论文部分内容阅读
我国玉米秸秆产量丰富,年产量高达2亿吨,大部分秸秆尚未被有效利用,而将玉米秸秆生产秸秆生物饲料是一种经济高效的利用手段,解决目前玉米秸秆利用难,利用率低的问题,改善环境,提高饲料经济价值。本研究以玉米秸秆为原料,经过瞬时弹射式蒸汽爆破(Instant Catapult Steam Explosion,ICSE)预处理,对饲料生产的高蛋白菌种进行优化筛选,并优化饲料的生产工艺,推动玉米秸秆转化生物饲料工业化运动,以期达到生产三种高价值的生物饲料。本文利用ICSE预处理后玉米秸秆水解液添加产朊假丝酵母生产单细胞蛋白饲料。对玉米秸秆、ICSE预处理后的玉米秸秆及ICSE预处理后的玉米秸秆水解后的发酵醪进行成分检测分析,结果表明2.0Mpa,150s ICSE预处理玉米秸秆与未处理玉米秸秆相比:半纤维素减少85.7%,纤维素减少4.6%,木质素减少13.8%,消除99%以上呕吐毒素(DON),黄曲霉毒素B1(AFB1)和玉米赤霉烯酮(F-2),淀粉含量降低25%,粗蛋白、粗脂肪和矿质元素无明显变化。ICSE预处理使玉米秸秆中的天门冬氨酸,精氨酸和赖氨酸分别降低44.7%,72.7%和76%,17种氨基酸总量由4.03 g/100g下降到3.63 g/100g;对ICSE预处理后的玉米秸秆水解条件进行单因素优化实验,筛选出最优玉米秸秆水解条件,条件为纤维素酶15FPU/g,木聚糖酶3000U/g,料水比1:7,水解时间为72h。在此条件下水解100g玉米秸秆产糖35.7g。对四株产朊假丝酵母进行在木糖、纤维二糖生长性能的筛选,选出一株能高效降解木糖和纤维二糖的产朊假丝酵母,菌株编号为Candida utilis BNCC 336517,在以木糖为唯一碳源的培养基中对木糖的降解率发酵培养48h达到42%,在以纤维二糖为唯一碳源的培养基中表现出良好的性能,发酵培养24h对纤维二糖的降解率达到95%。之后对本株产朊假丝酵母进行在玉米秸秆水解液耐受性驯化实验,本株酵母在驯化完成后能在百分百完全水解液中生长,且生长性能良好。之后对菌株Candida utilis BNCC 336517在玉米秸秆水解液中发酵条件进行优化,当对玉米秸秆水解液进行滤膜过滤除菌,(NH4)2SO4添加量为5g/L时,发酵24h能得到最大菌体量,菌体量为2.08×108。对成品单细胞蛋白饲料进行营养成分检测,菌体干重达到14g/L,粗蛋白46.8%,粗脂肪8.08%,粗灰分5.27%,P含量达到0.46%,Ca含量达到0.06%。利用ICSE预处理后玉米秸秆生产单细胞蛋白饲料工艺是可行的,产品营养成分丰富,具有市场推广潜力,具有一定经济价值。通过优化瞬时弹射式蒸汽爆破(Instant Catapult Steam Explosion,ICSE)预处理玉米秸秆同步酶解发酵(Synchronous saccharification and fermentation,SSF)工艺,提高玉米秸秆转化生物真蛋白饲料工艺的效率和可行性。使用合成培养基和秸秆酶解物培养产朊假丝酵母(Candid utilis BNCC 336517),比较不同温度条件下单纯酶解和同步酶解发酵对瞬时弹射式蒸汽爆破预处理秸秆的糖转化率影响;进一步设计正交试验获得玉米秸秆转化真蛋白最佳条件。产朊假丝酵母能高效利用纤维二糖;37℃,单纯酶解100 g瞬时弹射式蒸汽爆破预处理玉米秸秆可产32.16g总糖。同步酶解发酵后干物质降解率51.61%,总糖利用率为84.1%;相同温度条件下三因素三水平正交实验结果:料水比1:7,纤维素酶复合物20 FPU,添加1%(NH4)2SO4,发酵96 h后产品真蛋白质含量为14.66%。得到产朊假丝酵母最优同步酶解发酵条件,且该条件下转化玉米秸秆生产生物饲料具有经济可行性。干黄玉米秸秆经瞬时弹射式蒸汽爆破(ICSE)预处理后微贮,生产玉米秸秆微贮饲料,调查产品营养成分变化及奶牛瘤胃物质消化率变化规律。使用1.2Mpa,200s;1.8Mpa,200s;2.0Mpa,150s三种条件对干黄玉米秸秆进行ICSE预处理,接种乳酸菌厌氧微贮60天;对微贮产品粗营养成分、氨基酸组成和真菌毒素含量进行检测和比较分析;采用原位尼龙袋技术,对微贮产品进行奶牛瘤胃干物质消失率评价,为下一步干黄玉米秸秆微贮产品在反刍动物养殖过程中的应用和推广提供借鉴。1.8Mpa,200s预处理后微贮饲料品质相对最佳,微贮后pH值4.45,含水量54%,粗蛋白10.85%,粗脂肪8.12%,粗纤维27.73%,NDF含量为44.5%,ADF 35.53%,总氨基酸3.91%。瘤胃消失率试验表明,粗蛋白消失率为77.1%,NDF消失率为22.8%,DM消失率为51.7%。微贮后真菌毒素含量均在国家安全标准范围之内。经过1.8Mpa,200s预处理后微贮干黄玉米秸秆明显改善了玉米秸秆饲料的品质,在反刍动物养殖中具有一定的应用和推广潜力。