CN106418127A

CN106418127A - 一种消除发酵豆粕中β‑伴大豆球蛋白的方法

Info

Publication number: CN106418127A
Application number: CN201610890870.XA
Authority: CN
Inventors: 陆文清; 周智旋; 于海涛; 王红亮; 耿正颖
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2036-10-12
Also published as: CN106418127B

Abstract

本发明涉及一种消除发酵豆粕中β‑伴大豆球蛋白的方法。该方法包括如下步骤：(1)调节豆粕的含水量在20％～25％(重量比)；(2)用110℃～125℃的蒸汽处理步骤(1)得到的豆粕，出料、冷却；(3)对步骤(2)得到的豆粕接种酵母菌和屎肠球菌，调节接种物料的含水量在38％～42％(重量比)；(4)对步骤(3)得到的豆粕进行厌氧发酵。本发明能够显著地降低豆粕中β‑伴大豆球蛋白的含量，提高发酵豆粕的产品质量，同时可以大幅度降低发酵豆粕的粘度和对设备的要求，有利于降低综合成本。

Description

一种消除发酵豆粕中β-伴大豆球蛋白的方法

技术领域

本发明属于生物化学技术领域，特别涉及一种消除发酵豆粕中β-伴大豆球蛋白的方法。

背景技术

豆粕是目前使用最广泛的饲料蛋白原料。豆粕经过发酵以后，抗原蛋白(主要是大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白)、寡糖、蛋白酶抑制因子和凝集素等抗营养物质被大比例消除，豆粕的营养价值得到进一步提升。2015年，我国发酵豆粕的用量已经超过600万吨。

发酵豆粕的生产方式很多，目前使用的发酵豆粕绝大多数都是不经过高温消毒处理的生料发酵生产的。从微生物培养的角度分析，只要接种比例合理，采用酵母菌和乳酸菌组合进行厌氧发酵是完全可以避免杂菌污染的。发酵过程中，寡糖、胰蛋白酶抑制因子等抗营养因子比较容易降解，但是抗原蛋白，特别是β-伴大豆球蛋白的降解比较困难，而这个指标却是影响仔猪饲料质量的重要因素，也是引起仔猪应激拉稀的主要原因之一。

长期的生产实践发现，影响发酵豆粕中抗原蛋白降解的主要因素是水分，水分含量越高，抗原蛋白的降解越充分。为了充分降解抗原蛋白，特别是β-伴大豆球蛋白，很多发酵豆粕生产企业都采用高水分发酵。高水分发酵确实可以大幅度降解抗原蛋白，但是会导致发酵物料的粘度大幅度上升，给后期的干燥操作带来很大困难。

2006年以来，发明人对发酵豆粕进行了长近10年的持续研究，发现没有经过高温蒸煮处理的豆粕直接用于常规的接种，在含水量为40％的条件下固态发酵，β-伴大豆球蛋白的降解率只有35％左右；当发酵物料含水量达到50％时，β-伴大豆球蛋白的降解率接近90％。但是含水量的提升会导致物料粘度大幅提高，干燥成本显著增加。如何解决发酵豆粕含水量与抗原蛋白(特别是β-伴大豆球蛋白)降解率之间的矛盾是目前发酵豆粕生产过程中面临的一个重要问题。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种消除发酵豆粕中β-伴大豆球蛋白的方法。

试验发现：豆粕经过120℃高温蒸汽处理20分钟以后再进行厌氧固态发酵，即使含水量控制在40％左右，β-伴大豆球蛋白的降解率都在90％以上。基于此，本发明的技术方案为：

一种消除发酵豆粕中β-伴大豆球蛋白的方法，包括如下步骤：

(1)调节豆粕的含水量在20％～25％(重量比)；

(2)用110℃～125℃的蒸汽处理步骤(1)得到的豆粕，出料、冷却；

(3)对步骤(2)得到的豆粕接种酵母菌和屎肠球菌，调节接种豆粕的含水量在38％～42％(重量比)；

(4)对步骤(3)得到的豆粕进行厌氧发酵。

优选地，所述步骤(2)的蒸汽处理在旋转式蒸锅中进行。

优选地，所述步骤(2)的蒸汽处理为用110℃～125℃的蒸汽处理20～40分钟，然后停止通入蒸汽，继续保持20～35分钟。蒸汽处理后豆粕的含水量为38％～42％(重量比)。

