CN101965903A

CN101965903A - 一种发酵植物蛋白的制备方法

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Publication number: CN101965903A
Application number: CN2010102571748A
Authority: CN
Inventors: 钱国英; 李彩燕; 汪财生; 高有领
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2030-08-17
Also published as: CN101965903B

Abstract

本发明涉及到一种发酵植物蛋白的制备方法，其特征在于包括下述步骤：(1)将去植物蛋白原料粉碎，放入无氧发酵容器，得到粉碎的植物蛋白粕；(2)处理反刍动物瘤胃获得瘤胃液；(3)配制矿物质缓冲液；(4)将瘤胃滤液接种到植物蛋白粕中，加入矿物质缓冲液和非蛋白氮，混合均匀，通入CO₂气体除氧；(5)在35-43℃下厌氧发酵24-84小时，然后于50-70℃下干燥，即得到发酵植物蛋白。与现有技术相比，本发明利用反刍动物废弃资源为菌源，对植物蛋白中主要抗营养因子去除效果很明显，胰蛋白酶抑制因子高效降解，其活性降低42％-63％，植酸含量降低50％-85％，粗纤维含量降低10％-45％，粗蛋白含量增加10％-20％。粗纤维含量有较大的降低，这是当前普遍采用的双菌种或多菌种组合发酵处理豆粕所不易达到的。

Description

一种发酵植物蛋白的制备方法

技术领域

本发明涉及到生物发酵领域，具体指一种发酵植物蛋白的制备方法。

背景技术

随着全球水产养殖业的快速发展，饲料原料尤其是蛋白质饲料不足的情况日趋明显。鱼粉作为水产饲料工业中最重要的优质蛋白来源，其需要量急剧上升，价格居高不下，严重制约了水产养殖业的发展。豆粕、菜籽粕等是重要的植物性蛋白源，具有较高的营养价值，价格相对较低且来源广泛，是理想的鱼粉替代源。但是这些植物性蛋白常含有多种抗营养因子，如豆粕中含有胰蛋白酶抑制因子、植酸等抗营养因子，极大限制了豆粕的饲用价值。制备低抗植物蛋白的各种加工处理方法也相继出现。

近年来，与加热处理、化学浸提等常规方法相比，微生物发酵处理由于去除效果良好、营养价值提高、工艺环保等多种优点，备受人们的关注。例如授权公告号为CN1279835C的中国发明专利即公开了这样《一种发酵法消除豆粕中抗营养因子的方法》，其包括：a、准备豆粕原料；b、在原料中加入料水；c、接种主要能产蛋白酶菌或/和产乳酸菌及分解大豆低聚糖菌或/和分解大豆凝血素等多种抗营养因子的微生物菌种，所述的微生物菌种主要选自酵母菌、乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌、沼泽红假单胞菌的单株菌种或其组合；d、控温发酵，发酵温度为30℃～55℃；e、成品处理。该方法组合使用多菌种，与添加单一的酶制剂相比，可以同时消除多种抗营养因子，更有利于动物的吸收。但是这种方法中，料水为灭菌水；发酵豆粕中纤维素等非淀粉多糖未能得到有效去除，并且这一发酵过程仅适用于豆粕这一种植物蛋白源，对其它的植物蛋白没有作用。

反刍动物瘤胃作为特殊的消化发酵罐，其中栖息着各种微生物，例如细菌、真菌、原虫等，表现出很强的降解纤维素和消除饲料毒物的作用，包括生氰糖甙、皂甙和植酸等。与单胃动物不同的是，反刍动物可以耐受含有胰蛋白酶抑制因子和皂甙的物质，如豆粕，这可能与消化道中的微生物发酵状态有关。屠宰厂和肉类加工厂在屠宰牛羊等反刍动物中产生很多的瘤胃内容物，它占地面积大，水分多，膻味浓而严重污染周围的土壤、水源、空气。据统计，每头牛屠宰可产生2-5kg的风干瘤胃内容物，而每头羊可产生0.5-1.5kg的风干瘤胃内容物。在我国，每年立冬以后是集中宰杀牛羊的季节，如把牛羊胃内容物收集起来，至少可有30万吨。调查表明，这些内容物除20％作为有机肥料还田外，其余都被废弃。而恰恰是这些“废弃物”含有丰富的微生物，同时其本身还是一种特殊的饲料资源。据分析，瘤胃内容物含粗蛋白质15.62％、粗纤维29.8％、粗脂肪为2.3％、粗灰分10.23％、无氮浸出物41.55％、钙0.81％、磷0.53％，相当于优质豆科牧草。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种以牛羊屠宰场废弃瘤胃内容物为菌源、利用微生物发酵技术有效去除植物蛋白中主要抗营养因子特别是纤维素等非淀粉多糖从而获得含有大量多肽发酵植物蛋白的制备方法

