仅为16.23%,其二是工艺复杂,需要进行前处理,其三是发酵时间长。
发明内容
基于上述背景技术,本发明的目的在于降低醋糟中的粗纤维含量,增加醋糟中容易消化的还原糖含量,增加醋糟中水解酶的活性,提高醋糟的饲用价值;并且建立成本低廉,操作简单,效果显著,适合大规模应用于纤维素类废弃物开发利用的混菌发酵工艺。
本发明提供了一种复合微生物菌剂,所述菌剂包含混合真菌;
所述混合真菌由黄孢原毛平革菌(ACCC 30414)、康氏木霉(CGMCC 3.2878)、黑曲霉(ACCC 30557)和无花果曲霉(NTG-23)组成;优选地,以混合真菌中的真菌数量比例计所述黄孢原毛平革菌:康氏木霉为:黑曲霉:无花果曲霉的比例为(1~4):(1~4):(1~4):(1~4);更优选地,所述黄孢原毛平革菌、康氏木霉、黑曲霉和无花果曲霉以1:1:1:1的真 菌数量比例混合组成。
本发明还提供了上述菌剂的制备方法,所述方法包括:
1)将黄孢原毛平革菌、康氏木霉于28℃分别独立地在PDA培养基上培养5~8天;
同时,将黑曲霉和无花果曲霉于28℃分别独立地在察氏培养基上培养5~8天;
2)以无菌生理盐水于无菌环境下分别将步骤1)中所述四种菌的孢子洗脱,得到分别含有黄孢原毛平革菌孢子的溶液、含有康氏木霉孢子的溶液、含有黑曲霉孢子的溶液和含有无花果曲霉孢子的溶液;
3)将步骤2)得到的四种孢子溶液分别于室温下以150rpm震荡4小时;
4)将步骤3)处理后的分别孢子溶液分别过滤,得到黄孢原毛平革菌孢子悬液、康氏木霉孢子悬液、黑曲霉孢子悬液和无花果曲霉孢子悬液;
5)将步骤4)得到的黄孢原毛平革菌孢子悬液、康氏木霉孢子悬液、黑曲霉孢子悬液和无花果曲霉孢子悬液以相应的比例混合,即得菌剂;
优选地,所述步骤5)还包括将所述黄孢原毛平革菌孢子悬液、康氏木霉孢子悬液、黑曲霉孢子悬液和无花果曲霉孢子悬液调整至以孢子/ml计的相同的浓度;更优选地,所述黄孢原毛平革菌孢子悬液、康氏木霉孢子悬液、黑曲霉孢子悬液和无花果曲霉孢子悬液以体积比1:1:1:1混匀。
在根据本发明的一个实施方案中,步骤4)中过滤是将孢子溶液通过8层纱布实现的。
在根据本发明的一个实施方案中,步骤5)中孢子悬液的浓度为1×106个孢子/ml。
在根据本发明的一个实施方案中,步骤6)所述菌剂为干燥后密封的干粉菌剂;优选为通过真空冷冻干燥处理获得。
本发明进一步提供了一种醋糟发酵的方法,所述方法包括:
a)以g:ml计将比例为3:7的醋糟与矿物元素培养液混匀,得到醋糟固体培养基;
其中,所述矿物元素培养液以去离子水为溶剂,含有2g/L、NaNO3 2g/L、KH2PO4 1.5g/L、CaCl2 0.3g/L、MgSO4·7H2O 0.3g/L、FeSO4·7H2O 0.005g/L、MnSO4·H2O 0.0016g/L、ZnSO4·7H2O 0.0014g/L、CoCl2·6H2O 0.0005g/L,并且所述矿物元素培养液通过5M NaOH和1M HCl将pH值调整为6;
b)向步骤a)所述的醋糟固体培养基中加入相当于醋糟质量的1%的 尿素,混匀;
c)向经步骤b)处理的醋糟固体培养基中加入相当于醋槽质量的0.03%的MnSO4·H2O,混匀,进行灭菌处理并冷却;
d)向经步骤c)处理的醋糟固体培养基中加入所述的菌剂,以25℃发酵培养5天。
在根据本发明的一个实施方案中,步骤d)中,菌剂的加入量为第30g醋糟对应的加入4×106个孢子的菌剂。
在根据本发明的一个实施方案中,当所述菌剂为干粉状态时,以无菌生理盐水复溶制备孢子悬液;优选地,孢子悬液的浓度为4×106个孢子/ml。
更进一步地,本发明提供了通过上述方法得到的发酵产物,所述发酵产物经真空冷冻干燥处理,冷冻干燥处理的时间为48小时;优选地,所述发酵产物经冷冻干燥后,粉碎并密封装袋。
