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        以玉米蛋白粉為主要原料生產(chǎn)發(fā)酵飼料菌種的研究

        2018-04-24 02:32:16江成英張文學韓國棟郭宏文祝露露
        中國飼料 2018年5期
        關鍵詞:蛋白粉發(fā)酵飼料乳酸桿菌

        江成英 , 王 松 , 張文學 , 韓國棟 , 郭宏文 , 韓 穎 , 祝露露

        (1.齊齊哈爾大學食品與生物工程學院,黑龍江齊齊哈爾 161006;2.齊齊哈爾大學農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點實驗室,黑龍江齊齊哈爾161006)

        玉米蛋白粉也稱為玉米麩質(zhì)粉,是加工玉米淀粉的副產(chǎn)物之一,主要成分為玉米醇溶蛋白和玉米黃色素(趙文揚等,2015),其中醇溶蛋白的含量可高達45%,而水溶性蛋白僅占3%左右,因而玉米蛋白粉水溶性特別差,且所含蛋白質(zhì)缺少賴氨酸、色氨酸等必需氨基酸,所以其生物學價值低(Shukla,2001),將其用于飼料工業(yè),存在蛋白質(zhì)消化利用率低的問題。采用微生物發(fā)酵的方法可提高玉米蛋白的可溶性,從而提高其作為飼料的動物消化利用率,促進玉米蛋白質(zhì)資源的有效利用(王燕等,2014)。

        生產(chǎn)微生物發(fā)酵飼料的首要問題是選擇合適的菌種。目前微生物發(fā)酵飼料最常使用的菌種為酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌、鏈球菌屬及部分霉菌等(劉艷新,2017)。本研究以發(fā)酵飼料中可溶性蛋白為指標,篩選出酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌的三菌組合用來生產(chǎn)玉米蛋白粉發(fā)酵飼料。

        1 材料與方法

        1.1 主要材料及設備 菌種:熱帶假絲酵母、啤酒酵母、凝結(jié)芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、、納豆芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、嗜酸乳酸桿菌、嗜熱乳酸桿菌均由齊齊哈爾大學生物工程實驗室提供。

        原料:玉米蛋白粉、麩皮均為市售。

        試劑:葡萄糖、胰蛋白胨、酵母浸出物、氯化鈉、牛肉膏、瓊脂、磷酸氫二鉀、檸檬酸二銨、醋酸鈉、吐溫 80、七水合硫酸鎂、四水合硫酸錳、鎢酸鈉、鉬酸鈉、硫酸鋰、三氯乙酸等均為國產(chǎn)分析純。

        設備:電熱恒溫培養(yǎng)箱 (上海躍進醫(yī)療器械廠),PHS-25數(shù)顯pH計 (上海精密科學儀器有限公司),超凈工作臺(上海智城分析儀器有限公司),BS224S型電子天平(北京塞多利斯儀器廠),手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器(上海申安醫(yī)療器械廠),紫外可見分光光度計(日本島津儀器廠)等。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 培養(yǎng)基的配制 篩選培養(yǎng)基:5 g玉米蛋白粉、pH中性,2 g瓊脂,定容至100 mL,121℃蒸汽滅菌;發(fā)酵培養(yǎng)基:35 g玉米蛋白粉、15 g麩皮、50 g水,pH中性,121℃蒸汽滅菌;PDA培養(yǎng)基:取約200 g的馬鈴薯,去外皮后切成較碎小塊,煮沸約40 min后進行過濾,將濾液配成1000 mL的溶液,葡萄糖20 g,pH自然,固體培養(yǎng)基加入2%瓊脂;NA培養(yǎng)基:蛋白胨10.0 g、牛肉粉3.0 g、氯化鈉5.0 g、蒸餾水1000 mL,pH 7.3,固體培養(yǎng)基加入2%瓊脂;MRS乳酸細菌培養(yǎng)基:蛋白胨10.0 g、牛肉膏 10.0 g、酵母膏 5.0 g、檸檬酸氫二銨 2.0 g、葡萄糖 20.0 g、吐溫 80 1.0 mL、乙酸鈉5.0 g、磷酸氫二鉀 2.0 g、硫酸鎂 0.58 g、硫酸錳0.25 g、瓊脂 18.0 g、蒸餾水 1000 mL,pH 6.5,固體培養(yǎng)基加入2%瓊脂。

