米曲霉降解秸稈生產(chǎn)蛋白飼料的方法
【專利摘要】本發(fā)明米曲霉降解秸稈生產(chǎn)蛋白飼料的方法，涉及生物工程領域。涉及利用秸稈為主要原料，通過米曲霉（Aspergillusoryzae）發(fā)酵，生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其生產(chǎn)工藝流程是秸稈經(jīng)過粉碎、預濕等預處理工藝，米曲霉經(jīng)過液體搖瓶培養(yǎng)、一級種子培養(yǎng)、與秸稈混合進行固態(tài)發(fā)酵，得到發(fā)酵秸稈的蛋白飼料。此發(fā)酵工藝簡便，不會對環(huán)境造成污染，也不會對資源造成浪費。采用此方法制得的飼料蛋白質(zhì)含量15～30%，木質(zhì)素降解率為34～76%，飼料得率45～60%。飼料由于米曲霉的作用降解木質(zhì)素、纖維素,因而提高了秸稈的利用率。
【專利說明】米曲霉降解秸稈生產(chǎn)蛋白飼料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物工程領域，特指未經(jīng)高溫、高壓處理的秸桿通過米曲霉降解秸桿中的木質(zhì)素、纖維素，生產(chǎn)蛋白飼料的工藝流程。
【背景技術】
[0002]我國是農(nóng)業(yè)大國，每年農(nóng)作物秸桿年產(chǎn)逾6億噸，除少量被用作紡織、造紙行業(yè)，但大部分以堆積、焚燒的形式傾入環(huán)境，既浪費了資源也給環(huán)境造成了極大地危害。
[0003]秸桿含有植物光合作用所積累的一半以上的能量，富含粗糖、粗蛋白質(zhì)等有利于家畜家禽所需的成分，作為非競爭性的飼料資源，只要能夠進行合理的加工調(diào)制，用來飼喂畜禽，特別是用來飼喂牛、羊等反芻家畜，有可能成為優(yōu)質(zhì)的飼料資源。同時，我國又是一個飼料(尤其是蛋白質(zhì)飼料)嚴重短缺的大國，每年需進口大量的魚粉以彌補蛋白質(zhì)飼料的不足。能否將秸桿纖維轉(zhuǎn)化為動物可利用且營養(yǎng)價值高的蛋白質(zhì)飼料，以解決飼料需求的嚴重不足，就顯得尤為重要。
[0004]植物的秸桿主要有木質(zhì)素和纖維素構成。木質(zhì)素是一類由苯酚和非苯酚結構單元通過醚鍵和碳碳鍵等連接而成的具有芳香族特性的天然聚合物，其在組分種類和連接鍵類型方面的多樣性，意味著其結構的異質(zhì)性與不規(guī)則性，也決定了對木質(zhì)素進行生物降解的復雜性和特殊性，且其在植物細胞壁中與半纖維素以共價鍵形式結合后，將纖維素分子包埋在其中，形成堅固的天然屏障，使一般的微生物很難進入其中分解纖維素，因此，木質(zhì)素的降解也是能否有效利用秸桿資源的關鍵因素。
[0005]目前降解秸桿的主要方法中有代表性的包括蒸汽汽爆預處理、硫酸預處理、氫氧化鈉預處理、氨水預處理和生物預處理等5種方法。蒸汽汽爆則是以高壓蒸汽滲入纖維內(nèi)部，以氣流的方式從封閉的空隙中釋放出來，纖維發(fā)生一定的機械斷裂，使原料中大部分半纖維素和少量木質(zhì)素、纖維素降解溶出，該方法成分較高，需要大型的設備，木質(zhì)素還需要處理；酸處理法是利用硫酸水解糖苷鍵、酯鍵等，使玉米秸桿纖維的網(wǎng)狀結構疏松，但是該方法耗用大量的有機酸或無機酸，木質(zhì)素仍需要進一步處理，不適應大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。堿處理和氨水處理是利用木質(zhì)素溶于堿性溶液，與酸處理一樣同樣存在環(huán)境污染問題。這由于些方法普遍都存在反應條件較難掌握、反應溫度高、處理時間長、占用空間大、處理效果不理想，不能去除木質(zhì)纖維素等問題。
