目前,我国是世界马铃薯生产第一大国,在2015 年已启动了马铃薯主粮化的战略,推进把马铃薯加工成淀粉原料和馒头、面条、米粉等主食,同时会伴随着其副产品的产生——马铃薯渣。马铃薯渣的营养成分主要包括:淀粉、半纤维素、纤维素、果胶、游离氨基酸、灰分、多肽、寡肽等 ,水分含量大,不易储存和运输,因此往往得不到很好的利用,通常都是直接排放或掩埋处理,这不仅是对资源的浪费,同时也会造成环境的污染。但是其含有的丰富粗纤维、果胶、淀粉等可利用资源,具有很高的重新利用的价值,特别是在发酵后制备动物饲料方面已有众多的学者进行了相关研究。选择不同的菌种和酶制剂、不同的马铃薯渣发酵底物配比及不同的发酵工艺,对制备后的马铃薯渣发酵产品品质产生的影响也不同。本研究选择植物乳杆菌为发酵菌株,马铃薯渣、小麦麸皮、玉米蛋白粉为发酵底物,通过优化固态发酵条件,制备马铃薯渣蛋白质生物饲料,以期合理利用马铃薯渣资源,使其转化成优质的蛋白质饲料资源。
1材料与方法
1.1 主要仪器与设备
高速万能粉碎机,天津泰斯特仪器有限公司;立式压力蒸汽灭菌器,上海申安医疗器械厂;超净工作台,苏净集团安泰公司;SPX-80B-Ⅱ生化培养箱,上海贺德实验设备公司;电热恒温干燥箱,太仓精宏实验设备公司;KDN-B 定氮仪,上海新嘉电子有限公司;纤维测定仪,R. Espinar,S. L. 公司。
1.2 原料、菌种与培养基
马铃薯渣来自于内蒙古赤峰市淀粉厂。小麦麸皮和玉米蛋白粉来自内蒙古通辽市通大饲料有限公司。植物乳杆菌(号1.2437):植物乳杆菌植物亚种,购于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)。
MRS 培养基:酪蛋白胨10 g,牛肉膏5 g,酵母提取物5 g,葡萄糖5 g,吐温80 1 ml,磷酸氢二钾2 g,乙酸钠5 g,柠檬酸二胺2 g,硫酸镁0. 2 g,硫酸锰0. 05 g,琼脂15.0 g,蒸馏水1 L。高压灭菌20 min,用于培养及保存植物乳杆菌。
马铃薯渣固态发酵底物:鲜马铃薯渣∶ 小麦麸皮(粉碎)∶ 玉米蛋白粉(粉碎) =8∶1∶1。
1.3 试验方法与设计
菌种活化:开封安瓿瓶后,用移液枪吸取0.3~0.5 ml 的液体培养基加入到安瓿瓶内,并微微震荡,使安瓿瓶内物体呈现悬浮状。而后,将全部菌液移入适宜的培养基内,在适宜的条件下培养,使制备的发酵菌液浓度约8×108 CFU/ ml。
固态发酵过程:活化菌种→接入适宜的液体培养基→按照不同菌种的适宜温度进行扩大培养→接入马铃薯渣底物进行固态发酵→放置-20℃保存→烘干→粉碎→粗蛋白质和粗纤维含量的测定。
设计3因素3水平正交试验(见表1),以确定固态发酵制备生物饲料的最佳工艺参数。
1.4 指标测定
饲料粗蛋白质和粗纤维测定分别采用凯氏定氮法( GB/T 5009.5—2003) 和酸碱洗涤法( GB/T6434—2006)。
2结果与分析
2.1 植物乳杆菌固态发酵工艺对马铃薯渣饲料粗蛋白质含量的影响
马铃薯渣底物粗蛋白质质量分数为18.06%。在不同菌液量、发酵温度和发酵时间的发酵工艺条件下进行固态发酵,以制备发酵饲料粗蛋白质含量为评价指标,正交试验结果见表2和表3。由表2可知,9种不同发酵工艺制备的马铃薯渣发酵饲料粗蛋白质含量均高于未发酵。试验2号制备的饲料粗蛋白质含量最高,比未发酵提高了27.24%。
由极差分析表明,影响因素的大小依次为发酵温度、菌液量、发酵时间。最佳发酵组合为A1B2C2,即菌液量为4%、发酵温度33℃、发酵时间60h,在该条件下,发酵制备的饲料粗蛋白质质量分数为22.98%。
方差分析表明发酵温度、菌液量、发酵时间对饲料发酵底物粗蛋白质含量的影响不显著(P>0.05)。
2.2 植物乳杆菌固态发酵工艺对马铃薯渣粗纤维含量的影响
植物乳杆菌发酵后固态发酵培养基粗纤维的含量见表4。
马铃薯渣底物粗纤维质量分数为15.44%。在不同菌液量、发酵温度和发酵时间的发酵工艺条件下进行固态发酵,以制备发酵饲料粗纤维含量为评价指标,正交试验结果见表4。由表4可知,9种不同发酵工艺制备的马铃薯渣发酵饲料粗纤维含量均低于未发酵。试验3号制备的饲料粗纤维质量分数最低,为9.76%,比未发酵降低了36.79%。
由极差分析可知,影响因素的大小依次为发酵温度、发酵时间、菌液量。从3组均值上分析,理想发酵组合为A1B3C1,但正交未出现,因此选择最佳发酵组合为A1B3C3,即菌液量为4%、发酵温度35℃、发酵时间72h,发酵制备的饲料粗纤维质量分数最高9.76%。
方差分析表明发酵温度对饲料发酵底物粗纤维含量的影响显著(P<0.05),而菌液量和发酵时间对饲料发酵底物粗纤维含量影响不显著(P>0.05)。
2.3 固态发酵工艺优化验证试验
根据考察的指标不同,其发酵最佳工艺条件也不同。以制备马铃薯渣生物蛋白饲料为目的,即以提高粗蛋白质为主,其最佳发酵条件为菌液量4%、发酵温度33℃、发酵时间60h。在此条件下再进行3次验证试验,发酵制备的饲料粗蛋白质质量分数为23.07%、22.37%、22.89%,粗纤维质量分数为13.69%、14.55%、14.21%,与各正交试验所得结果基本一致,因此确定为最佳发酵工艺条件。以此工艺制备的马铃薯渣生物饲料也符合作为蛋白质饲料的条件(干物质中粗纤维<18%,同时粗蛋白质≥20%的饲料)。
3结论与讨论
固态培养基是以鲜马铃薯渣80% 为主,小麦麸皮10%和玉米蛋白粉10%为辅,其发酵前粗蛋白质和粗纤维质量分数分别为18.06%和15.44%,在本试验最优发酵条件下,即菌液量4% (菌液浓度约8×108 CFU/ ml)、发酵温度33℃、发酵时间60 h,制备的马铃薯渣生物饲料粗蛋白质和粗纤维质量分数分别为22.37% ~23.07% 和13.69%~14.55%,达到了作为蛋白质饲料的要求。
注：本文由生物饲料开发国家工程研究中心（BFC）小编整理发布，如有任何建议或意见及投稿等，请您加小编微信（13260429991）交流互动。
参考文献略
责编：马维军；审阅：刘晶晶 博士
来源：粮食与饲料工业；作者：萨仁呼,白梦娇,王思珍,牛化欣
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