CN102652532A - 利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法 - Google Patents

利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法，其固态发酵过程为：玉米芯自然干燥后粉碎，过60目，然后添加麸皮、营养盐和水，在126℃下高压处理2h，黑曲培养48-72h后接种啤酒酵母，继续培养24h后添加20％的豆粕，再发酵时间48h，发酵结束后，将发酵产物干燥粉碎得到玉米芯蛋白饲料。本发明的生物蛋白饲料产品粗蛋白含量达25.3％以上，净蛋白增量为10.8％以上。另外，黑曲霉丰富的酶系较大程度降低了大豆蛋白中的抗营养物质如胰蛋白酶抑制剂、脲酶、血凝素等，有效消除了大豆蛋白的抗原性，增加寡肽、氨基酸，维生素、酶类等有用代谢产物，使物料适口性改善，营养价值提高。本发明通过微生物发酵的方式生产生物蛋白饲料，对减轻农村环境污染、缓解蛋白资源供应紧张、节约饲料用粮、降低饲料成本和增加农民收入有一定的作用，可以做饲料的原料。

Description

利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法
技术领域
本发明涉及一种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法。
背景技术
近年来，我国随着养殖业的迅速发展，饲料业也取得了很大的发展，虽然饲料业发展前景诱人，但竞争十分激烈，饲料原料价格大幅上涨，蛋白资源紧缺已成为该行业发展面临的重大挑战之一。因此开发新的蛋白资源已成为我国饲料工业当前迫切而艰巨的任务之一。
我国每年玉米产量超过1.3亿吨，副产物玉米芯的量在4000万吨左右。目前只有少部分用于培养食用菌，生产木糖、糠醛等或直接作为营养价值极低的饲料，但绝大部分未得到充分利用，或弃之于田间或焚烧，造成了环境污染。玉米芯的结晶性小，木质素含量较低，主要由纤维素、半纤维素组成，其中半纤维素含量较高，其代表性的分析结果为：半纤维素38-40％、纤维素33-35％、木质素15-17％、灰分2％、胶质4％。黑曲霉是公认的安全菌株，具有蛋白酶、液化型淀粉酶、糖化型淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、植酸酶等多种酶，酶系齐全，培养条件粗放，多数为胞外酶，水解酶系随条件的改变而改变。
目前，还未见有关利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法。本研究以玉米芯为主要原料固态法培养黑曲霉，黑曲霉所产生的半纤维素酶和纤维素酶可将玉米芯分解产生戊糖(主要是木糖)和六碳糖等还原糖，通过接种啤酒酵母、添加豆粕和共同发酵，产品粗蛋白含量明显提高，同时黑曲霉丰富的酶系可将植物蛋白复杂的大分子物质消化分解为小分子物质，较大程度降低了大豆蛋白中的抗营养物质如胰蛋白酶抑制剂、脲酶、血凝素等，有效消除了大豆蛋白的抗原性，增加寡肽、氨基酸，维生素、酶类等有用代谢产物，使物料适口性改善，营养价值提高。
发明内容
针对上述存在的问题及玉米芯、黑曲霉、酵母菌的优点，本发明提供一种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法，不但产品粗蛋白含量明显提高，而且较大程度降低了大豆蛋白中的抗营养物质如胰蛋白酶抑制剂、脲酶、血凝素等，有效消除了大豆蛋白的抗原性，增加寡肽、氨基酸，维生素、酶类等有用代谢产物，使物料适口性改善，营养价值提高。
本发明采用的技术方案是：
一种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法，所述的饲料是由玉米芯和麸皮以70-80∶20-30及营养盐质量比混合后，加水煮制得到的固态发酵培养基，并在固体发酵培养基上接种黑曲霉，培养48-72h后接种啤酒酵母菌，继续培养24h后添加20％的蒸煮豆粕和一定量的水，再培养48h，结束后将发酵产物干燥、粉碎制得所述的生物蛋白饲料。
优选的所述生物蛋白饲料，其特征在于所述的固态发酵培养基按如下方面制得：
接种黑曲霉培养基为：玉米芯和麸皮以70-80∶20-30及营养盐((NH4)2SO42％，MgSO4·7H2O 0.05％，KH2PO40.01％)混合后，加入70-80％的水，于126℃高压处理2h，得到黑曲霉发酵固体培养基；
