CN105053552B - 一种高生物活性发酵豆粕及其制备方法与应用 - Google Patents

一种高生物活性发酵豆粕及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高生物活性发酵豆粕及其制备方法与应用。该方法包括:1)制备复合发酵菌液;2)将步骤1)所得到的菌液接种至豆粕原料;3)将步骤2)接种菌液后的豆粕原料进行发酵,形成发酵豆粕;4)将步骤3)得到的发酵豆粕进行低温干燥并粉碎形成发酵豆粕成品。本发明采用低温干燥技术,干燥过程中,大大提高了发酵后代谢产物如消化酶、未知生长因子、维生素等生物活性,微生物活性没有丧失,活菌数≥5×107cfu/g,粗蛋白含量在5%以上,是普通发酵豆粕的1.2‑3倍;发酵豆粕中大豆球蛋白和β—伴大豆球蛋白含量均降解65%以上,是同类产品的1倍以上,能够显著提高豆粕被动物消化吸收的能力。

Description

一种高生物活性发酵豆粕及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于生物饲料制备技术领域,具体涉及一种高生物活性发酵豆粕及其制备方法与应用。
背景技术
随着畜牧业和饲料工业的发展,造成豆粕、鱼粉等蛋白饲料资源日益短缺,人畜共粮情况非常严重,研究者开始高度重视新蛋白质资源的开发和利用,同时也开始关注豆粕中抗营养如何消除、蛋白如何提高其利用率的问题。微生物发酵处理是降低豆粕中抗营养因子含量、提高蛋白消化利用率的有效方法。微生物法生产发酵豆粕可提高豆粕的营养价值和适口性,降低抗营养因子含量,提高蛋白品质,对缓解早期断奶仔猪的应激和腹泻有益。经生物发酵发酵后,豆粕中大分子蛋白有效降解为肽类物质,易被幼龄动物消化吸收,某些小肽具有特殊的生理作用,对断奶仔猪生长发育和健康有利,因此,发酵豆粕可作为早期断奶仔猪日粮配制时供选用的一种优质蛋白原料。
目前,消除豆粕中抗营养因子的方法较多,主要有物理法、化学法、酶水解法、微生物发酵法。豆粕中对热稳定的抗营养因子(大豆抗原、植酸、低聚糖等)很难通过物理方法去除,且成本太高;利用化学法会产生物质残留,对机体产生毒副作用;酶解法会产生苦味和臭味,影响适口性;微生物发酵法可有效去除豆粕中的抗营养因子,同时微生物发酵产生多种有益菌和芳香气味,提高饲料适口性和吸收利用率,是当前的研究热点。
发酵豆粕,就是利用微生物对豆粕进行发酵处理,利用其在生长过程中产生的水解酶,消除豆粕中的抗营养因子,从而提高畜禽消化吸收的一种有效方法。豆粕在发酵过程中会产生蛋白酶、非淀粉多糖酶、淀粉酶等,能消除抗营养因子,把大分子蛋白质分解为多肽、寡肽、小肽和氨基酸,提高蛋白质水溶性,利用畜禽消化吸收利用。
发明内容
本发明的目的为提供一种高生物活性发酵豆粕及其制备方法与应用。,
本发明提供的制备高生物活性发酵豆粕的方法,包括如下步骤:
1)制备复合发酵菌液;
2)将步骤1)所得到的复合发酵菌液接种至豆粕原料,得到接种菌液的豆粕原料;
3)将步骤2)接种菌液后的豆粕原料进行发酵,形成发酵豆粕;
4)将步骤3)得到的发酵豆粕进行低温干燥并粉碎形成发酵豆粕成品。
所述步骤1)中复合发酵菌液的制备中菌种为枯草芽孢杆菌、米曲霉、植物乳杆菌、酿酒酵母、α-半乳糖苷酶、甘露聚糖酶和中性蛋白酶;
所述复合发酵菌液由如下各质量份的菌种制得:枯草芽孢杆菌的质量份为150-250份、米曲霉的质量份为450-600份、植物乳杆菌的质量份为150-220份、酿酒酵母的质量份为80-130份、α-半乳糖苷酶的质量份为800-1300份、甘露聚糖酶的质量份为450-600份和中性蛋白酶的质量份为1000-1500份;
