CN104431317A

CN104431317A - 一种适于北方地区廉价高效制备酵母益生菌剂的方法

Info

Publication number: CN104431317A
Application number: CN201410634580.XA
Authority: CN
Inventors: 徐速; 江连洲; 孙慧; 许岩; 穆莹; 张秀玲; 谢凤英; 杨海明
Original assignee: Northeast Agricultural University
Current assignee: Northeast Agricultural University
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明是一种适于北方地区廉价高效制备酵母益生菌剂的方法，利用玉米秸秆、稻壳、变性豆粕为原料，适当添加碳源葡萄糖、氮源硫酸铵及微量元素，通过固态发酵制备产朊假丝酵母益生菌剂。所需原料均可北方地区就地取材、来源广泛，原料中秸秆稻壳所占比例大，降低了制备成本。固态发酵工艺条件容易控制，可操作强，设备投资少，运行成本低。发酵时间短，产品活菌数量高，贮藏稳定性好。所制酵母益生菌剂具有宜人的香气，可增加动物摄食欲望、提高生产能力，应用范围广泛。本发明对稻壳秸秆等废弃物的精深加工及解决人畜争粮矛盾、减少环境污染具有重要意义。

Description

一种适于北方地区廉价高效制备酵母益生菌剂的方法

技术领域

本发明是一种廉价高效制备饲料用酵母益生菌剂的方法，特别是一种利用粮油加工副产物变性豆粕、稻壳和农作物废弃物玉米秸秆为原料制备高效酵母益生菌剂的方法。

背景技术

豆粕是大豆经有机溶剂浸提油脂后得到的副产物，富含大豆蛋白和动物所需氨基酸，目前主要应用于畜禽饲料。但经有机溶剂浸提后的豆粕需要加热脱去溶剂处理，这样导致蛋白质大量变性，降低了饲料蛋白质的吸收利用率。稻壳即稻谷最外面的壳儿，是加工糙米时剩余的副产物，主要含有纤维素、木质素、二氧化硅等，而蛋白质、脂类等物质含量极低，故饲喂动物的消化率仅5%～8%。秸秆是收割农作物剩余的废弃物，北方地区由于是玉米主产区，每年都剩余大量玉米秸秆。目前对秸秆并没有有效利用，实际上收获玉米剩余的秸秆，小部分砍下堆砌、闲置在农户家中，用于烧火材料，大部分没有收割都就地大规模焚烧，严重污染了周边城区空气，使本来污染严重的空气雪上加霜，使其成为雾霾气候的诱因之一。当今资源匮乏，将豆粕、秸秆、稻壳适当处理、合理利用意义重大。

酵母菌虽然不属于动物肠道正常菌群，但作为动物益生菌，被动物摄入后可耐受胃酸和胆汁的损害到达肠道，产生杀伤病原菌因子，吸附病原菌毒素。经酵母菌发酵的饲料富含蛋白质和维生素B族，可作为动物蛋白质饲料。

产朊假丝酵母是被广泛公认的畜禽动物益生菌，早在1989年就已被美国FDA（美国食品和药品管理局）和AAFCC（美国饲料官方协会）批准为可直接饲喂动物的安全菌株，2008年我国农业部也将其列入允许饲喂的菌种目录。产阮假丝酵母菌体所含蛋白质和维生素B含量均较高，且生长所需营养物质简单、可利用许多工农业副产物做原料生长繁殖，菌体代谢后常常散发出宜人的香气，可增加动物摄食欲望、提高畜禽动物的生产能力。

目前，用于饲料益生菌剂酵母菌的制备有液态发酵法和固态发酵法。液态发酵法设备投资大，发酵运行成本高，后部处理费用大。而固态发酵相对设备投资少，运行成本低，干制处理费用小。尤其适用于以农作物及加工副产物为原料的菌剂制备。目前固态发酵制备酵母益生菌剂的原料多采用豆粕、酒糟、棉籽粕、菜籽粕、麸皮、玉米面、DDGS、玉米皮等原料。

北方地区是我国大豆玉米水稻的主产区和加工基地，尤其是玉米秸秆在东北地区农户家中随处堆放，大部分仅用于烧火燃料甚至废弃，原料利用率低,资源浪费严重。虽然单纯利用豆粕能够培养制备饲料用酵母菌剂，但相对秸秆、稻壳而言成本偏高。而单纯采用秸秆为原料，有的需要进行原料酸碱预处理，对设备要求耐腐蚀，加大了投资维护费用；有的采用多菌种辅助酶解技术，增加了前期菌种纯培养工序和工序复杂性，加大了实际操作费用。

目前，随着淀粉糖技术的进步，葡萄糖价格相对豆粕价格大幅下降，饲料级葡萄糖价格约在2200元～2400元/吨，而豆粕价格约在3600～4300元/吨，因此，原料中减少豆粕比例、增加秸秆稻壳比例导致的碳源不足，可以通过添加葡萄糖弥补，以抵消原料豆粕比例下降对酵母菌数的影响，