含豆粕的黑曲霉与啤酒酵母共发酵培养基为：接种黑曲霉培养基培养72-96h(接种啤酒酵母24h)后添加20％的蒸煮豆粕和一定量的水，使总加水量达培养基量的90-100％，得到含豆粕的共发酵培养基；
一种生物蛋白饲料的制备方法，所述方法是将黑曲霉和啤酒酵母先后接种到固态发酵培养基，于30℃下发酵培养120-144h，结束后将发酵产物干燥，粉碎至60目即得到所述的生物蛋白饲料；
各菌种的接种量可不受限制，通常选择其常规接种量即可，优选的所述菌种接种量：以种液占固态发酵培养基干重质量百分比计，黑曲霉种子液为10％，啤酒酵母种子液为10％。
所述的黑曲霉种子培养基为：NaNO3 2g，K2HPO4 1g，KCl 0.5g，MgSO4 0.5g，FeSO4 0.01g，蔗糖30g，水1000ml，pH自然，121℃灭菌20min。
所述黑曲霉种子液的制备：保存的优选的黑曲霉转接1-2次，用无菌移液管吸取5-8mL无菌水加至斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅匀，用无菌移液管吸取3-5mL的菌液，转接于装有100mL黑曲霉种子培养基的250mL锥形瓶中，在转速150r/min、温度30℃条件下培养72-96h，得到黑曲霉种子液。
所述的啤酒酵母种子培养基为：木糖50g/l，尿素3g/l，硫铵1.5g/l，KH2PO41g/l，MgSO4·7H2O 0.5g/l，酵母膏1g/l，0.1MPa灭菌20min。
所述啤酒酵母种子液的制备：保存的优选的啤酒酵母转接1-2次，用无菌移液管吸取5-8mL无菌水加至斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅匀，用无菌移液管吸取3-5mL的菌液，转接于装有100mL啤酒酵母种子培养基的250mL锥形瓶中，在转速150r/min、温度30℃条件下培养24-36h，得到啤酒酵母种子液。
优选的，所述黑曲霉筛选培养基为：羧甲基纤维素纳20g，Na2HPO4 2.5g，KH2PO4 1.6g，蛋白胨2.6g，酵母膏0.8g，蒸馏水1000ml，琼脂20g，pH呈中性。盐城工学院生物中心保存的黑曲霉接种在适用于黑曲霉的固体培养基上，30℃下活化24-36h后，稀释并涂布于筛选培养基上培养72-96h，然后经1g/l的刚果红处理，挑取菌圈最大的菌株，作斜面保存。
优选的，所述的啤酒酵母固体培养基为：木糖20g/l，酵母膏10g/l，蛋白胨10g/l，pH5.5，琼脂2％，0.1MPa灭菌20min。盐城工学院生物中心保存的啤酒酵母接种在啤酒酵母的固体培养基上，在30℃活化24-36h后，在固体培养基平板上划线培养，30℃培养72-96h后，挑选生长旺盛的菌株作斜面保存。
本发明的有益效果主要体现在：
1、我国每年副产大量的玉米芯，但是却没有被广泛利用，绝大部分作为农家燃料被白白烧掉，既浪费资源又污染环境。但通过微生物发酵的方式生产生物蛋白饲料，对节约饲料用粮和减轻农村环境污染有一定的作用；
2、近年来，饲料工业随着养殖业的发展而迅速发展，但饲料原料的价格大幅度上涨，蛋白资源供应紧张已成为该行业发展面临的重大挑战之一，利用玉米芯生产生物蛋白饲料，既缓解饲料蛋白源紧张的问题，还能降低饲料成本和增加农民收入；
3、黑曲霉是公认的安全菌株，具有蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、植酸酶等多种酶。黑曲霉所产生的半纤维素酶和纤维素酶可将玉米芯分解产生戊糖(主要是木糖)和六碳糖等还原糖，以10％的接种量将黑曲霉种子液接种到经高温处理的玉米芯为主要原料的培养基上，在温度30℃、pH5.5的条件下培养48-72h，每日翻拌一次，培养基表面出现大量黑色孢子头，还原糖含量达9.5-10.1％。
4、玉米芯原料浅盘培养黑曲霉48-72h后接种10％啤酒酵母，每日翻拌一次，在30℃继续培养24h后添加20％豆粕，再培养48h，产品中粗蛋白含量达25.3-27.2％，粗蛋白净增量达10.8-12.7％。黑曲霉中所具有的蛋白酶的发酵作用与豆粕多肽的酶解有机地结合，较大程度降低了大豆蛋白中的抗营养物质如胰蛋白酶抑制剂、脲酶、血凝素等，有效消除了大豆蛋白的抗原性，增加寡肽、氨基酸，维生素、酶类等有用代谢产物，产品蛋白质水解度达8.8-9.4％，饲料无苦味，适口性好，营养价值提高。
