CN104839454B - 一种富含缬氨酸的高蛋白饲料生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富含缬氨酸的高蛋白饲料生产方法，采用谷氨酸棒杆菌、产朊假丝酵母、植物乳杆菌和纳豆芽孢杆菌进行液体发酵，将富含代谢产物和活菌体的发酵醪液混合，再将其按照一定比例与豆粕等混合，进行固态发酵，最后对产品干燥、包装，得到终产品中粗蛋白含量高于50%，缬氨酸含量高于2.6%。本发明的优点在于工艺简单，将发酵醪液直接与固态物料混合发酵，既利用了微生物的代谢产物缬氨酸，又大大缩短了固态发酵时间，降低了生料固态发酵过程中染杂菌的几率；能耗低，发酵过程中无废弃物排放；制得的原料，既降低了植物粕类中抗营养因子的含量，又使缬氨酸含量高于2.6%，可减少或替代外源缬氨酸添加量，降低了饲料成本。
Description
技术领域
本发明涉及动物饲料生产领域，尤其是涉及一种富含缬氨酸的高蛋白饲料生产方法。
背景技术
豆粕、棉粕和花生粕等农副产品在粮油工业中产量极大，一般作为动物饲料的蛋白质原料，在饲料加工和畜禽、水产养殖行业中使用非常广泛。但是，此类饼粕属于植物性蛋白，含有大量抗营养因子，如胰蛋白酶抑制剂、大豆抗原蛋白、尿酸、植物凝集素、非淀粉类多糖等，影响动物对饲料的消化和吸收。因此，在生产中需要有效去除饼粕中的抗营养因子，提高饲料利用率；另一方面，随着鱼粉等动物性蛋白饲料原料资源的匮乏和价格的日益升高，我国养殖业也急需来源广泛，成本低廉的优质饲料蛋白原料替代品。而优质饲料蛋白原料不仅对粗蛋白含量要求较高，更重要的是氨基酸的含量和组成，特别是必需氨基酸。它们的短缺限制了饲粮中其他氨基酸在畜禽体内的利用，从而降低了整个饲粮蛋白质的营养价值。
缬氨酸是一种含有五个碳原子的支链非极性α-氨基酸，是哺乳动物的必需氨基酸和生糖氨基酸，属于支链氨基酸（BCAA）。支链氨基酸是一组在碳链上具有支链结构的脂肪族中性氨基酸，包括缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）和异亮氨酸（Ile），是动物体内不能合成的必需氨基酸。缬氨酸（Val）是猪的第5种限制性氨基酸，是肉鸡的第4种限制性氨基酸，并且对于这些动物的最低需要量来说，缬氨酸（Val）都是一种缺乏的营养物质。由于动物不能合成缬氨酸（Val），必须从日粮中摄取才能满足动物的需要，当日粮中缺乏缬氨酸时，将影响动物的生长和繁殖。最新的研究发现，在妊娠期和泌乳期增加母猪的缬氨酸（Val）摄入量可以明显改善仔猪生长性能，提高母猪泌乳量，降低母猪的体重损失等。
豆粕等农副产品中缬氨酸的含量较低，不能够满足动物正常生长所需，必须外源添加。虽使用芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌等微生物直接发酵豆粕等农副产品可以消除豆粕中的抗营养因子，提高消化率，如国家发明专利（公开号：CN102406134A）就记载了一种高消化率发酵豆粕的固态发酵方法，声称可以大规模、质量好的发酵豆粕，但采用这些方法生产的发酵蛋白饲料却很难提高其中缬氨酸的含量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以豆粕、棉粕、菜籽粕和花生粕中的一种或两种以上混合发酵制得富含缬氨酸的高蛋白饲料生产方法。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的富含缬氨酸的高蛋白饲料生产方法，包括下述步骤：
第一步，液体发酵
将编号为CICC20887或CICC21764中的任意一株谷氨酸棒杆菌先进行种子培养和液体发酵；将编号为CICC 1314或CICC 1801中的任意一株产朊假丝酵母进行种子培养，然后接入到谷氨酸棒杆菌发酵液中混菌液体发酵，得到发酵液；将编号为CICC20764或CICC20767中的任意一株植物乳杆菌和编号为CICC23413或CICC20443中的任意一株纳豆芽胞杆菌分别进行种子培养和液体发酵，得到发酵液；
第二步，混合发酵醪液配制
将第一步得到的谷氨酸棒杆菌和产朊假丝酵母混菌发酵液10~60份与植物乳杆菌0~30份或/和纳豆芽胞杆菌0~30份之比例混合均匀，用Ca(OH)2调节pH至中性，得到发酵醪液；
第三步，固态发酵