优选地，所述步骤(2)的冷却为将物料冷却到40℃以下。冷却过程中水分会有适量损失，冷却结束后豆粕的含水量下降到34％～38％(重量比)。

优选地，所述步骤(3)的接种酵母菌采用酵母菌接种液；所述酵母菌接种液的制备方法包括如下步骤：

将10kg豆粕加入到100kg清水中，在25℃～30℃的条件下浸泡20小时，磨浆、过滤，获得70kg豆浆，加热到100℃，保持5分钟，加入2kg红糖，搅拌均匀，分装到不锈钢桶中，冷却到32℃以下，加入面包酵母菌粉，加入比例为0.2％(重量比)，每隔3分钟搅拌一次，每次搅拌1分钟，60分钟后制备完毕；其中，所述红糖为食品级；所述面包酵母菌粉为食品级，其活菌含量不低于50亿cfu/克。

进一步地，所述酵母菌接种液的接种比例为0.5％～2.0％(体积比)。

优选地，所述步骤(3)的接种屎肠球菌采用屎肠球菌培养液；所述屎肠球菌培养液的制备方法包括如下步骤：

将5kg不含抗生素的牛奶加入到不锈钢容器中，缓慢加热，逐步加清水稀释至10升，同时加入300g红糖，搅拌，使其充分溶解，继续缓慢加热到95℃～100℃，保持10分钟后停止加热，缓慢降温至40℃以下，加入屎肠球菌菌粉，静置45分钟后制备完毕；所述红糖为食品级；所述屎肠球菌菌粉的活菌含量不低于1000亿cfu/克。

进一步地，所述屎肠球菌培养液的接种比例为2.0～5.0％(体积比)。

优选地，所述步骤(4)的厌氧发酵在环境温度下进行，时间不低于72小时。

本发明的有益效果为：

本发明能够显著地降低豆粕中β-伴大豆球蛋白的含量，降解率在90％以上，提高了发酵豆粕的产品质量，同时可以大幅度降低发酵豆粕的粘度和对设备的要求，有利于降低综合成本。

与常规的未经加热处理的固态发酵豆粕工艺相比，干燥设备的投资下降30％左右。以生产1吨发酵豆粕成品为基准进行计算，蒸汽用量下降120kg左右，耗电量下降20度左右。即，每吨发酵豆粕的生产成本可以减少60元左右，其中设备的维护费用下降30元左右。

本发明适用于大型畜禽养殖场、饲料生产企业。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

蒸球：容积为5立方米的不锈钢球型旋转式蒸锅，作为蒸汽处理豆粕的容器。

环境温度：16～30℃。

发酵容器：容积为120升的圆柱型塑料桶。

乳酸菌：屎肠球菌(台湾亚芯生物科技有限公司，活菌数不低于1000亿cfu/克。)

酵母菌：面包酵母(湖北安琪面包酵母，食品级，活菌数不低于50亿cfu/克。)

豆粕：中海粮油工业(山东)有限公司，过20目筛。豆粕中β-伴大豆球蛋白的起始含量在130ppm左右。β-伴大豆球蛋白的含量分析采用试剂盒检测法，其定量检测限为2.0ppm。

将1000kg去皮豆粕预先用清水调节豆粕的含水量在25％(重量比)，用提升机输送至蒸球内，同时启动电机开始转动(每分钟旋转5～6次)。同时通入蒸汽，调节蒸球内蒸汽压力在1kgf/cm²至1.37kgf/cm²之间(表压)。30分钟以后，停止通蒸汽，继续转动30分钟，使物料缓慢冷却。然后出锅，翻拌冷却至40℃以下，翻拌降温过程中水分有适量损失，然后接种1.0％(体积比)的酵母菌接种液和2.5％(体积比)的屎肠球菌培养液。接种以后物料的含水量为38％。物料分装在6个塑料桶中，填满压实，上部盖严。将发酵塑料桶堆放在库房中，在库房内环境温度为16～30℃的条件下进行厌氧固态发酵96小时以后，采样测定物料中β-伴大豆球蛋白的含量，降解率都在90％以上。

