CN102488090B

CN102488090B - 利用废酵母泥制备的高蛋白饲料及方法

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Publication number: CN102488090B
Application number: CN2011103854626A
Authority: CN
Inventors: 何国庆; 高世阳; 阮晖; 陈启和
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2031-11-28
Also published as: CN102488090A

Abstract

本发明公开了一种利用废酵母泥制备的高蛋白饲料及方法。该制备方法为：将废酵母泥加入水中混匀，于30-60℃自溶6-36h；再加入豆粕，搅拌均匀，干燥制得高蛋白饲料；其中，废酵母泥为生产β-甘露聚糖酶或啤酒中产生的废酵母泥；以每千克废酵母泥计，水的用量为0-2kg，豆粕的加入量为0.5-2kg。利用该方法制得的高蛋白饲料含有较高浓度的溶出蛋白，且安全无毒。本发明采用自溶法对酵母细胞进行破壁，不引入其它物质，操作简单、能耗低；在干燥时加入豆粕作为膨松剂可有效提高干燥效率，节约成本，且豆粕本身即为高蛋白物质，所得产品不需分离可直接作为高蛋白饲料，也可添加常用饲料辅料后制成高蛋白饲料。

Description

利用废酵母泥制备的高蛋白饲料及方法

技术领域

本发明涉及产品废弃物回收利用技术领域，尤其涉及一种利用废酵母泥制备的高蛋白饲料及方法。

背景技术

酵母是一种单细胞真核微生物，酵母除了用作发酵用途外，本身营养物质的含量也极为丰富，酵母中蛋白质含量占自身干重的50%以上。近100多年来，酵母工业已形成了一个强大的生产体系，在食品工业中所占的比重日益增加。但是随着酵母发酵时间和次数的增多，酵母的活性会逐渐下降，甚至开始死亡，因此发酵工业中会产生大量的“废酵母”，主要有啤酒酵母和一些产酶酵母，这些酵母沉积在发酵罐底部形成废酵母泥。这些“废酵母”的发酵功能已经衰弱，但是其内部营养成分变化不大，尤其是蛋白质含量并没有减少。如果将该酵母直接排放，不仅会对环境生态系统造成负面影响，也是一种资源浪费。如果将此类酵母回收利用，变废为宝，发展循环经济，使废酵母破壁生产酵母蛋白，不但解决了环境问题，同时也能够创造可观的经济利益。

工业生产中这种废酵母的开发前景十分广阔。这些废酵母在饲料行业、食品行业和生物制药行业都可以作为重要的原料来使用。例如，在制药方面，废酵母提取物中含有多种氨基酸、核酸、维生素、酵母酶类和其他生物活性物质，可以运用适当的方式提取这些活性物质来进行工业生产；另外，废酵母中的蛋白质、矿物质和多糖等营养成分比较丰富，因而在食品行业有广泛的应用前景。酵母蛋白能显著促进动物（猪、鸭、鸡、鹅、鱼虾）新陈代谢，增强食欲，有利于动物的消化吸收，加速动物的生长发育及生产性能的发挥，还能提高动物的抗病防病能力，是配制畜、鱼、虾饲料的理想蛋白质原料。利用酵母蛋白部分替代鱼粉及豆粕，可有效降低成本，使饲料厂和养殖户获得更佳经济效益。

目前，已有部分企业运用这些废酵母直接作为动物蛋白饲料，但是由于酵母的细胞壁不易被直接消化，使得酵母蛋白利用率较低，工业产值不高。若能够通过一定的方式，使得酵母细胞破壁，增加溶出蛋白量，则可以大大增加酵母蛋白的生理利用率，产品价值也能得到明显增加。

使酵母细胞破壁的方法有多种，工业中常用的方式有：超声破碎、温差破壁、外加酶类溶解、机械破壁法等。这些方法中，超声破碎和温差法能耗剧烈，并且温差法操作繁琐，产生的附加值很高；外加酶法，需添加的酶数量较多，花费较大；而机械破壁的方式，其破壁率较低，效果不明显。由于废酵母自身价值很低，不宜采用附加值高的方式，因此，合适的破壁方式成为工业运用废酵母亟待解决的问题。相对以上破壁方式，自溶法是破壁的最佳方式，自溶法通过控制适当条件，如温度、pH、时间、加水量等，利用细胞自身的降解酶来破壁，能耗低，不需要添加其他物质，安全无毒，并且已经有研究表明，自溶后酵母的蛋白利用率会比自溶前酵母的蛋白利用率提高很多倍。