按重量比将100~150份豆粕、棉粕、菜籽粕和花生粕中的一种或两种以上与5~10份糖蜜混合，得到固态发酵原料；将第二步配制的发酵醪液按固态发酵原料重量的50~100%的比例与固态发酵原料混合，进行有氧固态发酵，发酵条件：起始温度20~30℃，过程控制温度30℃~45℃，发酵时间48~72h，得到发酵料；
第四步， 烘干、粉碎和包装
将发酵料传送到干燥器上， 60~70℃条件下烘干到含水量≤12%，粉碎后称量包装，即可得到富含缬氨酸的高蛋白饲料。
所述谷氨酸棒杆菌与产阮假丝酵母混菌发酵液的制备方法为：将使用牛肉膏蛋白胨培养基活化后的谷氨酸棒杆菌种用无菌生理盐水制成悬浮菌液，接种到液体发酵种子培养基中培养，培养基组成：葡萄糖100-120g/L、(NH4)2SO4 20-30g/L、玉米浆10-20g/L、KH2PO41-1.5g/L、MgSO4·7H2O 0.3-0.5 g/L、生物素5-8×10-5 g/L、CaCO3 10-30 g/L；pH7.0，0.12MPa下灭菌20 min；培养条件：罐压0.03-0.1 Mpa，搅拌转速 170-230 r/min，通风量1:0.25-0.5，培养温度30-32℃，发酵时间24-48 h；将YPD培养基上的产朊假丝酵母菌用无菌生理盐水制成悬浮菌液，当谷氨酸棒杆菌发酵液中的产酸率达到2.8%以上时，接入产朊假丝酵母悬浮菌液，继续培养10h即可。
所述植物乳杆菌发酵液的制备方法为：使用固体MRS培养植物乳杆菌，将植物乳杆菌一级固体种子用无菌生理盐水制成悬浮菌液，接种到液体发酵培养基中，培养基组成：葡萄糖或糖蜜20-50g/L、玉米浆20-35 g/L，七水合硫酸镁0.25-0.35 g/L，四水合硫酸锰0.01-0.015 g/L，七水合硫酸铁0.01-0.015 g/L，乙酸钠16-21 g/L，Tween-80 l mL/L；培养条件：罐压0.03-0.1 Mpa，静置培养，培养温度30-32℃，发酵18-22 h即可。
所述纳豆芽胞杆菌发酵液的制备方法为：将使用牛肉膏蛋白胨培养基活化后的纳豆芽孢杆菌种用无菌生理盐水制成悬浮菌液，接种到液体发酵培养基中，培养基组成：豆粕粉1.0-3.0%，玉米粉1.0-3.0%，硫酸镁0.2-0.6%，硫酸锰0.02-0.06%，氯化钠0.5-1.0%；培养条件：罐压0.05-0.1 Mpa，搅拌转速170-230 r/min，通风量1:0. 5-1.2，培养温度32-35℃，发酵18-24 h即可。
本发明的优点在于工艺简单，将发酵醪液直接与固态物料混合发酵，既利用了微生物的代谢产物缬氨酸，又大大缩短了固态发酵时间，降低了生料固态发酵过程中染杂菌的几率；能耗低，发酵过程中无废弃物排放；制得的饲料原料，既降低了植物粕类中抗营养因子的含量，又使缬氨酸含量高于2.6%，可减少或替代外源缬氨酸添加量，降低了饲料成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。
以下实施例中的物料配比均为质量百分比。
本发明中所用的菌种谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum，CICC20887或CICC21764）、产朊假丝酵母（Candida utilis，CICC 1314或CICC 1801）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum，CICC20764或CICC20767）和纳豆芽孢杆菌（Bacillus natto，CICC23413或CICC20443）均购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。
实施例1
本发明所述的富含缬氨酸的高蛋白饲料生产方法，包括下述步骤：
第一步，液体发酵
将牛肉膏蛋白胨上的编号为CICC20887的谷氨酸棒杆菌用200ml无菌生理盐水制成悬浮菌液，接种到液体发酵培养基中（装液量60%），培养基组成：葡萄糖120g/L、(NH4)2SO4 30g/L、玉米浆20g/L、KH2PO4 1.5g/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L、生物素8×10-5 g/L、CaCO330 g/L，pH7.0，0.12 MPa下灭菌20 min。培养条件：罐压0.1 Mpa，搅拌转速 230 r/min，通风量1:0.25，培养温度30℃，发酵时间48 h；将YPD培养基上的编号为CICC 1314的产朊假丝酵母菌用200ml无菌生理盐水制成悬浮菌液，当谷氨酸棒杆菌发酵液中的产酸率达到2.8%以上时，接入产朊假丝酵母悬浮菌液，继续培养10h待用；