所述枯草芽孢杆菌的活菌数具体为1×1011cfu/g;米曲霉的活菌数具体为5×109cfu/g,植物乳杆菌的活菌数具体为5×1010cfu/g,酿酒酵母的活菌数具体为2×1010cfu/g,α-半乳糖苷酶酶活(在pH5.5并37℃条件下,每分钟内从5mmol/L对硝基酚硝基酚-α-D-吡喃半乳糖中降解释放1mmol对硝基酚所需要的酶量为一个酶活单位U)具体为2000U/g、甘露聚糖酶(在37℃、pH值为5.5的条件下,每分钟从浓度为3mg/ml的甘露聚糖(Sigma G0753)溶液中降解释放1umol还原糖所需要的酶量为一个酶活力单位U)的酶活具体为50000U/g和中性蛋白酶酶活(1g固体酶粉,在40℃,pH值7.5的条件下,1min水解酪蛋白产生1ug酪氨酸,即为一个酶活力单位U)具体为50000U/g。
所述步骤1)中复合发酵菌液的制备方法为:将步骤1)所述菌种按配比与水和蔗糖混匀,得到所述复合发酵菌液;
其中,所述水具体为温水,更具体为37℃的温水;
所述水与蔗糖的用量比具体为100L:2Kg;
所述水与枯草芽孢杆菌的用量比具体为100L:150-250g。
所述步骤2)中,豆粕原料接种的方法为:将豆粕原料与复合发酵菌液和水混匀;
所述豆粕原料、复合发酵菌液和水的重量比为:10:1:4;
所述豆粕原料与复合发酵菌液和水混合方法为:利用搅拌器混合,搅拌时间20min,转速40-60转/min。
所述步骤3)中,发酵为好氧发酵和厌氧发酵;
所述好氧发酵步骤中,时间为48h;厌氧发酵步骤中,时间为24h;发酵温度均为30-40℃。
所述步骤4)低温干燥的干燥温度为50-65℃。
所述步骤4)中形成的干燥发酵豆粕的水分含量为8-10%。
所述步骤4)中形成的干燥发酵豆粕粒度大小为:20目筛通过率100%,60目筛通过率≥65%。
由上述任一所述的方法制备得到的发酵豆粕和发酵豆粕的饲料也属于本发明的保护范围。
上述所述发酵豆粕在制备饲料中的应用;
上述发酵豆粕在牲畜养殖中的应用;
上述发酵豆粕在降低牲畜的料肉比、降低牲畜的腹泻率、增加初生牲畜的体重和增加断奶牲畜的体重中至少一种中的应用。
所述饲料的饲喂对象为牲畜,具体为猪;
所述牲畜为猪;
所述饲料含有或不含有鱼粉;
所述饲料中,发酵豆粕的含量为3-12%。
上述本发明得到的发酵豆粕中粗蛋白、酸溶蛋白含量高、挥发性盐基氮(TVB-N)含量适中,蛋白溶解度适中,大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量低,粗蛋白含量在50%以上,酸溶蛋白在12%以上,挥发性盐基氮(TVB-N)在30-80mg/100g,蛋白溶解度在70%-85%,大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白在42-52mg/g。粗蛋白含量测定参考国标GB/T 6432,酸溶蛋白含量测定参考QB/T 2653-2004,挥发性盐基氮(TVB-N)含量测定参考GB/T5009.45-2003,蛋白溶解度含量测定参考GB/T19541-2004,大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量测定利用ELISA检测试剂盒测定(北京龙科方舟生物工程技术有限公司,货号分别为SG150601和SC150201)。
本发明和现有技术相比具有如下优点:
(1)生物活性高。本发明采用低温干燥技术,干燥过程中,大大提高了发酵后代谢产物如消化酶、未知生长因子、维生素等生物活性,微生物活性没有丧失,有益活菌数≥5×107cfu/g,酸溶蛋白含量在12%以上,是普通发酵豆粕的1.5-3倍。
