利用生物技术对木薯的应用_精品文档.docx

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生物技术对木薯的综合利用

化学化工与生物工程学院生物1001班胡世贤

摘要：

木薯不仅作为一种农作物来丰富人们的餐饮，还可作为重要的工业原料，块根淀粉是工业上主要的制淀粉原料之一。

作为生产饲料的原料，木薯粗粉、叶片是一种高能量的饲料成分。

在发酵工业上，木薯淀粉或干片可制酒精、柠檬酸、谷氨酸、赖氨酸、木薯蛋白质、葡萄糖、果糖等，这些产品在食品、饮料、医药、纺织（染布）、造纸等方面均有重要用途。

关键字生物技术养殖微生物酒精分子标记技术

0引言：

木薯（ManihotesculentaCrantz）又名木番薯、树薯,为大戟科（Euphorbiaceae）木薯属（ManihotP.Mil.l）唯一的栽培种,起源于热带美洲。

木薯素有􀀂淀粉之王的美称,是世界三大薯类作物之一。

经过数千年的栽培,现已普遍分布于30!

N~30!

S的热带和亚热带地区。

木薯于19世纪20年代引入我国,首先在广东省高州一带栽培,随后引入海南岛,现已广泛分布于华南地区,以广西、广东和海南栽培最多,福建、云南、江西、四川和贵州等省南部地区亦有引种试种。

木薯在生产上通常采用茎段繁殖,由于其繁殖率低、种茎运输量大,严重影响了木薯在短期内的大规模发展。

木薯基因型高度杂合、花粉育性低、有性杂交后代分离严重等遗传背景使得木薯传统育种方法受到一定限制。

近年来,随着生物技术的发展,它在各个领域的应用越来越广泛。

本文参考了大量国内外文献，查询了时下有关木薯的最新研究方向及成果，总结出了其重要的应用方面，全面评定了其综合价值，并作出了一定的展望。

1发酵木薯渣在养殖上的应用

1.1木薯渣综述

木薯渣是木薯淀粉或酒精加工后的废料，木薯渣的主要成分是淀粉和纤维素，少量的蛋白质。

许多的养殖户经常把木薯渣用来做饲料，木薯渣价格低廉，来源又广，如经过科学地发酵处理，再搭配适量的蛋白质饲料和微量元素，然后用来喂猪，则可以降低成本，显著提高经济效益。

1.2发酵木薯渣的方法

（1）第一种发酵方法（纯木薯渣发酵）：

取一包“粗饲料降解剂”与5公斤以上玉米面（麦粉，薯干粉，木薯粉，高粱粉也可以，数量可以用到50公斤，越多越好），搅拌均匀，用来拌和500公斤的木薯渣，食盐1.0公斤，加入过磷酸钙（即磷肥）和碳酸钙（即石粉，或双飞粉都可用）各1公斤，含水量调控在70%以内（采用“粗饲料降解剂”对于水分含量要求的标准是：

手抓一把饲料，轻轻一握，即有少量水滴出，或手指间有水印出即可，这就是最好的含水量，这个含水量一般是50～70%），然后装入池或缸内压实，用塑料薄膜盖好缸口，上面再加一层纺织袋保护塑料薄膜，用绳子扎紧，一般需要发酵3～7天，有甜酒醇香气味，即可用来喂猪。

（2）第二种发酵方法：

基本上与上述的发酵方法相同，只是另外再加入50～80公斤的豆粕（菜籽粕、棉菜粕、花生麸均可，原则上可以多加一点，棉菜粕等有毒蛋白原料加得多的，则要多发酵几天），利用豆粕等蛋白饲料中的蛋白质含量高的特点，来弥补木薯渣蛋白质含量低的缺陷，同时，“粗饲料降解剂”又可兼脱去棉菜粕中的毒素，一举两得。

1.3发酵木薯渣的调制方法

发酵完成的木薯渣饲喂动物前需要进行调配营养，主要是要添加适量的微量元素，使发酵的木薯渣达到营养全面，饲喂效果显著的目的。

　　如果是用来养猪，一吨发酵完成的木薯渣需要添加百日出栏加强型预混料2包（因为是湿料，所以添加两包即可），免疫多维（金赛维）200克，100克生物催肥精，视发酵产酸情况，加入木薯渣的量的1%的小苏打粉进行中和，或每100公斤发酵木薯渣添加10克糖精，（其实不酸的情况下也可以加，小苏打粉本身是一种健胃剂），混匀即可与其他饲料饲喂，采用以上调制方法后将完全杜绝因为饲喂木薯渣引起的毛长问题。

