利用深黃被孢黴固態發酵玉米澱粉和麩皮生產飼用油脂的方法
2023-05-30 08:10:01
專利名稱：利用深黃被孢黴固態發酵玉米澱粉和麩皮生產飼用油脂的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用深黃被孢黴固態發酵玉米澱粉和麩皮生產飼用油脂的方法， 屬於畜禽飼料技術領域。
背景技術：
在畜禽全價配合飼料中，能量飼料可佔到60% 85%，油脂是補充飼料能量的有效方法。油脂的來源主要有動物油脂，植物油脂和微生物油脂。近年來，為配製高能量全價飼料和提高配合飼料的適口性，往往在配制飼料時添加適量的動植物油脂。然而，將動植物油脂添加於配合飼料中，不僅提高了飼料成本，且加劇了動植物油脂的短缺。微生物油脂是經產油微生物利用環境中碳水化合物獲得，由於微生物培養簡單，繁殖迅速，物質能量轉換效率高，同時，大量未被利用的農業副產物可作為理想碳源，用於發酵生產油脂。因此，微生物油脂有潛力成為相對成本較低的油脂添加於配合飼料中以調節能蛋比平衡，對節約飼料成本，緩解能量飼料短缺和人畜爭糧狀況具有及其重要的作用。經研究發現，微生物油脂的脂肪酸組成及物理化學性質都同植物油脂相類似，即大部分是偶數碳鏈脂肪酸，但是其消化率較植物油脂低一些。早在一戰時期，德國科學家對微生物產油脂進行了研究，試圖利用油脂酵母和單細胞藻類來生產油脂，以解決糧食不足問題。之後，美國也開始著手微生物油脂的研究，但均未實現工業化生產。直到二戰前夕，德國科學家篩選到了適合於深層培養的菌種，才開始在德國工業化生產食用油。20世紀40年代，相繼發現一系列高產油微生物(油脂積累量超過細胞總量20%的微生物)， 如斯達氏油脂酵母(Lipomyces starkeyi)、粘紅酵母(Rhodotorula glutinis)、麴黴屬 (Aspergillus)、毛黴屬(Mucor)等。70年代，Wayman曾報導一株節桿菌AK19，產油脂達 85%，但所含不飽和脂肪酸(PUFAs)含量太低；Cosel in所選育的假絲酵母TM300及韓國的紅酵母NRRLY-1091產油脂皆在40%，並含有6%左右的PUFAs。進入80年代，Brown用裡斯木黴生產油脂可達16%，並含有較高的亞油酸成分；Manresa用銅綠色假單孢菌生產油脂達38%，所含亞油酸達50% ;1986年，日本、英國又首先推出含Y -亞麻酸(GLA)微生物油脂的保健食品、功能性飲料和高級化妝品等。20世紀90年代以來，特種油脂的發展愈來愈受到重視，相繼從絲狀真菌、微藻、細菌和酵母中，篩選到能生產許多特種油脂的菌種， 並對多種脫飽和酶進行研究，構建基因工程菌。被孢黴為一種低等真菌，高產油被孢黴利用碳水化合物進行發酵合成的油脂含量可達到40 50%，尤其富含GLA、ARA和EPA這三種 PUFAs0目前，在利用高產油微生物生產單細胞油脂時，所採用的發酵方式以深層液態發酵為主，少數採用半固態發酵。而深層液態發酵雖然能蓄積更多的油脂，但是生產成本較高， 半固態發酵雖能降低生產成本，但是菌絲體生長及油脂的產率不及深層液態發酵。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種利用深黃被孢黴固態發酵玉米澱粉和麩皮生產飼用油脂的方法。利用深黃被孢黴固態發酵玉米澱粉和麩皮生產飼用油脂的方法，將玉米澱粉和麩皮按照1 3的重量比混合後作為發酵底物，裝料量60g/250mL，含水量60%，按30%接種發酵2d的種子液，調節初始pH為6. 0，採用雙溫度培養發酵7d ；所述雙溫度培養發酵即前2d培養溫度為^°C，後5d培養溫度為^TC ；所述深黃被孢黴種子液培養方法為 種子培養基葡萄糖10g，磷酸二氫鉀0. lg，硫酸鎂0. 03g，酵母膏0. 2g，硫酸銨0. 