(2)抗营养因子含量低。通过本发明进行发酵产生的发酵豆粕中大豆球蛋白和β—伴大豆球蛋白含量均降解65%以上,是同类产品的1倍以上,能够显著提高豆粕被动物消化吸收的能力。
(3)蛋白溶解度高,相对有些使用“热处理”生产得到的发酵豆粕,本发明产品的蛋白溶解度在70%以上,“热处理”生产得到的发酵豆粕一般在50%左右,因此,本产品的蛋白营养价值和吸收利用效果要更好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述,但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原料如无特别说明均能从公开商业途径获得。下述实施例中所述含量如无特别说明,均为质量百分含量。
下述实施例中,所用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),购自中国工业微生物菌种保藏管理中心,保藏编号为CICC20076。
所用植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum),购自中国工业微生物菌种保藏管理中心,保藏编号为CICC21790。
所用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),购自中国工业微生物菌种保藏管理中心,保藏编号为CICC32236。
所用米曲霉(Aspergillus oryzae),购自中国普通微生物菌种保藏管理中心,产品编号为CGMCC3.951。
所用α-半乳糖苷酶,购自济南诺能生物工程有限公司,产品编号为501。
所用甘露聚糖酶,购自济南诺能生物工程有限公司,产品编号为404。
所用中性蛋白酶,购自济南诺能生物工程有限公司,产品编号为s9021504011。
按照GB/T 6432的规定进行下述实施例中粗蛋白含量的测定。
按照GB/T 6435-2006的规定进行下述实施例中水分的测定。
按照GB/T 5917.1的规定进行下述实施例中粒度的测定。
按照QB/T 2653-2004的规定进行下述实施例中酸溶蛋白的测定。
按照GB/T19541-2004的规定进行下述实施例中蛋白溶解度的测定。
按照GB/T5009.45-2003的规定进行下述实施例中挥发性盐基氮(TVB-N)的测定。
所述大豆球蛋白含量测定利用ELISA检测试剂盒测定,所述试剂盒购自北京龙科方舟生物工程技术有限公司,货号为SG150601。
所述β-伴大豆球蛋白含量测定利用ELISA检测试剂盒测定,所述试剂盒购自北京龙科方舟生物工程技术有限公司,货号为SC150201。
实施例1、高生物活性发酵豆粕的制备方法
1)复合发酵菌液的制备。制备该复合发酵菌的菌种为枯草芽孢杆菌、米曲霉、植物乳杆菌、酿酒酵母、α-半乳糖苷酶、甘露聚糖酶和中性蛋白酶,且质量比为200:500:200:100:1000:500:1300。即取枯草芽孢杆菌200g、米曲霉500g、植物乳杆菌200g、酿酒酵母100g、α-半乳糖苷酶1000g、甘露聚糖酶500g和中性蛋白酶1300g加入到100L 37℃温水中,并加入2kg蔗糖,用搅拌器(搅拌时间20min,转速40-60转/min)搅拌混合均匀,制成复合发酵菌液。
2)为豆粕原料接种。将豆粕原料与发酵菌液、37℃水按照质量比10:1:4混合。即取豆粕原料1000kg,发酵液100kg、37℃水400kg在搅拌设备中混合均匀(搅拌时间1-3min,转速60-100转/min)。
3)发酵形成发酵豆粕。将混合好的豆粕原料和复合菌液放入发酵罐中,通气(物料高度80-120cm,每12h翻料一次,发酵温度在30-40℃),好氧发酵48h,之后密封(置于密封设备,发酵温度为30-40℃),厌氧发酵24h。
