马铃薯薯渣固态发酵生产 菌体蛋白饲料的工艺研究（三）

随着发酵温度的逐渐增加， 发酵产物中粗蛋 白质和真蛋白指标含量呈现先增加后减小的趋 势，温度 32 ℃时微生物生长发育产生的真蛋白含 量最高，为固态发酵的最佳温度。

2.2.5 发酵时间对真蛋白增长率指标的影响 

固定物料质量比（薯渣∶麸皮）为 85∶15、硫酸铵添加量 2%、培养温度 32 ℃、黑曲霉+热带假丝酵母+ 解脂假丝酵母+啤酒假丝酵母接菌量均为1%，研 究不同发酵时间对真蛋白增长率指标的影响，结果见图 5。

随着发酵时间的逐渐增加， 发酵产物中粗蛋白质和真蛋白指标含量呈现先增加后减小的趋 势， 发酵前期好氧状态下黑曲霉菌种糖化作用促 进菌体蛋白的繁殖生长，利于真蛋白含量的增加； 发酵后期厌氧状态下糖化作用产生的发酵时间72 h 真蛋白含量最高。 

由图 5 可知，每隔 12 h 取样品进行检测，发酵 样品粗蛋白质含量及增长率随时间的变化逐渐增 大，在样品培养 72 h 之后，蛋白质含量变化不大； 可溶性糖含量在加入酵母菌后的 12 h，物料当中的 可溶性糖迅速下降，还原糖被菌体迅速利用，而在12 ~ 36 h 时由于黑曲霉的糖化作用明显， 可溶性糖含量保持在 8%以上，为避免黑曲霉产生孢子，将物料进行密闭培养，由于培养环境的改变，导致可溶性糖含量逐渐降低，而在 84 ~ 96 h 时，还原糖含量下降速度较低，一方面酵母菌开始老化，另一方 面培养基中营养成分降低，因此菌体利用还原糖的 速率降低； 在 72 h 之后可溶性糖含量较小且变化 不大，此时说明菌体利用糖的速度与菌体自溶释放糖的速度基本相同，因此糖的含量变化很小。 因此可以看出最佳培养时间是 72 h。

2.3 正交优化试验结果分析 

由表 3 可知，4 个因素对有机氮增长率影响的主次顺序为 B>A>C>D，其中，硫酸铵添加量对马铃薯薯渣发酵生产菌 体蛋白饲料中真蛋白含量提高的影响最为显著， 其次为薯渣与麸皮的质量比例组合与培养温度，影响最小的因素为培养时间。 最适宜固态发酵生 产菌体蛋白饲料的工艺组合为 A2B2C2D1。 即薯 渣与麸皮的质量例为 85S+15F， 硫酸铵添加量为2%，培养温度 32 ℃，培养时间 72 h。 通过正交试验方差分析结果表明（表 4），前三个因素 A、B、C 对马铃薯薯渣发酵生产菌体蛋白饲料真蛋白增长 率的影响均具有显著差异性水平（P < 0.05），因素D 对真蛋白增长率的影响差异不显著，因此，选择 短时间固态发酵省时省经济成本且效果显著。

2.4 菌体蛋白饲料工艺条件验证 

根据优化发酵工艺确定最佳条件为马铃薯薯渣固态物料培养 基：薯渣∶麸皮=85∶15，硫酸铵添加量 2.0%，发酵温 度 32 ℃，发酵时间 72 h，黑曲霉+热带假丝酵母+ 解脂假丝酵母+啤酒假丝酵母接菌量均为 1%，进 行中试 1 T 发酵原料验证试验， 发酵产物粗蛋白 质含量 20.16%，真蛋白含量 18.3%，与正交工艺 优化获取的粗蛋白质和真蛋白含量相一致， 表明马铃薯薯渣固态发酵菌体蛋白饲料工艺单因素试 验与正交优化试验结果可靠。 

3 讨论

3.1 固态发酵方式对菌体蛋白饲料发酵工艺的影响 

有研究报道表明， 固态发酵技术应用于废 渣废料的处理，具有易干燥、高回收等特点，可把 发酵物（包括发酵底物、菌体及其代谢产物）全部利用，既保留了活性成分又不会产生废液污染。 本试验未选取液态发 酵是因其发酵设备成本较高， 发酵产物固液分离 工艺繁琐，工艺产生大量发酵废水，不适宜小规模 发酵生产。试验结果表明，固态发酵最佳工艺条件下发酵产物中粗蛋白质含量为 20.28%，粗蛋白质 增长率为 59.2%；真蛋白含量 18.4%，真蛋白增长 率为 194.4%；可溶性糖含量为 6.07%，通过多菌 种协作固态发酵能够显著增加发酵产物中的粗蛋 白质和真蛋白含量，与前人研究的结论相一致。 固体发酵产粗蛋白质 与真蛋白含量的提高来源于非蛋白氮源的发酵合成过程和蛋白质的“浓缩效应”，因非蛋白质物质 的损耗进而提高粗蛋白质和真蛋白含量指标属于 表观现象， 物料总蛋白质含量并未出现真正的增加）。发酵物料中的非蛋白氮源经过 酵母菌的发酵利用生成能够被动物直接吸收利用的真蛋白， 进而提升发酵产物的营养价值和适口 性是固态发酵的核心关键控制点。 

