CN101248835B - 用酶降解棕榈粕、棕榈仁粕的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用酶降解棕榈粕、棕榈仁粕的方法，该方法主要是将干燥的棕榈粕和/或棕榈仁粕与含有甘露聚糖酶的酶溶液混合，其中每克干燥的棕榈粕和/或棕榈仁粕的甘露聚糖酶用量为5～120个单位，酶溶液的pH值控制在2～11，混合后物料的水分含量控制在30～70％；将上述混合后物料置于40～100℃的温度下进行酶解反应，保持4～80个小时后，即可制得成品。本发明的工艺方法不产生大量的废弃物，营养价值较高，工艺过程简单、容易，成本低，产品稳定性好，经处理的产品作为动物饲料可部分替代玉米和豆粕。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用生物酶降解棕榈粕、棕榈仁粕的方法，通过该方法降解后能得到一种可作为饲料或饲料配方的混合物。
背景技术
棕榈粕、棕榈仁粕分别是棕榈果肉、棕榈仁提炼棕榈油的过程中所产生的一种残留物质，其粗纤维含量高，粗蛋白含量低(14～19％)，赖氨酸、蛋氨酸及色氨酸均缺乏，脂肪酸属于饱和脂肪酸(主要成份分析见表1)。棕榈(仁)粕属于粗饲料，由于其价格低、无霉性、无副作用，所以特别适合于反刍动物的饲养，如牛、羊、鹿等。
表1：棕榈(仁)粕主要成份分析
| 成份 | 含量 |
| 蛋白(Protein) | ≥14％ |
| 脂肪(Oil) | ≥8％ |
| 水分(Moisture) | ≤9.5％ |
| 杂质(Dirt & Shell) | ≤15％ |
棕榈仁粕的实验室抽样化验结果如下：
粗蛋白16％ 粗纤维18％ 粗脂肪11％ 水分9.5％
赖氨酸0.5％ 胱氨酸0.2％ 苏氨酸0.5％ 精氨酸2％
蛋氨酸0.3％ 苯丙氨酸0.6％ 组氨酸0.26％ 色氨酸0.12％
钙0.15％ 无氮浸出物40.9％ 粗灰分4.6％ 总能量4100MCL/KG
目前，作为传统饲料来源的玉米及饼粕类原料的国内市场价格在不断上涨，而使用棕榈(仁)粕作为饲料原料不仅价格低、成本小，而且原料来源丰富，由于棕榈(仁)粕可部分替代玉米和豆粕，其最直接的效果就是成本可大幅降低，而对饲喂效果影响甚微，从而使饲料企业、畜牧企业的经济效益显著提高，竞争力大大增强。但鉴于上述成份分析结果，在肉鸡和仔猪日粮中不宜使用棕榈(仁)粕，生长育肥猪可用到15％以下，奶牛使用可提高奶酪质量，但大量使用会影响适口性。有报道显示，影响棕榈(仁)粕作为饲料使用的原因不仅仅在于其粗纤维含量较高，更主要的是因为棕榈(仁)粕中含有大量抗营养因子——β-甘露聚糖，如何有效降解甘露聚糖，并使之转化为可饲喂动物的营养物质，就成为饲料行业一个亟待解决的问题。利用生物酶降解聚糖类物质是一种有效的途径，但传统的方法是在待加工处理的物料上喷涂一层薄薄的酶溶液或是在待加工处理的物料泥浆中添加酶溶液，前一种方法限制了加工处理的速度，后一种方法因细胞已被水所饱和，酶溶液只能慢慢扩散到细胞间隙中，转化率太低。而针对棕榈(仁)粕中甘露聚糖的生物降解技术更是鲜有报道，降解所使用的酶溶液的配制以及酶解反应的温度、时间的控制都很难把握。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种营养价值较高、废弃物排放较少、转化效率高、工艺操作简单的用酶降解棕榈粕、棕榈仁粕的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用酶降解棕榈粕、棕榈仁粕的方法，包括以下步骤：
