地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是两种常用的饲料添加剂生产用菌株。目前,地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌发酵生产的原料主要取材于玉米粉、豆粕以及麸皮等等,随着人口压力增大,粮食供给越来越紧张的情况下,材料取材越来越难,难以实现长期生产发展。醋糟作为一种纤维素原料,取材方便且储备量较大,对其进行开发利用,生产各类益生菌,不失为一种长远之策。本实验首先将醋糟进行预先处理工艺以及利用纤维素酶酶解醋糟的工艺优化,其次,探讨了采用醋糟酶解液作为碳源代替传统培养基发酵生产地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的可行性,然后通过正交实验、不同醋糟初始糖浓度实验,优化了醋糟酶解液发酵生产枯草芽孢杆菌的发酵培养基,最后,在优化培养基的基础上,进一步考察了芽孢杆菌的7 L发酵罐补料分批发酵实验,并且初步考察了其发酵参数。进一步分析了利用醋糟酶解液发酵生产丙酸的可行性,为丙酸的生产提供了一定技术支持。本论文的主要研究成果如下:(1)首先,我们采用水热处理技术对醋糟进行初步的预处理,经机械粉碎,纤维素酶酶解,得到葡萄糖含量为20.00 g/L的醋糟酶解液;其次,对酶解醋糟的纤维素酶酶解工艺进行了探索,主要研究了固液比、纤维素酶酶量、p H以及酶解时间对醋糟酶解的影响,最终确定了酶解醋糟的最佳条件为:固液比为2.0:10、460 U/g醋糟、p H4.8、纤维素酶酶解时间为48 h,最后获得葡萄糖浓度为27.00 g/L的醋糟酶解。(2)通过与葡萄糖发酵培养基的对比,对醋糟酶解液发酵生产芽孢杆菌的可行性进行了探讨,结果显示,醋糟酶解液可以作为碳源,替代传统发酵培养基发酵生产芽孢杆菌。在葡萄糖浓度相当的情况,醋糟酶解液发酵周期40 h,枯草芽孢杆菌的活菌数可达到4.64×1010 cfu/m L,与传统葡萄糖培养基(3.56×1010 cfu/m L)相比,提高了30.34%。发酵周期28 h,地衣芽孢杆菌的活菌数达到2.03×109 cfu/m L,与传统葡萄糖培养基(8.07×108 cfu/m L)相比,提高了151.55%。(3)采用正交实验L9(43)对枯草芽孢杆菌醋糟酶解液发酵培养基进行了优化,结果表明,醋糟酶解液初始糖浓度为29.30 g/L,最佳发酵培养基配方为玉米浆20.0 g/L、磷酸盐1.0 g/L、硫酸铵5.0 g/L,枯草芽孢杆菌活菌数可达到5.26×1010 cfu/m L。然后考察了不同初始糖浓度的醋糟酶解液对枯草芽孢杆菌发酵的影响,结果表明,初始糖浓度为50.00 g/L时,枯草芽孢杆菌TS-02活菌数可达到5.76×1010 cfu/m L,同时芽孢生成率在85%以上。7 L发酵罐结果表明,发酵周期28 h,枯草芽孢杆菌的活菌数可达到6.16×1010cfu/m L,比摇瓶发酵培养提高了32.76%。7 L发酵罐分批补料发酵结果显示,发酵周期为18 h,活菌数达到8.25×109 cfu/m L,芽孢产率为83%以上,比摇瓶培养提高了2.23%。(4)初步探讨了醋糟酶解液发酵生产丙酸的可行性,结果显示,醋糟酶解液可以作为碳源发酵生产丙酸,发酵周期132 h时,丙酸产量达24.35 g/L。考察了醋糟浓缩液发酵生产丙酸的情况,初步探索高糖浓缩液对丙酸发酵的影响情况。结果表明,发酵周期132 h,丙酸产量达18.8 g/L。丙酸产量较酶解液低,可能是由于高糖浓度醋糟酶解液抑制了产酸丙酸杆菌的生长或其中产生了某些抑制性的物质。
