不同ph和微生物處理對鮮蘋果渣直接發酵產質的影響

中國是一個重要的水果生產大國。2006年，中國的水果生產量為60萬噸，新鮮水果的產量為180萬噸。蘋果渣的使用已成為一個必須盡快解決的問題。蘋果渣含有豐富的營養物質,可作為飼料原料。但由于蘋果渣干物質中蛋白質含量僅40g/kg左右,直接作飼料品質較差。近年來,蘋果渣發酵利用已引起人們的普遍重視,對蘋果渣發酵菌種選育、發酵培養基及發酵工藝已進行了初步研究[6,7,8,9,10,11,12,13],認為通過發酵可提高蘋果渣中蛋白質含量,改善蘋果渣品質。但已有研究大多為烘干蘋果渣滅菌發酵,直接利用鮮蘋果渣不滅菌發酵的報道較少。利用鮮蘋果渣直接發酵可簡化生產工藝,降低生產成本,在生產上有重要的實用意義。本文研究了滅菌、物料pH和氮素等因子對鮮蘋果渣發酵產物中純蛋白質含量和產品得率的影響,以期為利用鮮蘋果渣直接發酵生產蛋白飼料提供科學依據。1材料和方法1.1實驗原料及混合原料的確定發酵劑:由酵母菌Y12與黑曲霉H14按體積比5∶1混和而成。黑曲霉H14為纖維素酶高產株,Y12為飼料酵母菌,均由西北農林科技大學資源環境學院微生物資源研究室保存。發酵原料:新鮮蘋果渣,由乾縣海升果業發展股份有限公司提供;油渣,由市場購得。混合原料:鮮蘋果渣∶油渣粉=30∶4(質量比,相當于干蘋果渣∶油渣粉=6∶4);純果渣:直接用鮮蘋果渣。1.2方法1.2.1混合原料發酵純果渣發酵:N素設加N、不加N2個水平;發酵物料pH設3,5和63個水平;物料前處理設滅菌、不滅菌對照2個水平;同時設不接菌對照。混合原料發酵:氮源物質種類分別為NH4NO3、(NH4)2SO4、NH4Cl和CO(NH2)24種;發酵物料pH設置及滅菌處理同純果渣發酵。1.2.2物料ph和發酵混合原料發酵:在廣口瓶中加入混合原料34g(折合干物質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,調整物料pH為3,5,6;最后補入6mL水,使混合原料與水的質量比達到1∶3,充分混勻。不滅菌處理每瓶直接接入0.5g發酵劑,用4層紗布包扎后置于培養箱;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用量接入發酵劑;對照處理不接發酵劑。純果渣發酵:稱鮮純果渣30g(折合干物質6g)于廣口瓶中,分別加入Ca(OH)2粉0,0.3,0.5g,調整物料pH為3,5,6;按每瓶0.12g純N加入NH4NO3;無N對照不加NH4NO3。滅菌和發酵劑接種同混合原料發酵。以上各處理均重復3次,28℃條件下培養3d,記錄各處理外觀生長狀況。發酵結束后將發酵產物80℃條件下烘干,稱質量,備用。1.2.3發酵飼料中的純蛋白質含量測定純蛋白質含量測定參考文獻的方法。1.2.4接菌的破碎純蛋白質含量1.5%增率/%=(接菌處理純蛋白質含量-不接菌對照純蛋白質含量)/不接菌對照純蛋白質含量×100%;滅菌增率/%=(滅菌處理純蛋白質含量-不滅菌處理純蛋白質含量)/不滅菌處理純蛋白質含量×100%;發酵產物得率/%=(發酵產物干重/原料干重)×100%。2結果與討論2.1不同菌體生長情況不同處理發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于不滅菌對照。經過3d培養,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,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,菌體生長良好。從菌體生長狀況可以看出,鮮蘋果渣發酵應采用滅菌發酵,pH為5～6,N素采用NH4NO3、(NH4)2SO4及NH4Cl。2.2不同ph對發酵產物的影響從表2和表3可知,利用混合原料發酵時,不同pH條件下發酵產物中純蛋白質含量不同。在不滅菌處理中,發酵產物純蛋白質含量平均值大小順序為pH6(189.0g/kg)>pH5(160.3g/kg)>pH3(138.2g/kg);在滅菌處理中,表現出相同趨勢:pH6(206.9g/kg)>pH5(196.5g/kg)>pH3(190.6g/kg)。說明不論滅菌與否,微酸性條件下發酵產物中純蛋白質含量較高;但pH過低,不利于單細胞蛋白形成,發酵產物中純蛋白質含量較低。在純果渣發酵中,pH對發酵產物中純蛋白質含量的影響較小。如在不滅菌加氮處理中,pH調至3,5,6時,發酵產物中純蛋白質含量分別為77.2,79.0及86.7g/kg,差異不顯著。