芽孢杆菌发酵豆粕的工艺优化和应用

发布时间：2020-04-23 22:29

【摘要】：随着高密度、集约化的水产养殖业在全世界范围内的兴起和发展,各种养殖问题也逐步出现:如白斑综合征(WSD)等病毒性疾病、急性肝胰腺坏死病(AHPND)等细菌性疾病以及养殖对象营养缺乏引起一系列生长问题,不仅造成了严重的产量和经济损失,更成为影响水产养殖业可持续发展和食品安全的重大问题。传统的抗生素和消毒剂等治疗方法由于耐药性的产生以及环境的不友好,使得益生菌的研究受到越来越多的关注。加之世界捕捞产量的降低,使得饲料中鱼粉价格猛增,养殖成本居高不下,因此寻找有效的植物性蛋白源替代动物蛋白也成为研究热点。本文创新性的将两者结合,采用经过动物安全性实验验证的三株芽孢杆菌对豆粕进行发酵,并尝试替代一定比例的鱼粉,期望得到既能够增加对虾抗病力,又能在一定程度上替代鱼粉的发酵豆粕。主要包括以下几个方面的研究内容:1、益生菌发酵豆粕工艺条件的优化为获得益生菌发酵豆粕的最佳工艺条件,本研究采用一株分离自健康对虾养殖环境中的坚强芽孢杆菌(PC024株)对豆粕的发酵工艺进行优化。对接种量、料水比、发酵时间、发酵温度四大因素采用单因素实验和响应面实验的优化方法得到最佳发酵参数如下:接种量为3.84×106 cfu/g、料水比1:0.96、发酵时间为100.3h、发酵温度39.0℃。经此条件发酵后,发酵产物中菌浓度可达到1.23×1010 cfu/g,验证值与预测值相差5.13%,优化模型可靠。本研究为后期发酵豆粕产物在养殖生产中应用奠定了理论基础。2、坚强芽孢杆菌(PC024株)发酵豆粕产物的营养分析为评价坚强芽孢杆菌(PC024株)发酵豆粕的发酵效果,本研究从感官、发酵得率、可溶性蛋白含量、粗蛋白、氨基酸等方面对发酵产物进行了分析。实验结果表明:豆粕经该菌发酵后在气味和颜色上发生感官变化,更具有诱食性;发酵得率为(93.89±0.01)%;可溶性蛋白含量由发酵前的(39.16±0.01)%增加到(58.80±4.54)%;粗蛋白含量由50.71%增加到55.03%;15种氨基酸的总含量增加到原有的132.3%,增加比例最大的5种依次为精氨酸(168.6%)、赖氨酸(157.2%)、丝氨酸(152.50%)、苏氨酸(139.04%)和甘氨酸(138.4%)。SDS-PAGE显示豆粕中分子量在35 KDa以上的大分子蛋白经过发酵后大部分得到有效降解。以上结果表明该菌可用于豆粕的发酵,并且能够提高豆粕的营养成分及营养利用率。3、芽孢杆菌发酵豆粕在饲料中的应用及对凡纳滨对虾抗病力的影响为研究芽孢杆菌发酵豆粕产物替代一定比例的鱼粉及其对凡纳滨对虾抵抗白斑病毒(WSSV)的影响,本研究利用三株芽孢杆菌(坚强芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌)按照优化的最佳发酵条件进行豆粕的发酵,发酵产物分别等氮替代20%、100%的鱼粉,以基础饲料作为对照组,每组设置五个平行进行实验。饲喂21天后,采用反向灌肠的方式进行WSSV感染实验,记录对虾死亡情况。结果表明:地衣芽孢杆菌20%组(83.33%±33.33%)、地衣芽孢杆菌100%组(85.00%±5.77%)、枯草芽孢杆菌100%组(86.67%±6.67%)与基础饲料组(100.00%±0.00%)的对虾累积死亡率差异不显著;坚强芽孢杆菌20%组(63.33%±3.33%)、坚强芽孢杆菌100%组(78.33%±11.67%)、枯草芽孢杆菌20%组(76.67%±3.33%)显著低于基础饲料组。结果表明坚强芽孢杆菌发酵豆粕饲料组的抗病效果最好,不管是替代20%的鱼粉还是100%的鱼粉与基础组相比均有显著的保护率,可作为主要研究对象继续深入研究其替代鱼粉的最佳比例。4、坚强芽孢杆菌发酵豆粕替代凡纳滨对虾饲料中鱼粉最佳比例的研究为进一步探究坚强芽孢杆菌(PC024株)发酵豆粕替代鱼粉的最佳比例,在研究证明其对WSSV具有抗病力的基础上,采用发酵豆粕等氮替代实验组饲料中20%、40%、60%、80%和100%的鱼粉进行养殖实验,投喂凡纳滨对虾90天后通过测定对虾体长增长率以及感染实验累积死亡率比较对虾的生长性能和对WSSV的抵抗力。生长性能方面:等氮替代20%(FSBM20)、40%(FSBM40)、60%(FSBM60)鱼粉组对对虾体长增长率与对照组基础饲料(FM)无显著性差异(P0.05),而FSBM80、FSBM100组的体长增长率显著降低(P0.05),最佳添加比例是20%;抗病力方面:FSBM20、FSBM40组与FM组差异显著,而FSBM60、FSBM80、FSBM100组与FM组差异不显著,最佳添加比例为40%。以上结果表明,坚强芽孢杆菌PC024发酵豆粕等氮替代20%-40%的鱼粉不仅能够为饲料提供优质蛋白源保证对虾的正常生长,也能在一定程度上起到对WSSV的免疫保护效果。
【图文】：

发酵温度,芽孢杆菌,发酵时间,料水比

图 2-5 发酵温度和发酵时间对芽孢杆菌浓度的影响 2-5 Fermentation temperature and fermentation time impact on the bacterial concentratfermented soybean meal由图 2-6 可知，发酵温度和料水比与芽孢杆菌浓度呈抛物线型关系，存在，当发酵时间和接种量一定，保持不变时，芽孢杆菌浓度随着发酵温度的增加而先增加后降低，当发酵温度达到 39.0 ℃，料水比为 1:0.96 时菌，水分过多或过少都不利于菌浓度的增加，回归方程中的二次项 P > 的交互作用不显著。

发酵温度,料水比,芽孢杆菌

图 2-5 发酵温度和发酵时间对芽孢杆菌浓度的影响 2-5 Fermentation temperature and fermentation time impact on the bacterial concentratfermented soybean meal由图 2-6 可知，发酵温度和料水比与芽孢杆菌浓度呈抛物线型关系，存在，当发酵时间和接种量一定，，保持不变时，芽孢杆菌浓度随着发酵温度的增加而先增加后降低，当发酵温度达到 39.0 ℃，料水比为 1:0.96 时菌，水分过多或过少都不利于菌浓度的增加，回归方程中的二次项 P > 的交互作用不显著。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S963

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