復合菌發(fā)酵生產(chǎn)生物飼料工藝條件的研究
復合菌生物飼料包含幾個微生物群:酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌以及雙岐桿菌等。這種微生物群在生命活動中產(chǎn)生的多種酶,如淀粉酶、胃蛋白酶等,將飼料中的淀粉、蛋白質等大分子有機物質降解為小分子的單糖、雙糖、各種氨基酸及其他營養(yǎng)物質,使畜禽更易于吸收。
植物乳桿菌是一種常見于面包、肉類及許多蔬菜發(fā)酵制品中的乳酸菌,能通過胃并定植于腸道發(fā)揮有益作用。它對腸道微生物有重要影響,在食品發(fā)酵和工業(yè)乳酸發(fā)酵領域有著廣泛的應用。酵母是一類結構簡單的真菌類微生物,廣泛應用于食品和飼料工業(yè)。一些科學研究發(fā)現(xiàn),酵母菌或其提取的甘露糖蛋白具有顯著非特異性免疫調節(jié)和營養(yǎng)功能。腐植酸鈉作為一種新型的飼料添加劑廣泛應用于飼料工業(yè)。本試驗以玉米皮、棉籽粕、玉米粉、麩皮、稻殼和糖蜜為原料配制培養(yǎng)基,以植物乳桿菌與酵母菌為發(fā)酵菌種,通過探索發(fā)酵產(chǎn)物中的活菌數(shù)來研究復合菌生物飼料發(fā)酵的最適條件。
1.1 材料 1.1.1 菌種 植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum),由北京和美科盛生物技術有限公司保存并提供。酵母菌由內蒙古斯隆生物技術有限責任公司保存與提供。 1.1.2 原料 玉米皮、棉籽粕、玉米粉、麩皮、稻殼和糖蜜由內蒙古斯隆生物技術有限責任公司提供。腐植酸鈉由內蒙古永業(yè)生物技術有限責任公司提供。 1.1.3 培養(yǎng)基 MRS液體培養(yǎng)基(1L):蛋白胨10g,牛肉膏5g,酵母粉4g,葡萄糖20g,吐溫-801g,磷酸氫二鉀2g,檸檬酸氫二氨2g,乙酸鈉5g,硫酸鎂0.2g,硫酸錳0.05g,蒸餾水1000ml。植物乳桿菌斜面培養(yǎng)基(1L):在MRS液體培養(yǎng)基的基礎上加2%瓊脂粉,在溫度121℃條件下滅菌15min。酵母菌培養(yǎng)基:麥芽汁培養(yǎng)基和麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基購自廣東環(huán)凱微生物科技有限公司。原料發(fā)酵培養(yǎng)基(1kg):玉米皮350g,棉籽粕80g,玉米粉100g,麩皮170g,稻殼200g,糖蜜100g。 1.1.4 儀器 恒溫培養(yǎng)箱、恒溫振蕩器、超凈工作臺、分析天平(感量0.0001g)、粉碎機和蒸汽滅菌鍋等。 1.2 方法 1.2.1 菌種的活化及種子液的制備 植物乳桿菌:將冷凍保存的菌種接種于MRS斜面培養(yǎng)基中,37℃靜置培養(yǎng)48h;待形成菌落后挑取單個菌落接種于MRS液體培養(yǎng)基中,在溫度37℃條件下培養(yǎng)24h,即得種子液。 酵母菌:將冷凍保存的菌種接種于麥芽汁瓊脂斜面培養(yǎng)基中,32℃靜置培養(yǎng)48h,待形成菌落后挑取單個菌落接種于麥芽汁液體培養(yǎng)基中,在溫度32℃條件下振蕩培養(yǎng)24h,即得種子液。 1.2.2 實驗設計 1.2.2.1 菌種比例的優(yōu)化 在基礎培養(yǎng)基不變的條件下,設置植物乳桿菌和酵母菌不同的菌種比例,分別為1︰9、3︰7、1︰1、7︰3和9︰1,其他發(fā)酵條件一致,最后裝入規(guī)格為250ml的錐形瓶中進行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵36h后通過測定發(fā)酵產(chǎn)物中的活菌數(shù)來確定最佳菌種比例。 1.2.2.2 裝料量的優(yōu)化 在基礎培養(yǎng)基不變的條件下,設置不同的裝料量,分別為30、40、50、60和70g,其他發(fā)酵條件一致,最后裝入規(guī)格為250ml的錐形瓶中進行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵36h后測定發(fā)酵產(chǎn)物中活菌數(shù),以確定最佳裝料量。 