CN103229888A - 粗糙脉孢菌固态发酵稻草制备蛋白饲料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粗糙脉孢菌固态发酵稻草制备蛋白饲料的方法，首先将稻草与液体培养基进行混合，制得固态发酵培养基；再向所述固态发酵培养基中接入粗糙脉孢菌进行固态发酵。本发明方法发酵菌种单一、工艺简单、周期短、无三废产生、生产过程易于控制，采用农业废弃物稻草作为发酵原料不仅节约资源，还有利于保护环境，具有极大的经济效益；此外，本发明制备的蛋白饲料中粗蛋白含量高，且富含赖氨酸、苏氨酸和维生素B12，饲料产品安全、无毒副作用，与其它饲料配合时不仅营养互补，还可以促进饲料的消化吸收，提高饲料的转化率，可用于部分替代传统饲料中的豆粕或鱼粉，从而降低饲料成本。

Description

粗糙脉孢菌固态发酵稻草制备蛋白饲料的方法

技术领域

本发明涉及饲料技术领域，具体涉及一种粗糙脉孢菌固态发酵稻草制备蛋白饲料的方法，所制得的蛋白饲料及其应用。

背景技术

蛋白饲料是干物质中粗蛋白含量在20%以上、粗纤维含量低于18%的一类饲料，其蛋白含量高，营养丰富，富含多种必需氨基酸（如植物性饲料缺乏的赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸）和维生素（如维生素B2和B12），特别有利于饲养动物的吸收利用。此外，此类饲料还含有一种特殊的营养成份（生长因子），能促进动物提高对营养物质的利用率，并且不同程度地刺激动物的生长和繁殖，是其他营养物质所不能代替的。常用的植物性蛋白饲料包括豆粕、棉粕、菜粕、花生粕等，常用的动物性蛋白饲料包括鱼粉、乳制品等。

豆粕是大豆提取豆油后的一种副产品，其作为一种高蛋白物质，是制作牲畜与家禽饲料的主要原料，目前约85%的豆粕被用于家禽和猪的饲养，然而近年来国内猪饲料豆粕的价格一路飞涨，甚至远高过人们餐桌上的主食。鱼粉用一种或多种鱼类为原料，经去油、脱水、粉碎加工后的高蛋白质饲料，作为重要的动物性蛋白质添加饲料，目前难以用其他饲料进行替代。我国鱼粉的产量不高，每年大约需要进口70万吨鱼粉，其中约80%来自秘鲁，价格昂贵。因此，合理开发和利用非常规蛋白饲料资源来代替常规蛋白原料对我国畜牧业的发展起到至关重要的作用。

目前，已有一些利用农业加工废弃物进行固态发酵来制备蛋白饲料的相关研究。如公开号为CN1899079A的中国发明专利利用马铃薯淀粉厂生产淀粉产生的废渣通过接种黑曲霉、白地霉、热带假丝酵母、康宁木霉等菌种进行生料固态发酵来制备蛋白饲料，其中饲料产品蛋白含量增长60%以上,各种氨基酸含量均有所提高。又如公开号为CN102823725A的中国发明专利公开了一种固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法，将木素木霉菌种、产朊假丝酵母菌、酿酒酵母接种到含有湿玉米皮渣、麸皮、稻糠等的发酵原料基料中进行发酵，制得蛋白含量在18-28%的生物蛋白饲料。再如公开号为CN1673343A的中国发明专利利用粉碎的苹果渣配料成固态发酵培养基，再接入培养成熟的混合菌种进行固态发酵，制得苹果渣饲料蛋白产品。

农作物秸秆是我国数量最为庞大的一种农业生产的副产品，尤其是稻草，然而其绝大部分被烧掉，不仅浪费资源，而且污染环境，因此大力开发和利用秸秆饲料具有特别重要的意义和广阔的前景。稻草中木质素及粗纤维含量高，蛋白质含量低，其消化率和适口性都很差。然而可以利用微生物对稻草进行处理，从而其中的降解抗营养因子，使原本难以消化的物质降解成单糖，双糖，氨基酸，小肽等动物容易吸收的物质，同时大量繁殖的微生物又提供原本稻草中没有的菌体蛋白，维生素，抗生素等物质，从而大幅度提高了稻草的消化率和营养价值，目前常用的微生物有枯草芽孢杆菌、木霉、黑曲霉、根霉、酵母等。

