航天诱变复合菌剂发酵生产马铃薯渣菌体蛋白饲料研究

张宗舟 ，张 扬 ，赵 慧

（1.天水师范学院生命科学与化学学院，甘肃 天水 741001；2.天水师范学院物理与信息科学学院，甘肃 天水 741001；3.天水师范学院工学院，甘肃 天水 741001）

马铃薯是最有发展前景的高产经济作物之一，马铃薯的种薯及各种加工产品已成为全球经济贸易中的重要组成部分[1-2]。2009年我国的马铃薯年产量已突破8 000万t，除50%用于鲜食、留种和饲用外，其余多用于马铃薯淀粉的加工[3]。马铃薯淀粉产业的发展带动了马铃薯主产区经济的发展，同时也产生了大量的鲜薯渣。薯渣中自带菌多，不易储存、运输，且易腐烂变质产生恶臭，造成环境污染。倘若烘干则成本过高，增加企业负担，因此通常直接作为饲料或当成废渣作掩埋处理。随着人们对环保问题的日益重视，薯渣的开发利用已成为研究的焦点[4-7]，对薯渣进行综合开发利用，不仅能减少环境污染，解除马铃薯淀粉加工业的后顾之忧，而且具有较好的经济效益和社会效益。

马铃薯渣主要含有水、细胞碎片、残余淀粉颗粒和薯皮细胞或细胞结合物。鲜薯渣中含水量高达90%左右，其水分被嵌入在残余完整细胞中，需要通过细胞膜交换到外界除去，表现出典型胶体的理化特性，不具备液态流体性质。其化学成分包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、游离氨基酸、寡肽、多肽和灰分，其中残余淀粉含量高达35%（以干基计），纤维素、果胶含量也较高，分别达到21%和17%（以干基计）。笔者以马铃薯渣为原料，利用航天诱变获得的黑曲霉突变株ZM-8、啤酒酵母突变株YB-6、白地霉、热带假丝酵母进行固体共发酵生产菌体蛋白，以期将马铃薯渣转化为高蛋白饲料，提高马铃薯渣的蛋白质含量及营养价值，开辟饲料新资源，避免薯渣对环境的污染。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试菌株 试验菌株为黑曲霉突变株ZM-8（Asp.niger ZM-8）、酿酒酵母 YB-6（Sac.cerevisiae YB-6）、热带假丝酵母（Candida tropicalis）、白地霉（Geotrichum candidum）。其中黑曲霉ZM-8是将黑曲霉搭载于返回式航天器上，经空间特殊的环境条件诱变发生变异后，通过微生物学特性研究和变种的分离、培养，最终选育出的菌株，其糖化酶活力最高达到 21 000 U/g，纤维素酶活力达到5 600 U/g以上。由于有较高的纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶活力，该菌株保存在中国CCTCC，保存号CCTCC-NO：M209125。酿酒酵母YB-6同样是航天诱变选育获得。

1.1.2 供试原料 马铃薯渣由秦安县淀粉厂提供，65℃烘干，粉碎过40目筛备用。麸皮为市售。

1.1.3 培养基 （1）麦麸培养基：将麸皮和水按1∶1混合均匀后，装入250 mL的三角瓶，每瓶装50 g；（2）麦芽汁液体培养基：将麦芽汁滤液稀释到5波美度，pH值约6.4；（3）麦芽汁琼脂培养基：将麦芽汁液体培养基加入2%琼脂即成；（4）固态发酵培养基：干马铃薯渣70 g，麸皮30 g，加自来水110 mL混合、拌匀后，再加1%KH2PO4以及不同配比的白糖、硫铵、尿素、三十烷醇。上述培养基均需在1.0×105Pa、121℃灭菌 30 min，pH 值自然。

1.1.4 仪 器 电子天平、电热恒温鼓风干燥箱、手提压力蒸气灭菌锅、CS213电热恒温培养箱（重庆试验设备厂）、THZ-82A台式恒温振荡器（上海跃进医疗器械厂）。

1.2 方法

1.2.1 菌种培养 （1）黑曲霉突变株ZM-8：将黑曲霉ZM-8母种接到PDA斜面培养基上，28℃培养72 h，再接种到250 mL三角瓶麸皮培养基上，28℃扩大培养72 h。（2）酿酒酵母YB-6：将酿酒酵母YB-6母种接种到麦芽汁琼脂斜面培养基上，28℃培养72 h，再接种到250 mL麦芽汁液体摇瓶培养基中，28℃、124 r/min 扩大培养 72 h。（3）白地霉：将白地霉母种接到PDA斜面培养基上，8℃培养72 h，再接种到250 mL三角瓶麸皮培养基，28℃扩大培养72 h。（4）热带假丝酵母：同白地霉的扩大培养方式。

