不同菌种固态发酵马铃薯渣对其营养价值影响研究

2021-06-10 09:37:34 点击：

摘要：马铃薯渣是马铃薯生产淀粉的下脚料，不经处理直接排放，会造成资源浪费和环境污染。通过微生物固态发酵处理可提高蛋白质含量、降低粗纤维含量，从而提高了马铃薯渣的饲用价值。本试验以酵母菌、霉菌、芽孢杆菌和乳酸菌为发酵菌种，研究不同菌种及组合固态发酵对其增值效果。结果表明，在温度为30℃、pH自然的条件下，发酵72小时，马铃薯渣营养价值显著提高，10种菌单菌发酵，其真蛋白含量提高，粗纤维降低，其中，酿酒酵母、产朊假丝酵母、X霉菌、绿色木霉、黑曲霉、米曲霉发酵真蛋白总量提高超过40%，植物乳杆菌、康宁木霉、黑曲霉发酵粗纤维降解率超过50%，均可提高总氨基酸和必选氨基酸含量；15个双菌组合发酵均能提高马铃薯渣真蛋白含量，降低粗纤维含量，其中，酿酒酵母+米曲霉、酿酒酵母+黑曲霉和酿酒酵母+康宁木霉组合真蛋白总量提高超过50%；酿酒酵母+黑曲霉、扣囊复膜酵母+康宁木霉组合粗纤维降解率超过50%，均可提高马铃薯渣总氨基酸和必需氨基酸含量。综合考虑，马铃薯渣单菌发酵，以黑曲霉效果最好，双菌组合以酿酒酵母+黑曲霉为最佳组合。

铃薯为茄科茄属一年生草本作物，块茎可供食用，是重要的粮饲菜兼用作物。2009年，马铃薯全球种植面积达0.187亿hm2，总产量3.3亿吨，是仅次于玉米、小麦、水稻的世界第四大粮食作物。中国是马铃薯生产第一大国，据统计，我国马铃薯种植面积已达8500万亩，年产量已突破7000万吨。在我国，马铃薯主要用来直接食用和生产淀粉，其中生产淀粉数量占马铃薯总产量的70%以上，在马铃薯淀粉生产过程中，会产生20%左右的马铃薯废渣，废渣里含有少量蛋白质和大量淀粉、纤维素、果胶、氨基酸等可利用成分，如不加以利用，不仅会对环境造成污染，也会造成资源浪费。随着人们环保意识的增强，薯渣的合理利用已经成为制约马铃薯淀粉加工业发展的瓶颈。

本试验针对性选择有益微生物，应用厌氧、好氧混合固态发酵技术处理马铃薯渣，探讨其对营养成分组成及含量影响。

试验材料与方法

1 菌种

依据发酵目的，选择产朊假丝酵母、酿酒酵母、扣囊复膜酵母、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、米曲霉、黑曲霉、绿色木霉、植物乳杆菌和X霉菌等菌种为马铃薯渣发酵备选菌种，其中前九种均为农业部关于微生物饲料生物安全通用技术准则附录中所规定允许使用的生产菌种，购自中国农科院微生物菌种保藏中心；X霉菌，为本实验室筛选。

2 马铃薯渣培养基

培养基组成：马铃薯渣80%，麸皮15.85%，尿素2%，硫酸铵1.5%，磷酸二氢钾0.6%，硫酸镁0.05%。

3 试验方法

3.1 种子液的制备：

（1）乳酸菌种子液的制备

将4℃斜面保存的植物乳杆菌接于MRS液体试管培养基上活化，于37℃下以220r·min-1振荡培养24h，作为一级培养种子；再以1%接种量接于MRS三角瓶液体培养基中，于37℃下以220r·min-1振荡培养24h，作为二级种子培养基。

（2）酵母菌种子液的制备

将4℃斜面保存的酵母菌接于YEPD液体试管培养基上活化，于30℃下以220r·min-1振荡培养培养24h，作为一级培养种子；再以1%接种量接于YEPD三角瓶液体培养基中，于30℃下以220r·min-1振荡培养24h，作为二级种子培养基。

（3）枯草芽孢杆菌种子液的制备

将4℃斜面保存的枯草芽孢杆菌接于牛肉膏蛋白胨液体试管培养基上活化，于32℃下以220r·min-1振荡培养培养24h，作为一级培养种子；再以1%接种量接于牛肉膏蛋白胨三角瓶液体培养基中，于32℃下以220r·min-1振荡培养24h，作为二级种子培养基。

（4）霉菌种子液的制备

将4℃斜面保存的霉菌接于察氏液体试管培养基上活化，于28℃下以220r·min-1振荡培养培养36h，作为一级培养种子；再以1%接种量接于察氏三角瓶液体培养基中，于28℃下以220r·min-1振荡培养36h，作为二级种子培养液。

3.2 接种发酵

将二级种子培养液按10%接入含50%水分的马铃薯渣培养基中，30℃恒温恒湿培养箱培养72h，前24小时每隔8h用无菌玻璃棒翻动培养基进行好氧发酵，后48小时厌氧发酵。

