利用味精廢水固態(tài)發(fā)酵飼料酵母對(duì)非蛋白氮轉(zhuǎn)化能力的研究

■陳 佳 李愛(ài)科 綦文濤 張曉琳 貟婷婷 詹桂蘭 李 杰

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；2.國(guó)家糧食局科學(xué)研究院，北京 102209）

目前，在我國(guó)酵母蛋白飼料的研究和生產(chǎn)中廣泛采用高蛋白含量固體培養(yǎng)法。為提高飼料蛋白質(zhì)的含量，往往在固體原料中添加硫酸銨及尿素等氮源，但成本較高。味精廢水是一種高濃度的有機(jī)廢水，氮含量較高，達(dá)56.7 g/l，若直接排放不僅影響生態(tài)環(huán)境，也將寶貴的資源作為廢棄物扔掉。

本課題組分離的產(chǎn)朊假絲酵母具有高效產(chǎn)蛋白的能力,并且菌株的蛋白含量很高,蛋白質(zhì)中氨基酸種類齊全,已通過(guò)飼料安全鑒定。

蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)是氨基酸營(yíng)養(yǎng)和小肽營(yíng)養(yǎng)，動(dòng)物氨基酸以小腸可吸收肽的形式（二肽和三肽）供應(yīng)，飼料中氨基酸和小肽的含量直接關(guān)系到飼料的品質(zhì)。微生物發(fā)酵是提高飼料蛋白肽的主要方式之一，對(duì)于改善飼料蛋白質(zhì)利用率具有潛在意義。

針對(duì)上述問(wèn)題，本研究報(bào)道了以產(chǎn)朊假絲酵母為出發(fā)菌株，味精廢水作為氮源，玉米粉作為碳源，麩皮作為蓬松基質(zhì)，進(jìn)行固體發(fā)酵，以期得到高效穩(wěn)定的味精廢水再利用技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料資源。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)菌種和味精廢水

產(chǎn)朊假絲酵母（Candida utilis）Cu1，為本實(shí)驗(yàn)室保藏菌種；味精廢水取自山東齊魯集團(tuán)。味精廢水：總有機(jī)碳 344.6 g/l，總氮 56.7 g/l，氨態(tài)氮39.8 g/l，pH值2.19，玉米粉：粗蛋白7.8%；麩皮：粗蛋白18.8%（注：玉米粉和麩皮購(gòu)于市場(chǎng)，以上結(jié)果均以干物質(zhì)計(jì)算得出）。

1.1.2 主要儀器

HVE-50高壓蒸汽滅菌鍋：日本Hirayama公司；SW-VJX-2F凈化工作室：蘇州匯通空調(diào)凈化工程有限公司；PRX-350B智能人工氣候箱：寧波海曙賽福實(shí)驗(yàn)儀器廠；DHG-9245電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科技有限公司生產(chǎn)；L-8800型日立氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定；高效液相色譜：Waters。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種子液培養(yǎng)基配方

種子液培養(yǎng)基：味精廢水10%，葡萄糖20%，蒸餾水1 L，115℃滅菌25 min。

1.2.2 種子液培養(yǎng)條件

從新鮮的產(chǎn)朊假絲酵母斜面接種一環(huán)至液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基裝于250 ml三角瓶中，每瓶裝量為50 ml，在28℃、轉(zhuǎn)速200 r/min條件下進(jìn)行搖床振蕩培養(yǎng)24 h。

1.2.3 固態(tài)發(fā)酵方法及條件

將麥麩和玉米粉按1∶1比例混勻共20 g，味精廢水添加量分別為0、10%、20%，料水比1∶0.8，在100℃條件下加熱滅菌60 min后冷卻至室溫，菌種為產(chǎn)阮假絲酵母，接種量15%，置于恒溫培養(yǎng)箱28℃培養(yǎng)48 h后取出，于50℃下烘干，粉碎分析測(cè)定。

1.2.4 指標(biāo)分析方法

感官性狀：參照徐晶的試驗(yàn)方法?；罹鷶?shù)測(cè)定：采用平板稀釋浸注法。酵母菌數(shù)測(cè)定按GB/T4789.15—2003。水分測(cè)定：參照GB5009.3—85。氨基酸的測(cè)定：采用L-8800型日立氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定。水溶性蛋白和小肽的測(cè)定：參照蔣金津等試驗(yàn)處理方法。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel 2003及SPSS16.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖標(biāo)繪制和方差分析，結(jié)果采用x±SD形式表示，P＜0.05認(rèn)為存在顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵的感官影響

表1 不同味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵的感官影響

原料樣品為黃色，氣味為清淡玉米味，無(wú)黏連疏松質(zhì)地。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，隨著味精廢水添加量的增加，產(chǎn)品顏色加深，黏連現(xiàn)象明顯，刺激性氣味也逐漸加重。當(dāng)不添加味精廢水時(shí)，發(fā)酵前后無(wú)明顯變化。當(dāng)味精廢水添加量為10%時(shí)，發(fā)酵后樣品為棕黃色，不但有明顯的黏連現(xiàn)象出現(xiàn)，且有淡淡的醬香味和較濃的酵香味。此外，當(dāng)味精廢水添加量為20%時(shí)，發(fā)酵后顏色較深，有強(qiáng)烈的氨味,感官效果不好。

