酵母菌發(fā)酵玉米皮制備菌體蛋白飼料

IMCTT · 發(fā)表于 2018-4-25 09:15:16

　　導讀

　　玉米皮是玉米淀粉加工的主要副產(chǎn)物之一，大約占玉米總質(zhì)量的12%，但玉米皮并未得到充分利用。發(fā)展微生物飼料蛋白是滿足其需要的有效途徑之一，并且玉米皮是該產(chǎn)業(yè)的首選原材料。利用酵母菌將玉米皮轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)飼料，旨在有效利用玉米皮的營養(yǎng)成分，為菌體蛋白飼料研究奠定基礎(chǔ)。

　　1材料與方法

　　1.1 材料與試劑

　　1.1.1 試驗原料
　　玉米皮購于市場。
　　1.1.2 菌種
　　畢赤酵母菌。
　　1.1.3 儀器與設(shè)備
　　高效液相色譜Water 1515；色譜柱：Aminex HPX-87H（300 mm×7.8 mm id，9 μm）；RI 示差檢測器；流動相：8 mmol/L H2SO4；進樣體積：20 μL；流動相流速：0.5 mL/min；柱溫：40 ℃。

　　1.2 試驗方法

　　1.2.1 玉米皮成分的測定
　　纖維素、半纖維素含量、木質(zhì)素含量、粗蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量以及酸水解法的測定。
　　1.2.2 酵母菌發(fā)酵玉米皮制備飼料蛋白
　　厭氧培養(yǎng)需取24 個30 mL 西林瓶，稱取0.6 g 玉米皮，加入30 mL 蒸餾水；好氧培養(yǎng)需取24 個100 mL三角瓶（提前洗凈，烘干），均稱取0.6 g 玉米皮，加入30 mL 蒸餾水，蓋膠塞，壓鋁蓋后放入1.5 MPa，121 ℃壓力鍋中滅菌。在操作前，需先在超凈工作臺內(nèi)殺菌30 min，再接入1.5 mL 酵母菌液（5%接菌量），置于25 ℃，150 r/min 的培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)菌種。每24 個瓶培養(yǎng)一個時間梯度，分別為24、48 h。觀察不同培養(yǎng)時間和需氧情況對畢赤酵母菌體的影響。
　　1.2.3 微生物飼料中菌體濃度測定
　　將培養(yǎng)好的菌液置于振蕩器上振蕩5 min，使菌落脫離玉米皮。再將菌液倒入離心管中，3000 r/min 離心5 min。然后取上清液倒入比色皿中，置于分光光度計內(nèi)，測定OD560。
　　1.2.4 微生物飼料中菌體數(shù)測定
　　由于原菌液濃度太大，給計數(shù)帶來極大不便，故需預先稀釋。本次所采用的稀釋方法為：準備數(shù)個裝有9 mL 蒸餾水30 mL 西林瓶，取1 mL 菌液添加到一個西林瓶中，依此梯度稀釋5 個濃度，考慮到在操作過程中容易染菌，所以使用壓過蓋的西林瓶稀釋，然后再利用血球板計數(shù)（沈萍等，2007）。
　　1.2.5 乙醇產(chǎn)量的測定
　　1.2.5.1 流動相配制
　　先用抽濾瓶抽取少量二次水，清洗抽濾瓶內(nèi)壁，將清洗后的水倒出。再用抽濾瓶抽取約1000 mL 二次水后，再用超聲波清洗器超聲0.5 h，之后將其內(nèi)的屈臣氏水加入到儀器儲液瓶中。
　　1.2.5.2 標準樣品的配置
　　乙醇2 g，72%的硫酸溶液5 mL，最后用二次水稀釋到1 L。
　　1.2.5.3 樣品溶液的配制
　　取培養(yǎng)好的菌液上清液950 μL 和50 μL 的10%的硫酸溶液加入到離心管中，4 ℃、15000 r/min 冷凍離心3 min。取出上清液置于另一離心管中，在上述同樣的條件下再離心3 min，同樣取出上清液經(jīng)0.22 μm 水相過濾頭過濾后置于進樣瓶中，開始測樣。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1 玉米皮組分的分析