公开号为CN1706270A的中国发明专利公开了一种秸秆真菌发酵剂，包括康宁木霉、假丝酵母、白地霉、黑曲霉、米曲霉、青霉、植物乳酸菌，其可用于对玉米秸秆、稻草、麦秸等秸秆进行发酵制备饲料,并且可以使秸秆饲料的DM转化率提高到90%，纤维素降低12-20%，CP提高到10～20%。制备的秸秆生物发酵饲料中粗蛋白质≥10%，可以用作牛、羊的基础日粮，也可以在猪的日粮中加入10%以上。然而，此秸秆发酵剂所包含的菌种繁多，制备秸秆发酵饲料工艺复杂，不利于大规模工业化的生产和利用。

粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）属于脉孢菌属（Neurospora）的一种常见真菌，其具有疏松网状的菌丝，有分枝和分隔，无性繁殖形成分生孢子。研究表明其营养条件简单、生长迅速、发酵周期短、实际生产过程易于控制，并且可产高活力纤维素酶，从而为农副废弃物的开发利用提供了一条有效地途径。目前粗糙脉孢菌在发酵工业中的应用研究主要包括产纤维素酶、产乙醇、产黑色素、合成漆酶等，应用研究范围较为局限。

公开号为CN101579039A的中国发明专利公开了一种粗壮脉纹孢菌发酵油茶饼粕生产动物饲料的方法，其将油提取茶皂素后的茶饼粕粉碎过筛后配以豆渣或米糠和少量无机盐作为发酵培养基，在接种活化、富集的发酵菌种后进行固态发酵，从而改善茶粕品质,增加饲料的利用率和消化率。公开号为CN101584376A的中国发明专利公开了一种粗壮脉纹孢菌发酵啤酒糟生产动物饲料的方法，其可以改善啤酒糟品质，增加饲料中β-胡萝卜素的含量。然而，茶饼饼粕和啤酒糟这类发酵底物来源有限，并且价格相对较高。

发明内容

本发明的首要目的是针对上述现有技术存在的问题提供一种利用来源广泛、价格低廉的农业废弃物稻草作为固态发酵培养基来制备蛋白饲料的方法，本发明方法可以节约资源、保护环境，具有极大的经济效益；此外，制备的蛋白饲料安全、无毒副作用，并且粗蛋白含量高，富含赖氨酸、苏氨酸和维生素B12。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种粗糙脉孢菌固态发酵稻草制备蛋白饲料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）将稻草与液体培养基进行混合，制得固态发酵培养基；

B）向所述固态发酵培养基中接入粗糙脉孢菌进行固态发酵。

本发明采用的粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）属于脉孢菌属（Neurospora），购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种编号为AS3.1602，其能够产生纤维素酶、半纤维素酶、漆酶等，在发酵稻草时可以大幅度降低稻草中的粗纤维含量，此外生长的菌体为稻草提供了大量的蛋白，发酵后的稻草品质及适口性有所改善、粗蛋白含量大幅提高，并且饲料的利用率和消化率均有所增加。

其中，所述步骤A）具体包括：

A1）将所述稻草粉碎、过筛，制得稻草粉；

A2）将所述稻草粉与所述液体培养基进行混合，制得固态发酵培养基。

特别是，所述粉碎的作用是增加稻草的比表面积，从而有利于抗营养因子木质素的溶出，同时有利于微生物菌丝的穿插，从而提高纤维素酶、半纤维素酶、漆酶等的酶解效率；所述过筛为过40-80目筛。

其中，所述步骤A）具体包括：

a1)将所述稻草粉碎、过筛，制得稻草粉；

a2)将所述稻草粉进行酸处理，制得酸化稻草粉；

a3)将所述酸化稻草粉与液体培养基进行混合，制得固态发酵培养基。

特别是，a1）中所述过筛为过40-80目筛；a2）中所述酸处理采用pH值为4.0-6.0的酸进行，所述酸的pH值优选为4.5-5.5，所述酸优选为挥发性酸，进一步优选为醋酸；酸处理后的稻草粉的pH值为4.0-6.0，优选为4.5-5.5。