饲喂牛羊马也可以采用这种调制方法。

具体见下面将要介绍的各种动物的喂养配方表。

如果是用来饲喂家禽（鸡鸭鹅等），一吨发酵的木薯渣添加一包家“家禽营养宝”预混料（500克）与100克“生物催肥精”，即可达到良好饲喂效果。

2利用木薯渣对微生物的培养

2.1木薯渣混合培养基

由于木薯应用广泛，经深加工后产生富含大量纤维素的废物，可以其为发酵原料，加入另外的营养物质，对自然界筛选出的自然互无拮抗作用的菌种进行混合发酵，可以大幅度提高其附加值，同时降低了生产菌种的成本。

2.2发酵纤维素分解菌

2.2.1原理

以木薯粉为原料，将多种在自然界混生的微生物纯化后在再混合发酵，混合发酵可以保持持续的纤维素降解能力以及对酶反馈抑制物有较高的耐受力。

而且各种菌种产生的纤维素酶在不同温度和酸碱度下起作用，可以在较粗放的环境中降解纤维素。

2.2.2培养基

木薯渣4g,黄豆粉0.75g,KH2PO40.20g,NaCl0.02g,MgSO4.7H2O0.015g,蒸馏水1000mL;发酵工艺为初始pH=7.0,培养温度40℃

2.2.3菌种筛选

初筛：

从土壤，堆肥，木薯渣中取样，用筛选培养基分离出长势旺盛，透明圈大的菌落。

纯化后分别点中于筛选基培养，40℃下培养3天后测定透明圈直径。

复筛：

将初筛得的单株细菌接入液体摇床发酵培养基中,140r/min振荡培养8d。

第2d起每24h取10mL发酵液4000r/min离心10min,上清液即为粗酶液

2.2.4纤维素分解菌的混合发酵培养

将复筛得到的单株细菌、霉菌、放线菌制成菌悬液,按表1所示的接入量分别接入液体培养基和固体发酵培养基[。

液体发酵的试验方法同复筛。

固体发酵则在接种后静培养14d,每天搅拌1次,每次5min。

从培养的第3天起每隔48h取1次固体发酵物,40℃恒温水浴浸提1h,每隔15min摇匀1次,浸提液4000r/min离心10min,上清液即为粗酶液。

分别测CMC酶活、FAP酶活,选出酶活较高的组合。

2.2.5滤纸条降解试验

滤纸是聚合度和结晶度都居中等的纤维素材料,通过对其形态变化的观察可以定性分析菌株分解能力的高低。

取经液体发酵培养3d的菌悬液,按10%接种量接种于滤纸条鉴定培养基[,50、140r/min振荡培养14d。

每日观察滤纸条崩解情况,14d后用滤纸过滤发酵液,用稀的盐酸和硝酸混合液冲洗去除菌体,反复缓慢冲洗过滤破碎的滤纸条,烘干称量。

用减重法计算滤纸失重率,以不接菌的培养基作为对照。

、

滤纸失重率=降解前滤纸重量-降解后滤纸重量/降解前滤纸重量

3木薯分子标记技术

3.1遗传图谱的构建

遗传图谱是通过遗传重组交换结果进行连锁分析所得到的基因在染色体上相对位置的排列图。

将分子标记技术应用于遗传图谱的构建是遗传界的又一重大进展。

利用分子标记技术建立DNA指纹图谱是鉴别品种（系）的有力工具。

由于指纹图谱具有高度的基因型特异性,结果易分析且稳定。

付瑜华等利用蛋黄木薯、华南7号、华南124等10个木薯品种进行SSR分析,从40对引物中筛选出多态性好的22对引物进行分析,发现SSRy13和SSRy23。

引物可以将10个木薯品种区分开来。

吉家敏等采用SSR、ESTSSR、SRAP标记技术对木薯群体的遗传图谱进行构建,用49对引物进行分析时共得到多态性位点241个,其中以SSR引物的多态性位点最多,具有108个;利用所建木薯遗传连锁图谱,对群体的淀粉率含量、单株产量、收获指数和干物质率进行QTL分析,共获得44个QTL位点,分属在6个连锁群上,其中>50%的QTL有27个,其中收获指数的QTL有11个,贡献率在7.43%~24.07%