        1.2.2 菌種活化 在高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)對已配制的培養(yǎng)基進行滅菌,分別將熱帶假絲酵母、啤酒酵母接種到PDA培養(yǎng)基,凝結(jié)芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌接種到NA培養(yǎng)基,嗜酸乳酸桿菌、嗜熱乳酸桿菌接種到MRS乳酸細菌培養(yǎng)基上,放入培養(yǎng)箱內(nèi)30℃下培養(yǎng)48 h備用。

        1.2.3 平板培養(yǎng) 首先確定菌種是否對玉米黃粉具有利用能力。將活化好的八株菌在篩選培養(yǎng)基上劃線培養(yǎng),每菌三個平行,在30℃恒溫條件下培養(yǎng)48 h,觀察各菌種的生長情況。

        1.2.4 發(fā)酵試驗 將能利用玉米蛋白粉的菌種活化后接種于固體發(fā)酵培養(yǎng)基上,置于30℃條件下發(fā)酵一定時間,測定其可溶性蛋白含量。

        1.2.5 正交試驗 以篩選出的三種菌株另加一空列為因素,接種量為水平,設計四因素三水平(L934)的正交試驗。三種菌株分別活化后,按一定比例接種于發(fā)酵培養(yǎng)基中,30℃發(fā)酵144 h,根據(jù)所測定的發(fā)酵玉米蛋白粉飼料中可溶性蛋白含量,對配合菌株的接種比例進行確定。

        1.2.6 主要測定方法 可溶性蛋白含量的測定采用福林酚法(王永華,2010)。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 菌種利用玉米蛋白粉能力測定 將待選的八種菌株分別在含有5%玉米蛋白粉的篩選固體培養(yǎng)基上劃線培養(yǎng),根據(jù)其生長狀況確定其對玉米蛋白粉的利用能力。結(jié)果表明,本研究所采用發(fā)酵飼料常用的八種菌種在篩選培養(yǎng)基上均長勢良好,說明都具有較強的利用玉米蛋白粉的能力,故這八種待選菌株均可作為發(fā)酵玉米蛋白粉發(fā)酵菌種。

        2.2 發(fā)酵用配合菌株的選擇 由于所選用的八種菌株均能利用玉米蛋白粉,故都用于發(fā)酵用配合菌株的篩選。將其分別活化后,以5%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中,置于30℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵培養(yǎng)。每24 h取樣測定其中的可溶性蛋白含量,以確定各種菌株發(fā)酵玉米蛋白粉的能力。結(jié)果見表1。

        表1 各菌種發(fā)酵玉米蛋白粉的可溶性蛋含量%

        據(jù)表1可以看出,所選用的八種菌株接入發(fā)酵培養(yǎng)基后,隨著時間的延長,發(fā)酵飼料中的可溶性蛋白含量均逐步提高。其中芽孢桿菌中枯草芽孢桿菌發(fā)酵的效果最好,在144 h時可溶性蛋白含量為10.44%;酵母菌中熱帶假絲酵母菌發(fā)酵的結(jié)果較好,在144 h時可溶性蛋白含量為9.48%;乳酸桿菌中嗜熱乳酸桿菌發(fā)酵的結(jié)果最好,在144 h時可溶性蛋白含量為9.04%。