尤其是，所述酸处理具体包括：将所述稻草粉浸泡于挥发性酸中处理5-60分钟，然后取出稻草粉并挥干挥发性酸。所述酸处理的目的是有利于所述粗糙脉孢菌产生酸性纤维素酶、半纤维素酶、漆酶等，并且在所述各酶的最佳酶解条件下降解稻草中的纤维素、半纤维素、木质素等，从而更加有利于降低蛋白饲料中的粗纤维、提高蛋白饲料的消化率、提高饲养效果以及提高饲养动物的抗病力和适应环境的能力。

其中，所述液体培养基的配方为：蛋白胨1-10g/L，KH₂PO₄1-5g/L，MgSO₄0.5-2g/L，NH₄Cl1-5g/L，即每升液体培养基中含有蛋白胨1-10g，KH₂PO₄1-5g，MgSO₄0.5-2g，NH₄Cl1-5g；所述液体培养基的配方优选为：蛋白胨3-6g/L，KH₂PO₄1-3g/L，MgSO₄0.5-1g/L，NH₄Cl2-4g/L；进一步优选为：蛋白胨5g/L，KH₂PO₄2g/L，MgSO₄0.8g/L，NH₄Cl3g/L。

特别是，所述稻草粉与所述液体培养基的重量配比为（1-5）：1，优选为（2-3）：1，进一步优选2.3：1。

其中，进行固态发酵前按照现有技术中的常规方法对所述粗糙脉孢菌进行活化和/或扩大培养，特别是所述活化采用PDA固体培养基，所述扩大培养培养基采用上述固态发酵培养基。

特别是，采用扩大培养后的粗糙脉孢菌菌种进行固态发酵时控制固态发酵培养基的厚度为5-15cm；固态发酵菌种接种量为1-5%（即每100kg固态发酵培养基中接入1-3kg扩大培养的粗糙脉孢菌），优选为2-4%，进一步优选为3%；固态发酵的温度为20-32℃，优选为25-30℃；时间为48-72小时，优选为60小时。在固态发酵过程中，粗糙脉孢菌的营养菌丝体利用稻草中的粗纤维作为营养物质进行生长，从而降解稻草中的粗纤维，同时大量富集的菌丝体给发酵后的稻草饲料提供了丰富的粗蛋白，此外固态发酵过程中还产生多种氨基酸及维生素。

尤其是，将所述固态发酵后的产物在60-70℃下进行干燥，制得所述蛋白饲料，其中所述蛋白饲料的含水率＜10%，优选为5-8%。

本发明另一方面提供一种按照上述方法制备的蛋白饲料，其中所述蛋白饲料中粗蛋白的质量百分含量为55-65%。特别是，所述蛋白饲料中粗纤维的质量百分含量＜10%。

尤其是，所述蛋白饲料中还包含赖氨酸、苏氨酸和维生素B12；其中赖氨酸的质量百分含量为3.5-5%，苏氨酸的质量百分含量为2.5-4.5%，维生素B12的质量百分含量为0.01-0.03%。

本发明再一方面提供上述蛋白饲料的应用，其中所述蛋白饲料用于在饲养农业或牧业动物时替代其饲料中的部分豆粕或鱼粉。特别是，所述蛋白饲料用于在饲养生长猪时替代仔猪日粮中20-40wt%的豆粕或5-15wt%的鱼粉。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1、本发明方法发酵菌种单一、活性好，发酵工艺简单、周期短、无三废产生、生产过程易于控制，容易实现大规模化生产，尤其是采用农业废弃物稻草作为发酵原料不仅节约资源，还有利于保护环境，具有极大的经济效益；

2、本发明制备的蛋白饲料中粗蛋白含量高、粗纤维含量低，并且富含赖氨酸、苏氨酸和维生素B12，饲料产品安全、无毒副作用，适口性好；特别是与其它饲料配合时不仅营养互补，还可以促进饲料的消化吸收，提高饲料的转化率，可用于部分替代传统饲料中的豆粕或鱼粉，从而降低饲料成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