具体实施方式
实施例1
1、种子液的制备
(1)黑曲霉，盐城工学院生物中心保存。
斜面培养基为(查氏培养基)：NaNO3 2g，K2HPO4 1g，KCl 0.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，FeSO4 0.01g，蔗糖30g，琼脂20g，蒸馏水定容至1000mL，pH值自然，121℃灭菌20分钟。接种黑曲霉，30℃培养36h，得到活化的黑曲霉。
筛选培养基为：羧甲基纤维素纳20g，Na2HPO4 2.5g，KH2PO4 1.6g，蛋白胨2.6g，酵母膏0.8g，琼脂20g，蒸馏水1000ml，pH中性，121℃灭菌20分钟。接种活化的黑曲霉，30℃培养72h后，经1g/l的刚果红处理，挑取菌圈最大的菌株保存，得到优选的黑曲霉。
种子培养基：NaNO3 2g，K2HPO4 1g，KCl 0.5g，MgSO4 0.5g，FeSO4 0.01g，蔗糖30g，蒸馏水1000ml，pH自然，121℃灭菌20min。用无菌移液管吸取5mL无菌水加至优选的黑曲霉斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅匀，用无菌移液管吸取3mL的菌液，转接于装有种子培养基的250mL锥形瓶中，在转速150r/min、30℃条件下培养72h，得到黑曲霉种子液。
(2)啤酒酵母，盐城工学院生物中心保存。
固体培养基为：木糖20g，酵母膏10g，蛋白胨10g，pH 5.5，琼脂20g，0.1M Pa灭菌20min。将啤酒酵母原贮菌种，在30℃活化24h后，在固体培养基平板上划线培养，30℃培养72h后，挑选生长旺盛的菌株保存，得到优选的啤酒酵母。
种子培养基：木糖50g/l，尿素3g/l，硫铵1.5g/l，KH2PO4 1g/l，MgSO4·7H2O0.5g/l，酵母膏1g/l，0.1MPa灭菌20min。用无菌移液管吸取5mL无菌水加至优选的啤酒酵母斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅匀，用无菌移液管吸取3mL的菌液，转接于装有种子培养基的250mL锥形瓶中，于摇瓶转速150r/min、30℃下培养啤酒酵母24h，得到啤酒酵母种子液。
2、发酵原料处理
称取粉碎后的玉米芯粉800g，添加200g的麸皮和营养盐溶液(NH4)2SO4 20g，MgSO4·7H2O 0.5g，KH2PO4 0.1g，加水量为800ml，调pH 5.5，在126℃下高压处理2h，处理时间到后，切断电源，让灭菌锅内的温度自然下降，当压力表的压力降到“0”时，打开排气阀，打开盖子，取出培养基，得到固态发酵初始培养基。发酵培养基接种黑曲霉72h(接种啤酒酵母24h)后，添加200g的豆粕和200ml的水，继续进行共发酵。
3、接种和培养
上述经预处理的固态发酵培养基，通风冷却至35℃以下时，先接种100ml黑曲霉种子液，在30℃下进行浅盘固体培养，48h后接种100ml啤酒酵母种子液，在30℃下继续培养24h后添加20％豆粕和200ml的水，再培养48h。
4、干燥
发酵结束后，发酵产物采用低温干燥，粉碎至60目即得到所述的生物蛋白饲料，产品中粗蛋白含量达26.1％，粗蛋白净增量达11.6％，蛋白水解度可达9.4％，饲料无苦味，适口性好，营养价值提高。
5、应用效果
试验研究了饲料中不同含量的玉米芯生物蛋白饲料对异育银鲫生长性能、鱼体品质的影响。将240尾健康的异育银鲫鱼种，平均体重(18.06±2.13)g，饲养于100cm×80cm×60cm的水族箱内，玉米芯生物蛋白饲料分别以5％、10％、15％和20％(质量分数)的比例添加到基础饲料中，连续饲养60d。试验结果表明：在异育银鲫饲料中添加10％玉米芯生物蛋白饲料，其增重率、总消化率、蛋白质消化率和鱼体粗灰分、钙含量与对照组比较没有显著性差异(P＞0.05)，但随着玉米芯生物蛋白饲料添加量的上升，以上指标逐渐降低。表明在异育银鲫鱼种配合饲料中，玉米芯生物蛋白饲料的最适添加量为10％，对鱼体的生产性能、鱼体品质不会产生显著影响(P＞0.05)。
实施例2
1、种子液的制备
(1)黑曲霉，盐城工学院生物中心保存。
