全 文 ：26　 饲料加工 2005, No. 11 粮食与饲料工业
CEREAL＆ FEED INDUSTRY
收稿日期:2005 - 06 - 20基金项目:江苏省教育厅高校科学研究项目基金赞助(02KJD180002)作者简介:林克龙(1949 -),男 ,高级工程师 ,研究方向为食品生物工程。
反应器固态发酵醋糟工艺条件的研究
林克龙 1 ,林　琳 2 ,黄达明2
(1.江苏大学后勤管理处 , 江苏 镇江　212013;2. 江苏大学生物与环境工程学院 , 江苏 镇江　212013)
摘　要:对利用自行研制的反应器进行固态发酵醋糟生产蛋白质饲料的工艺进行了研究。试验采用绿色木霉 ,热带假丝酵母
在反应器中对醋糟进行发酵 ,结果表明 , 最佳的发酵工艺条件:培养温度为 30℃, 通气量为 65 L /m in, 搅拌频率为 4 h一次 ,初
始含水量为 65%, 发酵时间为 48 h。在最佳工艺条件下进行固态发酵 ,醋糟中真蛋白含量可以提高到 19. 7%。
关键词:固态发酵;反应器;蛋白饲料;醋糟
中图分类号:S816. 34;S816. 4　　文献标识码:A　　文章编号:1003 -6202(2005)11 -0026 - 02
On Technological Cond itions for Solid-State Ferm entation of V inegar R esidue in a B ioreactor
ABSTRACT:A techno logy fo r produc tion o f vinega r residue p ro te in feeds by the so lid-sta te ferm en ta tion in a bio reactor wa s studied.
The vinega r residuew as ferm ented w ith T richoderm avirde and Candida trop ica lis Berkhou.t The resu lts show s tha t the op tim a l ferm en-
tation conditions are cultivating temperature 30℃, ae ra tion ra te 65 L /m in, stirring frequency once eve ry 4 h, initia l mo isture conten t
65% and fe rm en ta tion tim e 48 h. The pro tein conten t in vinega r can be increased to 19. 7% by so lid - state fe rm enta tion under the op-
tim al te chno log ica l conditions.
KEYWORDS:solid-state ferm en tation;bioreactor;pro tein feed;vinega r residue
　　20世纪 90年代以来 , 随着能源危机与环境问题的日益
严重 , 曾被人们冷落的固态发酵技术以其特有的优点(如无
“三废”排放)再次引起人们的兴趣 [ 1] 。人们在固态发酵领
域的研究及其在资源环境 、蛋白质饲料中的应用取得了进
展 , 主要表现在生物饲料 、生物燃料 、生物农药 、生物转化 、生
物解毒及生物修复等方面的应用。 固态发酵技术正由一种
“原始的工艺”逐渐转变成为一项现代技术。然而 , 影响固态
发酵技术的关键是固态发酵反应器(发酵罐)。发酵反应器
是生物化工行业中最重要的生化反应器之一。 在生物反应
过程中 , 生物反应器具有中心作用 , 它是连接原料和产物的
桥梁 [ 2] 。江苏大学在固态发酵反应器方面进行了大量的研
究工作 , 自行开发了新型的转轴式固态发酵反应器。笔者将
对利用这套反应器固态发酵醋糟生产蛋白饲料工艺的研究
情况作一介绍。
1　材料和方法
1. 1　材料
(1)醋糟:镇江恒顺酱醋厂生产 , 适当挤干计重 , 80℃ ,
24 h烘干 ,过 60目筛后使用。
(2)麦麸。
(3)菌种:绿色木霉 , 热带假丝酵母 ,中国工业微生物菌
种保藏中心(C ICC)购买。
1. 2　培养基及培养条件
1. 2. 1　摇瓶培养基
马铃薯培养基(PDA)。
1. 2. 2　反应器培养基
培养基包括:醋糟∶麸皮为 80∶20, 营养盐 , MgSO4、NaC l、
K2HPO4 、(NH4)2 SO4均为分析纯 ,其添加量分别占醋糟和麸
皮总量的 0. 15%、0. 15%、0. 15%及 0. 10%。
1. 3　方法
水分含量测定 ,参照参考文献 [ 3] ;真蛋白质含量测定 ,
参照参考文献 [ 4]和 [ 5] 。
2　试验结果与分析
试验所用反应器为自行研制的 100 L转轴式反应器。
盛装量 50%, 在无菌条件下按 10%的量接入液体种子 (木霉
与酵母量之比为 1∶3),通过单因素试验及 L
9
34正交试验 ,研
究了初始含水量 、通气量 、发酵时间 、发酵温度对蛋白质含量
的影响 , 试验结果及分析如下:
2. 1　初始含水量对真蛋白质含量的影响
控制环境湿度 40%(±2%), 培养温度 30℃, 搅拌转速
2 r /m in,搅拌频率 4 h一次 , 通气量 65 L /m in。分别设定底