本发明所使用的粗糙脉孢菌购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，其菌种编号为AS3.1602。

实施例1

1、制备固态发酵培养基

先将稻草秸秆粉碎后过40目筛，制得稻草粉；再将所述稻草粉浸泡于pH5.0的醋酸溶液中进行酸处理，在酸处理30分钟后取出稻草粉并挥干挥发性酸，制得pH5.0的酸化稻草粉；

向1L自来水中加入蛋白胨5g，KH₂PO₄2g，MgSO₄0.8g，NH₄Cl3g，搅拌溶解后，制得液体培养基；

将上述酸化稻草粉与上述液体培养基按照重量配比70：30进行混合，制得固态发酵培养基；

2、固态发酵

将粗糙脉孢菌接种于灭菌的PDA固体培养基中进行活化，活化的菌种转接至上述固态发酵培养基中进行扩大培养；

将固态发酵培养基平铺至厚度为10cm，按照3%的接种量将上述扩大培养的粗糙脉孢菌接种至固态发酵培养基中，于25℃下固态发酵60h，发酵结束后在60℃下干燥发酵产物，即制得含水率为8%的稻草发酵蛋白饲料；

按照GB/T6432-1994方法测定饲料中的粗蛋白质，按照GB/T6434-1994方法测定饲料中的粗纤维，按照GB/T18246-2000方法测定饲料中的氨基酸，按照GB/T17819-1999测定饲料中的维生素B12，结果见表1。

实施例2

1、制备固态发酵培养基

先将稻草秸秆粉碎后过80目筛，制得稻草粉；再将所述稻草粉浸泡于pH4.5的醋酸溶液中进行酸处理，在酸处理10分钟后取出稻草粉并挥干挥发性酸，制得pH4.5的酸化稻草粉；

向1L自来水中加入蛋白胨3g，KH₂PO₄3g，MgSO₄0.5g，NH₄Cl1g，搅拌溶解后，制得液体培养基；

将上述酸化稻草粉与上述液体培养基按照重量配比80：20进行混合，制得固态发酵培养基；

2、固态发酵

将粗糙脉孢菌接种于灭菌的PDA固体培养基中进行活化，活化的菌种转接至上述固态发酵培养基中进行扩大培养；

将固态发酵培养基平铺至厚度为15cm，按照5%的接种量将上述扩大培养的粗糙脉孢菌接种至固态发酵培养基中，于20℃下固态发酵72h，发酵结束后在70℃下干燥发酵产物，即制得含水率为6%的稻草发酵蛋白饲料，其中各成分的含量结果见表1。

实施例3

1、制备固态发酵培养基

先将稻草秸秆粉碎后过60目筛，制得稻草粉；再将所述稻草粉浸泡于pH5.5的醋酸溶液中进行酸处理，在酸处理60分钟后取出稻草粉并挥干挥发性酸，制得pH5.5的酸化稻草粉；

向1L自来水中加入蛋白胨8g，KH₂PO₄1g，MgSO₄1.5g，NH₄Cl4g，搅拌溶解后，制得液体培养基；

将上述酸化稻草粉与上述液体培养基按照重量配比60：40进行混合，制得固态发酵培养基；

2、固态发酵

将粗糙脉孢菌接种于灭菌的PDA固体培养基中进行活化，活化的菌种转接至上述固态发酵培养基中进行扩大培养；

将固态发酵培养基平铺至厚度为5cm，按照1%的接种量将上述扩大培养的粗糙脉孢菌接种至固态发酵培养基中，于30℃下固态发酵48h，发酵结束后在60℃下干燥发酵产物，即制得含水率为7%的稻草发酵蛋白饲料，其中各成分的含量结果见表1。

表1稻草及稻草发酵蛋白饲料中各成分的质量百分含量（wt%）

实施例	粗蛋白质（%）	粗纤维（%）	赖氨酸（%）	苏氨酸（%）	VB12（%）
						原料稻草	4.9	34.6	0.56	0.74	/
实施例1	58	7.2	4.61	2.98	0.018
						实施例2	62	6.4	3.82	3.64	0.021
实施例3	55	8.0	3.56	4.15	0.014