4)取步骤3)中的发酵豆粕进行低温干燥并粉碎形成干燥发酵豆粕。干燥温度为50-65℃,直至干燥水分含量为8-10%。粉碎时,粉碎的粒度大小为20目筛通过率100%,60目筛通过率≥65%。所得样品即为成品。
实施例2、高生物活性发酵豆粕的营养价值的比较分析
1试验材料
上述实施例1所得发酵豆粕为样品1;收集市场上同类发酵豆粕产品4种,分别为样品2、样品3、样品4、样品5;未发酵蛋白含量46%的豆粕产品为样品5。
2试验方法
将上述样品按照如下检测方法分别检测样品粗蛋白、水分、粒度、酸溶蛋白、蛋白溶解度、挥发性盐基氮(TVB-N)、大豆球蛋白与β-伴大豆球蛋白的含量。具体检测方法参考如下:
(1)粗蛋白:按GB/T 6432的规定进行
(2)水分:按GB/T 6435-2006的规定进行
(3)粒度:按GB/T 5917.1的规定进行
(4)酸溶蛋白:按QB/T 2653-2004规定进行,测定占粗蛋白含量
(5)蛋白溶解度:按GB/T19541-2004规定进行
(6)挥发性盐基氮(TVB-N):按GB/T5009.45-2003规定进行
(5)大豆球蛋白与β-伴大豆球蛋白:ELISA试剂盒法(购自北京龙科方舟生物工程技术有限公司,货号为SG150601和SC150201)。
3结果与分析
将实施例1所得发酵豆粕成品与市场上收集到的同类产品及未发酵的蛋白含量46%的原料豆粕进行相关指标的测定,结果如表1所示:
表1:各产品相关指标测定结果
(1)粗蛋白与水分分析
粗蛋白高低是蛋白源产品的一个基本指标,市场上未经发酵的豆粕其粗蛋白含量一般分为43%、45%和46%三种规格。用46%豆粕发酵而成的发酵豆粕其蛋白一般在50%以上,上述样品1-5中,其水分均在8%左右,并没有较大差异,但样品1的粗蛋白比其他发酵豆粕产品高出2%左右,说明使用本配方菌种发酵的产品,其发酵程度更高,发酵更加完全。
(2)酸溶蛋白分析
酸溶蛋白是用来判定样品中小肽含量的指标,是衡量豆粕经过微生物发酵后,大分子蛋白质降解为小肽的程度高低。小肽含量越多,说明大分子蛋白降解程度越高,产品越容易被动物消化吸收。从表1中可以看出,使用本配方菌种发酵的产品,其小肽含量可以达到12%以上,明显高于其他市场同类产品。
(3)挥发性盐基氮(TVB-N)分析
TVB-N值是指蛋白质因微生物滋长或酵素作用,使其蛋白质分解成较低分子量、具有挥发性的氨、二甲氨和三甲基氨等物质的多少。可以用来判断豆粕发酵程度,TVB-N值很低,说明发酵水平不高,菌种活力较弱;TVB-N值过高,说明发酵过度,或者菌种脱氨能力过强,会影响产品的新鲜度。一般认为,发酵豆粕的TVB-N值在30-80mg/100g之间比较合理,使用本菌种发酵的产品符合这一要求。
(4)蛋白溶解度分析
蛋白溶解度一般用来判断豆粕是否“过熟”,它常与脲酶指标(判断豆粕是否“过生”)同时使用来鉴别豆粕的生熟度。过生或者过熟的豆粕都会给动物带来不利影响,一般认为,豆粕的蛋白溶解度在70%-85%比较合适。豆粕经过发酵,蛋白溶解度会略有降低,一般在65-80%。如果低于60%,很可能是由于发酵工艺中采取的过度的热处理,蛋白溶解度低,蛋白质的营养价值就会降低,影响动物对蛋白质的利用,样品4与样品5蛋白溶解度明显较低。
(5)抗原蛋白分析
豆粕中的主要抗原蛋白是大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白,它们是造成动物营养性腹泻的主要原因之一。通过化学、生物、高压高温湿化等方式处理,可以降低抗原蛋白含量。使用本菌种配方发酵得到的产品,这两项指标均在50mg/g左右,降解率在65%以上。抗原蛋白的降解效果比样品2和样品3要好,但比样品4和样品5略差。综合比较蛋白溶解度,样品4与样品5,特别是样品5,蛋白溶解度过低,很可能该两厂家产品在生产工艺中有过热处理,虽然抗原蛋白含量较低,但牺牲了蛋白的营养价值。
