CN102406134A - 一种高消化率发酵豆粕的固态发酵方法 - Google Patents

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罗富原
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Abstract

本发明属于发酵技术领域，涉及一种高消化率发酵豆粕的固态发酵方法。一种高消化率发酵豆粕的固态发酵方法，该方法包括菌种液体发酵、菌液与豆粕混合均匀、发酵池堆积、覆盖薄膜、固态发酵、烘干、粉碎和包装步骤，上述的菌种液体发酵菌种的选择重量配比芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌=1.8～2.2：0.8～1.2：0.8～1.2；菌液与豆粕混合均匀前对菌液进行升温处理，升温处理的温度为34～36℃；菌液与豆粕混合采用卧式螺带混合机，混合时间3～5min；发酵池堆积高度为40～60cm；固态发酵时间3.5～5天。本发明通过考虑各种影响发酵豆粕消化率的因素，确定一种大规模、质量好发酵豆粕固态发酵的最优方法。

Description

一种高消化率发酵豆粕的固态发酵方法
技术领域
本发明属于发酵技术领域，涉及一种高消化率发酵豆粕的固态发酵方法。
背景技术
目前，对发酵豆粕的研究很多，但大部分都停留在实验室小批量进行。由于批量小，散热性好也极易操作，这与实际大生产有很大区别，因此，实验室做出来的数据往往无法在实际生产中应用。而且，现在发酵豆粕的生产厂家有许多，但质量却千差万别，即使同一厂家不同批次的发酵豆粕质量也相差很大，除了各厂家采用不同菌种、不同工艺外，造成发酵豆粕质量差别大、稳定性差、可重复性差的最重要的原因在于还尚未建立大规模、质量好的发酵豆粕固态发酵的方法。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种大规模、质量好发酵豆粕固态发酵的方法。
为了实现上述的技术目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种高消化率发酵豆粕的固态发酵方法，该方法包括菌种液体发酵、菌液与豆粕混合均匀、发酵池堆积、覆盖薄膜、固态发酵、烘干、粉碎和包装步骤，上述的菌种液体发酵菌种的选择重量配比芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌=1.8～2.2：0.8～1.2： 0.8～1.2；菌液与豆粕混合均匀前对菌液进行升温处理，升温处理的温度为34～36℃；菌液与豆粕混合采用卧式螺带混合机，混合时间3～5min；发酵池堆积高度为40～60cm；固态发酵时间3.5～5天。
作为最优选，上述的菌种液体发酵菌种的选择重量配比芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌=2：1：1；菌液与豆粕混合均匀前对菌液进行升温处理，升温处理的温度为35℃；菌液与豆粕混合采用卧式螺带混合机，混合时间4min；发酵池堆积高度为50cm；固态发酵时间4天。
本发明由于采用上述的技术方案，通过考虑各种影响发酵豆粕消化率的因素，确定一种大规模、质量好发酵豆粕固态发酵的最优方法。
具体实施方式
豆粕发酵菌种
本发明涉及的菌种有乳酸菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母，均购自中国工业微生物保藏中心。
采样方法
为采集得到均匀、富有代表性的发酵豆粕样品，本发明采样方法为：采集东、南、西、北、中、上、中、下八点位置的样品，每个点各采集50g，采集后混合均匀。
消化率的测定
1.3.1 材料
豆粕：经105℃烘干处理的样品，粉碎过60目筛后保存备用。
1.3.2 胃蛋白酶处理
称取0.5g饲料样品2份，分别置于250ml带盖三角瓶中（每个样品测2个平行样）。称取500IU胃蛋白酶，置于体积100ml、pH值1.4的HCL-KCL缓冲液中。用移液管移取30ml上述混合液置于三角瓶中。将三角瓶置于40℃台式恒温摇床中，以其温度达到40℃时开始计时，震荡3h，频率80次/min。
1.3.3 胰蛋白酶处理