以上結果表明,不同pH下發酵產物中純蛋白質含量不同,微酸性環境更有利于菌體的發酵生長,鮮蘋果渣酸度較大不利于發酵產物中蛋白質含量的提高,蘋果渣發酵的適宜pH約為6,即在發酵前根據蘋果渣的pH高低,加入一定量熟石灰調節發酵原料酸度至pH6是必要的。在用混合原料發酵時,pH調節更為重要。由表2和表3可知,加入N素能大幅度提高發酵產物中純蛋白質含量。不滅菌處理條件下,純果渣不加氮和加氮處理發酵產物中純蛋白質平均含量分別為69.0和81.0g/kg,加入氮素后發酵產物中純蛋白質含量較不加氮對照提高17.4%;滅菌處理條件下,純果渣不加氮和加氮處理發酵產物中純蛋白質平均含量分別為101.9,122.6g/kg,加入無機氮素后發酵產物中純蛋白質含量較對照提高20.3%。由表2,3還可以看出,N源種類對發酵產物中純蛋白質含量也有一定影響。不滅菌條件下,NH4NO3、(NH4)2SO4、NH4Cl和CO(NH2)2處理的發酵產物中平均純蛋白質含量分別為171.8,168.4,159.2和150.5g/kg,可見鮮蘋果渣直接發酵時,NH4NO3和(NH4)2SO4的作用效果優于NH4Cl和CO(NH2)2;滅菌條件下,NH4NO3、(NH4)2SO4、NH4Cl和CO(NH2)2處理的發酵產物中平均純蛋白質含量分別為211.0,194.8,179.7和206.7g/kg,即加入NH4NO3和CO(NH2)2的作用效果優于(NH4)2SO4和NH4Cl;不論滅菌與否,對發酵產物中純蛋白質含量提高最大的N源均為NH4NO3,當pH為6時,加NH4NO3處理可使混合原料和純果渣發酵產物中純蛋白質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酵。從表2和表3可知,混合原料中不滅菌與滅菌處理發酵產物中純蛋白質含量平均值分別為162.5和198.0g/kg,即滅菌可使發酵產物中純蛋白質含量顯著提高,增幅高達23.6%。從表3可知,加入不同氮素時,滅菌對發酵產物中純蛋白質含量的提高幅度不同,大小順序為CO(NH2)2(39.3%)>NH4NO3(24.4%)>(NH4)2SO4(16.8%)>NH4Cl(14.1%),其中加入CO(NH2)2處理發酵產物中純蛋白質含量增幅最高;在純果渣發酵中,加氮處理的滅菌增率均值高于不加氮處理,滅菌發酵較不滅菌發酵產物中純蛋白質含量平均提高49.8%。由表3還可以看出,在混合原料中,滅菌引起的蛋白質增幅隨物料pH而異。在pH為3,5,6時,混合原料4種氮源處理的純蛋白質平均增率分別為38.3%,23.1%及9.6%,即在原料酸度較大、且不進行pH調整直接發酵時,加熱滅菌可克服物料酸度過大對發酵的抑制作用,使產物中純蛋白質含量大幅度提高;在物料pH為6時,加熱滅菌對發酵產物中純蛋白質增加幅度不大。由此可見,蘋果渣滅菌能提高發酵產物中蛋白質含量,即在蘋果渣單細胞蛋白飼料的發酵生產中,應采取果渣滅菌發酵。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,滅菌后的果渣在營養上更有利于微生物的吸收利用。2.3發酵條件對發酵產物的形成率的影響2.3.1不同ph對混合原料滅菌效果的影響隨pH值的升高,發酵產物得率降低。混合原料不滅菌條件下,pH3,5和6處理的發酵產物平均得率分別為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酵的抑制作用,促進微生物生長繁殖,使微生物對底物的消耗增加,菌體蛋白大量增加,故在產物純蛋白質含量提高的同時,產物得率大幅度下降。純果渣發酵也反映出同樣的規律。2.3.2處理情況由表4可以看出,加入不同N素時,混合原料發酵產物得率相差不明顯。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,氮素種類對發酵產物得率影響不大。2.3.3原料發酵的平均得率由表4可以看出,不滅菌條件下發酵產物得率普遍高于滅菌條件。不滅菌與滅菌條件下,混合原料發酵的平均得率分別為74.9%與63.7%,即不滅菌條件下,發酵產物得率相對較高。純果渣發酵也反映出相同的規律。這是因為滅菌條件下微生物的生長狀況優于不滅菌處理,微生物生長繁殖較快,發酵產物中菌體數目多,消耗的碳源、能源物質多,故發酵產物得率較低。3不同發酵方法對鮮蘋果渣發酵的影響(1)利用鮮蘋果渣發酵,pH值影響發酵產物中純蛋白質含量,微酸性環境更有利于菌體生長,發酵產物中純蛋白質含量較高,果渣發酵的適宜pH為5～6。(2)加入N素發酵,能大幅度提高發酵產物中純蛋白質含量