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该发酵植物蛋白的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)将去植物蛋白原料粉碎，放入无氧发酵容器，得到粉碎的植物蛋白粕；

(2)处理反刍动物瘤胃：在反刍动物屠宰时，迅速分离瘤胃，将瘤胃内容物收集到无氧容器中，35±43℃恒温，过滤除去固体颗粒得到瘤胃液，并向瘤胃液中通CO₂气体；

(3)配制矿物质缓冲液：将微量元素溶液、常量元素溶液、碳酸氢钠缓冲液和还原剂溶液按一定比例均匀混合；其中所述的微量元素溶液包括浓度为0.0132g/L的CaCl₂·2H₂O、浓度为0.01g/L的MnCl₂·4H₂O、浓度为0.001g/L的CoCl₂·6H₂O和浓度为0.008g/L的FeCl₃·6H₂O；所述的常量元素溶液包括浓度为1.89g/L的Na₂HPO₄·12H₂O、浓度为1.24g/L的KH₂PO₄和浓度为0.12g/L的MgSO₄·7H₂O；所述的碳酸氢钠缓冲液组包括浓度为0.8g/L的NH₄HCO₃和浓度为7.0g/L的NaHCO₃；所述的还原剂溶液包括浓度为0.039g/L的Cysteine HCl、浓度为0.01g/L的NaOH和浓度为0.039g/L的Na₂S·9H₂O；

(4)将瘤胃滤液接种到植物蛋白粕中，加入矿物质缓冲液和非蛋白氮，混合均匀，通入CO₂气体除氧；

(5)在35-43℃下厌氧发酵24-84小时，然后于50-70℃下干燥，即得到发酵植物蛋白。

所述瘤胃液的接种量与瘤胃液和矿物质缓冲液之和的比例为5-15ml∶50ml；植物蛋白粕与瘤胃液和矿物质缓冲液之和的比例为0.8-1.2g∶1ml，非蛋白氮的添加量与瘤胃液和矿物质缓冲液之和的比例为1-2g∶100ml。

步骤(4)中发酵是在搅拌状态下进行，搅拌速率为100-180r/min。

步骤(2)中在将瘤胃内容物收集到无氧容器中前，先不打开瘤胃，将瘤胃来回颠倒数次，将瘤胃内容物混合均匀后再打开瘤胃收集瘤胃内容物。

步骤(1)中植物蛋白原料粉碎后过40目筛，然后再放入无氧发酵容器。

上述方案中，所述的非蛋白氮可以选自尿素、双缩脲、尿素甲醛聚合物、硫酸铵或异亚丁基二脲。

与现有技术相比，本发明利用牛、羊、鹿等反刍动物屠宰场废弃资源为菌源，变废为宝，开发全新的蛋白饲料，成本低，效果好，且有利于保护环境。瘤胃液中的混合微生物对植物蛋白进行发酵，避免了使用化学添加剂和物理法对豆粕等植物蛋白中蛋白功能性质的影响，发酵过程中微生物大量繁殖，在降解豆粕中的纤维素等多糖物质的同时，生长繁殖过程中将糖类物质与无机氮合成菌体蛋白，改善氨基酸组成。其中含有的蛋白酶、纤维素酶等活性成分可帮助动物更充分地消化吸收各种营养成分。消化酶、中小分子蛋白、益生菌等可以大大提高豆粕的营养价值。由发酵前后蛋白电泳可以看出，植物蛋白经瘤胃微生物发酵后大分子蛋白质明显降解，中小分子蛋白明显增加。从测定结果来看，主要抗营养因子去除效果很明显，胰蛋白酶抑制因子高效降解，其活性降低42％-63％，植酸含量降低50％-85％，粗纤维含量降低10％-45％，粗蛋白含量增加10％-20％。粗纤维含量有较大的降低，这是当前普遍采用的双菌种或多菌种组合发酵处理豆粕所不能达到的。

