混菌固态发酵小麦秸秆产生单细胞蛋白饲料的研究

摘要

纤维素是自然界中存在最广泛的一类碳水化合物，同时它也是地球上数量最大的再生资源。目前，自然界中纤维素只有小部分得到了利用，绝大多数纤维素不仅被白白浪费，而且还会造成环境污染。利用微生物生产的纤维素酶将其转化为人类急需的能源、食物和化工原料，对于解决环境污染、食物短缺和能源危机具有重大的现实意义。 本论文主要工作包括：在不同培养基和不同培养时间、培养温度、初始pH、接种量、含氮量和培养方式下分别测定四种单一菌种产FPU酶、β-葡萄糖苷酶、CMC酶和C1酶活力，进一步确定菌种发酵的最优条件；在不同培养条件和不同配比下分别测定二元和多元混菌发酵产生的纤维素酶活力、还原糖和蛋白含量，确定混菌发酵的最优条件，研究发酵前后秸秆粗纤维、蛋白含量及氨基酸的变化情况。得到如下结果： 1．黑曲霉发酵的最优培养基为：pH为5．5、氮源为（NH4）2SO4、含水量为150%、麦秆：麸皮之比为2：3；灰绿青霉发酵的最优培养基为：pH为4．5、氮源为（NH4）3PO4、含水量为200%、麦秆：麸皮之比为3：2；绿色木霉发酵的最优培养基为：pH为5．5、氮源为（NH4）3PO4、含水量为150%、麦秆：麸皮之比为4：1：根霉发酵的最优培养基为：pH为4．5、氮源为（NH4）2SO4、含水量为200%、麦秆：麸皮之比为2：3。 2．单一菌种在半密闭条件下培养，四种菌种营养生长旺盛，产纤维素酶活力较大。黑曲霉培养时间为60h，培养温度为35℃，初始pH为7．0，接种量为15%，含氮量为0．6%，在此条件下黑曲霉生产FPU酶、β-葡萄糖苷酶、CMC酶和C1酶活力分别为0．52U/mg、1．78U/mg、6．35U/mg、3．87U/mg。灰绿青霉培养时间为72h，培养温度为40℃，初始pH为5．0，接种量为15%，含氮量为0．6%，在此条件下灰绿青霉生产FPU酶、β-葡萄糖苷酶、CMC酶和C1酶活力分别为0．78U/mg、3．96U/mg、5．36U/mg、1．57U/mg。绿色木霉培养时间为96h，培养温度为35℃，初始pH为5．5，接种量为20%，含氮量为0．4%，在此条件下绿色木霉生产FPU酶、β-葡萄糖苷酶、CMC酶和C1酶活力分别为0．42U/mg、0．25U/mg、3．26U/mg、3．46U/mg。根霉培养时间为72h，培养温度为35℃，初始pH为6．5，接种量为20%，含氮量为0．8%，在此条件下根霉生产FPU酶、β-葡萄糖苷酶、CMC酶和C1酶活力分别为0．35U/mg、0．71U/mg、1．23U/mg、0．29U/mg。 3．四种菌种发酵后秸秆组分均有不同程度的变化，黑曲霉发酵后秸秆纤维素和半纤维素降解最多，分别为4．9%和2．3%，蛋白含量提高最多为4．33%，其次是绿色木霉和灰绿青霉。根霉的纤维素和半纤维素降解最少，分别为1．2%和0．4%，蛋白含量提高最少为1．24%，它在秸秆基质中生长情况最差。 4．二元混菌发酵时FPU酶活力高于单菌发酵时，其中黑曲霉：根霉为1：3时FPU酶活力最高为0．86。蛋白含量提高的效果大小顺序为：黑曲霉+根霉>黑曲霉+灰绿青霉>黑曲霉+绿色木霉，黑曲霉：根霉为1：3时蛋白含量提高最大为7．58%，二元混菌最佳培养条件为黑曲霉：根霉为1：3，pH为6．5，培养时间为60h，最适温度为35℃。混菌在此条件下发酵后秸秆纤维素降解为45．3%，比发酵前降低8．3%，比黑曲霉和根霉单一发酵纤维素含量减少3．4%和7．0%；半纤维素降解为15．6%，比发酵前降低3．3%，比黑曲霉和根霉单一发酵秸秆半纤维素含量减少1．0%和2．9%；蛋白含量提高到8．7%，比发酵前提高5．6%，比黑曲霉和根霉单一发酵秸秆蛋白含量提高1．3%和4．4%。 5．啤酒酵母+产朊假丝酵母比白地霉+产朊假丝酵母产生的蛋白含量高，啤酒酵母：产朊假丝酵母为1：1时蛋白含量最高为15．34%。啤酒酵母：产朊假丝酵母：白地霉为1：1：1时蛋白含量为15．43%。白地霉的加入使蛋白含量比酵母菌发酵提高0．08%。随着混合菌种种类的增加，产物中蛋白含量随之增加的效果不明显。 6．多元混合发酵后秸秆粗纤维比发酵前和单一菌种发酵均有不同程度的降低，混菌发酵后秸秆纤维素降解为38．5%，降解率为28．2%；半纤维素降解为13．7%，降解率为27．5%；蛋白含量提高到15．43%，比发酵前提高12．32%。发酵产物氨基酸组成齐全，其中必需氨基酸含量接近于联合国粮农组织（FAO）规定的标准。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1秸秆资源的利用现状及前景