[0006]米曲霉能分泌多種酶類如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、果膠酶、植酸酶、糖化酶等，因此該菌在現(xiàn)代工業(yè)中的應用領域不斷擴展。Tejomyee S.B.等人從被久效磷污染的土壤中分離得到米曲霉，研究其對農(nóng)藥久效磷的生物降解作用，研究結果表明在較短時間里米曲霉對久效磷降解的高效性。Truong Q.T.等人研究了用米曲霉處理含有高濃度懸浮體的木薯淀粉加工廢水中的情況，通過改變多種影響米曲霉生長的因素來提高其對廢水的降解效率，其降解率可高達90%。Xiang J.M.等人從煙葉中分離得到了能降解尼古丁的米曲霉，研究利用米曲霉的靜息細胞分析對尼古丁的降解途徑。通過對降解過程中間產(chǎn)物的分析，最終確定了利用真菌降解尼古丁的新途徑。Parshetti G.K.等人研究了米曲霉NCIM-1146對活性藍-25的生物降解作用。研究發(fā)現(xiàn)活性藍的脫色是通過真菌的吸收然后才被降解的，在搖床培養(yǎng)條件下比靜置培養(yǎng)具有較快的吸收和脫色。添加葡萄糖后提高了米曲霉對活性藍的降解。由此可見米曲霉具有降解較難降解有機物的能力。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明人經(jīng)過深入的研究，摸索出一種以秸桿為主要原料，通過米曲霉菌體固體培養(yǎng)降解秸桿中的木質(zhì)素、纖維素，生產(chǎn)蛋白飼料的工藝。該工藝不同于過去的方法在于所使用的菌種是被美國食品藥物管理局(FDA)和美國飼料公定協(xié)會(AAFCO)、我國農(nóng)業(yè)部認定的可以直接飼喂動物的飼料級微生物添加劑的米曲霉菌種，采用秸桿作為主要原料，通過固態(tài)發(fā)酵獲得蛋白飼料。
[0009]本發(fā)明目的是提供了一種以米曲霉為菌種，以秸桿為原料進行固態(tài)發(fā)酵的生產(chǎn)蛋白飼料的工藝，包括以米曲霉為出發(fā)菌株，進行試管擴大培養(yǎng)、液體搖瓶培養(yǎng)、一級種子培養(yǎng)和固體發(fā)酵培養(yǎng)，得到降解秸桿的蛋白飼料。
[0010]本發(fā)明所用的菌種是米曲霉任何一種菌種，如中國普通微生物菌種保藏管理中心(CCGMC)、中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心(ACCC)、中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC)、中國醫(yī)學微生物菌種保藏管理中心(CMCC)、國家獸醫(yī)微生物菌種保藏中心(CVCC)和抗生素菌種保藏管理中心等等保藏的菌種。
[0011]本發(fā)明所使用的原料是任意一種秸桿，如玉米秸桿、稻草秸桿、麥秸桿、高粱秸桿、大豆秸桿、棉花秸桿等等所有含有木質(zhì)素的農(nóng)作物秸桿，秸桿首先經(jīng)過粉碎，過20?100目的篩。
[0012]本發(fā)明所述的發(fā)酵工藝中，其試管擴大培養(yǎng)基為馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。
[0013]本發(fā)明所述的發(fā)酵工藝中，其液體搖瓶培養(yǎng)基和一級種子培養(yǎng)基均為(克/升):葡萄糖5?30，酒石酸銨0.1?5，苯甲醇0.2?3，硫酸鎂0.2?1，吐溫80 0.5?10，磷酸二氫鉀2?9，鄰苯二甲酸3?18，pH 5?8，120?140°C滅菌20?40分鐘；
其中所述的搖瓶培養(yǎng)工藝條件為，接種一環(huán)米曲霉試管斜面孢子于裝有16?48% (體積比)培養(yǎng)基的三角瓶中，在轉(zhuǎn)速:150轉(zhuǎn)/分，25?35°C，培養(yǎng)24?72小時；
其中所述的一級種子培養(yǎng)工藝為，按I?20% (體積比)的接種量將搖瓶培養(yǎng)種子液接種到一級種子培養(yǎng)基中，在溫度25?35°C，攪拌轉(zhuǎn)速50?200轉(zhuǎn)/分，通氣量0.2?2:1體積/體積/每分鐘(通氣氣體體積/發(fā)酵液體積/每分鐘),培養(yǎng)18?72小時；