准确称取5000IU胰蛋白酶，置于体积1000ml、pH值6.8的KH2PO4-NaOH缓冲液中，放入冰箱备用。从摇床中按顺序取下三角瓶，用0.2mol/LNaOH滴定消化液，使其pH值6.8，各量取15ml KH2PO4-NaOH-胰蛋白酶混合液置于三角瓶中。继续在40℃下震荡消化3h。用320目尼龙滤布和抽滤装置过滤消化液，并用温水反复冲洗培养用的三角瓶，将洗液加入消化液中过滤，用洗瓶多次冲洗滤渣。将滤渣放入65℃恒温烘箱中烘干1h，用凯氏定氮法测定滤渣的含氮量，计算消化率。
1.3.4 空白实验
按上述各步骤进行，但不加入样品，测定胃蛋白酶-胰蛋白酶复合处理空白实验的含氮量。
1.3.5 体外消化率的测定方法
粗蛋白消化率（%）=(饲料样品粗蛋白含量-消化后滤渣粗蛋白含量)/饲料样品粗蛋白含量*100。
发酵豆粕生产工艺流程：
菌种液体发酵—菌液升温—菌液与豆粕混合均匀—发酵池堆积—覆盖薄膜—固态发酵—烘干—粉碎—包装。
确定最优料液比
水是微生物发酵时营养物质重要的传递介质，而且水分高低对微生物的组成也有重要影响，水分低，微生物生长缓慢，水分高，虽然对发酵有利，但使得发酵豆粕粘性增加，在烘干机内部难以分散，容易结块而影响干燥的均匀度，且增加烘干成本。
据许多文献资料报道，实验室小规模豆粕发酵料液比在1:1左右。但利用此比例进行大规模生产，烘干成本居高不下，发酵豆粕粘性大，烘干难度大，堆高储藏易结块。因此，本发明结合实际情况，探索料液比1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.7（料液比继续提高，烘干机需脱水设备，增加成本）对消化率的影响。
表1 料液比对消化率的影响
料液比 1:0.3 1:0.4 1:0.5 1:0.6 1:0.7
消化率（%） 82.64 92.31 96.15 97.02 97.35
  从上表中可知，随着料液比的增大，消化率也随之提高；料液比1:0.3，消化率仅为82.64%，可能是由于水分低，微生物生长缓慢、发酵困难；从料液比1:0.4开始，消化率提高显著，料液比1:0.6后，消化率提高缓慢。虽然料液比1:0.7，消化率最高，但综合烘干困难、成本大等因素，固态发酵选择1:0.5为最优料液比。
确定最适菌种比例
本发明中的菌种在固态发酵中发挥的功能各异：枯草芽孢杆菌主要产生各种酶，降解各种大分子物质；酵母菌主要提供菌体蛋白及产生醇香味；乳酸菌主要产生乳酸，提高产品的诱食性。各种菌能通过自身不同特性在固态发酵过程中协同发挥作用，因此，菌种的不同配比对发酵豆粕的质量产生重要影响。 本发明通过研究枯草芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌不同比例1:1:1、2:1:1、1:2:1、1:1:2、2:2:1、2:1:2、1:2:2对消化率影响，确定最适菌种配比。
 表2 菌种比例对消化率的影响
芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌 1:1:1 2:1:1 1:2:1 1:1:2 2:2:1 2:1:2 1:2:2
消化率（%） 92.56 96.08 93.25 90.82 94.71 93.56 92.86
从上表中可知，芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌为2:1:1时，消化率最高，这是由于枯草芽孢杆菌比例越大，越有利于在发酵前期枯草芽孢杆菌在菌种组成中占据优势，它利用分泌的蛋白酶等将大分子蛋白等降解为易消化吸收的小分子肽，提高发酵豆粕的消化率。因此，选择芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌为2:1:1作为最适菌种比例。
确定最适初始温度
温度是影响微生物生长繁殖的重要因素，在适宜的温度范围内，微生物生长迅速。在实际生产过程中，为节约成本，固态发酵很难做到恒温发酵，一般将豆粕与菌液混合好的物料堆于发酵槽中让其自然发酵。但为了能加快发酵速度，提高场地周转速度，本发明在豆粕与菌液混合前，对菌液加热升温到一定温度。由于每种微生物生长的最适温度都不一样，菌液的不同初始温度易引起固态发酵的菌种比例改变，最终影响发酵豆粕的消化率。
表3 菌种比例对消化率的影响
初始温度（℃） 30 31 32 33 34 35 36 37 38   
 消化率（%） 89.21 90.56　 92.24　 93.78　 95.20　 96.32　 94.53　 92.48　 91.91　
