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产朊假丝酵母菌发酵降解棉酚的效果
作者:   时间:2012-10-26

 


程福亮 梁瑾 范群平 宿志瑞 聂兆晶 陈甜甜 谷巍
(山东宝来利来生物工程股份有限公司 山东泰安 271000)

   摘要:棉粕经高温高压处理后,利用产阮假丝酵母对棉粕进行固体发酵脱毒,通过对生物量的测定,获得最适发酵脱毒条件,然后进行发酵降解棉酚实验,通过测定发酵终点和起始点棉酚的含量,获得产朊假丝酵母对棉酚的降解率。结果显示最适发酵条件为:发酵底物含水量为37%,发酵时间48h,发酵温度30℃,接种量为5%。对发酵前和发酵48h后的样品按照国家标准测定方法进行棉酚含量的测定,结果显示棉粕在发酵前后,棉酚去除率在85.7%左右。
   关键词:产朊假丝酵母 降解 棉粕
   普通棉籽饼中含有游离棉酚和环丙烯酸等有毒物质和抗营养因子,其利用受到很大限制[1,2]。目前棉籽饼粕的主要脱毒方法有物理法和化学法。这些脱毒方法虽都可显著降低棉籽饼粕中游离棉酚含量,但都存在一定的缺点,脱毒率不够高。微生物发酵法是20世纪80年代后期在中国首先发展起来的一种新的棉籽饼粕脱毒途径,通过微生物发酵工艺对棉籽饼粕原料进行再加工,不仅达到脱毒目的,而且能够提高营养价值,调节机体胃肠道微生态平衡,提高消化酶活性,改善适口性,提高饲料转化率和饲料报酬[3,4]。该法不但能脱除棉籽饼粕中的游离棉酚,而且还可以提高棉籽饼粕的蛋白质含量,发酵底物中存留许多酶类、维生素、氨基酸以及一些促生长因子,因而受到了广泛重视。
   本研究利用产朊假丝酵母对棉籽饼进行发酵,通过发酵条件参数进行优化,确定发酵的最适条件,测定发酵起始和终点实验样品的棉酚含量,获得产朊假丝酵母对棉粕中棉酚的降解率,为产朊假丝酵母应用到工业化生产中提供理论和实验数据基础。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌株 产朊假丝酵母菌株,山东宝来利来生物工程股份有限公司研究院保存。
1.1.2 植物性蛋白原料 棉粕
1.2 方法
   选用500mL的玻璃瓶作为发酵器,将单一物料与一定量的麸皮混匀后,分三个重复,采用设立不同梯度的因素水平,以产朊假丝酵母生物量为测定指标,对发酵时间、温度、含水量和接种量进行优化,确定最适发酵条件。
1.2.1 棉粕发酵含水量条件的优化
   在发酵物料中加入水分,使含水量至20%、25%、30%、37%和40%五个梯度进行优化。
1.2.2 接种量的优化
   产朊假丝酵母接种量按1%、2.5%、5%、10% 和15%等五个水平进行优化。
1.2.3 发酵时间的优化
   发酵0h、12h、24h、36h、48h和72h小时采样,进行产朊假丝酵母生物量的测定,确定最适发酵时间。
1.2.4发酵温度的优化
   以接种量为5%,发酵底物含水量为47%和发酵时间为36h为基础,发酵温度分别设20℃、25℃、27.5℃、30℃、32.5℃、35℃和40℃等七个水平进行优化。
1.2.5 发酵不同阶段棉酚含量的测定方法:
   参照采用国际标准ISO 6866-1985《动物饲料中游离的和总棉酚的测定方法》。
1.2.6优化条件下棉粕的发酵
   通过对产朊假丝酵母发酵棉粕水分、接种量和发酵时间的优化,获得最适发酵条件后,进行棉粕的发酵脱毒效果研究。
1.2.7 棉酚降解率
   通过测定发酵终点和起始点棉酚的含量,获得产朊假丝酵母对棉酚的降解率。
2 结果
2.1 棉粕发酵水分条件的优化
  如图所示,棉粕发酵水分在进行了五个梯度的研究后,产阮假丝酵母在底物水50%时,活菌数效果较好,此后的水分梯度虽然也有所增高,但趋势不明显。
图1:发酵过程中棉粕含水量的优化



