白酒糟与菊芋渣混合青贮发酵品质及微生物多样性研究

论文摘要

我国是一个农业生产大国,农产品加工业发展迅速,随之产生的农产品加工副产物具有产量大、品种多、增长快等特点。白酒糟和菊芋渣等食品工业废弃物与农产品加工剩余物含有多种营养、能量和可利用物质,具有很高的综合利用价值。因此,对副产物资源进行综合利用可大大提高农产品附加值,也可提升我国农产品加工业的竞争力,在实现绿色循环发展、生产加工业的可持续发展以及减少环境污染等方面具有良好的发展前景。为缓解白酒糟和菊芋渣等食品加工副产物的大量堆积废弃问题,提高再利用价值,本文基于青贮原理,将白酒糟与菊芋渣进行混合青贮发酵60d,分别设置8个混合比例(1:0、4:1、2:1、1.2:1、1:1.5、1:2.7、1:7、0:1),依次命名为SJ组、M3组、M4组、M5组、M6组、M7组、M8组、SY组,分别于10d、30d、60d时对营养组分、木质纤维组分、发酵特性进行动态分析,并进行HiSeq2500高通量测序,对贮存过程中的细菌和真菌群落动态演绎过程,以及菌群变化与发酵品质之间的相关性进行分析。研究结果主要包括以下几个方面:(1)青贮过程中的营养组分结果表明,与青贮前相比,发酵60d后,M3组、M4组、M5组、M7组和SY组5个处理组的干物质(DM)组分保存良好;SY组的粗蛋白(CP)含量显著升高(P<0.05),其他7个处理组的CP含量均有少量损失(损失量处于1.18%~2.35%DM范围);M3组~M6组的淀粉(ST)含量显著升高(P<0.05);M5组和M6组的可溶性碳水化合物(WSC)含量显著高于其他处理组(P<0.05),且这两组的WSC损失率最低,分别为16.94%和16.43%。因此,发酵60d后,M5组和M6组更有利于营养组分的保存。(2)青贮过程中的木质纤维组分结果表明,发酵60d后,M5组的中性洗涤纤维(NDF)和半纤维素(HC)含量显著下降(P<0.05),M6组的酸性洗涤纤维(ADF)和纤维素(CL)含量显著下降(P<0.05),SJ组和M5组的酸性洗涤木质素(ADL)含量在60d后显著下降(P<0.05)。因此,发酵60d后,M5组和M6组更有利于结构性碳水化合物的降解。(3)青贮过程中的发酵特性结果表明,发酵60d后,SJ组、M3组、M4组、M5组、M6组及M7组的pH值均处于优良范围(3.8~4.2),SJ组、M3组、M4组及M5组的氨氮/总氮(AN/TN)值显著低于其余处理组,8个处理组的乳酸(LA)含量均高于3%DM,乙酸(AA)含量随菊芋渣比例的增加而升高,丙酸、丁酸、戊酸等有机酸均未检出。因此,发酵60d后,SJ组、M3组、M4组及M5组4个处理组的发酵特性优于M6组、M7组、M8组、SY组4个处理组的发酵特性。(4)青贮过程中的细菌多样性结果表明,根据OTU统计和Alpha多样性分析,发酵60d后M3组、M4组、M5组、M6组、M7组的物种丰富度较高;6个混贮组及SY组的门水平优势菌始终为厚壁菌门(Firmicutes),SJ组的门水平优势菌从变形菌门(Proteobacteria)演变为厚壁菌门(Firmicutes)。6个混贮组及SY组的属水平优势菌始终为乳杆菌属(Lactobacillus),且60d后乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度均高达70%以上,SJ组的属水平优势菌也从不动杆菌属(Acinetobacter,10d)、志贺氏菌属(Shigella,30d)演变为乳杆菌属(Lactobacillus,60d)。与SJ组、SY组2个单贮组相比,菊芋渣和白酒糟的6个混合青贮处理组中乳酸细菌多样性升高,主要含有乳杆菌属(Lactobacillus)、片球菌属(Pediococcus)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、肠球菌属(Enterococcus)、乳球菌属(Lactococcus)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、链球菌属(Streptococcus)等。而发酵品质与细菌多样性的相关性关系表明,酸性洗涤木质素(ADL)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗蛋白(CP)、氨氮/总氮(AN/TN)值、乳酸(LA)含量与乳杆菌属(Lactobacillus)细菌的相对丰度变化呈正相关,乙酸(AA)含量与芽孢杆菌属(Bacillus)细菌的相对丰度变化呈正相关。(5)青贮过程中的真菌多样性结果表明,根据真菌OTU统计和Alpha多样性分析,与青贮前相比,8个处理组的真菌物种丰富度和群落多样性在发酵60d后均升高。