斜面培养基为(查氏培养基)：NaNO3 2g，K2HPO4 1g，KCl 0.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，FeSO4 0.01g，蔗糖30g，琼脂20g，蒸馏水定容至1000mL，pH值自然，121℃灭菌20分钟。接种黑曲霉，30℃培养36h，得到活化的黑曲霉。
筛选培养基为：羧甲基纤维素纳20g，Na2HPO4 2.5g，KH2PO4 1.6g，蛋白胨2.6g，酵母膏0.8g，蒸馏水1000ml，琼脂20g，pH呈中性，121℃灭菌20分钟。接种活化的黑曲霉，30℃培养72h后，经1g/l的刚果红处理，挑取菌圈最大的菌株，得到优选的黑曲霉。
种子培养基：NaNO3 2g，K2HPO4 1g，KCl 0.5g，MgSO4 0.5g，FeSO4 0.01g，蔗糖30g，蒸馏水1000ml，pH自然，121℃灭菌20min。用无菌移液管吸取5mL无菌水加至优选的黑曲霉斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅匀，用无菌移液管吸取3mL的菌液，转接于装有种子培养基的250mL锥形瓶中，于摇瓶转速150r/min、30℃下培养72h，得到黑曲霉种子液。
(2)啤酒酵母，盐城工学院生物中心保存。
固体培养基为：木糖20g，酵母膏10g，蛋白胨10g，pH5.5，琼脂20g，0.1MPa灭菌20min。啤酒酵母原贮菌种在30℃活化24h后，在固体培养基平板上划线培养，30℃培养72h后，挑选生长旺盛的菌株，得到优选的啤酒酵母。
种子培养基：木糖50g/l，尿素3g/l，硫铵1.5g/l，KH2PO4 1g/l，MgSO4·7H2O0.5g/l，酵母膏1g/l，0.1MPa灭菌20min。用无菌移液管吸取5mL无菌水加至优选的啤酒酵母斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅匀，用无菌移液管吸取3mL的菌液，转接于装有种子培养基的250mL锥形瓶中，于摇瓶转速150r/min、30℃下培养啤酒酵母36h，得到啤酒酵母种子液。
2、发酵原料处理
称取粉碎后的玉米芯粉700g，添加营养盐溶液(NH4)2SO4 20g，MgSO4·7H2O0.5g，KH2PO4 0.1g和300g的麸皮，加水量为800ml，调pH 5.5，在126℃下高压处理2h，处理时间到后，切断电源，让灭菌锅内的温度自然下降，当压力表的压力降到“0”时，打开排气阀，打开盖子，取出培养基，得到固态发酵初始培养基。发酵培养基接种黑曲霉72h(接种啤酒酵母24h)后，添加200g的豆粕和200ml的水，继续进行共发酵。
3、接种和培养
上述经预处理的固态发酵培养基，通风冷却至35℃以下时，先接种100ml黑曲霉种子液，30℃下进行浅盘固体培养，每日翻拌一次，48h后接种100ml啤酒酵母种子液，在30℃下继续培养24h后添加20％豆粕和200ml的水，再培养48h。
4、干燥
发酵结束后，发酵产物采用低温干燥，粉碎至60目即得到所述的生物蛋白饲料，产品中粗蛋白含量达27.2％，粗蛋白净增量达12.7％，蛋白水解度可达9.8％，饲料无苦味，适口性好，营养价值提高。
5、应用效果
试验研究了饲料中不同含量的玉米芯生物蛋白饲料对异育银鲫生长性能、鱼体品质的影响。将240尾健康的异育银鲫鱼种，平均体重(15.78±1.96)g，饲养于100cm×80cm×60cm的水族箱内，玉米芯生物蛋白饲料分别以5％、10％、15％和20％(质量分数)的比例添加到基础饲料中，连续饲养50d。试验结果表明：在异育银鲫饲料中添加10％玉米芯生物蛋白饲料，其增重率、总消化率、蛋白质消化率和鱼体粗灰分、钙含量与对照组比较没有显著性差异(P＞0.05)，以后随着玉米芯生物蛋白饲料添加量的上升，以上指标都逐渐降低。表明在异育银鲫鱼种配合饲料中，玉米芯生物蛋白饲料的最适添加量为10％，对鱼体的生产性能、鱼体品质不会产生显著影响(P＞0.05)。

Claims (7)

1.一种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法，所述的饲料是由玉米芯和麸皮以70-80∶20-30及营养盐质量比混合后加水煮制的固态发酵培养基，并在固体发酵培养基上接种黑曲霉，培养48-72h后，接种啤酒酵母菌，继续培养24h后添加20％的蒸煮豆粕，再发酵48h，发酵结束后，将发酵产物干燥、粉碎制得所述的生物蛋白饲料。
2.如权利要求1所述的生物蛋白饲料，其特征在于所述的固态发酵培养基按如下方面制得：
