CN106036372B

CN106036372B - 分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法

Info

Publication number: CN106036372B
Application number: CN201610389827.5A
Authority: CN
Inventors: 王春维; 程熠娜; 祝爱侠; 陶冶; 程铭; 刘世操; 陈帆; 卜小丽
Original assignee: Wuhan Polytechnic University
Current assignee: Wuhan Polytechnic University
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2017-12-26
Anticipated expiration: 2036-06-03
Also published as: CN106036372A

Abstract

本发明公开了一种分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法，解决了现有棉籽粕脱毒率低、能耗和水耗高等问题。技术方案包括如下步骤：步骤一：棉籽粕粉碎后与麸皮、玉米粉混合均匀作为底物备用；步骤二：将活化的芽孢杆菌和酵母菌菌种与底物混合后进行固态发酵得到湿基棉籽粕；步骤三：对湿基棉籽粕进行微波灭活脱毒后进行干燥、粉碎得棉籽粕成品。本发明方法工艺简单、安全可靠、流程短、脱毒率高、水耗和能耗低、环境友好。

Description

分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法

技术领域

本发明涉及一种饲料加工技术领域，具体的说是一种分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法。

背景技术

棉籽粕是制油工业的一种副产物，其蛋白质含量一般在35％以～45％，蛋白中精氨酸含量高达3.6％～3.8％，具有较高的营养价值，可作为一种优质的饲料原料，但由于棉籽粕中存在的有害成分游离棉酚，使得棉籽粕在饲料中的添加量受到限制。

为了降低棉籽粕中的游离棉酚，技术人员进行了广泛研究，见于报导的有微生发酵法、物理法、化学法和微波提取法。

化学法虽然游离棉酚的提取效率高，但由于在萃取过程中会引入化学试剂，用于动物饲料不利动物健康。

微生物发酵法相对于化学法、物理法是目前被认为最节能、最安全的一种脱毒方法，其利用微生物自身底物生长、微生物代谢产生的酶类等使游离棉酚与蛋白质或糖类等结合生成结合棉酚，使游离棉酚降解为对动物机体无毒性的物质。微生物法产生极少量的废气、废液，并能适度提高棉籽粕原有的营养价值。微生物发酵常见的有湿法发酵和固态发酵，湿法发酵使底物和菌种浸于液体中，因此发酵效果好，游离棉酚的脱除率可达90％以上，但除了耗水量大，还存在废水排出污染环境的问题；而固态发酵则存在脱除效率较低的问题，未能达到理想的脱毒率。

微波技术属物料加工范畴，具有加热迅速、热效率高、能耗低且不产生污染物的优势。因此近些年微波技术以被广泛应用于食品、饲料以及粮油资源的开发中。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、安全可靠、流程短、脱毒率高、水耗和能耗低、对环境友好的分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法。

技术方案包括如下步骤：

步骤一：棉籽粕粉碎后与麸皮、玉米粉混合均匀作为底物备用；步骤二：将活化的芽孢杆菌和酵母菌菌种与底物混合后进行固态发酵得到湿基棉籽粕；步骤三：对湿基棉籽粕进行微波灭活脱毒后进行干燥、粉碎得游离棉酚脱毒率达90％以上的棉籽粕成品。

所述步骤一中，底物中棉籽粕占为80wt％～90wt％，麸皮占7wt％～12wt％，玉米粉占3％～8％。

所述步骤二中，以底物质量100％计，添加0.5％～2％的氮源,菌种接种量为6％～12％，添加50％～70％水分进行发酵。

所述步骤二中，所述发酵温度为30℃～38℃，发酵时间为24～96h进行发酵。

所述步骤二中，所述枯草芽孢杆菌和酵母菌的菌种混合质量比为1：0.5-2。

所述步骤三中，所述微波功率控制在800～4000W，优选2000～3000W，微波时间控制在1～10min，优选2～4min。

所述微波功率控制在2000～3000W，微波时间控制在2～4min。

所述芽孢杆菌可以列举出枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、纳豆杆菌(Bacillus natto)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)中；所述酵母菌列举出啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、热带假丝酵母(Candida tropicalis)、产朊假丝酵母(Candida utilis)中的一种。上述菌种均可市购。

针对背景技术中存在问题，发明人对现有棉籽柏中游离棉酚的脱除工艺进行了深入研究，虽然固态发酵脱除效率不理想，但具有安全、节能、高营养等优点，本发明步骤一中选用芽孢杆菌和酵母菌复合发酵，虽然两个菌种都为常用发酵菌种，但用于脱除棉籽粕的脱酚时，在合适的发酵条件下，芽孢杆菌能够提供丰富的蛋白酶，使得游离棉酚能与大量的蛋白质及氨基酸残基结合成无毒性的结合棉酚，酵母菌能够提供B组维生素、矿物质、核酸等有益物质，增加棉籽粕的营养成分，两者复合发酵时既能互利共生高效的降低游离棉酚毒性，又能提高棉籽粕的粗蛋白和小肽含量。复合发酵较过去单菌种干法发酵脱酚效率可提高到85％以上，进一步的，所述芽孢杆菌和酵母菌的菌种混合质量比为1：0.5-2，过多会抑制有益代谢物质生成，混合菌不会互利共生，过少会达不到脱酚效果；菌种接种量为底物质量的6％～12％，过多会有大量的有害代谢物产生，会增加染杂菌的可能性，过少会对棉籽粕底物分解不彻底。所述氮源为常规氮源，可以列举出硫酸铵、硝酸铵、尿素、硝酸钠等。所述底物中棉籽粕占为80wt％～90wt％，麸皮占7wt％～12wt％，玉米粉占3％～8％，所述麸皮和玉米粉可为后续发酵提供碳源和会使发酵棉籽粕底更加蓬松，增加通氧量。

