混合菌群发酵秸秆制备蛋白饲料的研究

摘要

本论文以小麦秸秆为原料，对混合菌群固态发酵合成单细胞蛋白进行了研究。将酶工程与发酵工程相结合，有效降解秸秆中的粗纤维，以提高发酵指数及蛋白质的转化率。通过实验，取得了以下研究结果:
　　(1)将常规的黑曲霉发酵降解纤维素工艺改变为纤维素酶水解工艺，简化了原料预处理条件，缩短了预处理时间，使难以调控的生物因素变为易于掌握的条件因素。
　　(2)在酶解预处理条件的研究中，考察了加酶量、酶解时间、料液比、反应温度对总糖含量的影响。结果表明，影响小麦秸秆酶解的因素依次为:加酶量＞酶解时间＞料液比＞反应温度，其最适酶解条件为:加酶量40u/g，酶解时间10h，反应温度为40℃，料液比1∶3，总糖含量达到43.24％。以米氏方程为基础，通过动力学研究，建立了最适酶解条件下总纤维素降解的动力学方程，即:v=0.0023[s]/(0.5949+[s])。
　　(3)发酵前期以能分泌纤维素酶的米曲霉作为先导菌，进一步分解酶解阶段残留的粗纤维，为后期发酵提供充足的碳源及能源。根据不同微生物的代谢特征和协同机理，实验确定了发酵阶段混合菌群的组成为:米曲霉+产朊假丝酵母+枯草芽孢杆菌，接种顺序为:米曲霉→产朊假丝酵母→枯草芽孢杆菌。
　　(4)秸秆发酵条件的研究中，分析和考察了接种量、秸秆与麸皮配比、接种比例、发酵时间、发酵温度、尿素添加量等因素对发酵产物中粗蛋白含量的影响。通过正交实验得出了影响发酵主要因素的主次顺序为:秸秆与麸皮配比＞接种比例＞发酵时间＞接种量＞发酵温度。结果表明，米曲霉的接种量为2.5％，发酵12h后接入5.0％产朊假丝酵母，继续发酵8h后接入2.5％枯草芽孢杆菌;发酵温度:28℃;发酵时间:48h;秸秆∶麸皮=4∶1;尿素添加量为1.2％。发酵产物中粗蛋白含量可达27.13％，比未发酵前(5.47％)蛋白质净增21.66％。根据不同菌体之间的相互作用机理，对最适发酵条件下的动力学过程进行了讨论，以Logistic方程为基础建立的数学模型和动力学模型分别为: X=23.66/1+41.20e-0.14t，Y=0.14X(1-X/23.66)。