CN104855689A - 利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法，首先将粘性丝孢酵母菌种接种培养，再将粘性丝孢酵母种子液接种入氨基酸发酵残液中得到发酵醪液；将豆粕等加糖蜜适量，混合均匀制备成固态发酵原料；将发酵醪液与固态发酵原料按一定比例混合后进行有氧固态发酵。将发酵料烘干、粉碎后即可。本发明合理地进行废物利用，提高了氨基酸生产中发酵残液的利用率，应用可以高效率利用非蛋白氮的粘性丝孢酵母发酵氨基酸发酵残液，充分利用氨基酸发酵残液中残余的非蛋白氮和糖进行微生物转化。并结合固态发酵，进一步提高非蛋白氮利用率，大大降低了干燥成本，既保护环境，节约资源，又获得了成本低且富含脂肪酸的蛋白质饲料原料。

Description

利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法

技术领域

本发明涉及生物饲料生产技术领域，尤其是涉及一种利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法。

背景技术

在氨基酸（包括谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、精氨酸、色氨酸、缬氨酸等）发酵中，需要外源流加硫酸铵、氨水等非蛋白氮来提供合成氨基酸所需要的NH4⁺，控制合适的非蛋白氮氮源是非常精细的一项技术，非蛋白氮氮源量不足，会造成一部分α-酮戊二酸的积累，最终导致氨基酸转化率低；非蛋白氮氮源过多，会导致一部分氨基酸转化为谷氨酰胺，或者残留在发酵液中，导致氨基酸产品的品质下降。为了充分转化碳源底物使之形成氨基酸，在发酵过程中非蛋白氮通常会过量流加，这就导致大部分氨基酸发酵结束后，发酵液中仍残留一定量的非蛋白氮（通常在0.5-2.5%），同时在氨基酸发酵过程中还会有0.5-4%的可发酵性糖（主要指葡萄糖）未被氨基酸产生菌彻底利用。当将发酵液中的氨基酸提取后，剩余的包含0.5-2.5%非蛋白氮和0.5-4%可发酵性糖的氨基酸发酵残液一般会作为废弃物被处理，这些残液不仅会污染环境，还会造成浪费。

直接使用氨基酸发酵残液作为饲料使用是行不通的。因为在动物生产中，非蛋白氮是有害成分，家禽等非反刍动物不仅不能加以利用，而且当其在饲料中占有一定比例时还会引起中毒。尿素可以和乙醇生成氨甲酰乙酯，而氨甲酰乙酯具有一定的神经毒性、强烈的肺毒性和较强的致癌性。因此尿素和氨等非蛋白氮会在肝脏内转化，融入血液（人体内的浓度在每升2.5至7.5微摩尔之间），最后通过肾脏由尿排出，少量尿素由汗排出。由于动物体代谢尿素的主要器官是肾脏，如果动物体内的尿素等非蛋白氮含量过高，超过动物的排泄能力，就会造成肾脏负担过大，发生代偿性肾脏肿大、肾炎、肾脏肿瘤等肾脏疾病，从而恶性循环使肾脏代谢废物的能力减弱，肾脏损害加重进而危及生命，近几年出现的三聚氰胺奶粉就是非蛋白氮对动物体危害的典型案例。因此在畜禽生产中要严格控制饲料中非蛋白氮的含量。为合理的进行废弃物质的资源化利用，将氨基酸发酵残液制备成富含脂肪酸的蛋白质饲料原料技术开发具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法，目的在于通过对氨基酸发酵残液中残余的非蛋白氮和糖进行合理充分的转换利用，用以制备低成本、富含脂肪酸的蛋白质饲料原料。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法，包含下述步骤：

第一步，将活化的粘性丝孢酵母菌种接种培养成粘性丝孢酵母种子液，再将该粘性丝孢酵母种子液接种入氨基酸发酵残液中得到发酵醪液备用；

第二步，将豆粕、棉粕、花生粕、菜籽粕一种或两种以上混合物中加糖蜜适量，混合均匀制备成固态发酵原料备用；

第三步，将第一步制备的发酵醪液40~50重量份与第二步制备的固态发酵原料50~60重量份混合，调整物料含水量为40~50%，进行有氧固态发酵，待发酵结束后，将固态发酵料烘干、粉碎后即可得到富含脂肪酸的蛋白质饲料原料。

所述氨基酸发酵残液为谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、精氨酸、色氨酸或缬氨酸经发酵、结晶完成提取后剩余的发酵残液。

所述发酵醪液的制备方法为：将活化的粘性丝孢酵母斜面挑取适量菌种，接种入培养瓶麦芽汁种子液培养基中，培养得到一级种子液；然后再经过二级培养扩增，得到粘性丝孢酵母种子液；将该粘性丝孢酵母种子液按10%接种量接种入氨基酸发酵残液中，28~32℃温度下，维持罐压0.05~0.1 Mpa，通风量1: 0.8~1.0，转速150~230 r/min，培养36~48 h，即可得到发酵醪液。