另一方面，自溶后的酵母泥水分含量多，粘性较大，目前采用的方法主要为高温干燥，干燥后的酵母容易结块，质地坚硬，不易粉碎。工业废酵母自身价值较低，若采用其他干燥方式进行干燥，则存在能耗大、干燥时间长、干燥效果不好等缺点。所以，自溶后的酵母泥也需要选择合适的干燥方式。

发明内容

本发明提供了一种利用废酵母泥制备高蛋白饲料的方法，采用自溶法实现酵母细胞的破壁，增加蛋白质的溶出；同时，以豆粕作为酵母泥干燥膨松剂，通过添加豆粕提高干燥效率。该方法不但操作简单、能耗低，而且产品溶出蛋白含量较高、安全可靠。

一种利用废酵母泥制备高蛋白饲料的方法，包括：将废酵母泥加入水中混匀，于30-60℃自溶6-36h；再加入豆粕，搅拌均匀，干燥制得高蛋白饲料。

所述的废酵母泥可以为生产β-甘露聚糖酶或啤酒中产生的废酵母泥；优选为生产β-甘露聚糖酶中产生的废酵母泥，即产β-甘露聚糖酶酵母发酵后剩下的废酵母泥。产β-甘露聚糖酶酵母为饲用可食酵母，自身价值较低，目前较少应用于氨基酸、多糖等活性物质的提取，为此，以产β-甘露聚糖酶酵母作为本发明的原料制备饲料，不但原料来源稳定，而且实现了对此类废酵母的回收利用。

所述的废酵母泥中含有质量百分比浓度为65%-70%的水分。发酵工业生产获得的含水分的废酵母泥可以直接作为本发明的原料，不需经过去除水分等过程，节约了操作工序。

所述的废酵母泥干燥后的干物质中含有质量百分比浓度为62%-67%的蛋白质。

所述的豆粕是大豆提取豆油后得到的副产品，呈不规则碎片状，颜色为浅黄色至浅褐色，味道具有烤大豆香味，豆粕中蛋白质含量可以达到40%-48%，也是优质的蛋白饲料，而且干燥的豆粕是很好的膨松剂。针对自溶后酵母泥干燥难的问题，添加适量的豆粕作为酵母泥干燥膨松剂，可以使自溶后的酵母泥空隙增加，加快干燥速度，且得到的干燥物不需分离，可以直接作为动物高蛋白饲料使用。

以每千克废酵母泥计，所述水的用量为0-2kg；优选为0-1kg，添加适量的水有利于加快酵母细胞的自溶。

以每千克废酵母泥计，所述豆粕的加入量为0.5-2kg；优选为0.5-1.5kg。该豆粕加量下，既能保证合适的干燥速度，又能获得较好色泽、气味的产品。

所述的自溶温度优选为45-55℃；更优选为48-50℃。该温度范围是酵母自溶酶类作用的最适温度，可以加快废酵母泥的自溶。

所述的自溶时间优选为18-30h；更优选为22-25h。该时间条件下酵母自溶酶可以最大限度地发挥作用，并且不会发生腐败变味。

所述的干燥可以通过如下方式：废酵母泥自溶并加入豆粕后，置于60-100℃烘箱中干燥8-14h；优选地，置于60-70℃烘箱中干燥8-14h；更优选地，置于60℃烘箱中干燥12h。若采用在室温下自然风干，不但干燥时间长、干燥效果差，而且容易滋生微生物，引起酵母泥腐败变质，不适用于工业化生产。而采用在60-100℃烘箱中热风干燥的方式，由于添加了豆粕作为膨松剂，可以有效提高酵母泥之间的空气流通缝隙，干燥时间适宜，且干燥效率可以得到极大的提高，适合工业化生产。

本发明还提供了一种利用上述方法制备得到的高蛋白饲料，该高蛋白饲料含有较高浓度的溶出蛋白，且安全无毒，可以直接作为动物饲料，或者可以添加饲料上常用的辅料后作为动物饲料使用。

