正交乳酸菌发酵玉米酒糟的研究

正交乳酸菌发酵玉米酒糟的研究

这项工作研究并实施了效率低下、节能、节约粮食和污染酒精生产的新技术、新工艺和联合饲料，并显著降低了酒精生产的成本。这是中国发酵技术和酒精行业（特别是燃料酒精行业）20世纪前10年的主要发展方向。随着我国经济的快速发展,能源短缺问题日益加重,据统计,2002年我国实际进口原油7000万t。与此同时,我国的农副产品相对过剩,导致农民收入下降;其中玉米在农副产品中占有重要的位置,玉米是配合饲料中主要的原料。目前我国饲料年总量达到7500万t,饲料工业总产值约为2000亿元人民币;根据规划,全国饲料工业到2010年,配合饲料产量1亿t,浓缩饲料1200万t,添加剂预混合饲料500万t。酒精联产发酵饲料新工艺研究的主要内容就是:将配合饲料产量1亿t中所需20%的玉米原料即2000万t首先用于酒精发酵,可生产800万t酒精。而同时产生的6400万t的酒糟则与80%的玉米原料即8000万t混合后进行乳酸发酵混合饲料的生产,产量可达到15000万t(水分含量58%),饲料经过发酵转化后,其营养成分丰富,氨基酸分配合理,适口性好,而且无需干燥即可长期保持,成本低,质量稳定。因此,酒精联产乳酸发酵饲料新工艺将促进我国燃料酒精工业、农业、饲料工业以及畜牧业的偶联发展,一方面部分解决了燃料酒精生产的原料来源,实现酒糟的无污染利用,保护了环境,同时大幅度降低酒精生产的总体成本;另一方面,酒糟乳酸发酵饲料的开发是对我国微生物饲料的丰富和发展,其合理的营养配比,良好的适口性,可长期保存的优点将推动我国饲料工业以及畜牧业的生态化发展,一定程度上消除了阻碍酒精工业规模化发展的原料、成本和污染三大问题。在利用玉米酒糟进行乳酸菌发酵饲料新工艺研究实验的基础上,对酒糟乳酸菌发酵培养基进行了优化研究,得到最适培养基组成和工艺条件,力求实现酒精联产饲料的低能耗、低成本、无污染的生态工业模式,为我国燃料酒精产业和饲料工业的偶联发展提供了可行的工艺路线。1材料和方法1.1材料表面1.1.1硫酸发酵菌嗜酸乳杆菌,实验室保藏。1.1.2蘑菇培养基1.1.2.抗菌活性葡萄糖1,胰蛋白胨1,酵母膏0.5,柠檬酸铵0.2,乙酸钠1.5,KH2PO40.6,MgSO4·7H2O0.1,FeSO4·7H2O0.003,MnSO4·4H2O0.0015,吐温-800.1,pH5.5,0.1MPa条件灭菌15min。1.1.2.酒糟3.5m的酒糟1.5和4.5m的酒糟4.5m的酒糟4.5m的水最葡萄糖1,蛋白胨0.5,MgSO4·7H2O0.5,KH2PO40.1,NaCl0.5,酒糟100mL,pH5.5,0.1MPa条件灭菌15min。1.1.3酒糟酸发酵培养基酒糟、玉米、豆粕、预混料、麸皮等,实验室配备。1.2方法1.2.1乳酸发酵种子的制备将活化好的菌种接种于250mL三角瓶中,每瓶装液量100mL,37℃恒温静置培养48～72h,作为酒糟混合料乳酸发酵种子备用。1.2.2酒糟混合料乳酸发酵将制备的酒糟乳酸菌培养液以5%的接种量接种至酒糟混合料中,搅拌均匀后,装入200mL广口瓶中,密封好于30℃恒温箱中进行酒糟混合料乳酸发酵,25d取样进行发酵指标分析。1.2.3总糖和恢复糖总糖是将蒸馏后的残液用6NHCl溶液水解并中和后,采用DNS法测定;还原糖直接用蒸馏残液过滤后的清液,采用DNS法测定。1.2.4氨基酸自动分析方法粗蛋白采用FossFecator公司2006Digestor和2300Kjeltec自动分析仪;氨基酸采用日立H825-50氨基酸自动分析仪;其他指标采用常规分析。