1.2纤维素和纤维素酶的概述

1.2.1纤维素的组成和结构

1.2.2纤维素酶的来源和组成

1.2.3纤维素酶对秸秆的作用机理

1.2.4纤维素酶在饲料中的应用

1.3纤维素酶发酵工艺的研究

1.3.1影响发酵产纤维素酶的条件

1.3.2纤维素酶发酵工艺的研究意义

1.4单细胞蛋白饲料的研究概况

1.4.1单细胞蛋白的菌种来源

1.4.2单细胞蛋白的生物学特性

1.4.3单细胞蛋白的作用机理和功能

1.4.4单细胞蛋白饲料的应用及前景

1.5立题的依据和研究意义

第二章材料与方法

2.1试验材料

2.1.1发酵原料

2.1.2发酵菌种

2.1.3主要试剂

2.1.4主要仪器

2.1.5培养基

2.1.6酶液的制备

2.2试验方法

2.2.1葡萄糖标准曲线的确定

2.2.2发酵方法

2.2.3纤维素酶活力的测定

2.2.4酶活力单位的定义

2.2.5秸秆组分测定

2.2.6蛋白质中氨基酸组分分析

2.2.7试验设计和数据处理

第三章结果与分析

3.1单一菌种发酵条件的研究

3.1.1酶活力标准曲线方程

3.1.2培养基的优化

3.1.3培养时间对纤维素酶活力的影响

3.1.4培养温度对纤维素酶活力的影响

3.1.5初始pH对纤维素酶活力的影响

3.1.6接种量对纤维素酶活力的影响

3.1.7含氮量对纤维素酶活力的影响

3.1.8培养方式对纤维素酶活力的影响

3.1.9发酵前后秸秆组分分析

3.2二元混菌发酵条件的研究

3.2.1二元混菌发酵配比的优化

3.2.2二元混菌发酵条件的优化

3.2.3二元混菌发酵前后秸秆组分分析

3.3多元混菌发酵生产单细胞蛋白的研究

3.3.1多元混菌发酵条件的优化

3.3.2多元混菌发酵配比的优化

3.3.3多元混菌发酵前后秸秆组分分析

3.3.4多元混菌发酵产物的氨基酸组分分析

3.4秸秆发酵制备单细胞蛋白饲料的工艺流程设计

第四章讨论

4.1产纤维素菌种发酵条件的研究

4.2混菌发酵协同效应分析

4.3发酵前后小麦秸秆组分变化

第五章结论

致谢

参考文献

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