由表1结果可知：

1、本发明制得的稻草发酵蛋白饲料中粗蛋白的含量达到55-65%，粗纤维的含量＜10%，此外还富含赖氨酸、苏氨酸和维生素B12，其中赖氨酸的含量达到3.5-5%，苏氨酸的含量达到2.5-4.5%，维生素B12的含量达到0.01-0.03%；

2、相对于原料稻草，本发明制得的蛋白饲料中粗蛋白含量提高了10-12倍，粗纤维降解率达到80%以上，并且赖氨酸、苏氨酸和维生素B12的含量大幅度提高，稻草的消化率和营养价值得到有效地改善。

试验例本发明蛋白饲料对生长猪生产性能的影响

在江西省高安市的某养猪厂选取年龄、体重相近的长白×大约克二元杂交生长猪60头，按其体重、性别均匀搭配分为6组，每组10头，其中各组日粮的组成见表2。

表2各试验组日粮的组成

预试期7天，其间进行常规驱虫，饲喂常规饲料；正式期间为40天，其中以组为单位分圈饲养，采用生粉料湿拌饲喂，每日定时在8：00、13：00和18：00饲喂3次。以组为单位称料计量，以吃完不剩为原则，并视猪食欲情况增减（一般以30min内吃完为准）。自由饮水，其它均采取常规管理。正试期结束后，各组猪的日增重情况见表3（采用SAS软件进行统计分析）。

表3各试验组猪的增重情况

组别

试验天数

试验猪头数

始重（kg）

末重（kg）

日增重（g）

增重（g）

对照组	40	10	57.21±7.28	88.28±9.50	776.75	31.07
							试验组1	40	10	57.16±5.32	88.19±8.95	775.75	31.03
试验组2	40	10	57.28±9.85	88.09±7.65	770.36	30.81
							试验组3	40	10	57.11±7.55	87.61±5.30	762.58	30.50
试验组4	40	10	56.91±8.28	87.56±2.18	766.21	30.65
							试验组5	40	10	57.00±5.50	87.74±8.50	768.63	30.74

由表3结果可知，试验组1-5与对照组猪的日增重差异不显著（P＞0.05）,表明本发明制备的稻草发酵蛋白饲料完全可用于替代猪日粮中的部分豆粕或鱼粉，并且豆粕的替代量高达20-40%，鱼粉的替代量高达5-15%。

Claims (10)

1.一种粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）固态发酵稻草制备蛋白饲料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）将稻草与液体培养基进行混合，制得固态发酵培养基；

B）向所述固态发酵培养基中接入粗糙脉孢菌进行固态发酵。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A）具体包括：

A1）将所述稻草粉碎、过筛，制得稻草粉；

A2）将所述稻草粉与所述液体培养基进行混合，制得固态发酵培养基。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A）具体包括：

a1)将所述稻草粉碎、过筛，制得稻草粉；

a2)将所述稻草粉进行酸处理，制得酸化稻草粉；

a3)将所述酸化稻草粉与液体培养基进行混合，制得固态发酵培养基。

4.如权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于，所述液体培养基的配方为：蛋白胨1-10g/L，KH₂PO₄1-5g/L，MgSO₄0.5-2g/L，NH₄Cl1-5g/L。

5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述稻草粉与所述液体培养基的重量配比为（1-5）：1。

6.如权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于，所述固态发酵的温度为20-32℃，时间为48-72小时。

7.如权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于，将所述固态发酵后的产物在60-70℃下进行干燥，制得所述蛋白饲料。

8.一种蛋白饲料，其特征在于，按照权利要求1-3中任一所述方法制备得到，其中所述蛋白饲料中粗蛋白的质量百分含量为55-65%。

9.如权利要求8所述的蛋白饲料，其特征在于，所述蛋白饲料中还包含赖氨酸、苏氨酸和维生素B12。

10.权利要求8或9所述蛋白饲料的应用，其特征在于，所述蛋白饲料用于在饲养农业或牧业动物时替代其饲料中的部分豆粕或鱼粉。