不同ph和微生物處理對鮮蘋果渣直接發(fā)酵產(chǎn)質(zhì)的影響

不同ph和微生物處理對鮮蘋果渣直接發(fā)酵產(chǎn)質(zhì)的影響

中國是一個(gè)重要的水果生產(chǎn)大國。2006年，中國的水果生產(chǎn)量為60萬噸，新鮮水果的產(chǎn)量為180萬噸。蘋果渣的使用已成為一個(gè)必須盡快解決的問題。蘋果渣含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),可作為飼料原料。但由于蘋果渣干物質(zhì)中蛋白質(zhì)含量僅40g/kg左右,直接作飼料品質(zhì)較差。近年來,蘋果渣發(fā)酵利用已引起人們的普遍重視,對蘋果渣發(fā)酵菌種選育、發(fā)酵培養(yǎng)基及發(fā)酵工藝已進(jìn)行了初步研究[6,7,8,9,10,11,12,13],認(rèn)為通過發(fā)酵可提高蘋果渣中蛋白質(zhì)含量,改善蘋果渣品質(zhì)。但已有研究大多為烘干蘋果渣滅菌發(fā)酵,直接利用鮮蘋果渣不滅菌發(fā)酵的報(bào)道較少。利用鮮蘋果渣直接發(fā)酵可簡化生產(chǎn)工藝,降低生產(chǎn)成本,在生產(chǎn)上有重要的實(shí)用意義。本文研究了滅菌、物料pH和氮素等因子對鮮蘋果渣發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)品得率的影響,以期為利用鮮蘋果渣直接發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)原料及混合原料的確定發(fā)酵劑:由酵母菌Y12與黑曲霉H14按體積比5∶1混和而成。黑曲霉H14為纖維素酶高產(chǎn)株,Y12為飼料酵母菌,均由西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院微生物資源研究室保存。發(fā)酵原料:新鮮蘋果渣,由乾縣海升果業(yè)發(fā)展股份有限公司提供;油渣,由市場購得?；旌显?鮮蘋果渣∶油渣粉=30∶4(質(zhì)量比,相當(dāng)于干蘋果渣∶油渣粉=6∶4);純果渣:直接用鮮蘋果渣。1.2方法1.2.1混合原料發(fā)酵純果渣發(fā)酵:N素設(shè)加N、不加N2個(gè)水平;發(fā)酵物料pH設(shè)3,5和63個(gè)水平;物料前處理設(shè)滅菌、不滅菌對照2個(gè)水平;同時(shí)設(shè)不接菌對照?；旌显习l(fā)酵:氮源物質(zhì)種類分別為NH4NO3、(NH4)2SO4、NH4Cl和CO(NH2)24種;發(fā)酵物料pH設(shè)置及滅菌處理同純果渣發(fā)酵。1.2.2物料ph和發(fā)酵混合原料發(fā)酵:在廣口瓶中加入混合原料34g(折合干物質(zhì)10g);按每瓶0.2g純N加入NH4NO3、(NH4)2SO4、NH4Cl和CO(NH2)2;然后分別加入Ca(OH)2粉0,0.3,0.5g,調(diào)整物料pH為3,5,6;最后補(bǔ)入6mL水,使混合原料與水的質(zhì)量比達(dá)到1∶3,充分混勻。不滅菌處理每瓶直接接入0.5g發(fā)酵劑,用4層紗布包扎后置于培養(yǎng)箱;滅菌處理用4層紗布包扎,在121℃下滅菌30min,冷卻后,再按每瓶0.5g用量接入發(fā)酵劑;對照處理不接發(fā)酵劑。純果渣發(fā)酵:稱鮮純果渣30g(折合干物質(zhì)6g)于廣口瓶中,分別加入Ca(OH)2粉0,0.3,0.5g,調(diào)整物料pH為3,5,6;按每瓶0.12g純N加入NH4NO3;無N對照不加NH4NO3。滅菌和發(fā)酵劑接種同混合原料發(fā)酵。以上各處理均重復(fù)3次,28℃條件下培養(yǎng)3d,記錄各處理外觀生長狀況。發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵產(chǎn)物80℃條件下烘干,稱質(zhì)量,備用。1.2.3發(fā)酵飼料中的純蛋白質(zhì)含量測定純蛋白質(zhì)含量測定參考文獻(xiàn)的方法。1.2.4接菌的破碎純蛋白質(zhì)含量1.5%增率/%=(接菌處理純蛋白質(zhì)含量-不接菌對照純蛋白質(zhì)含量)/不接菌對照純蛋白質(zhì)含量×100%;滅菌增率/%=(滅菌處理純蛋白質(zhì)含量-不滅菌處理純蛋白質(zhì)含量)/不滅菌處理純蛋白質(zhì)含量×100%;發(fā)酵產(chǎn)物得率/%=(發(fā)酵產(chǎn)物干重/原料干重)×100%。2結(jié)果與討論2.1不同菌體生長情況不同處理發(fā)酵劑菌體的外觀生長狀況見表1。從表1可以看出,滅菌處理菌體生長優(yōu)于不滅菌對照。經(jīng)過3d培養(yǎng),滅菌處理物料上菌體均生長繁茂,不滅菌對照菌體生長差,說明滅菌處理有利于接入菌生長。