枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合發(fā)酵玉米秸稈制備飼料的工藝研究

■王巍杰 常麗新 田亞紅

(河北聯(lián)合大學生命科學學院，河北唐山063000）

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年約產(chǎn)農(nóng)作物玉米秸稈6億噸，大部分秸稈在田間燒掉[1],造成資源浪費和環(huán)境污染。秸稈主要由纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質和單寧等組成[2],本文采用枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合發(fā)酵玉米秸稈制備飼料的研究,探索制備秸稈生物飼料的新工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米秸稈：清洗、干燥、粉碎。

菌種:枯草芽孢桿菌購于無錫市中意生物技術有限公司）；乳酸菌購于上海佳民釀造食品有限公司。

培養(yǎng)基：MRS培養(yǎng)基；蛋白胨培養(yǎng)基。

1.2 儀器與設備

FA1004電子天平；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋；101-1AB型電熱鼓風干燥箱；SHZ-82型氣浴恒溫振蕩器；SHZ-95B型循環(huán)水式多用真空泵；JJ-2型組織搗碎勻漿機；752B紫外可見分光光度計；康達多功能食品粉碎機KDF-2311型。

1.3 方法

1.3.1 產(chǎn)糖量測定方法

還原糖含量測定采用DNS(3,5-二硝基水楊酸)法[2],在0.1～0.8 mg/ml范圍內(nèi)，葡萄糖線性方程Y=0.156 9X-0.193 6(n=6，r=0.999 6)。

1.3.2 枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合發(fā)酵玉米秸稈制備飼料

準確稱取適量玉米秸稈，添加一定量相同比例混合的枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合液，控制適當溫度和時間，測定還原糖含量，計算糖化率。

2 結果與分析

2.1 溫度對糖化率的影響

準確稱取適量玉米秸稈，控制一定反應溫度和枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合菌液添加量，考察20、25、30、35、40、45、50 ℃不同反應溫度下還原糖含量，計算含糖量，試驗結果見圖1。

圖1 溫度對糖化率的影響

由圖1可知，在溫度20～40℃的范圍內(nèi)，隨著溫度的升高產(chǎn)糖量增加，在溫度達到40℃時，糖化率為4.78%，45℃和50℃糖化率降低，確定正交試驗的溫度為35℃、40℃和45℃。

2.2 枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合菌液添加量對糖化率的影響

準確稱取適量玉米秸稈，分別添加5%、10%、15%、20%、25%和30%枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合液，40℃發(fā)酵一定時間考察還原原糖含量，計算含糖量，試驗結果見圖2。

圖2 菌液添加量與糖化率的關系

由圖2可知，在枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合液5%～30%范圍內(nèi)，隨著菌液添加量的增加產(chǎn)糖量增加明顯，當菌液添加量達到20%時，糖化率達到最大5.73%，隨后隨菌液添加量增加降低。因此，確定正交試驗的枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合液添加量為15%、20%和25%。

2.3 秸稈添加量對糖化率的影響

準確稱取2、6、10、14、18、20、22 g玉米秸稈,添加20%的枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合液，考察40℃發(fā)酵一定時間還原原糖含量，計算含糖量，試驗結果見圖3。

圖3 秸稈添加量與糖化率的關系

圖3顯示在秸稈添加量在2～20 g范圍內(nèi)，隨著秸稈添加量的增加，糖化率逐漸增加，14 g達到最大糖化率5.96%，隨后隨著時間逐步增加糖化率降低。因此確定正交試驗秸稈添加量10、14、18 g。

2.4 反應時間對糖化率的影響

準確稱取14 g玉米秸稈,添加20%的枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合液，考察40 ℃發(fā)酵20、30、40、50、60 h和70 h還原原糖含量，計算含糖量，試驗結果見圖4。

圖4 反應時間與糖化率的關系

圖4結果顯示：在反應時間20～70 h，開始隨時間增加，糖化率逐漸增加，40 h糖化率達到最大6.0%,50、60、70 h糖化率逐漸降低。因此，確定正交試驗時間30、40、50 h。

2.5 正交實驗優(yōu)化枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合發(fā)酵玉米秸稈制備飼料的工藝

設計L9（34）正交試驗，以糖化率為考察指標，考察秸稈添加量、溫度、枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合菌液添加量、反應時間對秸稈飼料糖化率的影響，因素與水平、正交試驗結果和方差分析見表1～3。

由表2和表3可知，以糖化率為考察指標，枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合對秸稈糖化率的影響程度順序為A＞B ＞D＞ C，其中A影響顯著，最佳組合A1B2C3D1，即最佳條件是秸稈添加量10 g，接種量20%，45℃溫度下培養(yǎng)30 h。

表1 正交實驗因素與水平

表2 正交試驗結果

表3 方差分析

3 結論

采用枯草芽孢桿菌和乳酸菌混合發(fā)酵制備秸稈飼料，以糖化率為考察指標通過L9（34）正交試驗確定玉米秸稈飼料制備的最佳工藝：秸稈添加量10 g，接種量20%，45℃溫度下培養(yǎng)30 h。