利用味精废水固态发酵饲料酵母对非蛋白氮转化能力的研究

孙广义

利用味精废水固态发酵饲料酵母对非蛋白氮转化能力的研究 陈佳   李爱科   綦文涛   张晓琳   贠婷婷   詹桂兰   李杰   （1、东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨150030；2、国家粮食局科学研究院，北京 102209） 摘要：试验以产朊假丝酵母(Candida utilis)为出发菌株，味精废水、玉米粉和麸皮为底物，固态发酵生产饲料酵母。通过感官性状、活菌数、水溶性蛋白、小肽及氨基酸的测定来评价不同味精废水添加量对固态发酵的影响。结果表明：味精废水添加10%时，发酵效果最佳。发酵后活菌数达8.02logCFU/g;水溶性蛋白和小肽含量分别为7.99%和5.42%；游离氨基酸含量为17.82%,较不添加味精废水组及添加20%组分别高出1.26和0.9个百分点(P<0.05）。味精废水作为廉价的非蛋白氮原料，可用于产朊假丝酵母固态发酵的生产中，具有很好的经济效益和开发潜力。        目前，在我国酵母蛋白饲料的研究和生产中广泛采用高蛋白含量固体培养法。为提高饲料蛋白质的含量，往往在固体原料中添加硫酸铵及尿素等氮源，但成本较高。味精废水是一种高浓度的有机废水，氮含量较高，达56.7g/l，若直接排放不仅影响生态环境，也将宝贵的资源作为废弃物扔掉。        本课题组分离的产朊假丝酵母具有高效产蛋白的能力，并且菌株的蛋白含量很高，蛋白质中氨基酸种类齐全，已通过饲料安全鉴定。        蛋白质营养是氨基酸营养和小肽营养，动物氨基酸以小肠可吸收肽的形式（二肽和三肽）供应，饲料中氨基酸和小肽的含量直接关系到饲料的品质。微生物发酵是提高饲料蛋白肽的主要方式之一，对于改善饲料蛋白质利用率具有潜在意义。        针对上述问题，本研究报道了以产朊假丝酵母为出发菌株，味精废水作为氮源，玉米粉作为碳源，麸皮作为蓬松基质，进行固体发酵，以期得到高效稳定的味精废水再利用技术和优质的蛋白饲料资源。 1 材料和方法 1.1试验材料 1.1.1试验菌种和味精废水        产朊假丝酵母(Candida utilis)Cul，为本实验室保藏菌种；味精废水取自山东齐鲁集团。味精废水：总有机碳344.6g/l，总氮56.7g/l，氨态氮39.8 g/l，pH值2.19，玉米粉：粗蛋白7.87%；麸皮：粗蛋白1 8.8%（注：玉米粉和麸皮购于市场，以上结果均以干物质计算得出）。 1.1.2主要仪器       HVE-50高压蒸汽灭菌锅：日本Hiravamd公司；SW-VJX-2F净化工作室：苏州汇通空调净化工程有限公司；PRX-350B智能人工气候箱：宁波海曙赛福实验仪器厂；DHG-9245电热恒温鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司生产；L-8800型日立氨基酸自动分析仪测定；高效液相色谱：Walers。 1.2试验方法 1.2.1  种子液培养基配方        种子液培养基：味精废水10%，葡萄糖20%，蒸馏水1 L，115℃灭菌25 min。 1.2.2种子液培养条件        从新鲜的产朊假丝酵母斜面接种一环至液体培养基中，培养基装于250 ml三角瓶中，每瓶装量为50 ml，在28℃、转速200 r/min条件下进行摇床 振荡培养24 h。 1.2.3  固态发酵方法及条件        将麦麸和玉米粉按1：1比例混匀共20 g，味精废水添加量分别为0、1 0%、20%，料水比1：0.8，在100 ℃条件下加热灭菌60 min后冷却至室温，菌种为产阮假丝酵母，接种量15%，置于恒温培养箱28 ℃培养48 h后取出，于50℃下烘干，粉碎分析测定。 1.2.4指标分析方法        感官性状：参照徐晶的试验方法。活菌数测定：采用平板稀释浸注法。酵母菌数测定按GB/T4789.15-2003。水分测定：参照GB5009.3-85。氨基酸的测定：采用L-8800型日立氨基酸自动分析仪测定。水溶性蛋白和小肽的测定：参照蒋金津等试验处理方法。 1.2.5数据处理        应用Excel 2003及SPSS16.0对试验数据进行图标绘制和方差分析，结果采用x+SD形式表示，P<0.05认为存在显著性差异。 