1.2.2 发酵工艺 （1）原料配制：干马铃薯渣140 g、麦麸 60 g、水 220 mL，拌匀，润水。（2）蒸煮：将原料放置蒸煮锅中蒸30 min后出锅，并加入不同比例的尿素、白糖、磷酸二氢钾和三十烷醇等营养物质。（3）复合菌剂的制备与接种：将用三角瓶麸皮固体培养基扩大培养得到的航天诱变菌种黑曲霉ZM-8和白地霉，以及用麦芽汁液体培养基摇瓶培养得到的热带假丝酵母、啤酒酵母YB-6按不同比例混合制成太空复合菌剂。再将制成的太空复合菌剂于30℃接种到蒸煮好的原料中，拌匀。（4）堆制与培养：接种航天诱变复合菌剂之后，堆制24 h（堆温≤36℃），期间不断搅拌，24 h后原料上长满菌丝体，颜色为灰白色。将原料上发酵盘，培养（温度≤36℃），48 h后培养结束。（5）出料与烘干：将培养好的半成品从发酵盘中移出，于烘干室进行烘干。烘干温度为100℃，时间控制在3 h以内，水分控制在5%～7%为宜。（6）粉碎与质检：烘干后降温，粉碎，进行质检。粗蛋白的测定采用GB/T 6434-94凯氏定氮法。马铃薯渣发酵工艺如图1所示。

图1 发酵工艺流程

1.2.3 发酵条件的优化 （1）多菌复配适宜配比的确定：以培养基中黑曲霉 ZM-8（A）、酿酒酵母（B）、热带假丝酵母（C）、白地霉（D）为考察因素，选用四因素三水平L9（34）正交表（表1），设计正交试验，自然pH值发酵，低温烘干后分析粗蛋白含量。

表1 正交试验因素水平 （g）

（2）培养基配方中各营养元素含量的确定:以培养基中各营养成分白糖（A）、硫铵（B）、尿素（C）、三十烷醇（D）为考察因素，设计四因素三水平正交试验，选用L9（34）正交表（表2），自然pH值发酵，低温烘干后分析粗蛋白含量。

表2 正交试验因素水平

1.2.4 数据处理 利用SPSS软件对测定的数据进行四因素三水平方差分析和正交试验极差分析。

2 结果与分析

2.1 多菌复配不同配比对产物中粗蛋白含量的影响

由表3极差分析可知，各因素对发酵产物中粗蛋白含量影响的主次顺序为B＞C＞D＞A，即酿酒酵母对发酵产物中粗蛋白含量的影响最大，其次是热带假丝酵母、白地霉菌，最后是黑曲霉突变株ZM-8；各水平的最优水平组合为A3B1C2D3，即酿酒酵母1.5 g、热带假丝酵母2.0 g、白地霉菌2.5 g、黑曲霉突变株ZM-8 2.0 g，在此条件下固体发酵马铃薯渣，产物中粗蛋白含量可达32.1%。

表3 L9（34）正交试验结果

2.2 不同培养基配方对产物中粗蛋白含量的影响

由表4极差分析可知，各因素对发酵产物中粗蛋白含量的影响的主次顺序是B＞D＞C＞A，即硫胺对发酵产物中粗蛋白含量的影响最大，其次是三十烷醇、尿素，最后是白糖；各水平的最优水平组合为A1B2C2D1，即白糖 4 g、硫铵 7 g、尿素 4 g、三十烷醇2.5 mg/L，在此优化条件下发酵马铃薯渣，产物中粗蛋白含量可达32.5%。

表4 L9（34）正交试验结果

3 小 结

（1）利用航天诱变获得的优良菌种——黑曲霉ZM—8和啤酒酵母YB-6、热带假丝酵母和白地霉复配制成的复合菌剂，在马铃薯渣的培养基上共发酵，可以获得蛋白质含量较高的菌体蛋白饲料（粗蛋白含量为32.1%），粗蛋白含量提高了5.84倍（原料中粗蛋白5.5%）。航天复合菌剂的最优配比为：酿酒酵母YB-6 1.5 g、热带假丝酵母2.0 g、白地霉菌2.5 g，黑曲霉突变株ZM-8 2.0 g。这说明了利用复合菌合成菌体蛋白的效果比单一菌种要好，且利用航天诱变来获得优良的微生物变异种，并将其用于饲料菌体蛋白培养的方法行之有效。

（2）利用航天诱变选育出的混合菌种发酵马铃薯渣，通过正交试验获得了适宜的培养基配方，即白糖4 g、硫铵7 g、尿素4 g、三十烷醇2.5 mg/L。该配方可使产物中粗蛋白的含量达32.5%，试验结果较好。

（3）马铃薯渣经航天诱变混合菌种共发酵获得的菌体蛋白饲料，纤维素含量降低，粗蛋白含量显著提高，营养价值增加。该方法在生产中推广，可以提高马铃薯渣的利用价值，充分利用资源，减轻环境污染，能带来较大的经济、社会、生态效益。

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