一种适用于白囊耙齿菌固态发酵秸秆脱木质素的方法

本发明属于微生物发酵工程领域，具体涉及到一种适用于白囊耙齿菌固态发酵秸秆脱木质素的方法。

背景技术：

1、秸秆是指农作物收获后的废弃物，根、茎、叶等，主要包括粮食、油料、棉花、麻类、糖类、烟叶、蔬菜瓜果类、药材等农作物的茎、叶、枝、梢、秆、壳、芯、藤蔓、秧、穗及残渣等剩余物。以秸秆为代表的木质纤维素资源蕴藏着丰富的能量，具有分布广、可再生等优点，因此被视为重要的可再生资源，在饲料、能源和酶制剂、生物活性物质等生产领域有广阔的应用前景。

2、作物在自然成熟的过程中，叶片等组织细胞中的脂肪、淀粉、蛋白等物质会被转移到果实或种子中，茎秆被高度木质化。秸秆中的碳水化合物主要以纤维素和半纤维素的形式存在，半纤维素和木质素结合形成致密、疏水的空间网络结构，限制了微生物及其分泌的酶对秸秆中纤维素和半纤维素的降解和利用。因此，开发高效降解秸秆中木质素的方法成为其资源化利用的关键。

3、白囊耙齿菌是腐生在树木或木材上，引起木质白色腐烂的一种丝状真菌。国内外研究证实，与其它类型白腐菌相比，白囊耙齿菌具有选择性降解特性好、生长速度快、抗杂菌能力强等等优点，是一种有效降解秸秆中木质素、提高秸秆营养价值和能源价值的微生物。然而，由于在自然发酵过程中，该菌生长和降解不可避免受其它微生物生长的影响，因此导致白囊耙齿菌生长缓慢，木质素降解能力差。因此，关于白囊耙齿菌降解木质素的研究主要在高温灭菌的条件下进行。高温灭菌不仅会改变秸秆的结构，还需要较高的设备和能源投入；同时，由于秸秆等生物质导热系数差，直接加热灭菌效率低，能量损失大，因此限制了该技术的推广和应用。

4、目前，不灭菌条件下接种白囊耙齿菌的方法有三种：一是cao处理后用水洗，然后接种白囊耙齿菌；二是加大接种量，提高白囊耙齿菌对其它菌的竞争优势；三是将秸秆青贮后接种白囊耙齿菌进行发酵。然而，上述方法均存在一定的局限性，第一种方法不仅会造成水资源的巨大浪费，而且，大量污水又会进一步造成环境污染；第二种方法需要50％以上的接种量，生产效率低下；第三种方法需要在接种白囊耙齿菌前需要严格的厌氧环境对秸秆进行青贮发酵。

5、因此，本领域急需一种操作简单、成本低廉方法，为白囊耙齿菌的生长创造优势，进而实现不灭菌条件下白囊耙齿菌进行发酵秸秆的工艺。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种适用于白囊耙齿菌固态发酵秸秆脱木质素的方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种适用于白囊耙齿菌固态发酵秸秆脱木质素的方法，包括，

5、将切碎的秸秆原料中加入高温液态水，调节秸秆水分含量至60～70％，并调节体系ph为3.6～5.6，充分混匀后，在60～85℃下保温60～120min杀菌预处理，取出、冷却，制得杀菌预处理原料；

6、向杀菌预处理原料中接种白囊耙齿菌，好氧发酵，发酵结束后干燥，制得脱木质素原料。

7、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述秸秆原料包括小麦秸秆。

8、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述接种白囊耙齿菌，其中，白囊耙齿菌为预处理后的白囊耙齿菌，其预处理步骤包括，

9、于超净工作台中取一粒直径为5mm的白囊耙齿菌接种至灭菌的pda培养基中；

10、将接种的培养基置于28℃条件下培养5～7天，待菌丝长满，置于4℃冰箱中保存，备用。

11、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述向杀菌预处理原料中接种白囊耙齿菌，其中，接种量为4％～6％。

12、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述好氧发酵，其中，发酵温度为28℃，发酵时间为28天，发酵期间每隔5～7天补充水分，控制水分含量在70％。