1.2.2.3 發(fā)酵底物含水量的優(yōu)化 在基礎培養(yǎng)基不變的條件下,設置發(fā)酵底物不同的含水量,分別為40%、45%、50%、55%和60%,其他發(fā)酵條件一致,最后裝入規(guī)格為250ml的錐形瓶中進行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵36h后通過測定發(fā)酵產(chǎn)物中的活菌數(shù)來確定發(fā)酵底物的最佳含水量。 1.2.2.4 發(fā)酵溫度的優(yōu)化 在基礎培養(yǎng)基不變的條件下,設置不同的發(fā)酵溫度,分別為26、30、34、38和42℃,其他發(fā)酵條件一致,最后裝入規(guī)格為250ml的錐形瓶中進行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵36h后通過測定發(fā)酵產(chǎn)物中的活菌數(shù)來確定發(fā)酵的最佳溫度。 1.2.2.5 發(fā)酵菌種接種量的優(yōu)化 在基礎培養(yǎng)基不變的條件下,設置不同的菌種接種量,分別為6%、8%、10%、12%和14%,其他發(fā)酵條件一致,最后裝入規(guī)格為250ml的錐形瓶中進行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵36h后通過測定發(fā)酵產(chǎn)物中的活菌數(shù)來確定菌種的最佳接種量。 1.2.2.6 腐植酸鈉添加量的優(yōu)化 在基礎培養(yǎng)基不變的條件下,設置腐植酸鈉不同的添加量,分別為2%、4%、6%、8%和10%,其他發(fā)酵條件一致,最后裝入規(guī)格為250ml的錐形瓶中進行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵36h后通過測定發(fā)酵產(chǎn)物中的活菌數(shù)來確定發(fā)酵底物的最佳腐植酸鈉添加量。 1.2.3 分析方法 活菌數(shù)的測定:稱?。担绨l(fā)酵產(chǎn)物溶于45ml滅菌的生理鹽水中,振蕩混勻,靜置,吸取上清液分別進行乳酸菌和酵母菌活菌數(shù)的測定,采用平皿稀釋涂布計數(shù)法。 2.1 菌種比例的優(yōu)化 植物乳桿菌和酵母菌分別以不同的接種比例發(fā)酵生物飼料,其產(chǎn)物中活菌數(shù)的結果見圖1。 從圖1 可以看出,植物乳桿菌和酵母菌以1︰1的比例混合發(fā)酵時,產(chǎn)物中兩種菌的活菌數(shù)最高,酵母菌為10×108 cfu/g,植物乳桿菌的活菌數(shù)為17.4×108 cfu/g。植物乳桿菌與酵母菌復合發(fā) 酵,酵母菌為兼性厭氧菌,植物乳桿菌為厭氧菌,發(fā)酵剛開始時酵母菌利用發(fā)酵底物中的氧氣快速生長;當氧氣消耗完后植物乳桿菌大量繁殖,產(chǎn)生的大量乳酸使發(fā)酵底物中的pH 值下降,酵母菌的生長受到限制。所以,這兩種菌同時發(fā)酵后產(chǎn)物中的植物乳桿菌的活菌數(shù)比酵母菌的高。 2.2 裝料量的優(yōu)化 不同裝料量對發(fā)酵產(chǎn)物中兩種菌的活菌數(shù)的影響見圖2。 由圖2可以看出,在250ml的錐形瓶中,裝料量為50g時,產(chǎn)物中植物乳桿菌的活菌數(shù)最高,達15.8×108 cfu/g。裝料量為40g時,酵母菌的活菌數(shù)最高,達9×108 cfu/g;但植物乳桿菌的活菌數(shù)是所有組中最低的。在50、40g裝料量條件下產(chǎn)物中酵母菌的活菌數(shù)分別為7.2×108 和9×108 cfu/g。 綜合兩種菌的生長情況,得出最優(yōu)裝料量為50g。裝料量直接影響了發(fā)酵底物的厚度。