本发明还提供了上述发酵产物在制备饲料中的应用;优选地,所述饲料选自家禽饲料、家畜饲料、水产饲料。
另一方面,本发明具有以下有益效果:
1、混菌组合:黄孢原毛平革菌、康氏木霉、黑曲霉和无花果曲霉NTG-23。
2、发酵后的变化:
(1)还原糖含量提高。
(2)羧甲基纤维素酶活性提高。
(3)木聚糖酶活性提高。
(4)纤维素含量下降。
(5)半纤维素含量下降。
(6)木质素含量下降。
(7)粗纤维含量下降。
3、发酵周期短。
4、发酵过程简单,醋糟未经前处理。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明,应当理解,实施例仅用于进一步说明和阐释本发明,并非用于限制本发明。
除非特别指明,本发明所使用的试剂和材料均可通过商业途径获得。
除非特别指明,本发明所涉及的黄孢原毛平革菌、黑曲霉均可通过商业途径获得。其中,黄孢原毛平革菌、黑曲霉可由位于北京市海淀区中关村南大街12号的中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)购得,黄孢 原毛平革菌的保藏号为ACCC 30414,黑曲霉保藏号为ACCC 30557;康氏木霉和无花果曲霉NTG-23由位于北京市朝阳区北辰西路1号院3号的中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)保藏,康氏木霉保藏号为CGMCC No.3.2878,无花果曲霉NTG-23保藏号为CGMCC No.2980(分类命名:无花果曲霉Aspergillus ficuum,保藏日期:2009年03月27日。
实施例 1培养基制备
PDA培养基配方(g/L):马铃薯浸粉3.0,葡萄糖20.0,琼脂15.0,自然pH。
察氏培养基配方(g/L):蔗糖30.0,琼脂12.0,NaNO3 3.0,MgSO4·7H2O 0.5,KCL 0.5,FeSO4·7H2O 0.01,K2HPO4 1.0,自然pH。
按照配方配制,经过煮沸,装入干净锥形瓶,封口膜封口,皮筋扎紧,121℃高压灭菌20min,结束后取出置于超净工作台(开紫外杀菌和通风),冷却至40-60℃,倒入无菌的平皿中(均匀,水平,无气泡),冷却凝结呈固态,备用。
实施例 2菌株的培养
将黄孢原毛平革菌(ACCC 30414)、康氏木霉(CGMCC 3.2878)在PDA培养基上活化两次,然后接到PDA平板培养基上28℃培养至产生大量孢子(一周左右)。
将黑曲霉(ACCC 30557)、无花果曲霉(NTG-23)在察氏培养基上活化两次,然后接到察氏平板培养基上28℃培养至产生大量孢子(一周左右)。
实施例 3制备孢子悬液
1.用无菌生理盐水(0.9%NaCl溶液)将四种菌的孢子从平板上洗脱下来,分别得到各个菌的孢子液(操作过程为无菌操作)。
2.将获得的孢子液置于250mL锥形瓶(装有玻璃珠)中,室温下150rmp摇床震荡4h,打碎分散孢子。
3.震荡后的孢子液用8层纱布过滤(用到漏斗、玻璃棒),得到孢子悬液。
4.采用血球计数板显微镜下观察计数的方法,调整各种菌的孢子悬液至1×106个孢子/mL,备用。
孢子悬液也可通过真空冷冻干燥技术处理为干燥的孢子粉菌剂,以便于保存或包装商用。
实施例 4配制醋糟固体培养基
矿物元素培养液配方:1L水溶液含有2g,NaNO3 2g,KH2PO4 1.5g,CaCl2 0.3g,MgSO4·7H2O 0.3g,FeSO4·7H2O 0.005g,MnSO4·H2O 0.0016g,ZnSO4·7H2O 0.0014g,CoCl2·6H2O 0.0005g;