附图说明

图1为本发明实施例2中发酵前后豆粕蛋白的SDS-PAGE电泳图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例选用菜籽粕作为原料。

(1)将菜籽粕粉碎，过40目筛，充分混匀，秤取50g菜籽粕粉装入CO₂气体吹扫过的500ml无氧发酵瓶中。

(2)在反刍动物例如牛、羊、鹿等屠宰时，迅速分离其瘤胃，先不打开瘤胃，将瘤胃来回颠倒数次，将瘤胃内容物混合均匀。然后用剪刀剪开瘤胃，瘤胃开口不宜过大，开口过大不便采集瘤胃内容物。用已用CO₂气体吹扫过的广口收集瓶接取瘤胃内容物，置于39±0.5℃的水浴锅内，依次用二层、四层和六层纱布过滤，过滤应尽量快，以保持微生物的活力，同时向获得的滤液即瘤胃液中不间断地通入CO₂气体。采集前剪刀和收集瓶等工具应灭菌，以减少污染。采集过程应尽量快，尽量保持瘤胃内容物的厌氧状态，以避免瘤胃微生物活力的减弱。过滤时可用玻璃棒搅拌，搅拌时及滤液瓶不间断地通入CO₂气体。瘤胃液暂置于39±0.5℃待用。

(3)配制矿物质缓冲液。将微量元素溶液、常量元素溶液、碳酸氢钠缓冲液和还原剂溶液混合均匀即得到矿物质缓冲液。该矿物质缓冲液中微量元素溶液中各物质的浓度为为：CaCl₂·2H₂O 0.0132g/L、MnCl₂·4H₂O 0.01g/L、CoCl₂·6H₂O 0.001g/L、FeCl₃·6H₂O0.008g/L；常量元素溶液各物质的浓度为Na₂HPO₄·12H₂O 1.89g/L、KH₂PO₄ 1.24g/L、MgSO₄·7H₂O 0.12g/L；碳酸氢钠缓冲液各物质的浓度为NH₄HCO₃0.8g/L、NaHCO₃7.0g/L；还原剂溶液各物质的浓度为Cysteine HCl 0.039g/L、NaOH 0.01g/L、Na₂S·9H₂O0.039g/L。

(4)将10ml瘤胃液加入到发酵瓶中，使瘤胃液接种到菜籽粕上；然后加入40ml矿物质缓冲液和0.5g尿素，混合均匀，通入CO₂气体除氧。

(5)将发酵瓶盖紧橡胶塞后，充分混匀，并避免菜籽粕粉末沾在瓶壁上。置于39±0.5℃恒温摇床内培养72小时，得到发酵菜籽粕。其中摇床的摇动速率为150r/min。

(6)发酵结束后，将发酵菜籽粕60℃干燥，制样分装。

对发酵前的菜籽粕和发酵菜籽粕进行抗营养因子和营养成分分析。其中硫代葡萄糖苷(硫苷)含量采用氯化钯分光光度法，植酸含量采用测铁分光光度法，粗蛋白含量按照GB/T 6432-1994凯氏定氮法进行，粗纤维含量按照GB/T 6434-1994进行。分析结果见表1所示。

表1菜籽粕发酵前后抗营养因子及营养成分比较

项目	硫苷(umol/g)	植酸(mg/g)	粗蛋白(％)	粗纤维(％)
					未发酵菜籽粕	73.3	1.649	34.8	13.3
发酵菜籽粕	23.7	0.51	41.2	9.03