优选地，所述的高蛋白饲料还可以添加维生素、氨基酸或矿物质等组分，无含量禁忌，配合使用而不影响其性能。

本发明方法采用自溶法，通过控制温度、时间、加水量等条件，利用酵母细胞自身的降解酶作用实现细胞的破壁，废酵母泥自溶后，溶出蛋白占废酵母泥干物质的质量分数可以达到12%-15%。同时，本发明方法利用豆粕作为膨松剂促进自溶后废酵母泥的干燥，干燥效率高，干燥后的产品色泽、气味较佳。

具体地，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明采用的废酵母泥为发酵工业中生产剩下的酵母泥，即为酵母发酵完成后的剩余产品；所加入的豆粕，为大豆提取豆油之后剩下的残留物。本发明方法的产品原料均为废弃物，为废酵母泥和豆粕的综合利用提供了新思路和有效的参考。

（2）本发明中采用的是利用酵母自溶来增加废酵母溶出蛋白含量的方法。酵母自溶法相对于其他破壁方法不仅能较好地提高溶出蛋白含量，而且不需要添加新物质，耗能很少，获得的产品安全可靠。

（3）本发明中采用的是添加豆粕作为膨松剂来提高干燥效率。自溶后酵母泥含水量较多、粘性很大、容易结块，若直接干燥，效率很低，并且不易粉碎，添加一定量豆粕作为膨松剂，增大空气流通缝隙，不仅可以缩短干燥时间，并且由于豆粕本身即为高蛋白含量物质，因此，得到的最终干燥物不需分离可直接作为高蛋白饲料使用。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为实施例2中各因素交互项对废酵母泥自溶产生的蛋白质浓度影响的响应曲面图。

具体实施方式

实施例1-4使用的废酵母泥原料为饲用产β-甘露聚糖酶发酵后剩下的废酵母泥，经测定，该废酵母泥中含有质量百分比浓度为68.5%的水分，且该废酵母泥干燥后的干物质中含有质量百分比浓度为65.6%的蛋白质。

实施例1不同加水量、自溶温度、自溶时间对废酵母泥自溶的细胞破壁率影响

取饲用产β-甘露聚糖酶废酵母，加入适量蒸馏水，混合均匀后，在一定温度下自溶一段时间；取出后稀释一定倍数，在显微镜下用血细胞计数板观察，计算酵母细胞的个数，并计算细胞破壁率。

其中，细胞破壁率（%）=（自溶前酵母细胞数-自溶后酵母细胞数）/自溶前酵母细胞数×100%；实验数据均为每组样品三个平行试验的平均值。

设计不同的加水量、自溶温度、自溶时间，通过单因素试验寻找废酵母泥自溶最佳条件区间，试验设计和试验结果见表1-3。其中，自溶前，通过血细胞计数法得到酵母细胞数为83±3个。

表1加水量对废酵母泥自溶的影响

加水量	0%	50%	100%	150%	200%
						细胞数	45±3	32±3	30±3	29±3	28±3
细胞破壁率	45.8±3.6%	61.4±3.6%	63.9±3.6%	65.1±3.6%	66.3±3.6%

注：加水量（%）=水的质量/废酵母泥的质量×100%

表2自溶温度对废酵母泥自溶的影响

表3自溶时间对废酵母泥自溶的影响

实施例2响应面分析法确立最佳自溶条件

结合实施例1获得的试验结果，设计响应面试验。根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原则，选择对废酵母泥自溶影响较大的因素区间，自溶时间、自溶温度和加水量分别以A、B和C作为代表，每一个自变量按低、中、高3个水平分别以-1、0、1进行编码，自溶时间（A）选择的三个水平为：18h，24h和30h；自溶温度（B）选择的三个水平为45℃，50℃和55℃；加水量（C）选择的三个水平为0%，50%和100%，见表4。

表4试验因素水平及编码

设计完成后，进行试验分组，运用BBX软件随机生成试验表格，根据表内的自溶时间、自溶温度、加水量水平，以饲用产β-甘露聚糖酶发酵后剩下的废酵母泥为原料进行自溶试验，共有17组试验；之后运用考马斯亮蓝法测定自溶后的上清液中氨基氮含量，考马斯亮蓝法的标准曲线公式为y=0.0056x+0.0369，R²=0.9993，测定结果见表5。