本發(fā)明所述的固體發(fā)酵培養(yǎng)中，其固體發(fā)酵培養(yǎng)基組成為:秸桿10千克，水20?60千克，葡萄糖0.5?3千克，尿素0.05?0.2千克；硫酸銅5?15克，硫酸亞鐵5?15克，硫酸錳5?20克，該培養(yǎng)基各成分可以按同等此比例放大；
其中所述的固體發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵工藝為:按2?20%(種子液體積/發(fā)酵培養(yǎng)基重量)，培養(yǎng)料厚度為0.1?0.4米，料寬0.5?2米，長度不限，通氣量為0.3?1.5:1 (氣體體積/發(fā)酵培養(yǎng)基重量)/每分鐘，培養(yǎng)時間為3天?23天，中途翻料I?2次。
[0014]在本發(fā)明所述的發(fā)酵工藝中，在進行搖瓶培養(yǎng)之前，首先將米曲霉菌種接入新配置的馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度25?35°C，培養(yǎng)時間48?144小時；4?10 °C保存?zhèn)溆?。[0015]由本發(fā)明獲得秸桿發(fā)酵物含有大量的黃色米曲霉孢子，發(fā)酵物色質(zhì)米黃色至褐色，具有酒香味，木質(zhì)素降解率為34-76%，蛋白質(zhì)含量為15-40%，飼料得率為45-60%。
[0016]根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)酵培養(yǎng)工藝，結合本領域的基本知識，可以根據(jù)生產(chǎn)需要，增加二級、三級甚至四級種子罐，進一步擴大固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)規(guī)模，以進行工業(yè)化生產(chǎn)。二級、三級甚至四級種子罐采用的培養(yǎng)基與搖瓶培養(yǎng)基和一級種子培養(yǎng)基相同，接種量為5-20%，培養(yǎng)條件同于一級種子培養(yǎng)。
[0017]采用此工藝的優(yōu)點采用固態(tài)發(fā)酵，并且不經(jīng)高溫高壓處理，這樣不會給環(huán)境造成污染，也不會浪費資源。
[0018]為了進一步闡述本發(fā)明的技術方案所涉及的材料及工藝，給出了以下實施例，但是這些實施例不以任何形式限制本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發(fā)明米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0019]根據(jù)此工藝采用的蛋白質(zhì)測定方法為采用南京建成生物工程公司生產(chǎn)的考馬斯亮蘭試劑盒測定方法。準確稱取I克蛋白飼料，溶于50mL水中，室溫振蕩2小時，抽濾，濾液定容至50mL，即為樣品液，用于蛋白質(zhì)測定。測定操作步驟按試劑盒說明書進行。蛋白質(zhì)含量按下列公式計算:
【權利要求】
1.米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于按照下述步驟進行:以秸桿為原料進行固態(tài)發(fā)酵的生產(chǎn)蛋白飼料的工藝，包括以米曲霉為出發(fā)菌株，進行試管擴大培養(yǎng)、液體搖瓶培養(yǎng)、一級種子培養(yǎng)和固體發(fā)酵培養(yǎng)，得到降解秸桿的蛋白飼料。
2.根據(jù)權利要求1所述的米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于所用的菌種是米曲霉任何一種菌種，如中國普通微生物菌種保藏管理中心(CCGMC)、中國農(nóng)業(yè)微生物菌種保藏管理中心(ACCC)、中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC)、中國醫(yī)學微生物菌種保藏管理中心(CMCC)、國家獸醫(yī)微生物菌種保藏中心(CVCC)和抗生素菌種保藏管理中心等等保臧的菌種。