1.配制矿物元素培养液:按照上述配方配制矿物元素培养液,然后以5M NaOH和1M HCl调整其pH值为6。
2.将30g醋糟置于500mL锥形瓶中,加入70mL上述矿物元素培养液调整固体发酵培养基的初始水分含量使其达到70%;
3.向醋糟固体培养基中加入1%的尿素(尿素/醋糟)(即0.3g),充分混匀;
4.向醋糟固体培养基中加入0.009g的MnSO4·H2O(即相当于步骤2中醋糟的质量的0.03%),充分混匀;
5.放置高压灭菌锅中121℃灭菌20分钟,取出放在超净台里冷却。
实施例 5醋糟发酵
1.向实施例4中的醋糟培养基中加入实施例3制备的四种菌的孢子悬液(浓度1×106个孢子/mL)各1mL,充分混匀。
2.置于25℃恒温培养箱中通风保湿,培养5天。
3.培养结束后,将发酵产物置于真空冷冻干燥中,冷冻干燥48个小时,即得到干燥的发酵产物。
4.将样品粉碎,装袋保存得到成品。
步骤1中也可使用无菌去离子水将孢子粉菌剂复溶为孢子悬液,并使孢子悬液浓度调整至1×106个孢子/mL。使用中每30g醋糟对应地加入每种菌的孢子悬液1ml,或将四种菌等比例混合后的孢子悬液4ml,或者加入相应的孢子数的菌剂。
实施例 6醋糟发酵
1.向实施例4中的醋糟培养基中加入实施例3制备的四种菌的孢子悬液(浓度1×106个孢子/mL),其中,取孢原毛平革菌0.4ml、黑曲霉1ml、黄孢原毛平革菌1ml、黑曲霉1.6ml,充分混匀。
2.置于25℃恒温培养箱中通风保湿,培养5天。
3.培养结束后,将发酵产物置于真空冷冻干燥中,冷冻干燥48个小时,即得到干燥的发酵产物。
4.将样品粉碎,装袋保存得到成品。
步骤1中也可使用无菌去离子水将孢子粉菌剂复溶为孢子悬液,并使孢子悬液浓度调整至1×106个孢子/mL。使用中每30g醋糟对应地将四种菌以相应比例混合后的孢子悬液4ml,或者加入相应的孢子数的菌剂。
实施例 7醋糟发酵
1.向实施例4中的醋糟培养基中加入实施例3制备的四种菌的孢子悬液(浓度1×106个孢子/mL)其中,取孢原毛平革菌1ml、黑曲霉0.4ml、黄孢原毛平革菌1.6ml、黑曲霉1ml,充分混匀。
2.置于25℃恒温培养箱中通风保湿,培养5天。
3.培养结束后,将发酵产物置于真空冷冻干燥中,冷冻干燥48个小时,即得到干燥的发酵产物。
4.将样品粉碎,装袋保存得到成品。
步骤1中也可使用无菌去离子水将孢子粉菌剂复溶为孢子悬液,并使孢子悬液浓度调整至1×106个孢子/mL。使用中每30g醋糟对应地将四种菌以相应比例混合后的孢子悬液4ml,或者加入相应的孢子数的菌剂。
实施例 8醋糟发酵
1.向实施例4中的醋糟培养基中加入实施例3制备的四种菌的孢子悬液(浓度1×106个孢子/mL)其中,取孢原毛平革菌1ml、黑曲霉1.6ml、黄孢原毛平革菌0.4ml、黑曲霉1ml,充分混匀。
2.置于25℃恒温培养箱中通风保湿,培养5天。
3.培养结束后,将发酵产物置于真空冷冻干燥中,冷冻干燥48个小时, 即得到干燥的发酵产物。
4.将样品粉碎,装袋保存得到成品。
步骤1中也可使用无菌去离子水将孢子粉菌剂复溶为孢子悬液,并使孢子悬液浓度调整至1×106个孢子/mL。使用中每30g醋糟对应地将四种菌以相应比例混合后的孢子悬液4ml,或者加入相应的孢子数的菌剂。
实施例 9醋糟发酵
1.向实施例4中的醋糟培养基中加入实施例3制备的四种菌的孢子悬液(浓度1×106个孢子/mL)其中,取孢原毛平革菌1.6ml、黑曲霉1.2ml、黄孢原毛平革菌0.8ml、黑曲霉0.4ml,充分混匀。
2.置于25℃恒温培养箱中通风保湿,培养5天。
3.培养结束后,将发酵产物置于真空冷冻干燥中,冷冻干燥48个小时,即得到干燥的发酵产物。
4.将样品粉碎,装袋保存得到成品。
