枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合发酵玉米秸秆制备饲料的工艺研究

■王巍杰 常丽新 田亚红

(河北联合大学生命科学学院，河北唐山063000）

我国是一个农业大国，每年约产农作物玉米秸秆6亿吨，大部分秸秆在田间烧掉[1],造成资源浪费和环境污染。秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质和单宁等组成[2],本文采用枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合发酵玉米秸秆制备饲料的研究,探索制备秸秆生物饲料的新工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米秸秆：清洗、干燥、粉碎。

菌种:枯草芽孢杆菌购于无锡市中意生物技术有限公司）；乳酸菌购于上海佳民酿造食品有限公司。

培养基：MRS培养基；蛋白胨培养基。

1.2 仪器与设备

FA1004电子天平；HH-4型数显恒温水浴锅；101-1AB型电热鼓风干燥箱；SHZ-82型气浴恒温振荡器；SHZ-95B型循环水式多用真空泵；JJ-2型组织捣碎匀浆机；752B紫外可见分光光度计；康达多功能食品粉碎机KDF-2311型。

1.3 方法

1.3.1 产糖量测定方法

还原糖含量测定采用DNS(3,5-二硝基水杨酸)法[2],在0.1～0.8 mg/ml范围内，葡萄糖线性方程Y=0.156 9X-0.193 6(n=6，r=0.999 6)。

1.3.2 枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合发酵玉米秸秆制备饲料

准确称取适量玉米秸秆，添加一定量相同比例混合的枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合液，控制适当温度和时间，测定还原糖含量，计算糖化率。

2 结果与分析

2.1 温度对糖化率的影响

准确称取适量玉米秸秆，控制一定反应温度和枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合菌液添加量，考察20、25、30、35、40、45、50 ℃不同反应温度下还原糖含量，计算含糖量，试验结果见图1。

图1 温度对糖化率的影响

由图1可知，在温度20～40℃的范围内，随着温度的升高产糖量增加，在温度达到40℃时，糖化率为4.78%，45℃和50℃糖化率降低，确定正交试验的温度为35℃、40℃和45℃。

2.2 枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合菌液添加量对糖化率的影响

准确称取适量玉米秸秆，分别添加5%、10%、15%、20%、25%和30%枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合液，40℃发酵一定时间考察还原原糖含量，计算含糖量，试验结果见图2。

图2 菌液添加量与糖化率的关系

由图2可知，在枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合液5%～30%范围内，随着菌液添加量的增加产糖量增加明显，当菌液添加量达到20%时，糖化率达到最大5.73%，随后随菌液添加量增加降低。因此，确定正交试验的枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合液添加量为15%、20%和25%。

2.3 秸秆添加量对糖化率的影响

准确称取2、6、10、14、18、20、22 g玉米秸秆,添加20%的枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合液，考察40℃发酵一定时间还原原糖含量，计算含糖量，试验结果见图3。

图3 秸秆添加量与糖化率的关系

图3显示在秸秆添加量在2～20 g范围内，随着秸秆添加量的增加，糖化率逐渐增加，14 g达到最大糖化率5.96%，随后随着时间逐步增加糖化率降低。因此确定正交试验秸秆添加量10、14、18 g。

2.4 反应时间对糖化率的影响

准确称取14 g玉米秸秆,添加20%的枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合液，考察40 ℃发酵20、30、40、50、60 h和70 h还原原糖含量，计算含糖量，试验结果见图4。

图4 反应时间与糖化率的关系

图4结果显示：在反应时间20～70 h，开始随时间增加，糖化率逐渐增加，40 h糖化率达到最大6.0%,50、60、70 h糖化率逐渐降低。因此，确定正交试验时间30、40、50 h。

2.5 正交实验优化枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合发酵玉米秸秆制备饲料的工艺

设计L9（34）正交试验，以糖化率为考察指标，考察秸秆添加量、温度、枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合菌液添加量、反应时间对秸秆饲料糖化率的影响，因素与水平、正交试验结果和方差分析见表1～3。

由表2和表3可知，以糖化率为考察指标，枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合对秸秆糖化率的影响程度顺序为A＞B ＞D＞ C，其中A影响显著，最佳组合A1B2C3D1，即最佳条件是秸秆添加量10 g，接种量20%，45℃温度下培养30 h。

表1 正交实验因素与水平

表2 正交试验结果

表3 方差分析

3 结论

采用枯草芽孢杆菌和乳酸菌混合发酵制备秸秆饲料，以糖化率为考察指标通过L9（34）正交试验确定玉米秸秆饲料制备的最佳工艺：秸秆添加量10 g，接种量20%，45℃温度下培养30 h。