由表1可以得出，菜籽粕发酵后，主要抗营养因子含量大大降低，硫苷降解率为67.7％，植酸降解率为69.1％。营养特性得到明显改善，粗蛋白含量提高18.4％，粗纤维含量降低32.1％。

实施例2

本实施例采用豆粕作为原料。

(1)将豆粕去皮粉碎，过40目筛，充分混匀，秤取50g豆粕粉装入CO₂气体吹扫过的500ml无氧发酵瓶中。

(4)将5ml瘤胃液加入到发酵瓶中，使瘤胃液接种到菜籽粕上；然后加入45ml矿物质缓冲液和0.5g尿素，混合均匀，通入CO₂气体除氧。

(5)将发酵瓶盖紧橡胶塞后，充分混匀，并避免豆粕粉末沾在瓶壁上。置于39±0.5℃恒温摇床内培养72小时，得到发酵菜籽。其中摇床的摇动速率为180rpm。

(6)发酵结束后，将发酵豆粕65℃干燥，制样分装。

对发酵前后的豆粕进行抗营养因子和营养成分分析。其中胰蛋白酶抑制因子(TI)含量采用BAPNA法，植酸含量采用测铁分光光度法，粗蛋白含量按照GB/T 6432-1994凯氏定氮法进行，粗纤维含量按照GB/T 6434-1994进行。分析结果见表2所示。

表2豆粕发酵前后抗营养因子及营养成分比较

项目	TI(mg/g)	植酸(mg/g)	粗蛋白(％)	粗纤维(％)
					未发酵豆粕	5.34	10.18	44.1	5.6
发酵豆粕	2.3	1.8	50.3	3.3

由表2可以得出，豆粕发酵后，主要抗营养因子含量大大降低，胰蛋白酶抑制因子降解率为56.9％，植酸降解率为82.3％。营养特性得到明显改善，粗蛋白含量提高14.1％，粗纤维含量降低41.1％。

对发酵前后的豆粕蛋白进行SDS-PAGE电泳可得到图1的结果，可见，大分子量的蛋白得到降解，分子量＞31kDa的蛋白明显减少，小分子多肽明显增加。发酵后豆粕小肽含量的增加可能是由于发酵过程中微生物分泌的蛋白酶分解部分大分子蛋白得到的。蛋白质被微生物分解后，生成动物易吸收的小分子蛋白或小肽，以提高豆粕利用率与蛋白质的吸收率。

本实施例中未涉及到的内容与实施例1相同。

Claims

1.一种发酵植物蛋白的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(2)处理反刍动物瘤胃：在反刍动物屠宰时，迅速分离瘤胃，将瘤胃内容物收集到无氧容器中，35-43℃恒温，过滤除去固体颗粒得到瘤胃液，并向瘤胃液中通CO₂气体；

2.根据权利要求1所述的发酵植物蛋白的制备方法，其特征在于所述瘤胃液的接种量与植物蛋白粕量比例为5-15ml∶100g；植物蛋白粕与瘤胃液和矿物质缓冲液之和的比例为0.8-1.2g∶1ml，非蛋白氮的添加量与瘤胃液和矿物质缓冲液之和的比例为1-2g∶100ml。

3.根据权利要求1所述的发酵植物蛋白的制备方法，其特征在于步骤(4)中发酵是在搅拌状态下进行，搅拌速率为100-180r/min。

4.根据权利要求1所述的发酵植物蛋白的制备方法，其特征在于步骤(2)中在将瘤胃内容物收集到无氧容器中前，先不打开瘤胃，将瘤胃来回颠倒数次，将瘤胃内容物混合均匀后再打开瘤胃收集瘤胃内容物。

5.根据权利要求1所述的发酵植物蛋白的制备方法，其特征在于步骤(1)中植物蛋白原料粉碎后过40目筛，然后再放入无氧发酵容器。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的发酵植物蛋白的制备方法，其特征在于所述的非蛋白氮选自尿素、双缩脲、尿素甲醛聚合物、硫酸铵或异亚丁基二脲。