底物厚度小,菌體與空氣充分接觸,適合酵母菌的生長;底物厚度大,底部的菌體很難與空氣接觸,氧氣少,適合植物乳桿菌生長。 2.3 發(fā)酵底物水分含量的優(yōu)化 微生物在發(fā)酵過程中需要有適宜的水分。發(fā)酵底物環(huán)境中的水分直接影響微生物的生長情況。發(fā)酵底物中不同的水分含量對發(fā)酵產(chǎn)物中活菌數(shù)的影響見圖3。 從圖3可以看出,發(fā)酵底物水分為50%時,發(fā)酵產(chǎn)物中植物乳桿菌的活菌數(shù)最高,達17.3×108 cfu/g。發(fā)酵底物中水分為45%和50%時,酵母菌的活菌數(shù)分別為14.3 × 108 、14×108 cfu/g,與其他各組相比均達到較高水平。綜合兩種菌的生長情況,得出發(fā)酵底物中的水分為50%時最優(yōu)。 2.4 發(fā)酵溫度的優(yōu)化 發(fā)酵溫度對發(fā)酵產(chǎn)物中活菌數(shù)的影響見圖4。 從圖4可以看出,發(fā)酵溫度為34、38和42℃時,植物乳桿菌的活菌數(shù)較高,但酵母菌的生長受到抑制;相反,在較低溫度26℃時酵母菌的生長優(yōu)于植物乳桿菌。綜合考慮兩種菌生長的情況,在34℃時植物乳桿菌數(shù)量最高,達到18.2×108 cfu/g,酵母菌也達到最高水平11.4×108 cfu/g。因此,選擇34℃為最佳發(fā)酵溫度。溫度是影響微生物生長和存活的關鍵因素,微生物在最適的溫度條件下才能生長得最好。溫度過高會使微生物菌體中的蛋白質變性或受到不同程度的破壞,降低微生物的繁殖速度;溫度過低又抑制了酶的活性,蛋白質的合成速度受到限制,也影響微生物的生長繁殖。 2.5 發(fā)酵菌種接種量的優(yōu)化 植物乳桿菌和酵母菌的接種量對發(fā)酵產(chǎn)物中活菌數(shù)的影響見圖5。 從圖5中可以看出,接種量為10% 時,發(fā)酵產(chǎn)物中植物乳桿菌和酵母菌的活菌數(shù)都達到最高,分別為17.1×108 和14.0×108 cfu/g 。接種量為14%組和10%組的植物乳桿菌數(shù)活菌數(shù)相差不大,但酵母菌數(shù)14%組明顯低于其他各組。因此,綜合考慮兩種菌的生長情況,且為了降低生產(chǎn)成本,選擇最優(yōu)接種量為10%。 2.6 腐植酸鈉添加量的優(yōu)化 腐植酸鈉不同添加量對發(fā)酵產(chǎn)物中活菌數(shù)的影響見圖6。 從圖6可以看出,腐植酸鈉添加量為2% 時,發(fā)酵產(chǎn)物中的植物乳桿菌和酵母菌的活菌數(shù)含量最高,分別為17.59×108 和8.84×108 cfu/g,均高于腐植酸鈉0%組。添加4%、6%和8%的腐植酸鈉組,發(fā)酵產(chǎn)物中兩種菌的活菌數(shù)均低于0%組。說明腐植酸鈉含量過高可能抑制了這兩種菌的生長。 由此可見,腐植酸鈉的添加量對微生物的生長影響很大,本試驗腐植酸鈉最適合的添加量為2%。腐植酸鈉對細菌、酵母菌及放線菌有刺激生長、促進繁殖、加速新陳代謝的作用。腐植酸作為增效劑在釀酒工業(yè)上能促進酵母細胞的繁殖,提高酒母的生產(chǎn)能力,說明添加一定量的腐植酸鈉可以促進微生物的生長。 (1)玉米皮、棉籽粕、玉米粉、麩皮、稻殼和糖蜜等發(fā)酵原料確定后,菌種的比例、裝料量、發(fā)酵底物水分含量、發(fā)酵溫度、接種量和腐植酸鈉添加量等發(fā)酵條件的優(yōu)化是提高產(chǎn)物中益生菌數(shù)的重要因素。 (2)本試驗得出復合菌生物飼料的最佳發(fā)酵工藝條件為:植物乳桿菌和酵母菌的接種比例為1︰1,裝料量50g,發(fā)酵底物含水量50%,發(fā)酵溫度34℃,接種量10%,腐植酸鈉添加量2%。在此條件下的復合菌生物飼料中含有植物乳桿菌17.59×108 cfu/g,酵母菌8.84×108 cf/g。1材料與方法
2結果與討論
3小 結
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