表5试验设计及结果

应用Design Expert软件，对表5中的数据进行多元回归拟合和分析，选择对响应值显著的各项，可得自溶时间A（h）、自溶温度B（℃）和加水量C（%）与酵母自溶液中蛋白质含量Y（mg/ml）间的二次多项回归方程为：

Y=0.43+0.020×A+0.024×B+0.014×C-0.032×A²-0.031×B²-0.042×C²-0.03×A×B-0.017×A×C-0.015×B×C。

根据方程，可以得出响应曲面分析图（见图2），由此可以对任何两因素交互影响废酵母泥自溶产生的蛋白质含量的效应进行分析与评价。

通过对回归方程求一阶偏导数，当响应值Y有最大值时可以计算出各个因素的水平分别为：A=-0.17，B=-0.21，C=0.18，转化为实际值后可以得到最佳的自溶条件为：自溶时间为23h，自溶温度为49℃，加水量为59%，在这种条件下，废酵母泥自溶产生的溶出蛋白质含量可达到0.431mg/ml，即溶出蛋白占酵母泥干物质的质量分数为13.7%。

实施例3凯式定氮法对废酵母泥最佳自溶条件的验证实验

取饲用产β-甘露聚糖酶发酵后剩下的废酵母泥，置于50ml离心管内，加入50%蒸馏水，震荡均匀后，放于50℃下自溶24h；取出并经消化后，用自动凯式定氮仪测定上清液中的蛋白含量，检测结果为：溶出蛋白占酵母泥干物质的质量分数为12.3%，与实施例2得出的理论值13.7%相近，由此，证明优化结果真实有效。

实施例4自溶后加入豆粕干燥对比实验

分别称取等量的产β-甘露聚糖酶废酵母泥于八支50ml离心管内，加入50%蒸馏水，震荡均匀后，放于50℃下自溶24h。取出后分为两组，每组各四个样品，第一组不添加豆粕，直接放于60℃烘箱干燥，产品干燥时间和感官分析结果见表6；第二组分别加入50%、100%、150%和200%干燥的豆粕，搅拌均匀后，放于60℃烘箱干燥，产品干燥时间和感官分析结果见表7。

表6不添加豆粕的自溶酵母泥干燥实验结果

干燥时间	产品感官分析
		10h	颜色为深褐色，酵母氨味，产品干糊状
14h	颜色为浅褐色，酵母味较重，基本干燥，有结块
		20h	颜色为暗黄色，产品在容器底结块，质地较硬

24h	颜色为深黄色，达到恒重，酵母结块，质地坚硬

表7添加豆粕的自溶酵母泥干燥实验结果

豆粕的加入量	干燥时间	产品感官分析
			50%	14h	颜色为褐色，略有氨味，硬度大，结块大
100%	12h	颜色为黄色，无明显异味，硬度适宜
			150%	10h	颜色为淡黄色，轻微豆粕香味，轻微松脆
200%	8h	颜色为亮黄色，豆粕香味，质感松脆

注：豆粕的加入量（%）=豆粕的质量/废酵母泥的质量×100%

对比表6和表7的实验结果可以得出，加入质量分数为100%的豆粕时，干燥后干物质的产品色泽、气味较佳，干燥时间适当。

Claims

1.一种利用废酵母泥制备高蛋白饲料的方法，包括：将废酵母泥加入水中混匀，于30-60℃自溶6-36h；再加入豆粕，搅拌均匀，干燥制得高蛋白饲料；

其中，所述的废酵母泥为生产β-甘露聚糖酶或啤酒中产生的废酵母泥；

以每千克废酵母泥计，所述水的用量为1-2kg，所述豆粕的加入量为0.5-2kg。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的废酵母泥中含有质量百分比浓度为65%-70%的水分。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的废酵母泥干燥后的干物质中含有质量百分比浓度为62%-67%的蛋白质。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以每千克废酵母泥计，所述豆粕的加入量为0.5-1.5kg。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的自溶温度为45-55℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的自溶时间为18-30h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的干燥为：于60-100℃烘箱中干燥8-14h。

8.一种利用如权利要求1-7任一所述的方法制备得到的高蛋白饲料。

9.根据权利要求8所述的高蛋白饲料，其特征在于，还添加有维生素、氨基酸或矿物质。