物初始水分含量(45%、55%、 65%、 70%), 测定发酵过程中
菌体蛋白质含量变化。通过图 1的实验结果可以得出 ,当初
始含水量为 65%时 , 经过发酵底物中菌体蛋白质含量增加最
多。
图 1　初始含水量对菌体蛋白质含量的影响
2. 2　通气量对蛋白质含量的影响
调节初始底物水分 65%、控制环境湿度 40%(±2%)、
培养温度 30℃、搅拌转速 2 r /m in、搅拌频率 4 h一次。分别
林克龙等:反应器固态发酵醋糟工艺条件的研究 /2005年第 11期 27　
设定通气量(80、 65、50和 5 L /m in), 测定发酵过程中菌体蛋
白质含量变化。从图 2可以得出 , 当通气量为 65L /m in时 ,
底物中蛋白质含量增加最多。
图 2　通气量对菌体蛋白质含量的影响
2. 3　发酵时间对蛋白质含量的影响
调节初始底物水分 65%、控制环境湿度 40%(±2%)、
培养温度 30℃、通风量 65 L /m in、搅拌转速 2 r /m in、搅拌频
率 4 h一次 ,对不同发酵时间的蛋白质含量进行测量 ,以确定
发酵的最佳时间。从图 3可以得出 ,在整个发酵过程中 , 0 ～
48 h期间真蛋白含量具有比较平稳的增长 , 48 ～ 72 h之间虽
然真蛋白含量还有少量增加 ,但是由于随着时间增加会产生
大量木霉分生孢子 , 对饲料品质会产生不良影响 , 所以 48 h
为最佳发酵周期。 此时的外观指标是随着大量的木霉分生
孢子的成熟 , 棕褐色的物料上呈现出绿色。 所以 , 也可以根
据物料的颜色变化来判定菌体的生长情况 , 从而作为确定最
佳发酵周期的依据。
图 3　发酵时间对蛋白质含量的影响
2. 4　发酵温度对蛋白质含量的影响
温度是影响微生物生长繁殖的重要条件之一。各种微
生物的最适温度不同 , 例如 , 酵母菌一般的最适温度 27 ～
28℃, 而霉菌的最适合温度 30℃左右。由于采用多菌种培
养 , 故而寻找适合于复合菌株共同生长最佳温度是十分重要
的。调节初始底物水分 65%、控制环境湿度 40%(±2%)、
通气量 65 L /m in、搅拌转速 2 r /m in、搅拌频率 4 h一次 ,研究
不同培养温度下菌体蛋白质含量的变化。从图 4的实验结
果 , 可以确定本系统固态发酵的最适温度为 30℃。
图 4　温度对蛋白质含量的影响
2. 5　正交试验
通过上面的单因素试验 ,基本确定了各因素的最佳取值
范围 , 为了最终确定反应器固态发酵的最佳工艺条件 , 对初
始含水量 、通气量 、发酵时间 、发酵温度的不同值进行 L9(34)
正交试验。试验方案和结果见表 1和表 2。
表 1　正交试验 L9(34)因素和水平表
水平 A初始含水量 /%
B
通气量 /L m in - 1
C
发酵时间 /h
D
发酵温度 /℃
1 60 50 36 27
2 65 65 48 30
3 70 80 60 33
表 2　L9(34)正交试验设计与结果
试验号 A B C D 真蛋白含量 /%
1 1 1 1 1 13. 32
2 1 2 2 2 16. 24
3 1 3 3 3 14. 81
4 2 1 2 3 15. 03
5 2 2 3 1 17. 68
6 2 3 1 2 14. 63
7 3 1 3 2 14. 76
8 3 2 1 3 14. 14
9 3 3 2 1 14. 44
k1 14. 790 14. 370 14. 030 15. 147
k2 15. 780 16. 020 15. 237 15. 210
k3 14. 447 14. 627 15. 750 14. 660
极差 R 1. 333 1. 650 1. 720 0. 550
较优水平 A2 B 2 C 3 D 2
因素主次 C >B >A>D
　　通过正交试验 , 可以确定最佳的工艺条件为:培养温度
为 30℃, 通气量为 65 L /m in,搅拌频率 4 h一次 ,初始含水量
为 65%, 发酵时间为 60 h。但是还考虑到发酵超过 48 h, 会
产生大量木霉分生孢子 , 可能对饲料的质量产生不利的影
响 , 所以还是选择 48 h作为最佳的发酵时间。
3　讨论
研究了利用自行研制的反应器进行醋糟固态发酵过程
中 , 初始含水量 、通气量 、发酵时间 、发酵温度等因素对发酵
产物蛋白质含量的影响 , 确定了最佳的工艺条件。结果表
明 , 在最佳的工艺条件下进行发酵 , 产物中真蛋白含量可以
达到 19. 7%, 取得满意的效果。通过本次试验 , 不仅为自行
研制的反应器在生产中的应用提供了试验依据 ,同时也为其
他固态发酵反应器的应用提供参考。
[参考文献 ]
[ 1] 　Du randA. B ioreactorDesigns for Solid S tate Ferm en tation[ J] . B i-
och em ical Engineering Jou rnal, 2003, 13:113～ 125.
[ 2] 　何　为.发酵设备的研制与开发 [ D] .军事医学科学院 , 2000.
[ 3] 　上海商品检验局编.食品分析化学 [M ] .上海:上海科学技术出
版社 , 1989. 24～ 27.
[ 4] 　杨　胜. 饲料分析及饲料质量检测技术 [M ] . 北京:北京农业
大学出版社 , 1999.
[ 5] 　周国顺.饲料真蛋白的定量检测 [ J] . 中国饲料 , 1996(7):33.
(责任编辑:程启芬)