发明人研究表明，通过微波灭活的方法，可使棉籽粕自身存在的酶迅速通过活跃区(40～70℃)而被钝化，同时有利于游离棉酚等有毒物质在加热过程中被除去，游离棉酚在高温时会发生热分解，进一步降低游离棉酚含量。并且，因为微波提取中水的耗损因子比其他介质要大，而固态发酵后湿基棉粕中正好含有足量水，这部分湿基棉粕在微波加热时水吸收能量最快，因而升温迅速，因而不会导致其他物质升温过快而导致营养物质的破坏，具有传热速度快，能耗低的优点，游离棉酚在微波提取中随水分一起被释放，或者游离棉酚的活性羟基和醛基被钝化，形成无毒的结合棉酚，特别适用于经固态发酵后的湿基棉粕余量游离棉酚的脱除。由于原料是固态发酵后的湿基棉粕，微波时可同步脱除湿基棉粕中的部分水份，减少后续干燥步骤的能耗，因此控制微波功率在800～4000W，过大会破坏棉籽粕中营养成分，过小会达不到理想的脱毒率，微波时间控制在1～10min，过长会使蛋白质变性，维生素损失，过短会达不到脱毒效果，水分含量也较大。

发明人研究表明，棉籽粕饲料中磷的主要存在形式是植酸磷，它是一种抗营养因子，造成金属离子不被吸收。由于植酸磷不被消化吸收，动物体将通过肠道排出，而大部分动物粪便用作肥料，大量的磷排放会导致环境污染。在固态发酵期间芽孢杆菌产生植酸酶，会分解植酸，降低植酸磷的危害，提高动物体的营养吸收。

本发明将脱毒率较低的干法发酵与微波提取相结合，并采用复合菌种发酵，两种方法结合比单一方法脱毒效果具有明显优势，脱毒率提高到90％以上，且克服了湿法发酵脱毒存在的各种问题，工艺简单可靠、水耗(水耗可降低25％)和能耗低(可降低15％)、脱酚效率高、具有广阔的市场应用前景。

具体实施方式

实施例1、分步法降低棉籽粕中游离棉酚含量具体方法如下，所述百分数均为质量百分数：

棉籽粕40目筛，以棉粕80g、麸皮12g、玉米粉8g为底物。枯草芽孢杆菌和酵母菌菌种活化，枯草芽孢杆菌与酵母菌按1:1混合，接种量为6％，添加硫酸铵0.5％，初始含水率50％，发酵温度30℃，发酵时间48h。发酵完后，湿基棉籽粕进行微波技术处理，在微波功率为800w，微波时间为3min、微波温度为80℃的条件下，进行第二次脱毒处理，然后烘干、粉碎、成品，包装。

实施例2、分步法降低棉籽粕中游离棉酚含量具体方法如下，所述百分数均为质量百分数：

棉籽粕40目筛，以棉粕85g、麸皮10g、玉米粉5g为底物。纳豆杆菌和酵母菌活化，纳豆杆菌与酵母菌按质量比2:1混合，接种量为8％，添加尿酸1％，初始含水率60％，发酵温度30℃，发酵时间48h。发酵完后，湿基棉籽粕进行微波技术处理，在微波功率为1000w，微波时间为3min，微波温度为100℃的条件下，进行第二次脱毒处理，然后烘干、粉碎、成品，包装。

实施例3、分步法降低棉籽粕中游离棉酚含量具体方法如下，所述百分数均为质量百分数：

棉籽粕40目筛，以棉粕85g、麸皮10g、玉米粉5g为底物。枯草芽孢杆菌和产朊假丝酵母活化，枯草芽孢杆菌与产朊假丝酵母按1:2混合，接种量为10％，添加硫酸铵1％，初始含水率60％，发酵温度35℃，发酵时间48h。发酵完后，湿基棉籽粕进行微波技术处理，在微波功率为1000w，微波时间为5min，微波温度为60℃的条件下，进行第二次脱毒处理，然后烘干、粉碎、成品，包装。

实施例4、分步法降低棉籽粕中游离棉酚含量具体方法如下，所述百分数均为质量百分数：

棉籽粕40目筛，棉粕86g、麸皮6g、玉米粉4g为底物。枯草芽孢杆菌和热带假丝酵母活化，枯草芽孢杆菌与热带假丝酵母按质量比3:2混合，接种量为10％，添加硫酸铵2％，初始含水率70％，发酵温度35℃，发酵时间96h。发酵完后，湿基棉籽粕进行微波处理，在微波功率为2000w，微波时间为6min，微波温度为95℃的条件下，进行第二次脱毒处理，然后烘干、粉碎、成品，包装。

