小麦秸秆降解发酵工艺的研究

【摘要】：我国小麦秸秆资源丰富。但与玉米秸秆和稻草相比，小麦秸秆粗纤维含量较高，粗蛋白含量低，尤其是木质素的含量高，直接饲用时，适口性差，营养价值低，消化利用率低。本研究根据小麦秸秆的营养特性，以降低木质素含量、提高粗蛋白含量为切入点，对小麦秸秆的降解发酵工艺进行研究，为小麦秸秆饲用奠定基础。试验主要通过比较降解方法和发酵菌种对小麦秸秆降解发酵的效果，筛选出适宜小麦秸秆降解发酵的方法及工艺条件。结论如下： 1．通过化学试剂糖化和酶解糖化试验对小麦秸秆进行降解，结果表明：在小麦秸秆化学试剂糖化中，酸解糖化优于碱解糖化，以盐酸糖化的效果最好；通过回归试验优化，获取了盐酸糖化小麦秸秆的最佳工艺条件，即盐酸质量分数为18.66%，液固比28:1(mL/g)，糖化时间5d，还原糖量为25.22%。酶解糖化中，单酶以木聚糖酶糖化小麦秸秆的效果最好；通过正交试验得出木聚糖酶糖化的较优条件，即初始pH4.5，酶解温度40℃，w(酶)：w(秸秆)=0.06，小麦秸秆量0.02g/mL，酶解时间24h，还原糖量为33.55%。复酶糖化以纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成的复合酶协同效果最好，复酶比例设定为1:1:1，在pH4.0，温度40℃，酶解时间16h条件下，还原糖量达35.19%。由此可以得出，酶解糖化效果优于化学糖化，复酶糖化要比单酶糖化效果好。 2．小麦秸秆发酵试验中，4种菌种发酵小麦秸秆的效果依次为：黑曲霉＞EM菌＞绿色木霉＞酵母菌，以黑曲霉发酵小麦秸秆的效果最好。通过回归试验优化黑曲霉发酵小麦秸秆的工艺参数，获取了使还原糖含量和蛋白质含量两个指标都较好的最佳参数组合，即发酵温度为29℃，接种量为2.55mL，发酵时间为3.5d。在此条件下，小麦秸秆中还原糖含量为2.13g/100g，蛋白质含量为3.48g/100g。 3．小麦秸秆通过纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶组成的复酶降解后，再由黑曲霉进行发酵，降解发酵后的小麦秸秆中蛋白质含量为5.35g/100g，粗纤维含量为38.15g/100g。与空白对照相比，其蛋白质含量提高了2.41%，粗纤维含量降低了5.73%。 综上所述，小麦秸秆的酶解糖化与化学糖化相比，具有酶用量少，糖化时间短，环境污染小，节约资源等优点，因此建议采用酶解糖化法。复酶糖化效果优于单酶，多种酶的协同作用可进一步提高酶解效率，降低生产成本。小麦秸秆的微生物发酵以黑曲霉发酵效果最好。小麦秸秆经酶解糖化后，再利用黑曲霉发酵，经降解发酵后的秸秆，可进一步提高蛋白质含量，降低粗纤维含量，改善风味，提高营养价值等。 【关键词】：小麦秸秆 降解 发酵 工艺优化
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ920.6
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 文献综述9-27
• 1.1 秸秆资源及利用现状9-13
• 1.1.1 秸秆资源及其分布状况9-10
• 1.1.2 秸秆粗纤维的结构10-11
• 1.1.3 秸秆利用现状及存在的问题11-13
• 1.2 小麦秸秆的营养特性与饲用价值13-16
• 1.2.1 小麦秸秆的营养特性13
• 1.2.2 小麦秸秆的饲用价值13-16
• 1.3 秸秆降解发酵技术16-23
• 1.3.1 秸秆降解技术16-20
• 1.3.2 秸秆发酵技术20-23
• 1.4 选题依据及研究内容23-27
• 1.4.1 选题依据及意义23-25
• 1.4.2 主要研究内容25-27
• 第2章 小麦秸秆化学糖化研究27-38
• 2.1 试验材料27-28
• 2.1.1 原料27
• 2.1.2 主要试剂27
• 2.1.3 仪器及设备27-28
• 2.1.4 试剂配制28
• 2.2 试验方法28-31
• 2.2.1 小麦秸秆主要组分的测定28-29
• 2.2.2 葡萄糖标准曲线的绘制29-30
• 2.2.3 样品测定方法30
• 2.2.4 糖化液中还原糖含量的测定30
• 2.2.5 糖化试剂的选择30-31
• 2.2.6 糖化试剂工艺参数的确定31
• 2.2.7 糖化工艺参数优化31
• 2.3 结果与分析31-37
• 2.3.1 小麦秸秆主要组分的测定31
• 2.3.2 葡萄糖标准曲线的绘制结果31-32
• 2.3.3 糖化试剂的选择32-33
• 2.3.4 糖化试剂工艺参数的确定33-35
• 2.3.5 糖化工艺参数优化35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 小麦秸秆酶解糖化研究38-47
• 3.1 试验材料38-39
• 3.1.1 原料38
• 3.1.2 试剂药品38
• 3.1.3 仪器及设备38-39
• 3.2 试验方法39-40
• 3.2.1 酶解液中还原糖含量的测定39
• 3.2.2 单酶种类的选择39
• 3.2.3 酶解糖化工艺优化39-40
• 3.2.4 复酶种类的选择40
• 3.3 结果与分析40-46
• 3.3.1 单酶种类的选择40-42
• 3.3.2 酶解糖化工艺优化42-44
• 3.3.3 复酶种类的选择44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 小麦秸秆降解发酵研究47-59
• 4.1 试验材料47-48
• 4.1.1 原料47
• 4.1.2 主要试剂与培养基47-48
• 4.1.3 试验仪器48
• 4.2 试验方法48-50
• 4.2.1 菌种活化48
• 4.2.2 霉菌孢子菌悬液制备48
• 4.2.3 葡萄糖标准曲线的绘制48-49
• 4.2.4 牛血清蛋白标准曲线的绘制49
• 4.2.5 发酵菌种的选择49
• 4.2.6 发酵工艺参数优化49
• 4.2.7 降解发酵试验49
• 4.2.8 试验指标49-50
• 4.3 结果与分析50-58
• 4.3.1 葡萄糖标准曲线50
• 4.3.2 牛血清蛋白标准曲线50-51
• 4.3.3 发酵菌种的选择51-54
• 4.3.4 发酵工艺参数优化54-58
• 4.3.5 降解发酵试验58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 结论与建议59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 建议60-61
• 参考文献61-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间的研究成果69

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