4结论
(1)发酵豆粕是目前畜牧行业非常认可的优质蛋白源,相比原料豆粕,其产品最大的两个优势:一是酸溶蛋白(小肽)含量增加,增加了动物的消化利用率;二是抗营养因子降低,减少动物特别是幼龄动物因抗营养因子带来的营养性腹泻。因此,评价发酵豆粕的好坏,最重要的两个指标就是:酸溶蛋白与抗原蛋白。
(2)以酸溶蛋白指标来说,因目前国内发酵豆粕生产厂家,基本上都是用固态发酵进行生产,因其水分偏低,微生物繁殖效果没有液态发酵效果好,产酶量低,酶促反应效果也不好,所以酸溶蛋白的量提高幅度不高。本配方对酸溶蛋白的提升作用非常显著,是市面一般产品的三倍以上。
(3)豆粕抗原蛋白中,以大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白为主要的抗营养因子,其有良好的热稳定性,普通生物发酵方法降解效果十分有限。一些发酵豆粕生产厂家,为了降低抗原蛋白含量,采取高压蒸汽或湿膨胀法处理豆粕,使豆粕中抗原蛋白得到降解,但该方法会直接降低豆粕的蛋白溶解度,使豆粕营养价值降低。使用本配方发酵的豆粕,不通过高压高湿法处理,抗原蛋白降解效果明显,而且对豆粕的蛋白溶解度没有不利影响。
实施例3、本发明产品替代鱼粉对断奶仔猪生产性能和经济效益的影响
1试验设计
选择150头胎次相近、健康的初始体重7.6kg左右杜长大断奶仔猪,共分3个组,即进口鱼粉组(天津远平国际贸易有限公司,秘鲁进口鱼粉)、国产鱼粉组(山东荣成第一鱼粉厂)和本发明产品组,预混料为济南欧维普乐动物营养品有限公司产品(主要成分:血浆蛋白粉8%,葡萄糖3%,熟豆油0.2%,酸化代乳粉30%,沸石粉13.385%,乳清粉12%,血球蛋白粉10%,肤红素0.1%,酸化剂2.4%,香味剂0.2%,超甜素0.2%,0.5%乳猪核心料0.45%,磷酸氢钙8.5%,细石粉6%,食盐2.4%,50%胆碱0.83%,赖氨酸2%,蛋氨酸0.33%,抗氧化剂0.005%)每个组设5个重复,每个重复10头仔猪。
表2试验设计
2饲养管理
试验在福建某猪场进行,试验全期为15天,试验猪饲养在封闭式猪舍内,水泥地面,通风良好。试验期间自由采食和饮水,按猪场常规程序进行消毒、驱虫和免疫。
3指标测定
生长性能:
平均日增重:分别在试验起始、实验结束早上8点对仔猪进行空腹称重,计算平均日增重。
平均日采食量:试验期间准确记录每天每只(栏)采食量,计算平均日采食量。
料重比:根据平均日增重和平均日采食量计算料重比。
料重比=平均日采食量(kg)/平均日增重(kg)
腹泻率:试验期内,每天早晚记录腹泻情况,并进行评分,腹泻评分由同一个人观察记录。评分的依据如下表3,腹泻率=腹泻头次/总头次*100。
表3、腹泻评分标准
4试验结果
检测指标及结果如下表4::
表4试验结果
由表4可知,本发明产品对降低料肉比、改善腹泻方面具有较好的效果。从养殖成本(按照当时原料与猪肉市场价格计算)来看,使用本发明产品饲料成本每吨低于进口鱼粉组约200元,每吨低于国产鱼粉组约40元。
实施例4、本发明产品替代鱼粉对哺乳母猪生产性能的影响
1试验设计
选用30头经产哺乳母猪,共分2个组,即鱼粉组(天津远平国际贸易有限公司,秘鲁进口鱼粉)与本发明产品组,预混料为济南新星饲料有限公司产品(主要成分:食盐9.376%,细石粉26.3%。磷酸氢钙34.274%,砻糠11%,氧化镁4%,氯化胆碱2%,元明粉2.5%,赖氨酸1.25%,大苏打4%,有机铬0.5%,国产植酸酶0.375%,母猪复合维生素0.625%,复合微量元素2.5%,金霉素1.25%,抗氧化剂0.05%),膨化大豆为哈尔滨普凡饲料有限公司产品。每个组设3个重复,每个重复5头母猪,随机分组。在母猪分娩前2周开始试验喂食,直至25日断奶结束。