(1)原料的配制、混合：将干燥的棕榈粕和/或棕榈仁粕与含有甘露聚糖酶的酶溶液混合均匀，其中每克干燥的棕榈粕和/或棕榈仁粕的甘露聚糖酶用量为5～120个单位，酶溶液的pH值控制在2～11，混合后物料的水分含量控制在30～70％；
(2)酶解反应的控制：将上述混合后物料置于40～100℃的温度下进行酶解反应，保持4～80小时后，得到混合产物。
上述干燥的棕榈粕和/或棕榈仁粕是指经干燥处理后其水分含量控制在15％以下，最好能将水分含量控制在3～10％。
上述干燥处理过程可以在干燥设备中进行，为了减少细菌的繁殖和有机质的腐烂，干燥过程中的温度可控制在50～130℃，优选控制在75～115℃。
在上述方法原料的配制、混合阶段，每克干燥的棕榈粕和/或棕榈仁粕的甘露聚糖酶用量优选为7～18个单位，酶溶液的pH值最好控制在4.5～6.5，混合后物料的水分含量最好控制在45～65％。在配制、混合过程中，用来处理的酶溶液最好是慢慢地加入到大量的干燥的棕榈粕和/或棕榈仁粕中，在添加酶溶液的过程中对棕榈粕和/或棕榈仁粕进行不断地搅拌，使之与酶溶液充分、均匀地混合。
考虑本发明的方法是在适宜的温度条件下以防止反应混合物感染而进行的轻微的、限制酶活性并抑制微生物扩散的过程，因此在上述酶解反应的控制阶段，混合后物料酶解反应温度优选控制在55～80℃；反应时间可以在所述控制范围内(4～80小时)因酶的用量及反应温度的不同而有所差异。
通过上述方法对棕榈粕和/或棕榈仁粕进行降解后，得到的产物为含有较高水分的固-液混合物，该混合产物可以直接作为饲料饲喂动物或是作为饲料配方中的一种原料，也可以对上述成品进行干燥、粉碎后，得到粒状成品作为饲料产品使用。
本发明是将酶溶液与干燥的棕榈(仁)粕充分、均匀地混合，而非如传统工艺所采用的与浆液混合，这样就提供了一个非常高效率的甘露聚糖的转化过程，干燥的棕榈(仁)粕能够快速地吸收酶溶液，甘露聚糖酶因此也能够更迅速地对细胞中的甘露聚糖产生作用。甘露聚糖酶是半纤维素酶的一种，是能够水解含β-1，4-甘露糖苷键的甘露寡糖和甘露多糖(包括甘露聚糖、半乳甘露聚糖、葡萄甘露聚糖等)的内切水解酶，能将广泛存在于豆类籽实中的甘露聚糖等多糖降解为甘露寡糖等低聚糖，这样不仅消除了甘露聚糖对单胃动物各种营养素的抗营养作用，同时所生成的甘露低聚糖在动物肠道中起着重要的调节作用。而本发明的方法正是利用甘露聚糖酶来降解棕榈(仁)粕中的抗营养因子，将其转化为动物可利用的营养物质(含甘露寡糖和/或甘露糖的混合物)，这不仅充分利用了饲料资源，同时也显著提高了动物的生长性能和免疫力。此外，本发明的工艺方法产生的废弃物较少，工艺过程简单、容易控制，成本低，产物的营养价值较高，产品稳定性好，在很多情况下产品都是有用的动物性饲料或饲料成分。经过实验发现，在蛋鸭日粮中添加一定比例的本发明成品后，蛋鸭的产蛋率、个蛋重、料蛋比、破畸和蛋黄颜色与对照组没有差异，但每吨饲料的成本却可以大幅度降低。
具体实施方式
实施例1