3.3 干燥

60-65℃恒温鼓风干燥箱干燥24小时，回潮16小时，制成风干样。

3.4 检测指标

分别测定风干马铃薯渣培养基发酵前后真蛋白、粗纤维和氨基酸含量。

试验结果与分析

1 单一菌种发酵结果与分析

10株菌单独发酵马铃薯渣，对真蛋白质和纤维含量的变化影响见表1。

从上表可知，10种菌分别进行单菌发酵，其真蛋白均比未发酵马铃薯渣含量高，粗纤维较未发酵马铃薯渣均有一定程度的降低，其中，酿酒酵母、产朊假丝酵母、X霉菌、绿色木霉、黑曲霉、米曲霉真蛋白总量提高程度相对较高，均超过40%；10种试验菌种均能较好分解马铃薯渣中粗纤维，其中植物乳杆菌、康宁木霉、黑曲霉降解率超过50%。单菌发酵对马铃薯渣氨基酸组成及含量的影响见表2。

由上表可以看出，10种菌发酵均可提高马铃薯渣总氨基酸含量，其中除产朊假丝酵母、康宁木霉和米曲霉外，提高比例均超过50%；必需氨基酸总量除康宁木霉外，其余均有所增加，其中扣囊复膜酵母、植物乳杆菌、X霉菌和黑曲霉增幅超过40%。

综合考虑单菌发酵结果和菌种适应能力，分别以酿酒酵母、产朊假丝酵母和扣囊复膜酵母为核心种子菌，分别与米曲霉、黑曲霉、绿色木霉、康宁木霉和X霉菌组合，进行马铃薯渣双菌发酵处理，发酵工艺条件与单菌相同，测定真蛋白和粗纤维含量，分析双菌发酵对马铃薯渣质量影响，结果分别见表3，4。

2 双菌种发酵结果与分析

从上表可知，15个双菌组合发酵均能提高马铃薯渣真蛋白含量，降低粗纤维含量，其中，酿酒酵母+米曲霉、酿酒酵母+黑曲霉和酿酒酵母+康宁木霉真蛋白总量提高程度相对较高，均超过50%；15种双菌组合发酵均能使马铃薯渣粗纤维降低40%以上，其中酿酒酵母+黑曲霉、扣囊复膜酵母+康宁木霉组合降解率超过50%。

由以上表可以看出，15种双菌组合发酵，均可提高马铃薯渣总氨基酸含量，其中除扣囊复膜酵母+康宁木霉、酿酒酵母+绿色木霉、酿酒酵母+黑曲霉和酿酒酵母+x霉菌外，其余组合提高比例均超过50%；必需氨基酸总量除康宁木霉外，其余均有所增加，其中扣囊复膜酵母+绿色木霉、扣囊复膜酵母+黑曲霉、扣囊复膜酵母+x霉菌、扣囊复膜酵母+米曲霉、酿酒酵母+黑曲霉、酿酒酵母+米曲霉增幅超过50%。

讨论

近年来，国内外多位学者对马铃薯渣应用微生物处理，开发饲料资源进行了尝试和研究。Aziz NH Mohsen GI用马铃薯渣作为原料，通过接种镰刀菌属和酵母菌来生产微生物蛋白饲料，同时，在发酵过程中用酸和伽马射线处理大大提高蛋白产量，发酵三天，蛋白产量提高了65.8%；K.Schuction等对马铃薯渣接种酵母菌、霉菌、放线菌，同时添加氮源，通过2d-5d的固态发酵，蛋白质提高15%～32.4%；杨全副等研究先用淀粉酶和中性蛋白酶将马铃薯渣中的纤维素和蛋白质分解，再接种产生单细胞蛋白的菌株-产朊假丝酵母和热带假丝酵母，可将单细胞蛋白中的蛋白质含量增至12.27%；史琦云等用白地霉、假丝酵母和酿酒酵母多菌固体发酵马铃薯渣，可生产出粗蛋白质含量为22.16%的菌体蛋白饲料；祝英等研究了米曲霉、黑曲霉、绿色木霉单菌3种菌的最佳复配及与不同酵母菌复配对马铃薯渣生产蛋白质饲料的影响，结果表明：单菌株发酵，米曲霉对马铃薯渣的降解效果最好；采用3种霉菌复配发酵，米曲霉与黑曲霉复配降解马铃薯渣的效果最好；米曲霉与黑曲霉的复配菌(1:1)再与3种酵母菌进行二次复配发酵，产朊假丝酵母与热带假丝酵母(1:1)进行二次复配的效果最好；本试验结果表明，试验采用的十种单菌及十五种组合发酵，均可在一定程度上提高马铃薯渣蛋白总量，降低粗纤维总量，这与前人试验结果一致。说明应用微生物发酵，可以利用非蛋白氮合成菌体蛋白，同时微生物生长繁殖过程中分泌纤维素酶，降解粗纤维，是一种提高马铃薯渣营养价值的有效方法。

结论

综合试验结果，在本试验范围内，可以获得如下结论：马铃薯废渣经微生物发酵后，真蛋白、总氨基酸、总必需氨基酸含量提高，粗纤维含量降低，综合营养价值显著提高。综合考虑，单菌发酵以产朊假丝酵母效果最好，双菌组合以酿酒酵母+黑曲霉为最佳组合。

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