利用玉米秸秆固体共生发酵生产单细胞蛋白（SCP）饲料的研究

【摘要】： 本试验对利用航天诱变的黑曲霉(Aspergillus niger)和啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)降解玉米秸秆生产单细胞蛋白(single cell protein)饲料进行了研究。首先筛选出了高纤维素酶活力的黑曲霉ZM-8和强生长力的啤酒酵母YB-6,然后探讨了黑曲霉ZM-8的最佳产酶条件,最后研究了玉米秸秆固态混菌发酵生产单细胞蛋白饲料的发酵参数,并提出了利用微生物降解玉米秸秆生产单细胞蛋白饲料的工艺路线。研究结果如下: 1、对航天诱变的黑曲霉和啤酒酵母分别经过一系列的筛选步骤,分别获得了具有较高酶活力且遗传稳定性较好的黑曲霉ZM-8和在玉米秸秆酶解液中具有较高生物积累量的啤酒酵母YB-6。黑曲霉ZM-8所产的纤维素酶系中的滤纸酶活力(FPU)、纤维二糖水解酶活力(C1)、葡聚糖内切酶活力(CMCase)和β-葡萄糖苷酶活力(β-Glase)分别达到了1.84μ/mL、0.27μ/mL、8.16μ/mL和20.14μ/mL,比出发菌株依次提高了2.1倍,3.5倍,1.7倍和1.8倍;得糖率提高了约80%;啤酒酵母YB-6在玉米秸秆粉酶解液中30℃培养72h后,其生物积累量达到了27g/L左右,比出发菌株提高了约34%。 2、利用黑曲霉ZM-8发酵生产纤维素酶曲,首先探索了发酵方式。结果表明:固态发酵方式明显优于液体发酵,达到最高酶活的时间仅为液态的1/3,而酶活却比液态的高2倍左右。然后通过单因素和正交试验优化了它在玉米秸秆固体培养基上的最优配方和最佳产酶条件。其最优固体产酶配方是:玉米秸秆粉80%、麸皮20%、料液比为2:5、含氮量0.6%、氮源为磷酸铵、接种量为1:30(w/w);最佳产酶条件为:培养温度为35℃;培养时间为72h;pH值为6.5。在优化的培养基配方和培养条件下,其FPU和CMC酶活分别达到了5.25μ/mL(未优化前为1.84μ/mL)、19.60μ/mL(未优化前为8.16μ/mL)。 3、通过多因素分析,研究了黑曲霉ZM-8和啤酒酵母YB-6在玉米秸秆培养基上混菌固体发酵生产单细胞蛋白饲料的效果,优化出了一条较优的发酵工艺。结果表明:先接入黑曲霉ZM-8(接种量为1:30),发酵24h后按接种量10%接入酵母菌YB-6液体菌种共生发酵48h。对发酵产物成分测定表明:纤维素和半纤维素的含量分别由发酵前的40.82%和29.55%降至28.40%和18.57%,其利用率分别达到了30.42%和37.16%;对木质素的降解作用不大,粗蛋白的含量为27.12%,比黑曲霉单菌种发酵产物中的SCP含量提高了约50%,比玉米秸秆中蛋白质的含量提高了437%。该产品于65℃下烘24h后呈淡黄色、有浓郁的香味,可作较好的蛋白饲料。 【关键词】：玉米秸秆 纤维素酶 黑曲霉 啤酒酵母 单细胞蛋白 发酵
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S816
【目录】：

• 摘要2-4
• Summary4-8
• 前言8-10
• 第一章 文献综述10-18
• 1.1 农作物秸秆生产SCP 饲料的重要意义10-11
• 1.2 农作物秸秆生产SCP 饲料的发展现状11
• 1.3 利用农作物秸秆生产SCP 饲料的研究概况11-17
• 1.3.1 作物秸秆的化学组成11-12
• 1.3.2 作物秸秆的预处理12-14
• 1.3.3 纤维素酶对农作物秸秆的作用机制14-15
• 1.3.4 降解农作物秸秆的产纤维素酶菌种和生产SCP 的菌种15-17
• 1.3.5 利用农作物秸秆生产SCP 饲料的发酵方式17
• 1.4 利用农作物秸秆生产SCP 饲料研究中存在的问题及解决途径17-18
• 第二章 优良菌株的筛选18-33
• 2.1 黑曲霉优良菌株的筛选18-26
• 2.1.1 试验材料18-20
• 2.1.2 筛选方法20-22
• 2.1.3 结果与分析22-26
• 2.2 啤酒酵母优良菌株的筛选26-31
• 2.2.1 试验材料27
• 2.2.2 筛选方法27-29
• 2.2.3 结果与分析29-31
• 2.2.4 未优化培养基上的复证结果31
• 2.3 小结与讨论31-33
• 第三章 黑曲霉菌株ZM-8 产纤维素酶各工艺参数的研究33-45
• 3.1 试验材料33
• 3.1.1 原料33
• 3.1.2 菌种33
• 3.1.3 发酵培养基33
• 3.2 试验方法33-37
• 3.2.1 发酵方法33-34
• 3.2.2 培养基组分对黑曲霉ZM-8 产纤维素酶影响的研究34-35
• 3.2.3 环境因子对黑曲霉ZM-8 产纤维素酶影响的研究35-37
• 3.2.4 测定方法37
• 3.3 结果与分析37-44
• 3.3.1 培养基组分对黑曲霉ZM-8 产纤维素酶影响的研究结果37-41
• 3.3.2 环境因子对黑曲霉ZM-8 产纤维素酶影响的研究结果41-44
• 3.4 小结与讨论44-45
• 第四章 混菌固态发酵生产SCP 饲料各工艺参数的研究45-53
• 4.1 材料45
• 4.1.1 原料45
• 4.1.2 菌种45
• 4.1.3 发酵培养基45
• 4.2 试验方法45-47
• 4.2.1 工艺流程45-46
• 4.2.2 纤维素酶曲的制备46
• 4.2.3 液体酵母菌种的制备46
• 4.2.4 各发酵因素对SCP 含量和酶活力的影响46-47
• 4.2.5 发酵前后玉米秸秆成分分析47
• 4.3 分析测定方法47-48
• 4.3.1 纤维素酶活的测定47
• 4.3.2 粗蛋白的测定47
• 4.3.3 玉米秸秆成分（纤维素、半纤维素、木质素）的测定47
• 4.3.4 纤维素、半纤维素利用率的计算47-48
• 4.4 结果与分析48-52
• 4.4.1 啤酒酵母的接种时间对酶活力和SCP 含量影响的研究结果48
• 4.4.2 啤酒酵母的接种量对酶活力和SCP 含量影响的研究结果48-49
• 4.4.3 共生培养时间对酶活力和SCP 含量影响49
• 4.4.4 正交实验优化结果49-51
• 4.4.5 验证结果51
• 4.4.6 发酵前后玉米秸秆成分测定结果51-52
• 4.4.7 固体发酵产品的特征52
• 4.5 小结与讨论52-53
• 第五章 讨论53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-61
• 作者简介61-62
• 导师简介62-63

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