摘 要

本研究从玉米芯中提取阿拉伯木聚糖，并利用酿酒酵母和根霉菌发酵固态残渣生产蛋白饲料，重点研究了玉米芯粒度、固态发酵工艺对饲料粗蛋白含量的影响。研究结果表明：玉米芯阿拉伯木聚糖得率为4.66%（80目）， 2.79%（40目）；两步发酵法玉米芯饲料蛋白质含量为12.84%（40目），11.61%（80目），16.41%（80目残渣）；协同发酵法玉米芯饲料蛋白质含量为12.71%（40目），11.54%（80目），16.77%（80目残渣）。玉米芯（残渣）的固态发酵工艺为：料液比1：2.5 ，尿素2%，酿酒酵母与根霉菌接种量0.4%（m/m），28℃协同发酵14天。粗蛋白含量16.77%。

关键词：阿拉伯木聚糖 玉米芯 残渣 蛋白饲料

Study on Production of Protein Feed from Corn Cob Residue by Microbial Fermentation

Abstract

In this study, arabinoxylan was extracted from corncob, and protein feed was produced from solid-state residue of Saccharomyces cerevisiae and Rhizopus. The effects of particle size of corncob and solid-state fermentation technology on crude protein content of feed were studied. The results showed that the yield of arabinoxylan from corncob was 4.66% (80 mesh) and 2.79% (40 mesh); the protein content of corn cob feed by two-step fermentation was 12.84% (40 mesh), 11.61% (80 mesh), 16.41% (80 mesh residue); the protein content of corn cob feed by synergistic fermentation was 12.71% (40 mesh), 11.54% (80 mesh) and 16.77% (80 mesh residue). The solid-state fermentation technology of corn cob (residue) was as follows: solid-liquid ratio 1:2.5, urea 2%, inoculation of Saccharomyces cerevisiae and Rhizopus spp. 0.4% (m/m), and synergistic fermentation at 28 (?) for 14 days. The crude protein content was 16.77%。

Key Words：Arabinoxylan; Corncob; The residue;Protein feed

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 玉米芯 1

1.1.1 玉米芯的用途 1

1.1.2 蛋白饲料 1

1.1.3 阿拉伯木聚糖 1

1.1.4 玉米芯饲料行业前景 2

1.2 玉米芯残渣的制备 2

1.2.1 酸水解残渣 2

1.2.2 阿拉伯木聚糖提取残渣 2

1.2.3 玉米芯残渣的成分 2

1.2.4 玉米芯残渣用途 3

1.3 玉米芯的发酵 3

1.3.1 玉米芯的发酵种类 3

1.3.2 玉米芯的单菌种发酵 4

1.3.3 玉米芯的混合发酵 4

1.4 蛋白饲料的质量评价 5

1.5 本课题研究的目的和意义 5

第二章 实验药品与实验方法 6

2.1 实验所用材料 6

2.1.1 实验原料 6

2.1.2 实验菌种 6

2.1.2 主要试剂 6

2.2 实验设备 6

2.3 实验方法 7

2.3.1 玉米芯的前处理 7

2.3.2 阿拉伯木聚糖提取步骤^[17] 7

2.3.3 玉米芯残渣的处理 8

2.3.4 玉米芯及玉米芯残渣发酵产蛋白饲料 8

2.3.5 阿拉伯木聚糖的测定 8

2.4 研究内容 9

2.4.1不同目数的玉米芯提糖率的差异 9

2.4.2两步发酵法发酵玉米芯（残渣） 9

2.4.3两步发酵法发酵玉米芯（残渣） 9

2.4.4协同发酵法发酵玉米芯（残渣） 9

第三章 结果与讨论 10

3.1不同目数的玉米芯中阿拉伯木聚糖得率的影响因素 10

3.2两步发酵对玉米芯中蛋白质和总糖含量的影响 10

3.2.1 玉米芯的两步发酵 10

3.2.2根霉菌糖化对玉米芯中总糖含量的影响 10

3.2.3酿酒酵母发酵对玉米芯中蛋白质含量的影响 12

3.3酿酒酵母与根霉菌协同发酵对玉米芯中蛋白质含量变化的影响 13

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 18

致谢 20

第一章 绪论

1.1 玉米芯

1.1.1 玉米芯的用途

玉米芯占玉米总质量的20.0%-30.0%，人不能直接食用，即为玉米的副产品。我国目前每年约有4000万吨玉米芯。玉米芯具有高吸水性、组织分布均匀、硬度低弹性好、营养丰富^[8]和高耐磨性等优点^[1]。玉米芯可直接饲喂利用、提取木聚糖、作为木糖醇的工业原料，作为有机酸、氨基酸、糖醇等的生产原料^[6]，也可经过前处理后经微生物发酵作为蛋白饲料。