接种黑曲霉的培养基为：玉米芯和麸皮以70-80∶20-30及营养盐((NH4)2SO42％，MgSO4·7H2O 0.05％，KH2PO4 0.01％)混合后，加入70-80％的水，于126℃高压处理2h，得到黑曲霉发酵固体培养基；
含豆粕的黑曲霉与啤酒酵母共发酵培养基为：接种黑曲霉培养基的培养72-96小时(接种啤酒酵母24h)后添加20％的蒸煮豆粕和一定量的水，使总加水量达培养基量的90-100％，得到含豆粕的共发酵培养基；
3.一种发酵蛋白饲料的制备方法，所述方法是将黑曲霉和啤酒酵母先后接种到固态发酵培养基上，在30℃下发酵培养120-144h，期间添加豆粕和水，发酵结束后，将发酵产物干燥，粉碎至60目即得到所述的生物蛋白饲料；
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述菌种接种量：以种液占固态发酵培养基干重质量百分比计，黑曲霉种子液为10％，啤酒酵母种子液为10％；
所述的黑曲霉筛选培养基为：羧甲基纤维素纳20g，Na2HPO4 2.5g，KH2PO41.6g，蛋白胨2.6g，酵母膏0.8g，蒸馏水1000ml，琼脂20g，pH呈中性，121℃灭菌20min；
所述的黑曲霉种子培养基为：NaNO3 2g，K2HPO4 1g，KCl 0.5g，MgSO4 0.5g，FeSO4 0.01g，蔗糖30g，水1000ml，pH自然，121℃灭菌20min。
所述黑曲霉的种子液的制备：黑曲霉原贮菌种在30℃活化24-36h后，稀释并涂布于筛选培养基上培养72-96h，经1g/l的刚果红处理，挑取菌圈最大的菌株，作斜面保存。优选的黑曲霉转接1-2次，用无菌移液管吸取5-8mL无菌水加至斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅匀，用无菌移液管吸取3-5mL的菌液，分别转接于装有黑曲霉100mL种子培养基的250mL锥形瓶中，于150r/min、30℃下培养72-96h，得到黑曲霉种子液。
所述的啤酒酵母固体培养基为：木糖20g/l，酵母膏10g/l，蛋白胨10g/l，pH5.5，琼脂2％，0.1MPa灭菌20min。
所述的啤酒酵母种子培养基为：木糖50g/l，尿素3g/l，硫铵1.5g/l，KH2PO41g/l，MgSO4·7H2O 0.5g/l，酵母膏1g/l，0.1MPa灭菌20min。
所述啤酒酵母种子液的制备：将啤酒酵母原贮菌种在30℃活化24-36h后，在固体培养基平板上划线，30℃培养72-96h后，挑选生长旺盛的菌株作斜面保存。优选的啤酒酵母转接1-2次，用无菌移液管吸取5-8mL无菌水加至斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅匀，用无菌移液管吸取3-5mL的菌液，转接于装有啤酒酵母100mL种子培养基的250mL锥形瓶中，于30℃温度下培养24-36h，摇瓶转速150r/min，得到啤酒酵母种子液。
5.如权利3和4所述的方法，其特征在于所述初始固态发酵培养基由玉米芯和麸皮以70-80∶20-30及营养盐质量比混合后，加入70-80％的水，于126℃高压处理2h，得到黑曲霉发酵固体培养基；接种啤酒酵母时的固态发酵培养基为上述固体发酵培养基接种黑曲霉培养48-72h后的培养基，最后共培养培养基是以初始固态培养基接种黑曲霉72-96h(接种啤酒酵母24h)的培养基为基础，添加20％的蒸煮豆粕和一定量的水，使总加水量达培养基量的90-100％，从而得到含豆粕的共发酵培养基。
6.如权利3和4所述的方法，其特征在于以10％的接种量将黑曲霉种子液接种到经处理的玉米芯上进行浅盘固体培养，在pH5.5、温度30℃的条件下，每日翻拌一次，48-72h后培养基表面出现大量黑色孢子头，还原糖含量达9.5-10.1％。
7.如权利3和4所述的方法，玉米芯原料浅盘培养黑曲霉48-72h后接种10％啤酒酵母种子液，每日翻拌一次，在温度30℃下继续培养24h后添加20％豆粕，再培养48h，产物中粗蛋白含量达25.3-27.2％，粗蛋白净增量达10.8-12.7％，产品蛋白质水解度达8.6-9.8％，饲料无苦味，适口性好，营养价值提高，可大幅度降低同类饲料产品的生产成本。
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