将斜面上的编号为CICC20764的植物乳杆菌种子在盛有MRS培养基的500mL茄形扁瓶接种，然后将植物乳杆菌一级固体种子用200mL无菌生理盐水制成悬浮菌液，到发酵罐中培养（装液量60%），培养基组成：葡萄糖或糖蜜20-50g/L、玉米浆35 g/L，七水合硫酸镁0.35g/L，四水合硫酸锰0.015 g/L，七水合硫酸铁0.015 g/L，乙酸钠21 g/L，Tween-80 1mL/L；培养条件：罐压0.1 Mpa，静置培养，培养温度30℃，发酵22 h待用；
第二步，混合发酵醪液配制
取第一步得到的谷氨酸棒杆菌和产朊假丝酵母混菌发酵液20份与植物乳杆菌种子液10份混合均匀，用Ca(OH)2调节pH至7.0，得到发酵醪液；
第三步，固态发酵
按100份豆粕（或棉粕、花生粕及其混合物）中添加5份糖蜜的重量比配制固态发酵原料；将第二步配制的发酵醪液按固态发酵原料重量的60%的比例与固态发酵原料混合均匀，在发酵塔中进行有氧固态发酵，发酵起始含水量40%，起始温度25℃，过程控制温度45℃，发酵时间60h；
第四步， 烘干、粉碎和包装
发酵达到终点，将发酵料传送到干燥器上，在 65℃条件下烘干到质量含水量≤12%，粉碎后称量包装，即可得到富含缬氨酸的高蛋白饲料。
按照国家标准测定方法（GB/T 19541和GB/T 18296）将本发明生产的饲料与普通豆粕、按常规发酵豆粕的蛋白物料中所含的营养指标进行对比，见下表：
从上表中可以看出，本发明方法制得的饲料中，粗蛋白含量达到51.3%，缬氨酸含量达到2.6%。本发明方法有效提升了饲料中缬氨酸的含量，且目前尚无同类技术出现，且饲料适口性好，易于动物吸收和利用。
实施例2
本发明所述的富含缬氨酸的高蛋白饲料生产方法，包括下述步骤：
第一步，液体发酵
谷氨酸棒杆菌和产朊假丝酵母混菌发酵与实施例1相同。
取编号为CICC23413的纳豆芽孢杆菌斜面种子在盛有蛋白胨牛肉膏培养基的500ml茄形瓶中接种，将纳豆芽孢杆菌一级固体种子用200ml无菌生理盐水制成悬浮菌液，接种到2m³发酵罐中（种子罐培养基装液量60%）发酵培养，培养基组成：豆粕粉2.0%，玉米粉1.5%，硫酸镁0.4%，硫酸锰0.05%，氯化钠1.0%；培养条件：罐压0.05 Mpa，搅拌转速190 r/min，通风量1:0.8，培养温度35℃，发酵20 h。
第二步，混合发酵醪液配制
取第一步得到的谷氨酸棒杆菌和产朊假丝酵母混菌发酵液30份与纳豆芽孢杆菌种子液10份混合均匀，用Ca(OH)2调节pH至7.0，得到发酵醪液；
第三步，固态发酵
按120份豆粕（或棉粕、花生粕及其混合物）中添加10份糖蜜的重量比配制固态发酵原料；将第二步配制的发酵醪液按固态发酵原料重量的80%的比例与固态发酵原料混合均匀，在发酵塔中进行有氧固态发酵，发酵起始含水量50%，起始温度30℃，过程控制温度35℃，发酵时间70h；
第四步， 烘干、粉碎和包装
发酵达到终点，将发酵料传送到干燥器上，在 70℃条件下烘干到质量含水量≤12%，粉碎后称量包装，即可得到富含缬氨酸的高蛋白饲料。
按照国家标准测定方法（GB/T 19541和GB/T 18296）将本发明生产的饲料与普通豆粕、按常规发酵豆粕的蛋白物料中所含的营养指标进行对比，见下表：
从上表中可以看出，本发明方法制得的饲料中，粗蛋白含量达到51.8%，缬氨酸含量达到2.9%。本发明方法有效提升了饲料中缬氨酸的含量，且目前尚无同类技术出现，且饲料适口性好，易于动物吸收和利用。
实施例3
本发明所述的富含缬氨酸的高蛋白饲料生产方法，包括下述步骤：
第一步，液体发酵：
谷氨酸棒杆菌（CICC20887）和产朊假丝酵母混菌液的制备方法同实施例1；植物乳杆菌发酵醪液生产方法与实施例1相同；纳豆芽孢杆菌发酵醪液生产方法与实施例2相同；
第二步，混合发酵醪液配制：
