混菌發酵蘋果渣生產飼料蛋白的研究

謝亞萍，張宗舟，藺海明

（甘肅農業大學農學院，蘭州 730070）

我國是世界最大的蘋果生產國，2004—2007年中國蘋果產量和栽培面積均居世界首位。隨著人們生活水平的提高和觀念的改變，所產蘋果約20%用于生產果汁，榨汁后殘留果渣的重量約為鮮果的25%～35%，如按此計算，我國年產蘋果渣可達120～150萬t。目前，我國僅有25%～30%的蘋果渣用于肥料、燃料、飼料或其他用途，絕大部分因無法進行綜合利用而廢棄，幾天內就腐爛變質，發出酸臭味，造成了嚴重的資源浪費和環境污染[1－6]。蘋果渣中蛋白質含量低，但會有大量的果膠質、纖維素、半纖維素、維生素和礦物元素等成分[7－10]。但通過太空誘變獲得的微生物發酵作用可以提高蘋果渣中蛋白質含量，降低纖維素、半纖維素和果膠的含量。將蘋果渣轉化為營養豐富的蛋白質飼料，是對蘋果渣有效利用的重要途徑之一，對緩解我國蛋白飼料資源缺乏、提高蘋果種植與加工效益、減少環境污染具有重要意義[11]。

本研究利用太空誘變獲得的優良菌種黑曲霉ZM－8和白地霉以及釀酒酵母、熱帶假絲酵母復配制成混合菌劑，通過微生物固態發酵工藝，將果汁生產后產生的蘋果渣轉化為蛋白飼料，提高了蘋果渣的蛋白質含量及營養價值，既能解決水果榨汁企業面臨的現實問題，減少環境污染，又充分利用了資源，為緩解蛋白飼料短缺開辟了一條新途徑，具有重要的經濟效益和社會效益以及環境生態效益[12－15]。

1 材料與方法

1.1 試驗菌種

黑曲霉突變株ZM－8（Asp.niger ZM－8）保存于PDA斜面培養基[16]。該菌株是由經過太空誘變的菌株篩選而得，由本試驗課題組提供。白地霉（Geotrichum candidum）保存于PDA斜面培養基，由天水師范學院微生物院實驗室提供。釀酒酵母（Sac.cerevisiae）和熱帶假絲酵母（Candida tropicalis）保存于斜面麥芽汁瓊脂培養基，由天水師范學院微生物實驗室提供[17]。

1.2 試驗材料

蘋果渣由禮縣果汁廠提供，麩皮、尿素等為市售。

1.3 培養基

麥麩培養基：將麩皮和水按1:1混合均勻后，裝入250mL的三角瓶，每瓶裝50 g；麥芽汁瓊脂培養基；PDA培養基；固態發酵培養基：干蘋果渣70 g、麩皮30 g、加自來水110 g混合、拌勻，再加硫銨、白糖、尿素、食鹽。

培養基均在1.0×105Pa，121℃ 滅菌30min，自然pH。

1.4 發酵工藝

1.5 試驗方法

以蘋果渣70 g、麥麩30 g，并加水110 g，拌勻。將原料放置蒸煮鍋中蒸30min，并依次加入硫銨、白糖、尿素和食鹽等營養物質。

將三角瓶麩皮培養基固體擴大得到的太空誘變菌種黑曲霉ZM－8和白地霉以及用麥芽汁液體搖瓶培養基培養得到的熱帶假絲酵母、釀酒酵母按照不同比例混合制成太空復合菌劑。再將制成的太空復合菌劑于30℃下接種到蒸煮好的原料中，拌勻。

接種含有太空誘變復合菌劑之后，堆制24 h（堆溫不要超過36℃），期間不斷攪拌，24 h后原料上長滿菌絲體，顏色為灰白色。將原料移入發酵池中，通風培養（溫度不要超過36℃），48 h后培養結束。