3.根據(jù)權利要求1所述的米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于所使用的原料是任意一種秸桿，如玉米秸桿、稻草秸桿、麥秸桿、高粱秸桿、大豆秸桿、棉花秸桿等等所有含有木質(zhì)素的農(nóng)作物秸桿，秸桿首先經(jīng)過粉碎，過20?100目的篩。
4.根據(jù)權利要求1所述的米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于所述的發(fā)酵工藝中，其試管擴大培養(yǎng)基為馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基。
5.根據(jù)權利要求1所述的米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于所述的發(fā)酵工藝中，其液體搖瓶培養(yǎng)基和一級種子培養(yǎng)基均為克/升:葡萄糖5?30，酒石酸銨0.1?5，苯甲醇0.2?3，硫酸鎂0.2?I，吐溫80 0.5?10，磷酸二氫鉀2?9，鄰苯二甲酸3?18，pH 5?8，120?140°C滅菌20?40分鐘； 根據(jù)權利要求1所述的米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于其中所述的搖瓶培養(yǎng)工藝條件為，接種一環(huán)米曲霉試管斜面孢子于裝有體積比16?48%培養(yǎng)基的三角瓶中，在轉(zhuǎn)速:150轉(zhuǎn)/分，25?35°C，培養(yǎng)24?72小時。
6.根據(jù)權利要求1所述的米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于其中所述的一級種子培養(yǎng)工藝為，按體積比I?20%的接種量將搖瓶培養(yǎng)種子液接種到一級種子培養(yǎng)基中，在溫度25?35°C，攪拌轉(zhuǎn)速50?200轉(zhuǎn)/分，通氣量0.2?2:1體積/體積/每分鐘(通氣氣體體積/發(fā)酵液體積/每分鐘),培養(yǎng)18?72小時。
7.根據(jù)權利要求1所述的米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于所述的固體發(fā)酵培養(yǎng)中，其固體發(fā)酵培養(yǎng)基組成為:秸桿10千克，水20?60千克，葡萄糖0.5?3千克，尿素0.05?0.2千克；硫酸銅5?15克，硫酸亞鐵5?15克，硫酸錳5?20克，該培養(yǎng)基各成分可以按同等此比例放大。
8.根據(jù)權利要求1所述的米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于其中所述的固體發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵工藝為:按種子液體積/發(fā)酵培養(yǎng)基重量的2?20%，培養(yǎng)料厚度為0.1?0.4米，料寬0.5?2米，長度不限，通氣量為0.3?1.5:1 (氣體體積/發(fā)酵培養(yǎng)基重量)/每分鐘，培養(yǎng)時間為3天?23天，中途翻料I?2次。
9.根據(jù)權利要求1所述的米曲霉降解秸桿生產(chǎn)蛋白飼料的方法，其特征在于在本發(fā)明所述的發(fā)酵工藝中，在進行搖瓶培養(yǎng)之前，首先將米曲霉菌種接入新配置的馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度25?35°C，培養(yǎng)時間48?144小時；4?10°C保存?zhèn)溆谩?br> 【文檔編號】A23K1/14GK103444988SQ201210169686
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月29日 優(yōu)先權日:2012年5月29日
【發(fā)明者】張志才, 陳鈞, 任曉鋒, 黃達明 申請人:江蘇大學