13、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述杀菌预处理原料中的ph为3.6～4.5。

14、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述杀菌预处理原料中的ph为4.5。

15、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述杀菌预处理温度为75～80℃。

16、作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述杀菌预处理温度为80℃。

17、本发明有益效果：

18、(1)本发明首次提出在酸性条件下进行固态巴氏杀菌，抑制有害微生物生长，为白囊耙齿菌生长创造优势环境，实现了降低成本，操作简化，秸秆中木质素可被显著降解，显著提高酶解得糖率，进而实现替代高压蒸汽灭菌条件下白囊耙齿菌进行发酵秸秆的工艺。

19、(2)本发明杀菌为选择性杀菌，食品短时巴氏杀菌一般在60-80℃灭菌只需15～16s即可杀死病原体，然后在不适合微生物生长或添加防腐剂的条件下进行保存，其主要目的是保存，本发明使用的杀菌方法是为后续培养准备培养基，如果残留对白腐菌生长、降解有害的微生物，后续培养中该类微生物会大量生长，进而影响发酵，因此本发明对杀菌条件要求更高，时间延长到几分钟到数小时。

20、(3)传统处理方法主要用于处理液体，这类物质传质、传热性能都较好，因此主要用于夹层锅，但是秸秆等生物质资源导热系数差，直接杀菌成本高、效率低，因此，本发明利用秸秆水分含量低，继续发酵需要添加大量水分的特点，采用直接添加高温水的方式进行杀菌和调节水分；传统巴氏杀菌一般采用蒸汽灭菌的方式，存在导热系数差，蒸汽成本高缺点，本发明采用预热和添加高温液体水的方式，在调节培养基水分含量的同时，带入大量能量，解决了秸秆导热系数差引起的加热缓慢，灭菌效率低等问题；整个过程除菌种活化及接种环节需要无菌操作外，其他均无需高温灭菌、无化学试剂的添加、无需水洗，整个过程绿色无污染，降低了对操作人员、发酵设备的要求，可显著降低发酵成本。

21、(4)本发明工艺对接种量的要求显著降低，不仅可以降低接种过程的劳动强度，还能够提高对发酵空间的利用率，进而显著提高生产效率；本发明工艺杂菌控制更彻底，适合使用秸秆生产饲料、多糖、酶等高附加值产品。

技术特征：

1.一种适用于白囊耙齿菌固态发酵秸秆脱木质素的方法，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述秸秆原料包括小麦秸秆。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述接种白囊耙齿菌，其中，白囊耙齿菌为预处理后的白囊耙齿菌，其预处理步骤包括，

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述向杀菌预处理原料中接种白囊耙齿菌，其中，接种量为4％～6％。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述好氧发酵，其中，发酵温度为28℃，发酵时间为28天，发酵期间每隔5～7天补充水分，控制水分含量在70％。

6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于：所述杀菌预处理原料中的ph为3.6～4.5。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述杀菌预处理原料中的ph为4.5。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述杀菌预处理温度为75～80℃。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述杀菌预处理温度为80℃。

技术总结
本发明公开了一种适用于白囊耙齿菌固态发酵秸秆脱木质素的方法，包括，向切碎的秸秆原料中加入高温液态水，调节秸秆水分含量至60～70％，并调节体系pH为3.6～5.6，充分混匀后，在60～85℃下保温60‑120min杀菌预处理，取出、冷却，制得杀菌预处理原料；向杀菌预处理原料中接种白囊耙齿菌，好氧发酵，发酵结束后干燥，制得脱木质素原料。本发明首次提出在酸性条件下添加高温液态水进行固态巴氏杀菌，抑制有害微生物生长，为白囊耙齿菌生长创造优势环境，实现了降低成本，操作简化，秸秆中木质素可被显著降解，显著提高酶解得糖率，进而实现替代高压蒸汽灭菌条件下白囊耙齿菌进行发酵秸秆的工艺。

技术研发人员：牛东泽,朱鹏,于长勇,任建军,李春雨,尹冬敏
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15