混菌固态发酵玉米秸秆产单细胞蛋白饲料的研究

发布时间：2020-01-30 20:51

【摘要】：农作物秸秆是世界公认的最大可再生资源,而玉米秸秆作为最常见的农作物秸秆,在我国的储量相当丰富。但由于种种原因,玉米秸秆资源没有被有效利用,大部分被废弃焚烧,这不仅浪费资源,也带来了环境问题。利用微生物将其转化为单细胞蛋白,可以在提高玉米秸秆资源利用效率的同时,有效地缓解由焚烧秸秆带来的环境污染问题。本文主要对利用玉米秸秆生产单细胞蛋白过程中的菌种选育、材料预处理和发酵条件优化等方面进行了研究。为获得适宜降解玉米秸秆的纤维素酶高产菌株,对米曲霉、黑曲霉、绿色木霉和炭黑曲霉四株纤维素酶产生菌的产酶能力进行比较,确定以黑曲霉作为发酵玉米秸秆的生产菌株。经过单因素实验对黑曲霉在玉米秸秆上产纤维素酶时麸皮、氮源、接种量和吐温-80含量进行了优化。在此基础上利用正交实验,进一步优化了黑曲霉产酶过程中的料水比、初始pH值和发酵时间。最终,确定了黑曲霉在玉米秸秆基质上产酶的条件:玉米秸秆16g,麸皮4g,以5%硝酸铵为氮源,添加0.2%的吐温-80,黑曲霉孢子接种量10%,料水比1:2.5,温度30℃,初始pH6,发酵时间72h。为进一步提高黑曲霉的产酶能力,获得高效产酶降解纤维素的菌株,对黑曲霉进行了紫外诱变-亚硝基胍复合诱变。在刚果红-羧甲基纤维素钠培养基上,获得4株明显的正变株,经固态发酵复筛,选出产酶最高株U2,以此菌株作为出发菌株,再用亚硝基胍进行诱变,获得3株正变菌株,再经固态发酵复筛。最后,获得正变菌株N2,其滤纸酶活力达32.14U,较出发菌株提高36.53%,且遗传较为稳定。通过单因素试验,得到硫酸预处理玉米秸秆的浓度以1%为宜,氢氧化钠以0.2mol/L为宜,黄孢原毛平革菌预处理5天即可提高玉米秸秆的酶解效率。在此基础上比较了三种玉米秸秆预处理方式。结果表明,氢氧化钠预处理效果最显著,其次是生物预处理,再是硫酸预处理,三者均能提高玉米秸秆的酶解效率,并且这种提高与预处理后的秸秆与纤维素酶的吸附接触能力提高密切相关。从质量损失来看,生物预处理对预处理的损耗最少。为提高生物预处理中的专一性,避免纤维素被大量降解,利用中心组合试验对处理条件进行了优化。拟合得到预处理秸秆酶解率回归方程为:Y=-625.1075+101A+58.92B+17.46C+18.757D+19.2AB-0.18AC+1.575AD+0.32BC-1.95BD-0.785CD-11.62A2-18.52B2-0.10788C2-0.18125D2。通过响应面分析,得到优化的发酵条件为:pH值5.48、无机盐液中含硫酸锰0.54g/L、发酵温度36.25,装填量9.86g。通过比较不同预处理的玉米秸秆发酵生产单细胞蛋白,认为生物预处理可以更好的保留玉米秸秆中的蛋白质。通过正交实验优化,得出黄孢原毛平革菌预处理玉米秸秆发酵产单细胞蛋白的最优条件为:固液比1:2.5,黄孢原毛平革菌预处理4天,初始pH6,黑曲霉接种24h后接种产朊假丝酵母,发酵96h,装填量12g。玉米秸秆经发酵后粗蛋白含量达到30.93%,真蛋白提高到16.26%,酸水解后的总氨基酸达12.1%,三者分别提高了71.34%、126.46%、166.45%,营养价值显著提高。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S816

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