从上表中发现，当菌液加热到35℃时，消化率最高。这可能是由于好氧菌枯草芽孢杆菌、酿酒酵母的最适生长温度分别为37℃、30℃，厌氧菌乳酸菌的最适生长温度也为37℃，在发酵前期，无论是酿酒酵母，还是乳酸菌的快速增殖都会抑制枯草芽孢杆菌的生长繁殖，而处于乳酸菌、酵母菌最适温度之间的35℃更适合枯草芽孢杆菌的生长，有利于消化率的提高，因此，选择35℃作为菌液的最适初始温度。
确定最佳混合时间
目前发酵豆粕常用的混合设备是卧式螺带混合机。豆粕与菌液的混合时间短易造成物料水分分布不均，发酵程度各异，影响消化率；混合时间长，造成设备利用率低，生产周转速度慢。因此，选择合适的混合时间对提高消化率及设备的利用率至关重要。
 表4 混合时间对消化率的影响
混合时间（min） 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
消化率（%） 89.92 92.28 94.73 96.25 96.3 96.21 96.45
从上表中可知，混合时间自2.5min后，消化率增长迅速，混合时间3.5min后，消化率增长缓慢，综合消化率及设备利用率等因素，选择3.5min为大规模生产的混合时间。
确定最适堆积高度
本发明中的发酵豆粕采用堆积式发酵。堆积高度通过影响菌群的分布来影响消化率，堆积高度越高，越有利于厌氧菌的生长繁殖，不利于好氧菌的生长繁殖，反之亦然。而高消化率的发酵豆粕，正是好氧发酵与厌氧发酵的完美结合。
表5 堆积高度对消化率的影响
堆积高度（cm） 30 35 40 45 50 55 60
消化率（%） 95.36 94.82 94.62 95.01 95.25 93.75 90.88
从上表中可知，30cm至50cm之间，堆积高度对消化率的影响不大，而堆积高度超过50cm，消化率下降幅度大，这可能是由于堆积越高，不利于好氧菌的生长繁殖及各种消化酶的分泌。为节约发酵产地，提高场地周转速度，选择50cm作为最适堆积高度。
确定最适固态发酵时间
微生物通过分泌的蛋白酶、纤维素酶等消化酶将豆粕中的抗原蛋白降解来提高豆粕的消化吸收率，在发酵前期、中期，抗原蛋白的降解程度与消化酶的作用时间成正比，随着发酵后期的到来，厌氧发酵逐渐取代好氧发酵成为主要的发酵形式，厌氧发酵产生的乳酸使物料中的pH下降，抑制消化酶的作用。
表6 固态发酵时间对消化率的影响
固态发酵时间（d） 1d 1.5d 2d 2.5d 3d 4d 4.5d 5d
消化率（%） 79.3 82.52 86.76 92.06 94.58 96.05 96.28 96.46
由上表中可知，固态发酵1d，发酵豆粕的消化率与豆粕接近，说明微生物正处于生长停滞期，从固态发酵1.5d后，消化率迅速提高，说明微生物开始大量繁殖，并开始分泌消化酶，到固态发酵2.5d后，消化率提高缓慢，消化酶开始受到抑制，固态发酵4d后，消化酶受到严重抑制，基本失效，因此，选择4d作为最适固态发酵时间。
结论
    通过工厂大规模生产实验研究确定高消化率的发酵豆粕的固态发酵条件：最优料液比1:0.5，菌种最适配比芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌=2:1:1，最适初始温度35℃，最佳混合时间3.5min，最适堆积高度50cm，最适固态发酵时间4d，按上述条件生产发酵豆粕，能获得消化率95%以上的发酵豆粕，比豆粕的消化率提高20%以上，大大提高产品质量，降低饲料使用成本。

Claims (2)

1.一种高消化率发酵豆粕的固态发酵方法，该方法包括菌种液体发酵、菌液与豆粕混合均匀、发酵池堆积、覆盖薄膜、固态发酵、烘干、粉碎和包装步骤，其特征在于：菌种液体发酵菌种的选择重量配比芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌=1.8～2.2：0.8～1.2： 0.8～1.2；菌液与豆粕混合均匀前对菌液进行升温处理，升温处理的温度为34～36℃；菌液与豆粕混合采用卧式螺带混合机，混合时间3～5min；发酵池堆积高度为40～60cm；固态发酵时间3.5～5天。
2.根据权利要求1所述的一种高消化率发酵豆粕的固态发酵方法，其特征在于：菌种液体发酵菌种的选择重量配比芽孢杆菌：乳酸菌：酵母菌=2：1：1；菌液与豆粕混合均匀前对菌液进行升温处理，升温处理的温度为35℃；菌液与豆粕混合采用卧式螺带混合机，混合时间4min；发酵池堆积高度为50cm；固态发酵时间4天。
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