所述第三步中有氧固态发酵的条件为：起始温度20~30℃，发酵过程中温度30℃~45℃，发酵时间60~72h。

所述粘性丝孢酵母的编号为CICC32858。

本发明合理地进行废物利用，提高了氨基酸发酵残液的利用率，应用可以高效率利用非蛋白氮的粘性丝孢酵母发酵氨基酸发酵残液，充分利用氨基酸发酵残液中残余的非蛋白氮和糖进行微生物转化。并结合固态发酵，进一步提高非蛋白氮利用率，大大降低了干燥成本，既保护环境，节约资源，又获得了成本低且富含脂肪酸的蛋白质饲料原料。

丝孢酵母属的粘性丝孢酵母（Trichosporon mucoides，CICC32858）可以利用尿素、硫酸铵、硝酸盐等多种非蛋白氮和可发酵性糖产生微生物菌体，其原理是胞外的尿素可由细胞膜上的尿素转运蛋白转入胞内作为氮源，从而被细胞产生脲酶（尿素分解酶），先分解尿素产生氨，然后利用这些氨和多糖合成菌体自身蛋白质，生长菌体，同时在菌体内部积累大量的油脂。这些菌体内含有的油脂和脂肪酸有着动物油脂和植物油脂无可比拟的优势：①微生物油脂是可再生资源；②微生物油脂比大豆油、棕榈油和葵花籽油等营养价值更高；③可利用低成本原料进行发酵生产；④含有植物和动物不能或只能少量合成的脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸等。

本发明正是利用粘性丝孢酵母的上述特性，首先将氨基酸发酵残液中残留的非蛋白氮进行发酵转化，再将其与添加适量糖（其余糖分由残液中残留的可发酵性糖补充）的豆粕、棉粕、花生粕、菜籽粕中一种或两种以上混合物固态发酵原料混合后进行有氧固态发酵，制得的成品饲料原料中非蛋白氮含量低于0.5%，脂肪酸含量提高到4.2~5.1%，蛋白质含量提高到41.3~52.8%。

注：粘性丝孢酵母（Trichosporon mucoides）菌种购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号CICC32858。

具体实施方式

下面通过具体实施例来详细的阐述本发明的制备方法：

实施例1

利用精氨酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法如下：

1）精氨酸液体发酵：将牛肉膏蛋白胨上的谷氨酸棒杆菌用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、CaCO₃ 30 g/L，pH7.0，0.12MPa下灭菌20min。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68~72 h。

2）精氨酸提取：将上述发酵液拉冷至低温（4~8℃），加入氢氧化钠调整pH至10.76，结晶出粗精氨酸，采用带式过滤机将精氨酸提取出来，剩余为精氨酸发酵残液。

3）制备粘性丝孢酵母种子液：将活化的粘性丝孢酵母斜面挑取适量菌种，接种入装液量为25 ml的250ml三角瓶麦芽汁种子培养基中，28℃振荡培养22 h，转速150 r/min，获得一级种子液；然后再经过二级培养，二级种子培养基同种子培养基，其培养条件为28～30℃培养温度，培养周期22～24 h，得到粘性丝孢酵母种子液；

4） 酵母菌液体发酵：在第2）步得到的精氨酸残液中接入第3）扩增培养的粘性丝孢酵母种子液继续液体发酵，粘性丝孢酵母种子液接种量10%，发酵条件：转速150 r/min，罐压0.05 Mpa，通风量1:0.8， 28℃培养42 h，得到发酵醪液。

5）固态发酵：将去皮豆粕55份与20份甘蔗糖蜜混合均匀（无需灭菌）制备成发酵原料，接入第4）步制得的发酵醪液40份进行固态发酵。固态发酵中，调整发酵起始含水量46%，发酵起始温度为25℃，过程控制温度为30℃~40℃，发酵时间为62 h。

6）发酵后期处理：固态发酵完成后，将发酵料传送到干燥器上，在65℃条件下烘干到含水量≤12%，粉碎后即可得到富含脂肪酸蛋白饲料原料成品。

经测定，得到的饲料原料成品中脂肪酸含量提高到4.2%，比原料豆粕中脂肪酸含量（1.6%）提高了2.6%；蛋白质含量为47.7%，非蛋白氮低至0.21%。

实施例2

利用苏氨酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法如下：

1）苏氨酸液体发酵：将牛肉膏蛋白胨上的谷氨酸棒杆菌用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、KH₂PO₄ 1.5g/L、MgSO₄·7H₂O 0.5 g/L、生物素8×10^-5 g/L、CaCO₃ 30 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68~72h。

2）苏氨酸提取：将上述发酵液拉冷至低温（4~8℃），调整pH至6.16，结晶出粗苏氨酸，采用带式过滤机将苏氨酸提取出来，剩余即为苏氨酸发酵残液。

3）制备粘性丝孢酵母种子液：将活化的粘性丝孢酵母斜面挑取适量菌种，接种入装液量为25 ml的250 ml三角瓶麦芽汁种子培养基中，28℃振荡培养22 h，转速150 r/min，获得一级种子液；然后再经过二级培养，二级种子培养基同种子培养基，其培养条件为28～30℃培养温度，培养周期22～24h，得到粘性丝孢酵母种子液；

