CN109170138A - 一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺 - Google Patents

一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生物发酵技术领域，特别是一种菌‑酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺。本发明通过复合菌剂、复合酶制剂协同发酵原料，得到高小肽发酵豆粕。本发明能够有效地将豆粕中的大分子蛋白降解，提高了酸溶蛋白含量，去除了抗原蛋白的活性，有利于蛋白质的消化吸收；提高发酵豆粕中的小肽、益生菌活菌数以及有效活性成分的含量，进而提高了豆粕品质、经济效益；还可以进一步分解豆粕中的寡糖、植酸等抗营养因子，去除了抗营养因子对动物的不利影响，提高饲料利用率；同时，发酵周期短，效率高，可实现大规模生产。

Description

一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺
技术领域
本发明涉及生物发酵技术领域，特别是一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺。
背景技术
大豆粕是大豆提取豆油后得到的一种富含蛋白质的副产品，其蛋白含量在35％-50％之间，是制作动物饲料的主要原料，广泛用于禽类、水产养殖业中。但由于豆粕中存在多种抗营养因子(ANFS)，会降低动物对饲料营养物质的消化吸收，并且影响动物健康，尤其是幼龄仔猪。例如豆粕中大豆抗原蛋白能引起仔猪的过敏性腹泻，半乳糖苷类寡糖(棉子糖、水苏糖)会导致胀气、恶心以及腹泻等症状，植酸会降低磷、钙、镁等矿物质元素的吸收利用，同时不被利用的矿质元素排泄至体外易造成环境污染，特别是水体富营养化。鉴于上述，需要对豆粕进行处理，以去除抗营养因子，同时将大分子蛋白转为容易吸收利用的小肽。
发酵豆粕是豆粕经多种酶酶解或酵母菌、乳酸菌、芽胞杆菌等混合益生菌在水分35-45％的固态状态下通过厌氧发酵的方式发酵3-5天，再经热空气烘干、粉碎而制得的产品。目前，国内对发酵豆粕相关研究很多，但主要注重酶解或发酵工艺的某个阶段，而忽略了整体工艺对产品质量的影响，其中发酵豆粕烘干处理时间、温度等参数的变化，致使产品中有益微生物含量差异十分显著；部分发酵工艺复杂，需要多段严格控制发酵温度，发酵周期长。现发酵工艺普遍存在产品品质不稳定，抗营养因子处理不彻底，小肽含量低等问题。如何提高发酵豆粕的品质，真正做到低抗原、易吸收、适口性、高小肽的发酵豆粕，并实现规模化生产，是众多科研机构和生产厂家亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺。本发明能有效缩短发酵周期，提高发酵豆粕的小肽和益生菌活菌数含量，有效降低各种抗营养因子成分，提高饲料利用率。
本发明采取以下技术方案：
一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，包括以下步骤：
(1)按重量百分比计，将95-97％的豆粕、1-3％的米糠粉、2-3％的麸皮混合均匀，得到原料；
(2)将复合菌剂、复合酶制剂加入到纯净水中，然后再加入葡萄糖或蔗糖，调节pH值至6.2-6.5，混合均匀，得到活化菌液；其中，复合菌剂、复合酶制剂、纯净水、葡萄糖或蔗糖的重量比为1-2：0.3-0.5：100：1-1.5；
(3)将活化菌液接种到原料中，混合均匀，然后发酵，得到发酵料；其中活化菌液与原料的重量比为1：2-2.2；
(4)将发酵料中的发酵豆粕烘干，得到高小肽发酵豆粕。
优选地，步骤(1)中所述的豆粕的蛋白质含量为46％。