加N處理菌體的生長狀況普遍優(yōu)于不加N處理。N源不同,菌體生長狀況各異:氮源為NH4NO3、(NH4)2SO4及NH4Cl時(shí),菌體生長較好,CO(NH2)2僅在滅菌處理中生長較好,不滅菌條件下生長較差,且有氨臭味。pH不同,菌體生長狀況不同,在pH5～6時(shí),菌體生長良好。從菌體生長狀況可以看出,鮮蘋果渣發(fā)酵應(yīng)采用滅菌發(fā)酵,pH為5～6,N素采用NH4NO3、(NH4)2SO4及NH4Cl。2.2不同ph對發(fā)酵產(chǎn)物的影響從表2和表3可知,利用混合原料發(fā)酵時(shí),不同pH條件下發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量不同。在不滅菌處理中,發(fā)酵產(chǎn)物純蛋白質(zhì)含量平均值大小順序?yàn)閜H6(189.0g/kg)>pH5(160.3g/kg)>pH3(138.2g/kg);在滅菌處理中,表現(xiàn)出相同趨勢:pH6(206.9g/kg)>pH5(196.5g/kg)>pH3(190.6g/kg)。說明不論滅菌與否,微酸性條件下發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量較高;但pH過低,不利于單細(xì)胞蛋白形成,發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量較低。在純果渣發(fā)酵中,pH對發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量的影響較小。如在不滅菌加氮處理中,pH調(diào)至3,5,6時(shí),發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量分別為77.2,79.0及86.7g/kg,差異不顯著。以上結(jié)果表明,不同pH下發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量不同,微酸性環(huán)境更有利于菌體的發(fā)酵生長,鮮蘋果渣酸度較大不利于發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量的提高,蘋果渣發(fā)酵的適宜pH約為6,即在發(fā)酵前根據(jù)蘋果渣的pH高低,加入一定量熟石灰調(diào)節(jié)發(fā)酵原料酸度至pH6是必要的。在用混合原料發(fā)酵時(shí),pH調(diào)節(jié)更為重要。由表2和表3可知,加入N素能大幅度提高發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量。不滅菌處理?xiàng)l件下,純果渣不加氮和加氮處理發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)平均含量分別為69.0和81.0g/kg,加入氮素后發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量較不加氮對照提高17.4%;滅菌處理?xiàng)l件下,純果渣不加氮和加氮處理發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)平均含量分別為101.9,122.6g/kg,加入無機(jī)氮素后發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量較對照提高20.3%。由表2,3還可以看出,N源種類對發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量也有一定影響。不滅菌條件下,NH4NO3、(NH4)2SO4、NH4Cl和CO(NH2)2處理的發(fā)酵產(chǎn)物中平均純蛋白質(zhì)含量分別為171.8,168.4,159.2和150.5g/kg,可見鮮蘋果渣直接發(fā)酵時(shí),NH4NO3和(NH4)2SO4的作用效果優(yōu)于NH4Cl和CO(NH2)2;滅菌條件下,NH4NO3、(NH4)2SO4、NH4Cl和CO(NH2)2處理的發(fā)酵產(chǎn)物中平均純蛋白質(zhì)含量分別為211.0,194.8,179.7和206.7g/kg,即加入NH4NO3和CO(NH2)2的作用效果優(yōu)于(NH4)2SO4和NH4Cl;不論滅菌與否,對發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量提高最大的N源均為NH4NO3,當(dāng)pH為6時(shí),加NH4NO3處理可使混合原料和純果渣發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量較不接菌對照分別提高96.9%和105.5%。