将水分含量为18.42％的棕榈仁粕放入干燥机中进行干燥，干燥时温度控制在100℃左右，干燥时间设定为40分钟，干燥后水分测定为4.47％。称取180.0g的棕榈仁粕样品两个，每个样品加入200ml的含有甘露聚糖酶的酶溶液(pH值为5.3)，并分别转移到两个具塞反应管中。再称取180.0g棕榈仁粕作为第三个样品，加入200ml含有柠檬酸钠的水缓冲液(pH值为5.3)，并转移到另一个具塞反应管中。第一个样品立即与1000ml含有柠檬酸钠的水缓冲液(pH值5.3)混合，用一过滤器过滤，不溶物用1000ml含有柠檬酸钠的水缓冲液(pH值5.3)冲洗，并将不溶物置于100℃温度下干燥24小时后，称得干燥物的质量为153.60g。其中200ml的含有甘露聚糖酶的酶溶液是由1.73g的里氏木霉(Trichoderma reesei)与200ml柠檬酸钠(50mmol)缓冲溶液混合配制而成，该酶溶液中大约能产生1800～3600个单位的甘露聚糖酶。
将第二个、第三个样品置于10转/分钟的自动调温孵育箱中，温度设定在52℃±0.5℃。经过24小时后，分别对第二个、第三个样品进行过滤、洗涤和干燥(方法同第一个样品)，第二个样品干燥后的质量为116.4g，第三个样品干燥后的质量为152.4g。
由以上对比试验可见，以初始的棕榈仁粕样品干重171.95g来计算转化率，则非酶和酶介导孵育的转化率分别为11.4％和32.3％。由于孵育过程的影响，使棕榈仁粕中的不溶性蛋白(以难溶干物质进行确定)从153.6g减少到116.4g；由于酶解作用的影响，使棕榈仁粕中的不溶性蛋白从152.4g降低至116.4g；由于两种因素的共同作用，使棕榈仁粕中的不溶性蛋白从171.95g降低至116.4g。以上结果说明：在适当的温度、时间控制下用甘露聚糖酶降解棕榈仁粕时，棕榈仁粕中的不溶性物质已有相当量转化为可溶性物质。
实施例2
取实施例1中干燥的棕榈仁粕160Kg，将其与340Kg含有醋酸钠的水缓冲液混合(pH值为5.2)，并转移至反应釜中。另取第二个160Kg的样品，在该样品中加入340Kg的含有甘露聚糖酶的酶溶液(pH值为5.2)，并转移至反应釜中。其中340Kg的含有甘露聚糖酶的酶溶液是由1.6Kg的里氏木霉(Trichoderma reesei)与340Kg的醋酸钠缓冲溶液(pH值为5.2)混合配制而成，该酶溶液中大约能产生160～320万个单位的甘露聚糖酶。把上述两个样品同时置于温度为62℃±0.1℃的喷淋装置中摇动孵育42小时，得到产品。
从上述两个反应釜中各取10g溶液置于试管中进行分析，剩余产品烘干后进行粉碎，用于蛋鸭等动物的饲喂试验。每个试管分析样中补充20ml水，再用力摇晃3分钟后置于3200转的离心机上离心10分钟，将浮在表面的油层移除出试管。然后移取样品用气液联用色谱仪(GLC)和气质联用色谱仪(GC-MS)测得第一个反应釜样品中含有0.8mg/ml的葡萄糖和＜0.04mg/ml的甘露糖，第二个反应釜样品中含有1.4mg/ml葡萄糖和45.3mg/ml的甘露糖。上述分析结果说明在棕榈仁粕中加入甘露聚糖酶后，棕榈仁粕中的抗营养因子——甘露聚糖已转化为或部分转化为营养性物质甘露糖。
饲喂试验结果表明第一个反应釜中得到的产品不宜作为蛋鸭的营养性物质，因为其营养价值太低，饲喂效果不理想；而在蛋鸭日粮中添加一定量的第二个反应釜中得到的产物后，蛋鸭的产蛋率、个蛋重、料蛋比、破畸和蛋黄颜色与按基础日粮饲喂的对照组没有差异，但却可以降低饲料成本24.25元/吨。
实施例3