优选地，步骤(2)中所述的复合菌剂包括酿酒酵母、植物乳杆菌、屎肠球菌、枯草芽胞杆菌；其中，酿酒酵母的量为2.0×1010-3.0×1010cfu/g、植物乳杆菌的量为5.0×109-6.0×109cfu/mL、屎肠球菌的量为5.0×109-6.0×109cfu/g、枯草芽胞杆菌的量为1.0×109-2.5×109cfu/g。
优选地，步骤(2)中所述的复合酶制剂包括中性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性植酸酶、木聚糖酶、果胶酶、纤维素酶、β-甘露聚糖酶；其中，中性蛋白酶的量为50000U/g、酸性蛋白酶的量为20000U/g、中性植酸酶的量为10000U/g、木聚糖酶的量为5000U/g、果胶酶的量为5000U/g、纤维素酶的量为5000U/g、β-甘露聚糖酶的量为5000U/g。
优选地，所述的木聚糖酶由黑曲霉固态发酵所得。
优选地，通过喷淋的方式接种活化菌液。
优选地，步骤(3)中的发酵为在25-35℃下密封发酵2-3天。
优选地，步骤(4)中的烘干为在低温沸腾烘干箱中烘干，进风温度为140-150℃，出风温度为50-55℃。
上述的工艺得到的高小肽发酵豆粕中的粗蛋白含量≥50％、小肽含量≥18％、乳酸含量≥3.5％、pH值≤4.5、植酸含量≤0.25％、微生物总量≥2.0×108cfu/g，其他指标均符合《NY/T2118-2012饲用原料发酵豆粕》的技术要求，可用于水产动物养殖、畜禽养殖，替代配合饲料中的5-10％的鱼粉蛋白。
本发明所述的酿酒酵母、枯草芽胞杆菌、植物乳杆菌、屎肠球菌以及酸性蛋白酶、中性蛋白酶、木聚糖酶、果胶酶、纤维素酶、β-甘露聚糖酶、中性植酸酶均可以通过市售购得。
本发明的有益效果：
(1)本发明使用的复合菌剂与复合酶制剂协同发酵将豆粕中的大分子蛋白降解，提高了酸溶蛋白含量，去除了抗原蛋白的活性，有利于蛋白质的消化吸收；发酵过程中微生物与酶进一步分解豆粕中的寡糖、植酸等抗营养因子，去除了抗营养因子对动物的不利影响，同时提高了有益微生物与抑菌物质的积累，有助于养殖动物肠道健康，提高动物成活率，提高经济效益；有益微生物厌氧发酵产生大量具有芳香性的次级代谢产物，如乳酸、丙酸、乙酸、丁酸等，增加了饲料的诱食性、适口性，提高饲料利用率，降低了环境污染，促进了养殖业的可持续发展；
(2)本发明的生产工艺发酵周期短，效率高，可实现大规模生产；
(3)本发明采用低温沸腾干燥，极大的保留了发酵豆粕中有益微生物数量以及有效活性成分。
附图说明
图1为实施例1、实施例2中制备的高小肽发酵豆粕与未经发酵处理的豆粕原料的SDS-PAGE电泳图。
图2为实施例1、实施例2中制备的高小肽发酵豆粕与未经发酵处理的豆粕原料的寡糖薄层层析图。
具体实施方式
实施例1
一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，包括以下步骤：
(1)按重量百分比计，将96％的豆粕、2％的米糠粉、2％的麸皮混合均匀，得到原料；其中豆粕的蛋白质含量为46％；
(2)将复合菌剂、复合酶制剂加入到纯净水中，然后再加入葡萄糖，调节pH值至6.2-6.5，混合搅拌15min，得到活化菌液；其中复合菌剂、复合酶制剂、纯净水、葡萄糖的重量比为1：0.5：100：1；复合菌剂中酿酒酵母的量为2.4×1010cfu/g、植物乳杆菌的量为5.0×109cfu/mL、屎肠球菌的量为5.5×109cfu/g、枯草芽胞杆菌的量为1.5×109cfu/g；复合酶制剂中中性蛋白酶的量为50000U/g、酸性蛋白酶的量为20000U/g、中性植酸酶的量为10000U/g、木聚糖酶的量为5000U/g、果胶酶的量为5000U/g、纤维素酶的量为5000U/g、β-甘露聚糖酶的量为5000U/g；
(3)将活化菌液通过喷淋的方式接种到原料中，混合均匀，然后在30℃下密封发酵3天，得到发酵料；其中活化菌液与原料的重量比为1：2.1；