表1：实施例1发酵产品中β-伴大豆球蛋白的含量(以干物质为计算基准)

样品编号	11	12	13	14	15	16
							β-伴大豆球蛋白降解率(％)	93.7	91.8	93.4	92.3	95.8	94.5

实施例2

环境温度：4～16℃。

发酵容器：容积为120升的圆柱型塑料桶。

将1000kg去皮豆粕预先用清水调节豆粕的含水量在20％(重量比)，用提升机输送至蒸球内，同时启动电机开始转动(每分钟旋转5～6次)，同时通入蒸汽，调节蒸球内蒸汽压力在0.46kgf/cm²至0.8kgf/cm²之间(表压)。40分钟以后，停止通蒸汽，继续转动30分钟，使物料缓慢冷却。然后出锅，翻拌冷却至40℃以下。然后接种1.0％(体积比)的酵母菌接种液和3.0％(体积比)的屎肠球菌培养液。接种以后物料的含水量为42％。发酵物料分装在6个塑料桶中，填满压实，上部盖严。将发酵塑料桶堆放在库房中，在库房内环境温度为4～16℃的条件下进行厌氧固态发酵120小时以后，取样测定物料中β-伴大豆球蛋白的含量。β-伴大豆球蛋白的降解率都在90％以上。

表2：实施例2发酵产品中β-伴大豆球蛋白的含量(以干物质为计算基准)

样品编号	21	22	23	24	25	26
							β-伴大豆球蛋白降解率(％)	92.8	93.5	92.6	93.7	94.6	93.4

实施例3

环境温度：12～27℃。

发酵容器：容积为120升的圆柱型塑料桶。

将1000kg去皮豆粕预先用清水调节豆粕的含水量在22.4％(重量比)，用提升机输送至蒸球内，同时启动电机开始转动(每分钟旋转5～6次)，同时通入蒸汽，调节蒸球内蒸汽压力在0.8kgf/cm²至1kgf/cm²之间(表压)。35分钟以后，停止通蒸汽，继续转动30分钟，使物料缓慢冷却。然后出锅，翻拌冷却至40℃以下。翻拌结束后物料的含水量下降到35.8％(重量比)。然后接种1.0％(体积比)的酵母菌接种液和3.0％(体积比)的屎肠球菌培养液。接种以后物料的含水量为40.8％。发酵物料分装在塑料桶中，填满压实，上部盖严，将发酵塑料桶堆放在库房中，在库房内环境温度为12～27℃的条件下进行厌氧固态发酵，每隔24小时取样一次(三个平行测定，取平均值)，测定物料中抗原蛋白的含量，整个发酵时间为144小时。发酵72小时以后，β-伴大豆球蛋白的降解率接近90％，基本达标。

表3：实施例3发酵产品中β-伴大豆球蛋白的含量(以干物质为计算基准)

发酵时间(小时)	24	48	72	96	120	144
							β-伴大豆球蛋白降解率(％)	26.9	75.8	88.6	93.3	96.2	98.4

本发明工艺的能耗分析：

1)本发明工艺增加了蒸料操作，需要增加三部分能耗，包括加热蒸汽、蒸锅电机功耗和翻拌散热功耗。

以处理1000kg豆粕为计算基准，分析增加的能耗。

5立方米蒸球配套的电机功率为25KW，一个批次的工作时间为72分钟(1.2小时)，电机功耗为30千瓦时(度)。

翻拌散热(含接种)需要消耗约5千瓦时(度)。

蒸料需要消耗蒸汽，物料进蒸锅前调节的含水量为22％，出锅时的含水量为40％，在接种以前需要翻拌散热，这个过程中物料的水分有少量损失，大约下降到36％左右。接种以后物料的含水量为40％左右。