3.2遗传多样性研究

分子标记技术可以用来建立DNA指纹库。

在同一物种的各个品种间存在大量的多态性标记。

某一品种具有区别于其他品种的独特DNA谱带。

这些具有该品种特异性谱带的DNA片段被称为该品种的指纹。

某一物种的所有品种的指纹片段就可以构成该物种的DNA指纹库。

在农业生物领域研究中,为了对植物进行遗传多样性分析,就需要DNA指纹图谱。

邹积鑫等采用28对微卫星标记对我国现存的89个木薯品种进行遗传多样性分析,共获得93个基因位点,其中多态性位点88个,平均多态性水平为94.6%;同时,采用NTYSpc软件计算品系间的遗传相似系数,结果表明供试品系间的GS值变化范围为0.432~0952,当平均遗传相似系数为0.58时,供试品系可聚类为4大类,除第4类只有1个品系外,其余3大类均包含来自不同国家的品系,表明供试品种具有较丰富的遗传多样性。

4木薯原料酒精生产中的应用

4.1、原料除杂：

对木薯进行初步除杂，除去泥块、石子、绳线等杂物及金属体。

4.2、原料粉碎：

是为了减少蒸煮时间、便于机械化和连续化生产及提高淀粉出酒率等。

木薯干的水分较低，淀粉含量高，容易破碎。

采用一级粉碎，负压送料。

4.3、拌料预煮：

拌料水用蒸馏室冷却余水，水温控制在70℃左右，温度过低，加热时震动大，对原料的均匀糊化不利，温度过高，料液粘稠。

料水比控制在1：

2.5～3。

拌料完成后，加ɑ-淀粉酶（加入量为0.2L/T淀粉原料）液化15min，主要目的是降低预煮醪的粘度，对浓醪发酵有利。

4.4、蒸煮：

液化完成后，迅速将醪液升温至92℃，蒸煮时间应在90min以上。

蒸煮醪要呈微黄色，不含颗粒，定时检测化验。

4.5、糖化：

先准备好20倍糖化酶的稀释液，再将蒸煮液经由真空冷却器进入已彻底冷却并杀菌的糖化罐内，控制温度为58～60℃，同时按100u/g原料流加糖化酶进行糖化，时间应保持30min。

糖化指标为：

总糖10-13；总还原糖5-6；糖化率45%；酸度4.3。

4.6、发酵：

将糖化醪液冷却后泵入发酵罐内，同时加入10％酒母醪进行发酵，发酵温度30～34℃，发酵时间控制在50h左右。

发酵成熟醪检测指标为：

酸度≤6.2，残糖≤1%，残余还原糖≤0.3%，酒精份10～12%（v/v）。

4.7、蒸馏工序：

发酵成熟醪液经预热器加热后，从粗馏塔顶部进入，粗馏塔塔底通入蒸汽，控制粗塔塔底温度为108℃-111℃，顶温为96～98℃，酒精糟液从粗馏塔底部排出进入污水处理场进行处理。

酒精含量约50%的粗酒精蒸气从粗馏塔顶部进入精馏塔中部，精塔底温为108～109℃，中温为84～85℃，进行精馏，精塔底部废水排入污水处理场，然后再经水洗、脱醇等工序制成成品，成品酒精和杂醇油分别经冷却进入成品储罐。

5木薯生物技术应用前景

5.1经济效益

当前，新能源燃料酒精的推广以及新品种养殖饲料的研发带动了木薯产业的大发展，广东、广西、云南、海南等地都在扩大木薯种植面积，木薯酒精、木薯淀粉等加工企业纷纷扩大规模，国内酒精生产第一大县——江苏省连云港市赣榆县2006年木薯酒精产量已达到40万吨，2007年将达到100万吨，山东省每年木薯酒精产量也达100万吨，仅此两地的木薯渣即可生产200万吨生物有机肥，有机饲料，创产值20亿元，利税4亿元，可用于30万公顷的蔬菜种植，减少18000吨化学农药的用量。

大量的木薯皮、木薯酒精渣、木薯淀粉渣为当前农业上急需的商品有机肥的生产创造了条件，也为无公害绿色食品的生产奠定了良好的基础。

5.2. 社会效益

采用生物技术生产的木薯有机饲料，成本低，效果好，增加农民收入。

因此，对于发展农业产业化以及农产品的结构调整、品牌培植、出口贸易等都会产生积极的推动作用，对于促进农村经济发展、提高农民农业科技水平具有重要意义，会带来良好的社会效益。

5.3. 环保效益

生物技术对木薯的再利用有非常重要的意义，彻底解决困绕酿造企业的环境污染问题，使废弃的资源得到合理利用，生产出具有高附加值的产品，适合市场需求，使其变废为宝，给企业带来可观的经济效益的同时，产生巨大的环保效益，形成了生产与环保的良性循环。

同时，该项目的实施将改变传统工业经济发展模式（“资源