实施例5、分步法降低棉籽粕中游离棉酚含量具体方法如下，所述百分数均为质量百分数：

棉籽粕40目筛，棉粕90g、麸皮7g、玉米粉3g为底物。地衣芽孢杆菌和啤酒酵母活化，地衣芽孢杆菌与啤酒酵母按2:3混合，接种量为12％，添加硫酸铵2％，初始含水率80％，发酵温度38℃，发酵时间48h。发酵完后，湿基棉籽粕进行微波处理，在微波功率为3000w，微波时间为10min，微波温度为110℃的条件下，进行第二次脱毒处理，然后烘干、粉碎、成品，包装。

对比实施例1、分步法降低棉籽粕中游离棉酚含量具体方法如下，所述百分数均为质量百分数：

棉籽粕40目筛，棉粕50g、麸皮20g、玉米粉30g为底物。枯草芽孢杆菌按10％的接种量，添加硫酸铵0％，初始含水率40％，发酵温度28℃，发酵时间12h。发酵完后，进行微波处理，在微波功率为300w，微波时间为1min，微波温度为110℃的条件下，进行第二次脱毒处理，然后烘干、粉碎、成品，包装。

对比实施例2、分步法降低棉籽粕中游离棉酚含量具体方法如下，所述百分数均为质量百分数：

棉籽粕40目筛，棉粕40g、麸皮28g、玉米粉32g为底物。纳豆杆菌和酵母菌活化，纳豆杆菌与酵母菌按质量比0.5:0.8混合，按种3％的接种量，添加硫酸铵0.2％，初始含水率40％，发酵温度40℃，发酵时间24h。发酵完后，进行微波处理，在微波功率为300w，微波时间为3min，微波温度为900℃的条件下，进行第二次脱毒处理，然后烘干、粉碎、成品，包装。

对比实施例3、分步法降低棉籽粕中游离棉酚含量具体方法如下：

棉籽粕40目筛，棉粕98g、麸皮1g、玉米粉1g为底物。进行微波处理，在微波功率为500w，微波时间为2min，微波温度为80℃的条件下，进行第二次脱毒处理，然后烘干、粉碎、成品，包装。对比实施例4、分步法降低棉籽粕中游离棉酚含量具体方法如下：

棉籽粕40目筛，棉粕40g、麸皮28g、玉米粉32g为底物。酵母菌活化8％的接种量，添加硫酸铵0.2％，初始含水率60％，发酵温度35℃，发酵时间24h。发酵完后，进行微波处理，在微波功率为800w，微波时间为3min，微波温度为80℃的条件下，进行第二次脱毒处理，然后烘干、粉碎、成品，包装。具体实施方案表如表1：

表1具体实施方案

产品试验结果:

对上述实施例进行游离棉酚含量测定、小肽含量测定、植酸含量测定。

测定结果如下表2：

表2实施例进行评价分析

注：棉籽粕脱毒后游离棉酚含量测定采用GB13086-1991；

棉籽粕脱毒后粗蛋白含量测定采用GB/T 6432-1994；

棉籽粕脱毒后植酸含量测定采用双吡啶法。

Claims

1.一种分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：棉籽粕粉碎后与麸皮、玉米粉混合均匀作为底物备用，底物中棉籽粕占为80wt％～90wt％，麸皮占7wt％～12wt％，玉米粉占3wt％～8wt％；步骤二：将活化的芽孢杆菌和酵母菌菌种与底物混合后进行固态发酵得到湿基棉粕；步骤三：对湿基棉籽粕进行微波灭活脱毒后进行干燥、粉碎得游离棉酚脱毒率达90％以上的棉籽粕成品，所述微波功率控制在800～4000W，微波时间控制在3～10min，微波温度控制在60～110℃。

2.如权利要求1所述的分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法，其特征在于，所述步骤二中，以底物质量100％计，添加0.5％～2％的硫酸铵,菌种接种量为8％～12％，添加50％～70％水分进行发酵。

3.如权利要求1或2所述的分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法，其特征在于，所述步骤二中，所述发酵温度为30℃～38℃，发酵时间为48～96h进行发酵。

4.如权利要求3所述的分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法，其特征在于，所述步骤二中，所述芽孢杆菌和酵母菌的菌种混合质量比1：0.5-2。

5.如权利要求1所述分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法，其特征在于，所述微波功率控制在2000～3000W，微波时间控制在3～4min，微波温度控制在80～110℃。

6.如权利要求1所述分步降低棉籽粕中游离棉酚的脱除方法，其特征在于，所述芽孢杆菌是枯草芽孢杆菌(Bacil lus subtilis)、纳豆杆菌(Bacil lus natto)、地衣芽孢杆菌(Bacil lus licheniformis)中的一种；所述酵母菌为啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、热带假丝酵母(Candida tropicalis)、产朊假丝酵母(Candida utilis)中的一种。