以固态发酵为前提采用前 24 h 好氧发酵方 式和后 48 h 厌氧发酵方式的工艺路线， 与前人单一的固态好氧发酵和液态厌氧发酵工艺不一 致。 主要原因是接菌物料经过 24 h 的发酵培养 与数次的翻动混匀， 物料层均匀长满黑曲霉菌 株的白色菌体， 并在透气性好的发酵物料表层 生长出一层黑曲霉黑色孢子， 随着发酵培养时 间的持续，黑色孢子数量将成几何倍数增长，发 酵产物含有大量的黑曲霉孢子将造成动物身体 的伤害。因此，发酵工艺条件选择前 24 h 好氧发 酵， 在物料中菌丝体长满但未产生黑色孢子时 进行厌氧发酵方式， 物料中自身携带和黑曲霉代谢产物的糖化作用生成的可溶性糖含量能够满足酵母菌的生长需求， 通过发酵后产物中残 留大量可溶性糖含量表明好氧-厌氧工艺能够满足酵母菌在发酵过程中对可溶性糖的需求， 合理利用好氧性黑曲霉与兼性厌氧性酵母菌各 自特点进行协作不仅能够满足工艺合理性安 全性的要求， 还能提高发酵产物中真蛋白含量 和适应工业化生产的需要。

3.2 不同工艺参数对菌体蛋白饲料发酵工艺的影响 

微生物生长发酵需要充足的氮源以满足正 常生长需要和代谢合成细胞物质（蛋白质、氨基酸 和核核等） 。 马铃薯薯渣中氮源成分含量低是未被充分利用二次加工的主要原因， 在马铃薯薯渣固态发酵培养基中添加麸皮和硫酸 铵成能够弥补马铃薯薯渣氮源不足的问题，本试验结果表明，当麸皮添加量为 15%和硫酸铵添加量为 2%时， 粗蛋白质增长率和真蛋白增长率 指标最高。 可能由于当麸皮含量小于 15%，物料氮源含量不足影响酵母菌蛋白含量的转化； 当麸 皮含量大于 15%时，酵母菌大量繁殖导致物料自 身和黑曲霉糖化作用产生的可溶性糖含量急剧降 低， 酵母菌生长受到影响导致粗蛋白质含量增幅 较小，这与程方和刘树栋研究结果相一致。麸皮添加量越大，物料中的总蛋白含量越 高，但过多的麸皮含量增加了成本投入，结合经济效益成本和真蛋白增长率指标考虑， 麸皮添加量为 15%。 添加的硫酸铵含量能够提高物料中粗蛋 白质含量， 但过多的无机氮源能够抑制微生物菌 体的生长繁殖，导致其呼吸作用减小，影响粗蛋白 质、真蛋白含量及增长率，因此，单因素试验硫酸 铵最佳的添加量为 2%，这与罗明朗研究非蛋白氮含量不超过 3%的结果相一致。 

发酵温度是影响微生物存活和生长的主要因 素之一，温度升高，微生物生长繁殖速率加快；温度过高，蛋白质初步变性而抑制酶活性，降低微生物生长繁殖速率，因此，适宜的温度能够促进微生 物的繁殖生长。 试验结果表明，发 酵温度 32 ℃时粗蛋白质与真蛋白含量最高，无机氮转生成有机氮的转化速率最好 与研究结果一致。 发酵时间是影响饲料中真 蛋白含量的重要因素，发酵时间短，酵母菌未能充分利用速效碳源繁殖生长， 无机氮转化真蛋白速 率过低；发酵周期长，生产成本增加。 试验结果表 明，发酵时间超过 72 h 的粗蛋白质含量变化差异较小， 可溶性糖含量在发酵时间 48 h 后迅速降 低，最佳发酵时间为 72 h。 

目前国内外马铃薯薯渣固态发酵生产菌体蛋 白饲料研究主要集中在提高粗蛋白质含量阶段，有关菌体蛋白饲料中真蛋白含量及真 蛋白增长量指标的研究较少， 本试验着重选取真 蛋白含量和真蛋白增长率指标作为评判依据，取 得较好的试验结果。 在黑曲霉和酵母菌混合发酵 培养过程中， 发酵产物中纤维素酶和蛋白酶活性 指标未进行测定， 对于活性物质有待进一步深入研究讨论。 

4 结论

利用复合菌株固态发酵马铃薯薯渣生产菌体 蛋白饲料， 优化发酵工艺确定最佳条件为马铃薯 薯渣固态物料培养基：薯渣∶麸皮=85∶15，硫酸铵添加量为 2.0%，发酵温度 32 ℃，发酵时间 72 h， 黑曲霉+热带假丝酵母+解脂假丝酵母+啤酒假丝 酵母接菌量均为 1%；固态物料好氧发酵 24 h，物 料颗粒表面布满均匀白色菌丝体； 厌氧发酵 48 h，产生浓郁的酒香气味， 此时粗蛋白质含量与真蛋 白含量分别增长 28.28%和 18.40%。 此方法投资 少、效益高、工艺较简单、成本低，适于大规模推广 应用， 为我国生产优质蛋白饲料提供了一个新的途径。

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