步骤1中也可使用无菌去离子水将孢子粉菌剂复溶为孢子悬液,并使孢子悬液浓度调整至1×106个孢子/mL。使用中每30g醋糟对应地将四种菌以相应比例混合后的孢子悬液4ml,或者加入相应的孢子数的菌剂。
实施例 10发酵产物检测
(一)直接使用四种菌等比例混合后进行发酵得到的发酵产物(如表1所示)
1.还原糖产量达到35.57mg/gds,比空白组高出108.01%。
2.木聚糖酶活性达到439.07U/gds,比单菌发酵的最高值高出432.08%。
3.羧甲基纤维素酶活性达到8.15U/gds,比单菌发酵的最高值高出243.88%。
4.纤维素含量降低了17.11%。
5.半纤维素含量降低了68.61%。
6.木质素含量降低了14.44%。
表1四种菌发酵醋糟前后成分比较表
(二)对发酵后的醋糟进行检测
检测方法:
1、还原糖含量测定
采用DNS(Miller,1959)方法测定,以葡萄糖为标准物。
2、羧甲基纤维素酶活性和木聚糖酶活性测定
采用DNS法测定羧甲基纤维素酶活性(Feng,et al.2011);采用DNS法测定木聚糖酶活性(Latif,et al.2006)。
3、纤维素、半纤维素和木质素含量测定
使用滤袋(ANKOM)测定发酵产物中中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)和灰分含量。纤维素、半纤维素和木质素含量由计算得出,即纤维素=ADF-ADL;半纤维素=NDF-ADF;木质素=ADL-灰分(El-Zoghbi 1994;Van Soest,et al.1991)。
4、粗纤维含量测定
采用国家标准《饲料中粗纤维的含量测定-过滤法》(GB/T 6434-2006)测定。
(三)检测结果:
实施例5发酵后的醋糟的检测结果(详见表2)如下:
1.还原糖含量提高170.00%。
2.羧甲基纤维素酶活性提高418.99%。
3.木聚糖酶活性提高507.45%。
4.纤维素含量下降19.43%。
5.半纤维素含量下降68.97%。
6.木质素含量下降19.64%。
7.粗纤维含量下降29.02%。
表2醋糟混菌发酵条件优化前后成分比较表
发酵条件优化前 | 发酵条件优化后 | 提高或下降百分比 | |
还原糖 | 17.10mg/g | 46.17mg/g | 提高170.00% |
羧甲基纤维素酶活性 | 2.37U | 12.30U | 提高418.99% |
木聚糖酶活性 | 82.52U | 501.27U | 提高507.45% |
纤维素 | 39.27% | 31.64% | 下降19.43% |
半纤维素 | 14.05% | 4.36% | 下降68.97% |
木质素 | 19.60% | 15.75% | 下降19.64% |
粗纤维 | 38.80% | 27.54% | 下降29.02% |
采用实施例6~9的菌剂进行发酵,也获得了与实施例10相当的效果,发酵后,还原糖含量、羧甲基纤维素酶活性、木聚糖酶活性均显著提高,同时,醋糟中纤维素含量、半纤维素含量下降、木质素含量下降以及粗纤维含量均下降。
尽管本发明已进行了一定程度的描述,明显地,在不脱离本发明的精神和范围的条件下,可进行各个条件的适当变化。可以理解,本发明不限于所述实施方案,而归于权利要求的范围,其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (10)
1.一种醋糟发酵的复合微生物菌剂,其特征在于,所述菌剂包含混合真菌;
所述混合真菌由黄孢原毛平革菌(ACCC 30414)、康氏木霉(CGMCC3.2878)、黑曲霉(ACCC 30557)和无花果曲霉(NTG-23)组成;优选地,以混合真菌中的真菌数量比例计所述黄孢原毛平革菌:康氏木霉为:黑曲霉:无花果曲霉的比例为(1~4):(1~4):(1~4):(1~4);更优选地,所述黄孢原毛平革菌、康氏木霉、黑曲霉和无花果曲霉以1:1:1:1的真菌数量比例混合组成。