        目前微生物發(fā)酵飼料最常使用的菌種為酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌、鏈球菌屬及部分霉菌等,飼料酵母可產(chǎn)多種動物所需的消化酶,對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收起著重要作用,同時酵母菌具有濃烈的酵母香味,對家畜增加食欲、增強消化吸收等有一定作用(Puniya,2015);芽孢桿菌具有較強的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶活性,可明顯提高飼料利用率,還可以消耗大量的氧氣,維持腸道厭氧環(huán)境,抑制致病菌的生長,維持腸道正常生態(tài)平衡,增強機體免疫力(李春鳳,2013);乳酸菌可以提高飼料的品質(zhì),并能直接促進動物生長,改善消化道微生態(tài)環(huán)境,調(diào)節(jié)消化道免疫系統(tǒng),具有替代含抗生素飼料的潛能(王芳芳,2016)。每種菌在發(fā)酵飼料中都有不同的功效,因此混合發(fā)酵效果要優(yōu)于單菌發(fā)酵。

        綜上所述,選擇枯草芽孢桿菌、熱帶假絲酵母和嗜熱乳酸桿菌做為發(fā)酵玉米蛋白粉飼料的配合菌株。

        2.3 配合菌株比例的確定 將所選出的三種配合菌株進行正交試驗,以確定菌種的最佳比例。結(jié)果見表2。

        表2 正交試驗設計與試驗結(jié)果

        由表 2 分析可知,RB>RC>RA,即因素的主次順序依次為枯草芽孢桿菌(因素B),熱帶假絲酵母菌(因素C),嗜熱乳酸桿菌(因素A);各因素水平的比較:KB3>KB2>KB1,KC2>KC1>KC3,KA3>KA1>KA2,由此得出利用枯草芽孢桿菌、熱帶假絲酵母和嗜熱乳酸桿菌發(fā)酵玉米蛋白粉飼料的最佳接種比例組合為A3B3C2,即嗜熱乳酸桿菌:枯草芽孢桿菌:熱帶假絲酵母菌=3∶3∶2,通過驗證試驗,在此接種比例下,發(fā)酵玉米蛋白粉中可溶性蛋白含量達到最高為14.47%,較發(fā)酵之前的3.04%提高了11.43%。

        3 結(jié)論

        通過平板培養(yǎng)和發(fā)酵試驗相結(jié)合的方法,篩選出以玉米蛋白粉為主要原料生產(chǎn)發(fā)酵飼料的菌種為嗜熱乳酸桿菌、枯草芽孢桿菌和熱帶假絲酵母;利用正交試驗確定所用三種菌株的比例為嗜熱乳酸桿菌:枯草芽孢桿菌:熱帶假絲酵母=3∶3∶2。

        [1]劉艷新,劉占英,倪慧娟,等.微生物發(fā)酵飼料的研究進展與前景展望[J].動物營養(yǎng),2017,2:15 ~ 22.

        [2]李春鳳,林顯華,谷巍.枯草芽孢桿菌在飼料生產(chǎn)及環(huán)境防治中的應用[J].中國飼料,2013,1:10 ~ 12,17.

        [3]王燕,文奇男,陳偉康,等.納豆芽孢桿菌和好食性脈胞霉混合固態(tài)發(fā)酵玉米黃粉飼料[J].飼料工業(yè),2014,35(15):19 ~ 23.

        [4]王永華.食品分析[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2010:127~128.

        [5]王芳芳,刁華杰,夏九龍,等.乳酸菌及其發(fā)酵飼料在動物生產(chǎn)中的應用[J].飼料研究,20161,1:15 ~ 19.

        [6]趙文揚,康明麗,郭小磊,等.微波輔助提取玉米蛋白粉中的玉米黃色素研究[J].中國飼料,2015,9:14 ~ 18.

        [7]Puniya A K,Salem A Z M,Kumar S,et al.Role of live microbial feed supplements with reference to anaerobic fungi in ruminant productivity:A review[J].Journal of Integrative Agriculture,2015,14(3):550 ~ 560.

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