2 结果与分析 2.1不同味精废水添加量对固态发酵的感官影响 登录/注册后可看大图 1.jpg (105.49 KB, 下载次数: 0) 下载附件 2014-3-4 09:10 上传        原料样品为黄色，气味为清淡玉米味，无黏连疏松质地。试验结果见表1，随着味精废水添加量的增加，产品颜色加深，黏连现象明显，刺激性气味也逐渐加重。当不添加味精废水时，发酵前后无明显变化。当味精废水添加量为10%时，发酵后样品为棕黄色，不但有明显的黏连现象出现，且有淡淡的酱香味和较浓的酵香味。此外，当味精废水添加量为20%时，发酵后颜色较深，有强烈的氨味，感官效果不好。 2.2不同味精废水添加量对固态发酵后酵母活菌数的影响 登录/注册后可看大图 2.jpg (117.44 KB, 下载次数: 0) 下载附件 2014-3-4 09:14 上传        如图1所示，不添加味精废水组活菌数由7.02logCFU/g升高到7.55 logCFU/g。味精废水添加量为10%时，活菌数7.11 logCFU/g升高到8.02 logC- FU/g，味精废水添加量为20%时，活菌数由7.08logCFU/g升高到7.77 logCFU/g，两两差异显著(P<0.05)。味精废水添加量为10%时，Cul活菌数增长幅度较大，增长了0.91 logCFU/g，效果较好。 2.3不同味精废水添加量对固态发酵的游离氨基酸的影响（见表2） 登录/注册后可看大图 1.jpg (183.02 KB, 下载次数: 0) 下载附件 2014-3-4 09:15 上传        表2为不同味精废水添加量对固态发酵的游离氨基酸的影响，可以看出添加味精废水0、10%、20%组发酵后分别比发酵前高出1.25、1.76、0.05个百分点；味精废水添加量为1 00-/0组较不添加味精废水组和添加20%组游离氨基酸总量高，分别高出1.26和0.9个百分点。 2.4味精废水添加量对固态发酵后水溶性蛋白和小肽含量的影响 登录/注册后可看大图 2.jpg (110.33 KB, 下载次数: 0) 下载附件 2014-3-4 09:19 上传        如图2所示，不同味精废水添加量对固态发酵后水溶性蛋白和小肽含量有明显的影响，添加量为1 0%组较不添加味精废水组和添加20%组水溶性蛋白含量高，分别高出1.01%和0.22%，小肽含量高出1 .73%和1.09%。 3讨论 3.1  固态发酵中味精废水添加的适宜水平        氮源对微生物生长具有重要的影响，但并不是添加的量越多微生物生长效果越好。由于非蛋白氮分子量较小，渗透压高，浓度超过一定限度时对菌体的生长不利；同时水分使含氮物在发酵过程中可能发生一些变化从而改变生态环境（如pH值），所以氮源的添加不宜过多。经测定味精废水中氨氮含量较高，高达39.8g/l。冯东勋等研究表明，利用味精废水浓缩液添加辅料固体发酵生产菌体蛋白，味精废水的添加量对无机氮的转化率具有很大影响。本试验结果表明，同态发酵过程中味精废水添加量的适宜水平为10%，发酵后样品棕黄色，不但有明显的粘连现象出现，且有淡淡的酱香味和较浓的酵香味；10%组比不添加味精废水组和添加20%组游离氨基酸转化率高。当味精废水添加量为20%时，味精废水利用率下降，发酵后颜色较深，有强烈的氨味，影响牲畜的适口性。可能是味精废水的pH值较低，添加越多，改变了发酵环境中的pH值而影响微生物的正常生长。 3.2微生物固态发酵对氨基酸、水溶性蛋白及小肽含量的影响        由于微生物利用饲料原料进行生长代谢，将发酵基质中的无机氮转化成菌体蛋白、多肽等，使发酵后基质的氨基酸总量提高。3个试验组通过微生物 固态发酵氨基酸、水溶性蛋白及小肽含量均有增加。 3.3产物得率对一些物质含量增加的影响        虽然测定了氨基酸及一些营养物质含量的增加，却必须考虑产物得率对氨基酸含量增加的影响。发酵产率表示发酵过程中一些养分的损失程度，其数值越低，说明发酵损失越大，可溶性碳水化合物、蛋白质等营养物质的降解越多。导致产物中氨基酸含量的表观值增加。本实验中计算的各指标都是扣除发酵底物损失得出。 4 结论        当味精废水添加量为10%时，其发酵产品颜色、气味较好并且产品松散，含有一定的醇香味。活菌数由7.11 logCFU/g升高到8.02 logCFU/g，水溶性蛋白和小肽含量分别为7.99%和5.42%，氨基酸含量为17.82%。