2.如权利要求1所述的菌剂的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
1)将黄孢原毛平革菌、康氏木霉于28℃分别独立地在PDA培养基上培养5~8天;
同时,将黑曲霉和无花果曲霉于28℃分别独立地在察氏培养基上培养5~8天;
2)以无菌生理盐水于无菌环境下分别将步骤1)中所述四种菌的孢子洗脱,得到分别含有黄孢原毛平革菌孢子的溶液、含有康氏木霉孢子的溶液、含有黑曲霉孢子的溶液和含有无花果曲霉孢子的溶液;
3)将步骤2)得到的四种孢子溶液分别于室温下以150rpm震荡4小时;
4)将步骤3)处理后的孢子溶液分别过滤,得到黄孢原毛平革菌孢子悬液、康氏木霉孢子悬液、黑曲霉孢子悬液和无花果曲霉孢子悬液;
5)将步骤4)得到的黄孢原毛平革菌孢子悬液、康氏木霉孢子悬液、黑曲霉孢子悬液和无花果曲霉孢子悬液以相应的比例混合,即得菌剂;
优选地,所述步骤5)还包括将所述黄孢原毛平革菌孢子悬液、康氏木霉孢子悬液、黑曲霉孢子悬液和无花果曲霉孢子悬液调整至以孢子/ml计的相同的浓度;更优选地,所述黄孢原毛平革菌孢子悬液、康氏木霉孢子悬液、黑曲霉孢子悬液和无花果曲霉孢子悬液以体积比1:1:1:1混匀。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤4)中过滤是将孢子溶液通过8层纱布实现的。
4.如权利要求2或3所述的方法,其特征在于,步骤5)中孢子悬液的浓度为1×106个孢子/ml。
5.如权利要求2~4中任一项所述的方法,其特征在于,步骤5)所述菌剂为干燥后密封的干粉菌剂;优选为通过真空冷冻干燥处理获得。
6.一种醋糟发酵的方法,其特征在于,所述方法包括:
a)以g:ml计将比例为3:7的醋糟与矿物元素培养液混匀,得到醋糟固体培养基;
其中,所述矿物元素培养液以去离子水为溶剂,含有2g/L、NaNO3 2g/L、KH2PO4 1.5g/L、CaCl2 0.3g/L、MgSO4·7H2O 0.3g/L、FeSO4·7H2O 0.005g/L、MnSO4·H2O 0.0016g/L、ZnSO4·7H2O 0.0014g/L、CoCl2·6H2O 0.0005g/L,并且所述矿物元素培养液通过5M NaOH和1MHCl将pH值调整的为6;
b)向步骤a)所述的醋糟固体培养基中加入相当于醋糟质量的1%的尿素,混匀;
c)向经步骤b)处理的醋糟固体培养基中加入相当于醋槽质量的0.03%的MnSO4·H2O,混匀,进行灭菌处理并冷却;
d)向经步骤c)处理的醋糟固体培养基中加入如权利要求1所述的菌剂,以25℃发酵培养5天。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,步骤d)中,菌剂的加入量为第30g醋糟对应的加入4×106个孢子的菌剂。
8.如权利要求6或7所述的方法,其特征在于,当所述菌剂为干粉状态时,以无菌生理盐水复溶制备孢子悬液;优选地,孢子悬液的浓度为4×106个孢子/ml。
9.一种根据权利要求6~8中任一项所述的方法得到的发酵产物,其特征在于,所述发酵产物经真空冷冻干燥处理,冷冻干燥处理的时间为48小时;优选地,所述发酵产物经冷冻干燥后,粉碎并密封装袋。
10.如权利要求9所述的发酵产物在制备饲料中的应用;优选地,所述饲料选自家禽饲料、家畜饲料、水产饲料。
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