CO(NH2)2僅適合于蘋果渣滅菌發(fā)酵。從表2和表3可知,混合原料中不滅菌與滅菌處理發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量平均值分別為162.5和198.0g/kg,即滅菌可使發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量顯著提高,增幅高達(dá)23.6%。從表3可知,加入不同氮素時(shí),滅菌對發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量的提高幅度不同,大小順序?yàn)镃O(NH2)2(39.3%)>NH4NO3(24.4%)>(NH4)2SO4(16.8%)>NH4Cl(14.1%),其中加入CO(NH2)2處理發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量增幅最高;在純果渣發(fā)酵中,加氮處理的滅菌增率均值高于不加氮處理,滅菌發(fā)酵較不滅菌發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量平均提高49.8%。由表3還可以看出,在混合原料中,滅菌引起的蛋白質(zhì)增幅隨物料pH而異。在pH為3,5,6時(shí),混合原料4種氮源處理的純蛋白質(zhì)平均增率分別為38.3%,23.1%及9.6%,即在原料酸度較大、且不進(jìn)行pH調(diào)整直接發(fā)酵時(shí),加熱滅菌可克服物料酸度過大對發(fā)酵的抑制作用,使產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量大幅度提高;在物料pH為6時(shí),加熱滅菌對發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)增加幅度不大。由此可見,蘋果渣滅菌能提高發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量,即在蘋果渣單細(xì)胞蛋白飼料的發(fā)酵生產(chǎn)中,應(yīng)采取果渣滅菌發(fā)酵。滅菌能殺死果渣中的雜菌,使接入菌生長繁殖不受影響,同時(shí),滅菌后的果渣在營養(yǎng)上更有利于微生物的吸收利用。2.3發(fā)酵條件對發(fā)酵產(chǎn)物的形成率的影響2.3.1不同ph對混合原料滅菌效果的影響隨pH值的升高,發(fā)酵產(chǎn)物得率降低?；旌显喜粶缇鷹l件下,pH3,5和6處理的發(fā)酵產(chǎn)物平均得率分別為84.4%,76.9%和63.3%,差異明顯;在混合原料滅菌條件下,pH3,5和6的平均得率分別為67.3%,64.5%和59.3%,不同pH處理之間差異較小。即加熱可克服物料酸度過大對發(fā)酵的抑制作用,促進(jìn)微生物生長繁殖,使微生物對底物的消耗增加,菌體蛋白大量增加,故在產(chǎn)物純蛋白質(zhì)含量提高的同時(shí),產(chǎn)物得率大幅度下降。純果渣發(fā)酵也反映出同樣的規(guī)律。2.3.2處理情況由表4可以看出,加入不同N素時(shí),混合原料發(fā)酵產(chǎn)物得率相差不明顯。在不滅菌條件下,NH4NO3、(NH4)2SO4、NH4Cl和CO(NH2)2處理的平均得率分別為78.8%,77.1%,74.7%和69.1%;滅菌條件下,其平均得率分別為62.0%,69.4%,65.5%和57.9%,其中(NH4)2SO4處理的得率略高于NH4Cl和CO(NH2)2處理。由此可知,氮素種類對發(fā)酵產(chǎn)物得率影響不大。2.3.3原料發(fā)酵的平均得率由表4可以看出,不滅菌條件下發(fā)酵產(chǎn)物得率普遍高于滅菌條件。不滅菌與滅菌條件下,混合原料發(fā)酵的平均得率分別為74.9%與63.7%,即不滅菌條件下,發(fā)酵產(chǎn)物得率相對較高。純果渣發(fā)酵也反映出相同的規(guī)律。這是因?yàn)闇缇鷹l件下微生物的生長狀況優(yōu)于不滅菌處理,微生物生長繁殖較快,發(fā)酵產(chǎn)物中菌體數(shù)目多,消耗的碳源、能源物質(zhì)多,故發(fā)酵產(chǎn)物得率較低。3不同發(fā)酵方法對鮮蘋果渣發(fā)酵的影響(1)利用鮮蘋果渣發(fā)酵,pH值影響發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量,微酸性環(huán)境更有利于菌體生長,發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量較高,果渣發(fā)酵的適宜pH為5～6。(2)加入N素發(fā)酵,能大幅度提高發(fā)酵產(chǎn)物中純蛋白質(zhì)含量