响应面法优化发酵工艺生产蛋白质饲料

2012-04-28宁德师范学院吴明霞陈锡雄

中国饲料 2012年20期

宁德师范学院吴明霞陈锡雄

目前玉米酒糟作为饲料原料，具有高蛋白质、高有效磷和高维生素含量等特点，含氨基酸的种类比玉米齐全，各种必需氨基酸的绝对含量高于玉米中相应的氨基酸含量，尤其是赖氨酸的含量比玉米高2倍，且含有大量酶、酵母菌体、B族维生素。此外，发酵过程中生成的未知促生长因子，能改善胃肠微生物环境，提高畜禽免疫功能，对动物生长十分有利（赵建国和种世博，2002）。本研究以玉米酒糟为培养基生产高蛋白质含量饲料，在对发酵时间、酒糟和豆粕的比例及底物水分含量等因素进行单因素试验的基础上，通过响应面法对发酵工艺进行优化，以期为酒糟生产蛋白质饲料提供试验依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料玉米酒糟：经处理后的干糟中真蛋白含量约为 25%（王颖和马海乐，2010）；菌种：枯草芽孢杆菌、酵母。

1.2 培养基豆粕培养液：豆粕15 g，葡萄糖1 g，pH 4.5，水 100 mL；LB 培养基：胰蛋白胨 10 g/L，酵母提取物5 g/L，氯化钠10 g/L；YPD培养基：酵母膏1%，蛋白胨2%，葡萄糖2%，琼脂粉2%；酒糟平板培养基：酒糟5% ，琼脂2% ，pH自然，121℃灭菌30 min，用于平板点种试验；酒糟发酵培养基：干酒糟88%，麦麸10%，尿素1%，硫酸铵1%，加水至初始含水量60%。

1.3 试验方法

1.3.1 种子发酵液的配制用生理盐水调整菌种数1×106个/mL，接种于液体培养基中，摇床150 r/min，30℃培养24 h（张吉鹃和李龙瑞，2010）。

1.3.2 固态发酵培养基的配制按65%含水量配制发酵基质，pH自然；搅拌，使混合液均匀于121 ℃，20 min灭菌（王俊峰，2004）。

1.3.3 响应面设计在前期单因素试验的基础上，重点考察发酵时间、水分与底物比例、酒糟与豆粕比例三个因素对真蛋白质含量的影响，并用响应面法进行优化，以真蛋白质含量为响应值，根据响应面法中的Box-Behnken试验设计原理，运用Design Expert7.0进行设计，试验因素与水平见表1。

1.3.4 测定方法真蛋白质含量的测定采用凯式定氮法（王俊峰，2004）。

表1 响应面分析因素与水平

2 结果和分析

2.1 响应面分析方案及试验结果响应面分析方案（郝学财和余晓斌，2006）和试验结果见表2。

表2 Box-Behnken试验设计方案和结果

2.2 模型的建立及显著性检验利用Design-Expert 7.0软件对表2中试验数据进行二次多项式回归拟合（赵志水和蒲彬，2012），获得如下数学模型：

Y=40.48+2.83A+3.24B+1.16C+0.28AB-0.045AC-1.65BC-4.99A2-3.38B2-2.81C2。

模型的可靠性可从方差分析及相关系数来考察，结果见表3。当P＞F值小于0.05时，即表示该指标显著。由表3可知，所建立的二次多项式具有显著性；失拟性不显著。一次项A、B和C均极显著，显著性大小为B>A>C;二次项A2、B2和C2同样极显著；交互项AB、AC不显著，BC显著。

2.3 响应面曲面分析和优化通过模型方程所作的响应曲面图1，可直观地描述各因素对响应值的影响和各个因素间的交互作用（图1）。

表3 回归统计分析结果

由图1可知，响应曲面均是开口向下的凸面，其中心位于所考察区域内，说明在考察的区域内存在响应值的极大值，同时响应面为高度卷曲的曲面。通过软件分析，混菌固态发酵酒糟培养基最佳条件为：发酵时间为49.78 h，水分与底物比例为 0.85∶1，酒糟与豆粕比例为 1.53∶1。在此条件下真蛋白质量为41.70%。

为检验RSM法的可靠性，采用上述最佳方案进行混菌固态发酵酒糟试验，同时考虑实际操作的情况，将培养基优化方案修正为发酵时间50 h、水分与底物比例0.9∶1、酒糟与豆粕比例1.5∶1。实际测得的真蛋白质含量为41.66%，与理论预测值基本吻合。