將培養好的半成品從發酵池中移出，運進烘干室進行烘干。烘干溫度為100℃，時間控制在3 h以內，水分控制在5%～7%為宜。烘干后降溫、粉碎，進行質檢。

1.6 測定指標

粗蛋白的測定采用GB/T 6434－94凱氏定氮法。

1.7 發酵條件的研究

1.7.1 培養基配方中各營養元素含量的確定

在單因素試驗的基礎上，以培養基中各營養成分硫銨、白糖、尿素、食鹽為考察因素，采用L9（34）設計方案，因素水平見表1。自然pH發酵，低溫烘干后測定粗蛋白[11]。

表1 試驗因素水平g

1.7.2 多菌復配適宜配比的確定

在單因素試驗的基礎上，以培養基中黑曲霉ZM－8、釀酒酵母、白地霉和熱帶假絲酵母為考察因素，選用4因素3水平L9（34）正交表，設計正交試驗，在自然pH發酵，低溫烘干后分析粗蛋白含量，見表2。

表2 試驗因素水平g

1.8 數據處理

利用DPS軟件對測定的數據進行4因素3水平正交試驗極差分析。

2 結果分析

2.1 不同培養基配方對產物中粗蛋白含量的影響

不同培養基配方對產物中粗蛋白含量的影響見表3。

表3 優化發酵條件的L9（34）正交試驗結果

由表3可知，尿素對發酵產物中粗蛋白含量的影響最大，其次是硫銨，再是食鹽，最后是白糖；最優水平組合為：C2A2D2B1，即硫銨7 g、白糖4 g、尿素2 g、食鹽4 g，在確定的優化條件下發酵蘋果渣，產物中粗蛋白含量可達26.4%。

2.2 多菌復配不同配比對產物中粗蛋白含量的影響

多菌復配不同配比對產物中粗蛋白含量的影響見表4。

由表4可知，黑曲霉突變株ZM－8對發酵產物中粗蛋白含量的影響最大，其次是熱帶假絲酵母，再是白地霉，最后是釀酒酵母；最優水平組合為A1D3C2B3，即黑曲霉突變株ZM－8 0.5 g、釀酒酵母1.5 g、白地霉1.0 g、熱帶假絲酵母1.5 g，在確定的較優條件下發酵蘋果渣，產物中粗蛋白含量可達27.9%。

表4 蘋果渣發酵生產菌體蛋白的L9（34）正交試驗結果

3 討 論

由正交試驗結果可知，蛋白質含量明顯提高。菌體蛋白飼料中的粗蛋白可能來自3個方面：菌種本身含有的蛋白質、發酵基礎物中存在的蛋白質以及轉化而來的蛋白質。用混菌發酵是利用各菌之間的協同作用，提高發酵效益，產品有較強的果香味和酒香。任克寧等采用糞鏈球菌和啤酒酵母混合菌種發酵生產蘋果渣生物飼料，結果表明，最佳工藝條件為發酵溫度28℃，混菌菌株接種比例1∶1.2，發酵時間5 d，其發酵產品中真蛋白含量為13.51%，活酵母菌數23.27億個·g－1，產品有芳香氣味，適口性較發酵前有較大改觀，具有蛋白飼料和微生態制劑的雙重特性[18]。試驗中各因素對粗蛋白含量的影響各不相同，但從生產成本和飼料的安全性出發，本試驗的優化條件是可行的。由于研究條件的限制，對發酵后的果渣蛋白飼料未做動物飼養試驗，其營養成分的可消化率無法詳細測定。

4 結 論

通過正交試驗獲得了蘋果渣發酵的適宜的培養基配方，即硫銨7 g、白糖4 g、尿素2 g、食鹽4 g、可使產物中粗蛋白的含量達26.4%。利用太空誘變獲得的優良菌種黑曲霉ZM－8和白地霉以及釀酒酵母、熱帶假絲酵母復配制成的混合菌劑，用于蘋果渣的發酵，可以獲得蛋白質含量較高的菌體蛋白，粗蛋白含量提高了335.94%。混合菌劑的最優配比為黑曲霉突變株ZM－8 0.5 g、釀酒酵母1.5 g、白地霉1.0 g、熱帶假絲酵母1.5 g。

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