1.1.2 蛋白饲料

2005年我国蛋白饲料缺口达到了2020万吨，总产量仅为1980吨，到了2014年我国的蛋白饲料总产量达到了1.9亿吨，缺口进一步扩大，粮食总销量的53%为养殖用粮^[4]。但是目前，在我国的蛋白质饲料供给上，能够自给自足的还不到一半。到 2020年左右，缺口将达到4800万吨左右^[3]。所一直在限制着我国饲料产业的发展最重要因素就是饲料在原料总量上的不足，特别是其中蛋白质饲料原料的不充裕。所以用玉米芯残渣制取高蛋白饲料具有很高的应用价值^[15]。

1.1.3 阿拉伯木聚糖

阿拉伯木聚糖是由阿拉伯糖和木糖组成，作为一种复合多糖常出现在半纤维素中。小麦、麦麸、玉米、玉米芯中所含阿拉伯木聚糖见表1所示。阿拉伯木聚糖微观构造为β一D一吡喃木糖残基经β一(1—4)糖苷键衔接而成木聚糖，侧链衔接而成α一L一呋喃阿拉伯糖[^17]。
表1 原料中所含阿拉伯木聚糖

1.1.4 玉米芯饲料行业前景

科技与工艺的进步使得玉米芯的利用途径变得更为广泛，主要用于栽培菌菇、生产低聚木糖、葡萄糖、乙醇 ^[9]、糠醛等, 但用量较少^[5]；玉米芯也可用于农作物料、饲料的预混料载体以及兽药的承载体等，这方面的使用量仅占玉米芯总产量的10%~10.4%。在畜牧业快速发展的情况下，对玉米芯进行发酵处理可以制得蛋白饲料，在减少玉米轴浪费的同时还可以减轻粮食缺少与饲料用粮过多的矛盾问题，故而开发玉米芯饲料产品具有较大的经济价值和社会价值^[11]。

1.2 玉米芯残渣的制备

1.2.1 酸水解残渣

李永莲等^[16]通过10种预处理方法综合考虑经济成本选定了最优方法为1.0%H2SO4预处理法。通过红外吸收光谱分析经1.0%H₂SO₄预处理后，玉米芯中碳水化合物分解, 羧酸酯类化合物和酮类化合物水解, 木质素有一定的破坏, 结晶结构破坏, 纤维素、半纤维素、糖类及其他碳水化合物部分被分解, 其酸水解玉米芯残渣可进行生物利用。

1.2.2 阿拉伯木聚糖提取残渣

称取一定量过筛后的玉米芯→加入一定量的氢氧化钠溶液→恒温水浴搅拌→冷却→离心取上层清液→有机溶剂沉淀→离心收集沉淀→冷冻干燥→产品阿拉伯木聚糖。剩余的残渣也可进行生物利用，作为蛋白饲料的底物^[3]

1.2.3 玉米芯残渣的成分

玉米芯提取阿拉伯木糖后的残渣主要组分为木质素、纤维素、灰分。玉米芯残渣的组成分析及元素分析见表1-2、表1-3^[2]。

表1-2 玉米芯残渣组分

表1-3 玉米芯残渣的元素

1.2.4 玉米芯残渣用途

经上述流程提取后所余残渣主要用途有制备高强度的全生物质再生膜、制备活性炭、处理后作为饲料等用途。在玉米芯残渣中花生粕和豆粕等含氮饲料辅料后，加入酵母菌、乳酸菌协同厌氧发酵可提高粗蛋白质含量，从而获得一种高蛋白饲料^[4]。

1.3 玉米芯的发酵

1.3.1 玉米芯的发酵种类

玉米芯发酵根据接入的发酵菌种好、厌氧特点通常可分为好氧发酵和厌氧发酵。发酵方法为在每个锥形瓶中添加40g，料液比为1∶2，接种量为 10％（菌种在28℃水中进行活化然后加入玉米芯中搅拌均匀结块），9天后发酵结束^[6]。好氧培养需要每日加入一定的水并进行摇匀防止结块；好厌氧发酵需前5天进行好氧发酵，后4天进行厌氧发酵；依据接种的菌种种类数，玉米芯生物发酵可分为单菌种发酵和多菌种发酵。根据所选菌种的厌氧或好氧选取相应的上文介绍的发酵方法进行单菌发酵或混合菌发酵具体内容见表1-4；玉米芯生物发酵根据是否加入豆粕、花生粕、麸皮和玉米粉等发酵原料可分为纯玉米芯生物发酵与非纯玉米芯生物发酵。