　　纖維素含量約為24.80%、半纖維素含量為47.68%、蛋白質(zhì)含量為11.49%、淀粉含量為15.50%、脂肪含量為2.73%以及木質(zhì)素含量為5.41%。這與Palmarola-Adrados 等（2005）的研究近乎相同。

　　2.2 酵母菌發(fā)酵玉米皮制備飼料蛋白

　　2.2.1 培養(yǎng)條件對菌種濃度的影響
　　厭氧條件下培養(yǎng)48 h 時，畢赤酵母菌體個數(shù)為2.31×107個/mL，相較于其他培養(yǎng)條件下，菌體濃度最高。

　　2.2.2 蛋白胨添加量對菌種濃度的影響
　　蛋白胨添加量為0g 時，畢赤酵母菌體數(shù)量為2.31×107個/mL，高于其他條件下培養(yǎng)的菌體數(shù)量。

　　2.2.3 纖維素與半纖維素的降解率
　　通過以上試驗結(jié)果得知，在以玉米皮為底物時，厭氧培養(yǎng)48 h以后的菌液濃度明顯高于24 h 的菌體濃度，厭氧條件下比好氧條件菌體濃度高，所以對該條件下培養(yǎng)后的剩余培養(yǎng)基中的纖維素和半纖維素成分進行測定，結(jié)果見表4。

　　經(jīng)過微生物發(fā)酵，玉米皮中纖維素含量由16.40%變到6.22%，半纖維素含量由47.68%變到33.45%，說明畢赤酵母菌使玉米皮中的纖維素和半纖維素得以降解，供己所需，這可能是由于畢赤酵母菌產(chǎn)生某種可降解纖維素的酶。隨著營養(yǎng)成分的不斷增加，菌體濃度也會隨之上升，與培養(yǎng)48 h 菌體濃度高于24 h 結(jié)論一致。

　　2.2.4 乙醇產(chǎn)量
　　經(jīng)高效液相色譜測定，得到并無乙醇產(chǎn)生。

　　3討論與小結(jié)

　　研究發(fā)現(xiàn)，玉米皮中含有豐富的纖維類物質(zhì)，其中包括有30% ～ 50%的半纖維、10% ～ 20%纖維素以及微量的木質(zhì)素。本試驗結(jié)果表明，玉米皮中的纖維類物質(zhì)含量很高，其中纖維素含量為16.40%，木質(zhì)素含量為5.41%，而半纖維素含量高達47.68%，淀粉含量為15.50%，蛋白質(zhì)含量為11.49%，在測量時會因原料的產(chǎn)地及種類不同略有差異。另外，畢赤酵母菌可以有效的發(fā)酵玉米皮，通過顯微鏡直接計數(shù)法和分光光度法均證實，在以玉米皮為底物時，厭氧培養(yǎng)48 h 以后的菌液濃度明顯高于24 h 的菌體濃度，厭氧條件下比好氧條件菌體濃度高，這一現(xiàn)象可能是由于在起初接入畢赤酵母菌時，首先會利用一部分木糖維持，以致培養(yǎng)前期酵母處于延遲期生長，菌體數(shù)目增加不明顯，同時木糖的消耗較少（陳曉萍，2009）；培養(yǎng)后期酵母處于指數(shù)生長期，酵母數(shù)急劇增加，同時開始消耗玉米皮中的纖維素。對剩余培養(yǎng)基成分進行測定發(fā)現(xiàn)，玉米皮中纖維素含量由16.40%降到6.22%，半纖維素含量由47.68%降到33.45%，遠高于喬君毅（2008）研究的纖維素和半纖維素的降解率水平，達到了玉米皮成分得以轉(zhuǎn)化的效果，在發(fā)酵過程中并未產(chǎn)生乙醇等影響飼料生產(chǎn)的有毒物質(zhì)，符合其作為微生物飼料的基本要求。

　　注：本文由生物飼料開發(fā)國家工程研究中心（BFC）小編整理發(fā)布，如有任何建議或意見及投稿等，請您加小編微信（13260429991）交流互動。
　　責編：馬維軍；審閱：于繼英博士
　?。▉碓矗褐袊暳?；作者：王雅波，劉占英等）

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