同时，由于我国小麦种植区和加工区分布在河南、河北、山东、山西等南方省份，因此培养饲料酵母优良原料麸皮在东北价格很高，在东北不适宜作饲料酵母的原料。

结合北方地区原料特点，因地制宜就地取材，利用变性豆粕、玉米秸秆、稻壳为原料经固态发酵制备酵母益生菌剂是废物利用、变废为宝的有效方法之一。对减少环境污染、促进畜禽动物生长、减少抗生素使用、促进绿色养殖等具有积极作用。

发明内容

为了解决每年剩余秸秆、稻壳焚烧污染环境问题，充分利用秸秆、稻壳等有机质资源，从北方实际情况出发，以玉米秸秆、稻壳、变性豆粕等为原料，采用固态发酵技术制备成本廉价、活菌数高的酵母益生菌剂，为秸秆、稻壳等资源开发寻找切实有效的解决方案，同时，所制酵母益生菌剂饲喂畜禽动物，可促进畜禽动物生长，减少抗生素使用，为绿色养殖提供保障。

一种适于北方地区廉价高效制备酵母益生菌剂的方法包括以下步骤：

（1）以粮油加工副产物变性豆粕、稻壳及农作物废弃物玉米秸秆为主要原料，补充适量水分、无机氮源、碳源及微量元素，制成固态培养基，灭菌。

（2）接入对数期产朊假丝酵母种子液，按比例加入上述固态培养基中，28℃～32℃静置发酵24～32h，真空干制后真空包装即为酵母益生菌剂。

本发明步骤（1）中豆粕粉碎过20～40目筛，秸秆粉碎平均长度1～5mm，按质量份数比例，变性豆粕：稻壳：玉米秸秆=5：1～5：1～5。

本发明步骤（1）中无机氮源为0.5%～2.5%硫酸铵。

本发明步骤（1）中适量水分为原料质量的0.8～1.5倍。

本发明步骤（1）中碳源为葡萄糖，添加量为原料质量的5%～10%。

本发明步骤（1）微量元素为NaN0₃ 0.3 %～ 0.8%、K₂HP0₄ 0.1 %～0.5 %、KCl 0.05%～0.2%、MgSO₄·7H₂O 0.05%～0.2%，FeS0₄ 0.001%～0.002%。

本发明步骤（2）真空干制真空度-0.05～-0.08MPa，干制温度30℃～45℃。

本发明提供了一种利用产自北方地区的原料玉米秸秆、稻壳、变性豆粕制备酵母益生菌剂的方法，所用原料玉米秸秆、稻壳所占比例高，大大降低了原料成本；无须添加麸皮等北方地区不易购买的原料，降低了因购买运输外地原料增加的成本费用。采用固态发酵技术，借助玉米秸秆、稻壳增加培养基通气性，避免液态发酵因通风搅拌等增加的费用，发酵运行成本低廉，发酵条件容易控制，可操作强，发酵时间短，产品活菌数量高，贮藏稳定性好。本发明所制酵母益生菌剂具有宜人的香气，可增加动物摄食欲望、提高生产能力，饲喂畜禽范围广泛。本发明所制酵母益生菌剂真空干制后含水率5%，酵母益生菌剂活菌数2.342×10⁹ cfu/g（绝干）。本发明可促进稻壳秸秆等废弃物的精深加工，在一定程度上缓解人畜争粮矛盾和减少环境污染。

