利用农业废弃物混合发酵生产L-乳酸及饲料的初步研究

摘要

随着世界人口的激增，粮食和能源的短缺将日趋严重，可再生植物纤维的开发利用引起了全世界的普遍关注。我国每年生产农作物秸秆达7亿吨之多，估算每年有近90％的纤维素资源不能被利用，多数被白白地烧掉，同时也带来环境污染问题。秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，而后者作为秸秆细胞壁的主要成分难于被一般微生物分解，从而限制了这些成分的降解和利用。如果木质素能够得到有效降解，就可以改变秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的嵌合结构，从而使秸秆转化为易吸收饲料成为可能。农作物秸秆作为一种可再生资源，尤其玉米芯、玉米秸秆资源在我国具有分布广、数量大、种类多、价格低廉等特点。如何充分利用这些资源而又使环境不受污染，是现代农业面临的难题。
　　 为了更好的利用玉米芯、玉米秸秆等农业废弃物，提高其综合利用率，减少传统化学方法及秸秆焚烧过程造成的环境污染，本实验对多种菌种进行筛选，首先对鸡腿菇、黑曲霉和里氏木霉3株产木质纤维素降解酶系的菌株进行混合平板产酶筛选，试验结果显示鸡腿菇和里氏木霉平板培养相容性良好，且产酶量高。在相容性实验的基础上，对鸡腿菇和里氏木霉的最优产酶条件进行了研究。产酶的最佳条件为：鸡腿菇菌丝悬液与里氏木霉孢子悬浮液按5:2的接种比例，接种时间间隔为12h，在26℃，pH5.0，150r/min培养3d，此时漆酶酶活比鸡腿菇单独发酵酶活提高106％。而后采用里氏木霉与鸡腿菇混合发酵产粗酶液降解秸秆等废弃物，最后利用米根霉将上述水解物转化为乳酸。用以上两菌混合发酵3d的粗酶液在50℃，pH5.0，120r/min下酶解原材料84h，酶解还原糖得率为55.2％，再利用米根霉转化酶水解液产乳酸量为3.69g/L，糖酸转化率为67.40％。
　　 同时为了生产优质且价格低廉的畜牧用饲料，本实验又对固体发酵后固体基质进行二次发酵研究，发酵后固体基质和玉米淀粉按9:1混合后再发酵，分析二次发酵后固体基质中各成分（半纤维素、纤维素、木质素及蛋白质等）含量的变化。分析试验结果显示，里氏木霉（孢子悬浮液1.2x107个/ml）和鸡腿菇（2mm大小的菌盘）接种比例为(1：6)，初始pH为7.0，料水比为1:1.5。发酵12d后固体基质中半纤维素、纤维素、木质素和蛋白质含量分别为：14.11％、13.44％、3.11％和26.73％，前三种成分的降解率分别达到47.2％、49.9％、47.3％，而发酵后固体基质中蛋白质含量比未发酵固体基质中蛋白质含量提高了近5倍。
　　 因此本实验能够高效且无污染的降解富含木质纤维素的农业废弃物，同时可以生产营养丰富的，能被牲畜更好消化利用的畜牧用菌体蛋白饲料，此生产工艺顺利完成则可以为畜牧业生产提供更廉价实用的饲料来源。