表5:试验设计
2饲养管理
试验在浙江某猪场进行,试验全期为39天,试验猪饲养在封闭式猪舍内,水泥地面,通风良好。试验期间自由采食和饮水,按猪场常规程序进行消毒、驱虫和免疫。
3试验结果
检测指标与结果如下表6:
表6:试验结果
由表6可知,使用本产品替代进口鱼粉后,母猪产仔数情况变化不大,仔猪初生重和断奶体重略有增加。饲料成本(按当时市场原料价格计算)每吨降低160元左右;而且,喂本产品后,猪舍臭味降低,这可能与使用本产品后,蛋白的消化利用率增高有关。

Claims (11)

1.一种制备发酵豆粕的方法,依次包括如下步骤:
1)制备复合发酵菌液;
2)将步骤1)所得复合发酵菌液接种至豆粕原料上,得到接种菌液的豆粕原料;
3)将步骤2)所得接种菌液后的豆粕原料进行发酵,得到发酵豆粕;
4)将步骤3)得到的发酵豆粕干燥并粉碎,得到所述发酵豆粕;
所述复合发酵菌液由如下各质量份的菌种和酶制得:枯草芽孢杆菌的质量份为150-250份、米曲霉的质量份为450-600份、植物乳杆菌的质量份为150-220份、酿酒酵母的质量份为80-130份、α-半乳糖苷酶的质量份为800-1300份、甘露聚糖酶的质量份为450-600份和中性蛋白酶的质量份为1000-1500份;
所述枯草芽孢杆菌的活菌数具体为1×1011cfu/g;米曲霉的活菌数具体为5×109cfu/g,植物乳杆菌的活菌数具体为5×1010cfu/g,酿酒酵母的活菌数具体为2×1010cfu/g,α-半乳糖苷酶酶活具体为2000U/g、甘露聚糖酶的酶活具体为50000U/g和中性蛋白酶酶活具体为50000U/g。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述复合发酵菌液的制备方法包括如下步骤:
将权利要求1中所述的菌种和酶按配比与水和蔗糖混匀,得到所述复合发酵菌液;
其中,所述水为温水;
所述水与蔗糖的用量比为100L:2kg;
所述水与枯草芽孢杆菌的用量比为100L:150-250g。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述水为37℃的温水。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤2)中,豆粕原料接种的方法为:将所述豆粕原料与复合发酵菌液和水混匀;
所述豆粕原料、复合发酵菌液和水的重量比为:10:1:4。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法,其特征在于: 所述步骤3)中,发酵为先进行好氧发酵再进行厌氧发酵;
所述好氧发酵步骤中,时间为48h;厌氧发酵步骤中,时间为24h;发酵温度均为:30-40℃;
所述步骤4)干燥步骤中,干燥的温度为50-65℃,干燥后所得发酵豆粕的水分含量为8-10%。
6.权利要求1-5中任一所述方法制备得到的发酵豆粕。
7.含有权利要求6所述发酵豆粕的饲料。
8.权利要求6所述发酵豆粕在制备饲料中的应用。
9.权利要求6所述发酵豆粕在牲畜养殖中的应用。
10.根据权利要求7所述的饲料,其特征在于:所述饲料的饲喂对象为牲畜,所述饲料含有或不含有鱼粉;
所述饲料中,发酵豆粕的含量为3-12%。
11.根据权利要求10所述的饲料,其特征在于,所述饲喂对象为猪。
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