2g，蒸餾水lOOmL，pH6，112°C滅菌20min ；用滅菌的接種環勾取2環斜面孢子於種子液體培養基中， 28 0C、180r/min 搖床培養 48h。本發明先通過篩選深黃被孢黴(Mortierella isabellina As 3. 3410，一種產油菌株)固態發酵培養基營養液的適宜C源、N源的含量，發酵時間等，再對發酵底物組成及發酵條件進行優化，使油脂產量高達10. 18g/100g，其中Y-亞油酸(GLA)和DHA分別佔總的粗脂肪含量的4. 03%和1. 7%0總能由發酵前的3779. 77Kcal/Kg提高到了 4885. 39Kcal/ Kg，成本比深層液態發酵大大降低。本發明利用深黃被孢黴研究以農作物副產物(玉米澱粉和麥麩)固態發酵生產微生物飼用油脂，提高了油脂的產量，降低了生產成本。
具體實施例方式以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。實施例1①碳源的篩選採用單因素試驗設計篩選C源分別以葡萄糖、果糖、麥芽糖、木糖和葡萄糖+木糖 (1 1)替代原發酵培養基中的C源(葡萄糖)，其餘培養基組分不變，28°C、180r/min搖床培養7d，過濾，65°C烘乾，測定最終生物量。以不同的六碳糖和五碳糖作為發酵培養基的唯一碳源進行發酵，以生物量作為判定最適C源指標，結果發現，六碳糖較之五碳糖更有利於菌絲體的生長，差異達到極顯著水平(P <0.01)。其中六碳糖中葡萄糖為最適C源，發酵 7d後生物量達到4. 20g/L，其次為果糖和麥芽糖。②氮源的篩選採用單因素試驗設計篩選N源分別以酵母膏、蛋白腖、硫酸銨、磷酸二氫銨和硝酸銨替代原發酵培養基中的N源，其餘培養基組分不變，280C、180r/min搖床培養7d,過濾， 65°C烘乾，測定最終生物量。結果發現，有機碳源中的酵母膏和無機氮源中的磷酸二氫銨利於菌絲體的生長，其中前者又優於後者，差異達到極顯著(P <0.01)。以酵母膏作為發酵培養基的單一 N源，經過7d的發酵，生物量達到4. 35g/L。③固態發酵動態以玉米澱粉和麩皮的混合物(1 1，重量比，下同)作為發酵底物，裝料量 20g/250mL，含水量40 %，按20 %接種發酵2d的種子液，調節初始pH為6. 0，採用雙溫度培養發酵7d(即前2d培養溫度為^°C，後5d培養溫度為^TC )，分別於發酵第5d、7d、 9d取樣。將所取樣品在65°C下烘乾，過40目篩，測定其粗脂肪，總能及可溶性糖。結果發現，還原糖濃度隨發酵時間的延長先上升，到達峰值後再下降。經過發酵總能顯著提高， 發酵 5d、7d、9d 的總能分別為 4056. 50cal/g、4092. 71cal/g、4073. 12cal/g，較發酵前分別提高了 7. 32%,8.和7. 76%。經過發酵，油脂含量與發酵前相比有了極顯著的提高(P 0. 05)，分別為4. 57g/100g和 5. 35g/100g。與發酵第9d的油脂產量相比差異極顯著(P <0.01)，經過9d的連續發酵，油脂含量可達7. 25g/100g。實施例2深黃被孢黴(Mortierella isabellina As 3.3410)購自中國科學院北京微生物所，種子培養基葡萄糖10g，磷酸二氫鉀0. lg，硫酸鎂0. 03g，酵母膏0. 2g，硫酸銨0. 2g，蒸餾水100mL，pH 6，112°C滅菌20min。用滅菌的接種環勾取2環斜面孢子於種子液體培養基中，28°C、180r/min搖床培養48h，待用。採用單因素試驗設計，分別以玉米澱粉和麩皮(1 1，重量比，下同)，玉米澱粉、複合蛋白飼料和麩皮(1 1 2)，複合蛋白飼料和麩皮(1 1)作為發酵底物，裝料量50g/500mL，含水量50 %，按20 %接種發酵2d的種子液，調節初始pH為6. 0，採用雙溫度培養發酵7d(即前2d培養溫度為^°C，後5d培養溫度為^TC )，每24h搖動一次三角瓶，連續發酵7d。