取第一步得到的谷氨酸棒杆菌和产朊假丝酵母混菌发酵液30份，植物乳杆菌种子液10份，纳豆芽孢杆菌种子液10份混合均匀，用Ca(OH)2调节pH至7.0，得到发酵醪液；
第三步，固态发酵：
按重量比，将去皮豆粕150份、10份糖蜜混合均匀得到发酵物料。将第二步配制的发酵醪液按固态发酵原料重量的80%的比例与固态发酵原料混合均匀。
第四步，烘干、粉碎和包装：
与实施例1相同。
应用本发明生产方法制得的发酵豆粕蛋白原料经测定与豆粕、常规发酵豆粕蛋白原料营养指标的对比结果如下表所示。
从上表中可以看出，本发明方法制得的饲料中，粗蛋白含量达到52.1%，缬氨酸含量达到2.94%。本发明方法有效提升了饲料中缬氨酸的含量，且目前尚无同类技术出现，且饲料适口性好，易于动物吸收和利用。
上述实施例中，固态发酵原料也可以用豆粕、棉粕、菜籽粕和花生粕中的一种或两种以上混合物替换。
Claims (1)
1.一种富含缬氨酸的高蛋白饲料生产方法，其特征在于：包括下述步骤：
第一步，液体发酵
将编号为CICC20887或CICC21764中的任意一株谷氨酸棒杆菌先进行种子培养和液体发酵；将编号为CICC 1314或CICC 1801中的任意一株产朊假丝酵母进行种子培养，然后接入到谷氨酸棒杆菌发酵液中混菌液体发酵，得到发酵液；将编号为CICC20764或CICC20767中的任意一株植物乳杆菌和编号为CICC23413或CICC20443中的任意一株纳豆芽胞杆菌分别进行种子培养和液体发酵，得到发酵液；
第二步，混合发酵醪液配制
将第一步得到的谷氨酸棒杆菌和产朊假丝酵母混菌发酵液10~60份与植物乳杆菌0~30份或/和纳豆芽胞杆菌0~30份之比例混合均匀，用Ca(OH)2调节pH至中性，得到发酵醪液；
第三步，固态发酵
按重量比将100~150份豆粕、棉粕、菜籽粕和花生粕中的一种或两种以上混合物5~10份糖蜜混合，得到固态发酵原料；将第二步配制的发酵醪液按固态发酵原料重量的50~100%的比例与固态发酵原料混合，进行有氧固态发酵，发酵条件：起始温度20~30℃，过程控制温度30℃~45℃，发酵时间48~72h，得到发酵料；
第四步， 烘干、粉碎和包装
将发酵料传送到干燥器上， 60~70℃条件下烘干到含水量≤12%，粉碎后称量包装，即可得到富含缬氨酸的高蛋白饲料；
其中第一步中谷氨酸棒杆菌与产阮假丝酵母混菌发酵液的制备方法为：将使用牛肉膏蛋白胨培养基活化后的谷氨酸棒杆菌种用无菌生理盐水制成悬浮菌液，接种到液体发酵种子培养基中培养，培养基组成：葡萄糖100-120g/L、(NH4)2SO4 20-30g/L、玉米浆10-20g/L、KH2PO4 1-1.5g/L、MgSO4·7H2O 0.3-0.5 g/L、生物素5-8×10-5 g/L、CaCO3 10-30 g/L；pH7.0，0.12 MPa下灭菌20 min；培养条件：罐压0.03-0.1 Mpa，搅拌转速 170-230 r/min，通风量1:0.25-0.5，培养温度30-32℃，发酵时间24-48 h；将YPD培养基上的产朊假丝酵母菌用无菌生理盐水制成悬浮菌液，当谷氨酸棒杆菌发酵液中的产酸率达到2.8%以上时，接入产朊假丝酵母悬浮菌液，继续培养10h即可；
第一步中植物乳杆菌发酵液的制备方法为：使用固体MRS培养植物乳杆菌，将植物乳杆菌一级固体种子用无菌生理盐水制成悬浮菌液，接种到液体发酵培养基中，培养基组成：葡萄糖或糖蜜20-50g/L、玉米浆20-35 g/L，七水合硫酸镁0.25-0.35 g/L，四水合硫酸锰0.01-0.015 g/L，七水合硫酸铁0.01-0.015 g/L，乙酸钠16-21 g/L，Tween-80 l mL/L；培养条件：罐压0.03-0.1 Mpa，静置培养，培养温度30-32℃，发酵18-22 h即可；
第一步中纳豆芽胞杆菌发酵液的制备方法为：将使用牛肉膏蛋白胨培养基活化后的纳豆芽孢杆菌种用无菌生理盐水制成悬浮菌液，接种到液体发酵培养基中，培养基组成：豆粕粉1.0-3.0%，玉米粉1.0-3.0%，硫酸镁0.2-0.6%，硫酸锰0.02-0.06%，氯化钠0.5-1.0%；培养条件：罐压0.05-0.1 Mpa，搅拌转速170-230 r/min，通风量1:0. 5-1.2，培养温度32-35℃，发酵18-24 h即可。
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