将水分含量为17.5％的棕榈粕放入干燥机中进行干燥，干燥时温度控制在95℃左右，干燥时间设定为50分钟，干燥后水分测定为4.25％。称取160.0g的棕榈粕样品，将其与340ml含有醋酸钠的水缓冲液混合(pH值为5.2)，并转移至具塞的反应管中。称取第二个160g的样品，在该样品中加/入200ml的含有甘露聚糖酶的酶溶液(pH值为5.3)，并转移至具塞反应管中。其中200ml的含有甘露聚糖酶的酶溶液是由1.63g的里氏木霉(Trichoderma reesei)与200ml的柠檬酸钠(50mmol)缓冲溶液混合配制而成，该酶溶液中大约能产生1630～3260个单位的甘露聚糖酶。把上述两个样品同时置于10转/分钟的自动调温孵育箱中，温度设定在55℃±0.5℃，孵育30小时，得到产品。
从上述两支反应管中各取10g溶液置于试管中进行分析，每个试管分析样中补充20ml水，再用力摇晃3分钟后置于3200转的离心机上离心10分钟，将浮在表面的油层移除出试管。然后移取样品用气液联用色谱仪(GLC)和气质联用色谱仪(GC-MS)测得第一个反应管样品中含有0.7mg/ml的葡萄糖和＜0.04mg/ml的甘露糖，第二个反应管样品中含有1.3mg/ml葡萄糖和46.5mg/ml的甘露糖。上述分析结果说明在棕榈仁粕中加入酶后，棕榈仁粕中的抗营养因子——甘露聚糖已转化为或部分转化为营养性物质甘露糖。
第一个样品立即与1000ml含有柠檬酸钠的水缓冲液(pH值5.3)混合，用一过滤器过滤，不溶物用1000ml含有柠檬酸钠的水缓冲液(pH值5.3)冲洗，并将不溶物置于100℃温度下干燥24小时后，称得干燥物的质量为137.11g。第二个样品经与第一个样品相同的处理方式得到干物质101.42g，由以上对比试验可见，以初始的棕榈粕样品干重153.2g来计算转化率，则非酶和酶介导孵育的转化率分别为10.5％和33.8％。
Claims (2)
1.一种用酶降解棕榈仁粕的方法，包括以下步骤：
将水分含量为18.42％的棕榈仁粕放入干燥机中进行干燥，干燥时温度控制在100℃左右，干燥时间设定为40分钟，干燥后水分测定为4.47％；称取180.0g的棕榈仁粕样品，样品中加入200ml的含有甘露聚糖酶的酶溶液，酶溶液的pH值为5.3，然后转移到具塞反应管中；然后将样品置于10转/分钟的自动调温孵育箱中，温度设定在52℃±0.5℃，经过24小时后，对该样品进行过滤、洗涤和干燥得到质量为116.4g的产品；其中，所述200ml的含有甘露聚糖酶的酶溶液是由1.73g的里氏木霉(Trichoderma reesei)与200ml、50mmol的柠檬酸钠缓冲溶液混合配制而成，该酶溶液中能产生1800～3600个单位的甘露聚糖酶。
2.一种用酶降解棕榈粕的方法，包括以下步骤：
将水分含量为17.5％的棕榈粕放入干燥机中进行干燥，干燥时温度控制在95℃左右，干燥时间设定为50分钟，干燥后水分测定为4.25％；称取160g的棕榈粕样品，在该样品中加入200ml、pH值为5.3的含有甘露聚糖酶的酶溶液，并转移至具塞反应管中；再置于10转/分钟的自动调温孵育箱中，温度设定在55℃±0.5℃，孵育30小时，得到产品；其中所述200ml的含有甘露聚糖酶的酶溶液是由1.63g的里氏木霉(Trichoderma reesei)与200ml、50mmol的柠檬酸钠缓冲溶液混合配制而成，该酶溶液中能产生1630～3260个单位的甘露聚糖酶。
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