結果發現，三種發酵底物所獲得的油脂產量分別為15. 士 1.04g/100g， 9. 18士2. 06g/100g和5. 74士0. 80g/100g，差異極顯著(P < 0. 01)。與發酵前相比，以玉米澱粉和麩皮(1 1)與玉米澱粉、複合蛋白飼料和麩皮(1 1 幻進行發酵，極大的提高了油脂產量，油脂產量分別是發酵前的近7.5倍和3倍，僅以複合蛋白飼料(CPF)和麩皮的混合物作為發酵底物，油脂產量提高較少，僅提高了 32.6%。因此，本發明的發酵底物選擇玉米澱粉和麩皮。發酵條件採用正交試驗設計進行測定，主要考慮最佳底物組成(A)、含水量(B)、 接種量(C)和裝料量⑶四個因素，每個因素取三個水平(見表1)，採用L9 (34)正交表安排試驗，並進行三次完全重複試驗，結果以三次試驗結果的平均值表示。表1發酵條件正交試驗因素水平
水平因素A玉米澱粉麩皮B含水量(%)C接種量(%)D 裝料量(g/250 mL)11:140102021:350204031:5603060 結果發現(表幻，對產油脂量影響顯著性因素依次是含水量>裝料量>玉米澱粉麩皮>接種量。最佳工藝條件為A2B3C3D3，即發酵底物中玉米澱粉與麩皮比值1 3，含水量60 %，接種量30 %，裝料量60g/250mL。發酵條件三次重複試驗的方差分析結果見表3。從表3可以發現，含水量和裝料量對油脂產量有極顯著的影響(P <0.01)，而其餘兩個因素(底物中玉米澱粉與麩皮的比例和深黃被孢黴接種量)對油脂產量影響不顯著，與表2綜合評分結果一致。通過計算，可估計在最適條件下深黃被孢黴固態發酵玉米澱粉和麩皮的混合物，油脂產量將在7. 71 10. ^g/100g之間，此時的置信度為99%。從表3中可看出在處理3 (A1B3C3D3)的條件下，油脂產量最高，達到9. 20g/100g，此值亦在最適發酵條件的估計置信區間內，從考慮生產成本出發，將以玉米澱粉和麩皮1 3的比例，含水量60%，接種量30%，裝料量60g/250mL的條件(AJ3C3D3)進行驗證試驗。表2不同的發酵條件對深黃被孢黴產油脂量的影響
權利要求
1.利用深黃被孢黴固態發酵玉米澱粉和麩皮生產飼用油脂的方法，其特徵在於，將玉米澱粉和麩皮按照1 3的重量比混合後作為發酵底物，裝料量60g/250mL，含水量60%， 按30%接種發酵2d的種子液，調節初始pH為6. 0，採用雙溫度培養發酵7d ；所述雙溫度培養發酵即前2d培養溫度為^°C，後5d培養溫度為^TC;所述深黃被孢黴種子液培養方法為種子培養基葡萄糖10g，磷酸二氫鉀0. lg，硫酸鎂0. 03g，酵母膏0. 2g，硫酸銨0. 2g，蒸餾水lOOmL，pH 6，112°C滅菌20min ；用滅菌的接種環勾取2環斜面孢子於種子液體培養基中，28°C、180r/min 搖床培養 48h。
全文摘要
本發明公開了利用深黃被孢黴固態發酵玉米澱粉和麩皮生產飼用油脂的方法，將玉米澱粉和麩皮按照1∶3的重量比混合後作為發酵底物，裝料量60g/250mL，含水量60％，按30％接種發酵2d的種子液，調節初始pH為6.0，採用雙溫度培養發酵7d；所述雙溫度培養發酵即前2d培養溫度為28℃，後5d培養溫度為26℃。使油脂產量高達10.18g/100g，其中γ-亞油酸(GLA)和DHA分別佔總的粗脂肪含量的4.03％和1.7％。總能由發酵前的3779.77kcal/kg提高到了4885.39kcal/kg，成本比深層液態發酵大大降低。
文檔編號C12R1/645GK102399832SQ20111034890
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月8日 優先權日2011年11月8日
發明者丁雪梅, 何軍, 餘冰, 吳德, 張克英, 方正峰, 曾秋鳳, 毛倩, 毛湘冰, 田剛, 鄭萍, 陳代文, 黃志清 申請人:四川農業大學