附图说明

图1是本发明的生产工艺流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：一、以变性豆粕、稻壳、玉米秸秆为原料，原料总量40g，变性豆粕：稻壳：玉米秸秆=5：1～5：1～5比例，补充原料质量0.8～1.5倍的水分、0.5%～2.5%硫酸铵、5%～10%葡萄糖，微量元素NaN0₃ 0.3 %～ 0.8%、K₂HP0₄ 0.1 %～0.5 %、KCl 0.05%～0.2%、MgSO₄·7H₂O 0.05%～0.2%，FeS0₄ 0.001%～0.002%，在容器中混匀封口，121℃灭菌15min，冷却。二、接入对数期产朊假丝酵母种子液，按2%～4%比例加入上述固态培养基中，铺成0.5cm～2cm厚度，28℃～32℃静置发酵24～32h，真空度-0.05～-0.08MPa下真空干制，真空包装即为酵母益生菌剂。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是分别将变性豆粕：稻壳：玉米秸秆按5:2:1，5:2:2，5:2:3，5:2:4，5:2:5比例混匀，再分别向每份原料添加50mL水及微量元素溶液，葡萄糖1g，在容器中混匀封口，灭菌，接种, 30℃培养24h，取样测定酵母活菌数。结合原料成本与活菌数量综合考虑，选择豆粕：稻壳：玉米秸秆=5:2:2较适宜。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是分别将变性豆粕：玉米秸秆：稻壳按5:2:1，5:2:2，5:2:3，5:2:4，5:2:5比例混匀，再分别向每份原料添加50mL水及微量元素溶液，葡萄糖1g，在容器中混匀封口，灭菌，接种, 30℃培养24h，取样测定酵母活菌数。结合原料成本与活菌数量综合考虑，选择豆粕：稻壳：玉米秸秆=5:2:2较适宜。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是原料变性豆粕、玉米秸秆和稻壳按5:2:2混匀，依次加入葡萄糖1g，2g，3g，4g，5g，再分别向每份原料添加50mL水及微量元素溶液，混匀，灭菌，接种, 30℃培养24h，取样测定酵母活菌数，选择添加葡萄糖4g为宜。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，变性豆粕、玉米秸秆和稻壳按5:2:2混匀，向每份原料中依次加入硫酸铵0.2、0.4、0.6、0.8、1g，或尿素0.2、0.4、0.6、0.8、1g；再分别向每份原料加入50mL水及微量元素溶液，葡萄糖1g，在容器中混匀封口，灭菌，接种, 30℃培养24h，取样测定酵母活菌数后，选择硫酸铵添加量0.4g较适宜。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，对培养基成分中影响酵母菌生长数量的因素葡萄糖、硫酸铵、微量元素营养液添加倍数进行三因素三水平正交试验，以确定最佳培养基成分配比，见表1。在容器中混匀封口，灭菌，接种, 30℃培养24h，取样测定酵母活菌数后，采用ssps17.0对上述影响因素进行单因素方差分析，结果显示葡萄糖差异呈极显著，硫酸铵和微量元素差异不显著，故选择硫酸铵0.2g和微量元素1倍浓度。采用Tukey HSD法对葡萄糖因素不同水平差异进行多重比较后，选择葡萄糖添加量4g为宜。其它步骤与具体实施方式一相同。

表1 正交试验因素水平表

水平	A葡萄糖（g）	B硫酸铵（g）	C微量元素溶液倍数
				1	3	0.2	1
2	4	0.4	2
				3	5	0.6	3

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，变性豆粕、玉米秸秆和稻壳按5:2:2混匀，添加葡萄糖4g，硫酸铵0.2g，1倍微量元素浓度，通过中心组合实验设计优化酵母菌培养条件，最终优化参数为接种量3.50%，厚度1.3cm，水分添加量：原料=1:1（w/w），温度30.6℃。以上述培养条件培养24h，重复5次，平板涂布计数，酵母菌数量分别为1.23×10⁹、1.35×10⁹、11×10⁹、14×10⁹、1.25×10⁹（cfu/g），平均值(1.27±0.12)×10⁹cfu/g，与模型预测值1.23×10⁹cfu/g接近。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，变性豆粕：玉米秸秆：稻壳=5:2:2， 40g原料添加葡萄糖4g，硫酸铵0.2g，1倍微量元素。接种量3.5%，原料厚度1.3㎝, 水分添加量：原料=1:1（w/w）,温度30.6℃。在上述条件下，发酵时间28小时，酵母活菌计数(2.92±0.05) ×10⁹cfu/g（绝干）。真空40℃8h干制存活率80%。常压45℃24h干制存活率65%。其它步骤与具体实施方式一相同。

Claims

1. 一种适于北方地区廉价高效制备酵母益生菌剂的方法其特征在于：（1）以粮油加工副产物变性豆粕、稻壳及农作物废弃物玉米秸秆为主要原料，补充适量水分、无机氮源、碳源及微量元素，制成固态培养基，灭菌；（2）接入对数期产朊假丝酵母种子液，按比例加入上述固态培养基中，28℃～32℃静置发酵24～32h，真空干制后真空包装即为酵母益生菌剂。

2. 权利要求1中所述方法，其特征在于：步骤（1）中豆粕粉碎过20～40目筛，玉米秸秆粉碎平均长度1～5mm，按质量份数比例，变性豆粕：稻壳：玉米秸秆=5：1～5：1～5。

3. 权利要求1中所述方法，其特征在于：步骤（1）中无机氮源为0.5%～2.5%硫酸铵。

4. 权利要求1中所述方法，其特征在于：步骤（1）中适量水分为原料质量的0.8～1.5倍。

5. 权利要求1中所述方法，其特征在于：步骤（1）中碳源为葡萄糖，添加量为原料质量的5%～10%。

6. 权利要求1中所述方法，其特征在于：步骤（1）微量元素为NaN0₃ 0.3 %～ 0.8%、K₂HP0₄ 0.1 %～0.5 %、KCl 0.05%～0.2%、MgSO₄·7H₂O 0.05%～0.2%，FeS0₄ 0.001%～0.002%。

7. 权利要求1-6中任意所述的方法得到的酵母益生菌剂。