2.2 不同味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵后酵母活菌數(shù)的影響

圖1 不同味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)酵母蛋白的活菌數(shù)影響

如圖1所示，不添加味精廢水組活菌數(shù)由7.02 logCFU/g升高到7.55 logCFU/g。味精廢水添加量為10%時(shí)，活菌數(shù)7.11 logCFU/g升高到8.02 logCFU/g，味精廢水添加量為20%時(shí)，活菌數(shù)由7.08 logCFU/g升高到7.77 logCFU/g，兩兩差異顯著（P＜0.05）。味精廢水添加量為10%時(shí)，Cu1活菌數(shù)增長(zhǎng)幅度較大，增長(zhǎng)了0.91 logCFU/g，效果較好。

2.3 不同味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵的游離氨基酸的影響（見(jiàn)表2）

表2 味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)酵母蛋白的游離氨基酸影響

表2為不同味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵的游離氨基酸的影響，可以看出添加味精廢水0、10%、20%組發(fā)酵后分別比發(fā)酵前高出1.25、1.76、0.05個(gè)百分點(diǎn)；味精廢水添加量為10%組較不添加味精廢水組和添加20%組游離氨基酸總量高，分別高出1.26和0.9個(gè)百分點(diǎn)。

2.4 味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵后水溶性蛋白和小肽含量的影響

圖2 味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵后水溶性蛋白和小肽含量影響

如圖2所示，不同味精廢水添加量對(duì)固態(tài)發(fā)酵后水溶性蛋白和小肽含量有明顯的影響，添加量為10%組較不添加味精廢水組和添加20%組水溶性蛋白含量高，分別高出1.01%和0.22%，小肽含量高出1.73%和1.09%。

3 討論

3.1 固態(tài)發(fā)酵中味精廢水添加的適宜水平

氮源對(duì)微生物生長(zhǎng)具有重要的影響，但并不是添加的量越多微生物生長(zhǎng)效果越好。由于非蛋白氮分子量較小，滲透壓高，濃度超過(guò)一定限度時(shí)對(duì)菌體的生長(zhǎng)不利；同時(shí)水分使含氮物在發(fā)酵過(guò)程中可能發(fā)生一些變化從而改變生態(tài)環(huán)境（如pH值），所以氮源的添加不宜過(guò)多。經(jīng)測(cè)定味精廢水中氨氮含量較高，高達(dá)39.8 g/l。馮東勛等研究表明，利用味精廢水濃縮液添加輔料固體發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白，味精廢水的添加量對(duì)無(wú)機(jī)氮的轉(zhuǎn)化率具有很大影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明，固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中味精廢水添加量的適宜水平為10%，發(fā)酵后樣品棕黃色，不但有明顯的粘連現(xiàn)象出現(xiàn)，且有淡淡的醬香味和較濃的酵香味；10%組比不添加味精廢水組和添加20%組游離氨基酸轉(zhuǎn)化率高。當(dāng)味精廢水添加量為20%時(shí)，味精廢水利用率下降，發(fā)酵后顏色較深，有強(qiáng)烈的氨味，影響牲畜的適口性。可能是味精廢水的pH值較低，添加越多，改變了發(fā)酵環(huán)境中的pH值而影響微生物的正常生長(zhǎng)。

3.2 微生物固態(tài)發(fā)酵對(duì)氨基酸、水溶性蛋白及小肽含量的影響

由于微生物利用飼料原料進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，將發(fā)酵基質(zhì)中的無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化成菌體蛋白、多肽等，使發(fā)酵后基質(zhì)的氨基酸總量提高。3個(gè)試驗(yàn)組通過(guò)微生物固態(tài)發(fā)酵氨基酸、水溶性蛋白及小肽含量均有增加。

3.3 產(chǎn)物得率對(duì)一些物質(zhì)含量增加的影響

雖然測(cè)定了氨基酸及一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的增加，卻必須考慮產(chǎn)物得率對(duì)氨基酸含量增加的影響。發(fā)酵產(chǎn)率表示發(fā)酵過(guò)程中一些養(yǎng)分的損失程度，其數(shù)值越低，說(shuō)明發(fā)酵損失越大，可溶性碳水化合物、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解越多。導(dǎo)致產(chǎn)物中氨基酸含量的表觀值增加。本實(shí)驗(yàn)中計(jì)算的各指標(biāo)都是扣除發(fā)酵底物損失得出。

4 結(jié)論

當(dāng)味精廢水添加量為10%時(shí)，其發(fā)酵產(chǎn)品顏色、氣味較好并且產(chǎn)品松散，含有一定的醇香味?；罹鷶?shù)由7.11 logCFU/g升高到8.02 logCFU/g，水溶性蛋白和小肽含量分別為7.99%和5.42%，氨基酸含量為17.82%。

（參考文獻(xiàn)14篇，刊略，需者可函索）