4） 酵母菌液体发酵：在第2）步得到的精氨酸残液中接入第3）扩增培养的粘性丝孢酵母种子液继续液体发酵，粘性丝孢酵母种子液接种量10%，发酵条件：转速150 r/min，罐压0.075Mpa，通风量1:0.8， 28℃培养46 h。

5）固态发酵：将去皮豆粕55份与25份糖蜜混合均匀（无需灭菌）制备成发酵原料，接入第4）步制得的发酵醪液40份进行固态发酵。固态发酵中，调整发酵起始含水量48%，发酵起始温度为25℃，过程控制温度为30℃~40℃，发酵时间为68 h。

6） 发酵后期处理：固态发酵完成后，将发酵料传送到干燥器上，在65℃条件下烘干到含水量≤12%，粉碎后即可得到蛋白饲料成品。

经测定，得到的饲料成品中脂肪酸含量提高到4.65% ，比原料豆粕中脂肪酸含量（1.6%）提高了3.05%，蛋白质含量可达48.1%，非蛋白氮低至0.35%。

实施例3

利用谷氨酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法如下：

1）谷氨酸发酵：按照《调味品发酵工艺学》（宋安东主编，2009年化工出版社出版）中所介绍的谷氨酸的发酵方式进行谷氨酸发酵。

2）谷氨酸提取：将上述发酵液拉冷至低温（4~8℃），调整pH至3.22，结晶出粗谷氨酸，采用带式过滤机将谷氨酸提取出来，剩余即为谷氨酸发酵残液。

3）制备粘性丝孢酵母种子液：将活化的粘性丝孢酵母斜面挑取适量菌种，在250ml三角瓶中接入25ml麦芽汁种子培养基中，28℃振荡培养22 h，转速150 r/min，获得一级种子液；然后再经过二级培养，二级种子培养基同种子培养基，其培养条件为28～30℃培养温度，培养周期22～24h，得到粘性丝孢酵母种子液；

4） 酵母菌液体发酵：在第2）步得到的谷氨酸残液中接入第3）扩增培养的粘性丝孢酵母种子液继续液体发酵，粘性丝孢酵母种子液接种量10%，发酵条件：转速150 r/min，罐压0.1 Mpa，通风量1:0.8， 28℃培养48 h。

5）固态发酵：将去皮豆粕55份与30份糖蜜混合均匀（无需灭菌）制备成发酵原料，接入第4）步制得的发酵醪液40份进行固态发酵。固态发酵中，调整发酵起始含水量50%，发酵起始温度为25℃，过程控制温度为30℃~40℃，发酵时间为72 h。

6） 发酵后期处理：固态发酵完成后，将发酵料传送到干燥器上，在65℃条件下烘干到含水量≤12%，粉碎后即可得到蛋白饲料成品。

经测定，得到的饲料成品中脂肪酸含量提高到5.23%，比原料豆粕中脂肪酸含量（1.6%）提高了3.63%，蛋白质含量达到49.1%，非蛋白氮低至0.19%。

上述实施例中，固态发酵原料也可以用豆粕、棉粕、花生粕、菜籽粕的一种或两种以上混合物替换；同时根据所用的固态发酵原料中的含糖量以及氨基酸残液中残余的可发酵性糖的含量，调整所需要添加的糖蜜量，所用原料均为重量份。

Claims (5)

1.一种利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法，其特征在于：包含下述步骤：

第一步，将活化的粘性丝孢酵母菌种接种培养成粘性丝孢酵母种子液，再将该粘性丝孢酵母种子液接种入氨基酸发酵残液中得到发酵醪液备用；

第二步，将豆粕、棉粕、花生粕、菜籽粕的一种或两种以上混合物中加糖蜜适量，混合均匀制备成固态发酵原料备用；

第三步，将第一步制备的发酵醪液40~50重量份与第二步制备的固态发酵原料50~60重量份混合，调整物料含水量为40~50%，进行有氧固态发酵，待发酵完成，将固态发酵料烘干、粉碎后即可得到富含脂肪酸的蛋白质饲料原料。

2.根据权利要求1所述利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法，其特征在于：所述氨基酸发酵残液为谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、精氨酸、色氨酸或缬氨酸经发酵、结晶完成提取后剩余的发酵残液。

3.根据权利要求1所述利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法，其特征在于：所述发酵醪液的制备方法为：将活化的粘性丝孢酵母斜面挑取适量菌种接种入培养瓶麦芽汁种子培养基中，培养得到一级种子液；然后再经过二级培养扩增，得到粘性丝孢酵母种子液；将该粘性丝孢酵母种子液按10%接种量接种入氨基酸发酵残液中，28~32℃温度下，维持罐压0.05~0.1 Mpa，通风量1: 0.8~1.0，转速150~230 r/min，培养36~48 h，即可得到发酵醪液。

4.根据权利要求1所述利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法，其特征在于：所述第三步中有氧固态发酵的条件为：起始温度20~30℃，发酵过程中温度30℃~45℃，发酵时间60~72h。

5.根据权利要求1所述利用氨基酸发酵残液制备富含脂肪酸蛋白饲料原料的方法，其特征在于：所述粘性丝孢酵母的编号为CICC32858。