假设豆粕原始的含水量为10％，蒸料前补加的清水量为A，蒸料过程中耗用的蒸汽量为B，得下列算式：

A＝154

B＝346

蒸料过程需要耗用蒸汽近350kg。

2)采用本发明工艺以后，发酵物料的含水量可以从50％左右下降到40％左右，这个改变可以降低后期干燥过程的能耗。

以处理1000kg豆粕为计算基准，分析发酵物料的含水量从50％下降到40％可以节约的能耗。

设物料的含水量从50％干燥到10％需要蒸发的水量为X，从含水量40％干燥到10％需要蒸发的水量为Y。

X＝800

Y＝500

X–Y＝300

即物料的含水量从50％下降到40％，需要蒸发300kg水。常规气流干燥过程中加热蒸汽的热效率大约为65％左右，蒸发1000kg水需要加热蒸汽1500kg，蒸发300kg水需要450kg加热蒸汽。

以进气口温度为100℃，出气口温度为60℃计算，环境采气温度为20℃，相对湿度为20％，蒸发1kg液态水大约需要耗电0.02度，蒸发300kg水需要耗电60度。

表4：本发明工艺能耗的计算值变化(以处理1000kg干物料为基准)

	蒸料过程增加的能耗	干燥过程减少的能耗	节约的能耗
				加热蒸汽	345kg	450kg	105kg
电耗	35度	60度	25度

可见，与传统工艺相比，本发明新工艺具有明显的优势。

实际生产的统计分析：

一共进行了8个批次的实际生产，以处理1000kg豆粕原料为基准，与传统工艺进行比较(传统工艺是没有经过高温蒸煮处理的豆粕直接用于常规的菌种接种发酵，酵母菌接种液和屎肠球菌培养液及两者的接种比例与本生产中一致)。

表5：本发明工艺与传统工艺的能耗比较(实际生产值)

附录1：酵母菌接种液的制备

将10kg豆粕加入到100kg清水中，在25℃至30℃条件下浸泡20小时。磨浆、过滤，获得70kg豆浆，加热到100℃，保持5分钟，加入2kg红糖(食品级)，搅拌均匀。分装到高温清水清洗过的不锈钢桶中，冷却到32℃以下，加入面包酵母菌粉(湖北安琪面包酵母，食品级，活菌含量不低于50亿cfu/克)，加入比例为0.2％(每千克浆液中加入2克酵母粉)，每隔3分钟用无菌棒搅拌一次，每次搅拌1分钟。60分钟以后制备完毕，待用。(有效期为180分钟)

附录2：屎肠球菌培养液的制备

将5kg不含抗生素的牛奶加入到不锈钢容器中，小火缓慢加热，逐步加清水稀释至10升，同时加入300g红糖(食品级)，搅拌，使其充分溶解。继续缓慢加热到95℃至100℃，保持10分钟。然后停止加热，缓慢降温至40℃以下，加入屎肠球菌菌粉(台湾亚芯生物科技有限公司，活菌含量不低于1000亿cfu/克)，静置45分钟以后制备完毕，待用。(有效期为120分钟)

Claims

1.一种消除发酵豆粕中β-伴大豆球蛋白的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)调节豆粕的含水量在20％～25％(重量比)；

(4)对步骤(3)得到的豆粕进行厌氧发酵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的蒸汽处理在旋转式蒸锅中进行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的蒸汽处理为用110℃～125℃的蒸汽处理20～40分钟，然后停止通入蒸汽，继续保持20～35分钟。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的冷却为将物料冷却到40℃以下。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)的接种酵母菌采用酵母菌接种液；所述酵母菌接种液的制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述酵母菌接种液的接种比例为0.5％～2.0％(体积比)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)的接种屎肠球菌采用屎肠球菌培养液；所述屎肠球菌培养液的制备方法包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述屎肠球菌培养液的接种比例为2.0～5.0％(体积比)。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)的厌氧发酵在环境温度下进行，时间不低于72小时。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)蒸汽处理后豆粕的含水量为38％～42％(重量比)，冷却后豆粕的含水量为34％～38％(重量比)。