发酵期间,8个处理组的门水平优势菌均为子囊菌门(Ascomycota)真菌,属水平优势菌基本保持为克鲁维酵母属(Kluyveromyces)和酵母菌目未分类菌属(Saccharomycetales)。发酵品质与真菌多样性的相关性关系表明,粗蛋白(CP)含量、pH值等指标均与克鲁维酵母属(Kluyveromyces)真菌的相对丰度呈正相关。综上所述,当白酒糟与菊芋渣的鲜重质量比为1.2:1(M5组)时,二者混合青贮,有利于营养组分的保存及结构性碳水化合物的降解,以及细菌、真菌微生物丰富度和多样性的提高,发酵品质相对较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中英文缩略词表
• 第1章 绪论
•   1.1 农产品加工副产物概况
•   1.2 菊芋渣的概况及利用现状
•     1.2.1 菊芋及菊芋渣概况
•     1.2.2 菊芋及菊芋渣的利用现状
•   1.3 白酒糟的概况及利用现状
•     1.3.1 白酒糟的概况
•     1.3.2 白酒糟的利用现状
•   1.4 青贮发酵研究现状
•     1.4.1 青贮发酵的原理
•     1.4.2 青贮发酵的分类
•     1.4.3 青贮发酵品质的影响因素
•   1.5 青贮微生物多样性分析方法
•     1.5.1 传统培养法
•     1.5.2 16 S r RNA鉴定
•     1.5.3 PCR-DGGE技术
•     1.5.4 QRT-PCR技术
•     1.5.5 T-RFLP技术
•     1.5.6 高通量测序技术
•   1.6 研究内容及意义
•     1.6.1 研究目的
•     1.6.2 研究内容
•     1.6.3 研究意义
•     1.6.4 技术路线图
• 第2章 混合比例对白酒糟与菊芋渣青贮发酵品质的影响
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 试验材料
•     2.1.2 仪器与设备
•   2.2 试验方法
•     2.2.1 混合青贮发酵的试验设计
•     2.2.2 取样与预处理
•     2.2.3 分析方法
•     2.2.4 数据分析
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 青贮发酵过程中营养组分含量的动态变化
•     2.3.2 青贮发酵过程中木质纤维组分含量的动态变化
•     2.3.3 青贮发酵过程中发酵特性的研究
•   2.4 讨论
•     2.4.1 混合比例对青贮发酵过程中营养组分的影响
•     2.4.2 混合比例对青贮发酵过程中木质纤维组分的影响
•     2.4.3 混合比例对青贮发酵过程中发酵特性的影响
•   2.5 本章小结
• 第3章 白酒糟与菊芋渣青贮发酵过程中的微生物多样性
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 试验材料
•     3.1.2 基于高通量测序的微生物多样性分析方法
•   3.2 结果与分析
•     3.2.1 青贮发酵过程中细菌多样性分析
•     3.2.2 青贮发酵过程中真菌多样性分析
•     3.2.3 青贮发酵品质与微生物菌群的相关性分析
•   3.3 讨论
•     3.3.1 混合比例对青贮发酵过程中细菌多样性的影响
•     3.3.2 混合比例对青贮发酵过程中真菌多样性的影响
•   3.4 本章小结
• 第4章 结论与展望
•   4.1 结论
•   4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间所发表的论文及成果目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙安琪

导师: 刘晓风,任海伟

关键词: 白酒糟,菊芋渣,青贮,混合比例,发酵品质,微生物多样性

来源: 兰州理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,一般化学工业,轻工业手工业

单位: 兰州理工大学

基金: 国家自然科学基金(51666010,51366009),中国科学院“西部青年学者”项目,陇原青年创新创业人才项目(2019-39-GR28),甘肃省自然科学基金(17JR5RA117,18JR3RA150),兰州理工大学红柳优秀青年人才资助计划(YQ2018)

分类号: TQ920.6;TS209

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