2.2 棉粕发酵中,菌液接种量条件的优化
   如图所示,在发酵过程中,按1%、2.5%、5%、10%和15%的比例接种,在发酵36h后,测定发酵物中,酵母菌的总数。结果显示,在接种量为5%时,活菌数要高于1%和2.5%,与其他接种量差别不明显。
图2:发酵过程中产朊假丝酵母接种量的优化



2.3 棉粕发酵时间条件的优化
   如图所示,棉粕发酵各个时间点均呈现增长趋势,发酵48h时,酵母菌活菌数可达109cfu/mL以上,而72h时,酵母菌数出现下降趋势。
图3:发酵时间的优化



2.4 发酵温度的优化
   结果显示,发酵温度在30℃时,产朊假丝酵母的生物量达到109cfu/mL以上,与其他温度比较,除与32.5℃的结果差异不显著外,其他温度组产朊假丝酵母的生物量均比30℃要低。
图4:发酵温度的优化



2.4 最适发酵温度条件的确定
   通过以上实验,确定了产朊假丝酵母发酵棉粕的最适发酵条件为:发酵底物含水量为47%,产朊假丝酵母最适接种量为5%,发酵时间为36h。
2.5发酵棉粕中棉酚降解率的测定
在确定的最适发酵条件下,利用产朊假丝酵母对棉粕进行发酵,对发酵前和发酵36h后的实验样品进行棉酚含量的测定,测定棉酚在发酵前后的降解率达85.7%。
3 讨论
   我国在棉籽粕(饼)工业化脱毒方面做了大量的研究工作。自“六五”及“七五”期间就已开始大规模研究棉籽饼粕脱毒技术,由于是在制油工艺以后采取物理、化学、萃取等方法,脱毒效果不佳,且成本高,无法在饲料工业和养殖业中应用。通过国家“八五”和“九五”科技攻关,开发了通过制油工艺脱除棉籽饼粕中有毒害物质的新方法,能使棉籽粕FG降到150mg/kg以下[5]。目前国内棉籽饼(粕)脱酚有以下几种方法:化学法、混合溶剂萃取法、液-液-固萃取法及生物法等,其中最有应用前景的当属微生物固态发酵法。发酵棉粕效果优于普通棉粕原因可能是棉粕本身是蛋白质含量较高的饲料原料,含游离棉酚和环丙烯酸等有毒物质,会造成家畜中毒,经过微生物发酵后,抗营养因子明显减少,适口性得到改善,因此采食量没有受到影响[6]。总体而言,与物理化学方法相比,利用生物发酵技术进行脱毒具有以下优点:(1)处理效率高,尤其是酶技术应用的处理效率很高、成本低;(2)没有残留,应用安全;(3)改善适口性,对饲料营养成分的破坏和影响较少。本研究以产朊假丝酵母为发酵菌种,对棉粕的脱毒发酵进行了研究,结果表明,在温度为30℃,发酵底物含水量为37%和接种量5%的条件下进行固态厌氧发酵,发酵36h时降解棉酚率最高,平均为85.7%,与相关研究结果[7]相一致。微生物固态发酵脱毒处理的整个过程比较温和,微生物发酵产生香味和发酵过程产生的维生素、氨基酸使得饲料的营养价值有较大的提高。其工艺没有废水污染问题,是一条可大力发展的绿色途径。
 

参考文献
   [1]刘福林,孙居民,杨文.棉籽粕脱酚的研究[J].石河子大学学报,1999,3(2):127-130.
   [2]张长海.浅谈新疆棉籽加工业[J].中国油脂,2004,29(1):10-13.
   [3]何涛,张海军,武书庚.棉籽饼粕脱毒方法研究进展[J].中国畜牧杂志,2007,43(67):51-56.
   [4]李延云,聂宇燕,朱杰.棉籽饼粕工业化脱毒生产技术[J].饲料工业,1999,20(2):11-12.
   [5] 李爱科,郝淑红.植物蛋白质饲料资源开发利用新技术研究进展.饲料与畜牧,2006,10(5):15-18.
   [6]阎轶洁,宋维平,张建云.棉籽粕在畜禽中的应用及棉酚的脱毒方法研究[J].饲料工业,2005,26(3):47-50.
   [7]王冬梅,郭书贤,臧晋,等.利用EM菌剂对棉籽饼粕发酵脱毒的研究.中国棉花, 2002,29(8):14~15.

 

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