1.2.5ph测量pHS-3TC酸度计。酸度测定:NaOH滴定法。1.2.6计算蘑菇的地方采用倾注平板法。1.2.7测定了醋酸含量气相色谱法。1.2.8乳酸菌发酵正交试验设计以玉米酒糟为基质,参照肉鸡混合饲料的组分要求,根据玉米、豆粕、预混料、麸皮用量的单因素试验确定了乳酸菌发酵正交试验的因素水平见表1。2结果与讨论2.1酒精糟液的污染利用玉米原料酒精浓醪发酵后所得的酒糟中残总糖为3.42%,还原糖为0.19%;还含有蛋白质、脂肪、纤维素、矿物质和微生物菌体等营养物质;其中BOD值为28000～35000mg/L,COD值为35000～50000mg/L。由于当前酒糟除用于生产DDGS饲料外(设备投资过大,生产能耗成本高,不适宜在我国推广),相当数量的酒精糟液仍然采用直接排放,不仅使资源大量浪费,而且对生态环境造成严重的污染。为此,我们以鸡用混合饲料标准为目标,根据蛋白质、脂肪、纤维素和氨基酸为指标,设计了鸡用乳酸发酵饲料的基本培养基。2.2乳酸菌发酵饲料的原料配比为确定酒糟乳酸菌发酵培养基中的玉米、豆粕、预混料和麸皮的最佳用量,以乳酸菌发酵饲料的乳酸含量为考察指标,正交试验结果见表2。从表2可以看出,以玉米酒糟液为基质(全利用),对酒糟乳酸菌发酵饲料产生乳酸影响最大的因素是培养基组分中的玉米,其次是豆粕和预混料,而麸皮用量的影响最小,这与鸡用混合饲料组分配比的要求相吻合。乳酸菌不能直接利用玉米和麸皮原料中的淀粉,而是利用了酒糟液中残留的糖类物质以及在乳酸菌发酵初期其他微生物代谢的物质,玉米和麸皮原料的主要作用是吸附酒糟液中的水分和营养成分。结果表明,酒糟液乳酸菌发酵饲料的最佳培养基配比为A2B3C1D2,即玉米33%,豆粕13%,预混料3.0%,麸皮2.0%。2.3乳酸化过程中氨基酸的变化酒糟饲料接种乳酸菌发酵15d后,其氨基酸的含量发生了较大幅度的变化(表3),试验结果表明:酒糟配合饲料中所要求的17种氨基酸指标在酒糟混合料乳酸化作用后,其氨基酸含量均有较大的增幅(40.8%),氨基酸总量从13%增加到18.30%。其中,对禽畜生长发育有促进作用的谷氨酸、蛋氨酸和赖氨酸的含量增幅度分别达到48.2、71.4和25%。结合表4和表5分析,酒糟混合料经乳酸菌的乳酸化作用后,混合料中的总氮基本没有变化,但含氮物质的形式却发生了变化,主要表现为氨基酸总量和必要氨基酸含量的增加,说明酒糟混合饲料的质量得到提高,而且乳酸化效果明显。2.4乳酸菌发酵饲料中乳酸含量的测定在酒糟乳酸菌发酵试验中,我们以乳酸菌种子的接种量为考察因素,制定了1,2,3,4,5%等5个因素水平,观察了乳酸菌发酵后饲料中的乳酸含量。试验结果表明:3%的接种量即可满足酒糟乳酸菌发酵的要求,见图1。2.5d的发酵酒糟饲料接种乳酸菌进行的固态发酵过程,pH值从6.0经过15d的发酵后下降至3.8。pH值的变化见图2,结果表明,酒糟饲料在厌氧条件下乳酸菌发酵产生乳酸等有机酸和其他风味物质,使酒糟饲料处于酸性环境,而且富含活性乳酸菌,使得酒糟饲料可以长期保持。3酒糟混合饲料乳酸发酵3.1试验利用一株嗜酸乳杆菌,经酒糟滤液培养后对酒糟混合料进行了乳酸化作用,试验表明,发酵15d后乳酸菌对酒糟混合饲料的乳酸化作用显著,混合饲料的pH值达到4.0,乳酸菌数达到4.2×107/g混合料,乳酸含量为1.93%。由于大量乳酸菌的存在及乳酸含量的大幅度增加,使乳酸发酵饲料可以在不干燥、厌氧情况下长时间贮存。而且其风味独特,对禽畜更具适口性。3.2酒糟混合料乳酸发酵试验发现,混合饲料中的总氮基本没有变化,但有机氮增加。另外对禽畜生长发育有促进