(4)将发酵料中的发酵豆粕在低温沸腾烘干箱烘干，得到高小肽发酵豆粕；其中低温沸腾烘干的进风温度为150℃，出风温度为50℃。
实施例2
一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，包括以下步骤：
(1)按重量百分比计，将95％的豆粕、2％的米糠粉、3％的麸皮混合均匀，得到原料；其中豆粕的蛋白质含量为46％；
(2)将复合菌剂、复合酶制剂加入到纯净水中，然后再加入葡萄糖，调节pH值至6.2-6.5，混合搅拌15min，得到活化菌液；其中复合菌剂、复合酶制剂、纯净水、葡萄糖的重量比为2：0.5：100：1.5；复合菌剂中酿酒酵母的量为2.2×1010cfu/g、植物乳杆菌的量为5.5×109cfu/mL、屎肠球菌的量为6.0×109cfu/g、枯草芽胞杆菌的量为2.0×109cfu/g；复合酶制剂中中性蛋白酶的量为50000U/g、酸性蛋白酶的量为20000U/g、中性植酸酶的量为10000U/g、木聚糖酶的量为5000U/g、果胶酶的量为5000U/g、纤维素酶的量为5000U/g、β-甘露聚糖酶的量为5000U/g；
(3)将活化菌液通过喷淋的方式接种到原料中，混合均匀，然后在34℃下密封发酵2.5天，得到发酵料；活化菌液与原料的重量比为1：2.2；
(4)将发酵料中的发酵豆粕在低温沸腾烘干箱烘干，得到高小肽发酵豆粕；其中低温沸腾烘干的进风温度为150℃，出风温度为55℃。
实施例3
一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，包括以下步骤：
(1)按重量百分比计，将97％的豆粕、1％的米糠粉、2％的麸皮混合均匀，得到原料；其中豆粕的蛋白质含量为46％；
(2)将复合菌剂、复合酶制剂加入到纯净水中，然后再加入葡萄糖，调节pH值至6.2-6.5，混合搅拌30min，得到活化菌液；其中复合菌剂、复合酶制剂、纯净水、葡萄糖的重量比为2：0.5：100：1；复合菌剂中酿酒酵母的量为2.4×1010cfu/g、植物乳杆菌的量为6.0×109cfu/mL、屎肠球菌的量为5.0×109cfu/g、枯草芽胞杆菌的量为2.0×109cfu/g；复合酶制剂中中性蛋白酶的量为50000U/g、酸性蛋白酶的量为20000U/g、中性植酸酶的量为10000U/g、木聚糖酶的量为5000U/g、果胶酶的量为5000U/g、纤维素酶的量为5000U/g、β-甘露聚糖酶的量为5000U/g；
(3)将活化菌液通过喷淋的方式接种到原料中，混合均匀，然后在33℃下密封发酵2.5天，得到发酵料；活化菌液与原料的重量比为1：2；
(4)将发酵料中的发酵豆粕在低温沸腾烘干箱烘干，得到高小肽发酵豆粕；其中低温沸腾烘干的进风温度为150℃，出风温度为50℃。
实施例4
一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，包括以下步骤：
(1)按重量百分比计，将97％的豆粕、1％的米糠粉、2％的麸皮混合均匀，得到原料；其中豆粕的蛋白质含量为46％；
(2)将复合菌剂、复合酶制剂加入到纯净水中，然后再加入葡萄糖，调节pH值至6.2-6.5，混合搅拌30min，得到活化菌液；其中复合菌剂、复合酶制剂、纯净水、葡萄糖的重量比为2：0.5：100：1.5；复合菌剂中酿酒酵母的量为3.0×1010cfu/g、植物乳杆菌的量为6.0×109cfu/mL、屎肠球菌的量为5.5×109cfu/g、枯草芽胞杆菌的量为2.0×109cfu/g；复合酶制剂中中性蛋白酶的量为50000U/g、酸性蛋白酶的量为20000U/g、中性植酸酶的量为10000U/g、木聚糖酶的量为5000U/g、果胶酶的量为5000U/g、纤维素酶的量为5000U/g、β-甘露聚糖酶的量为5000U/g；
(3)将活化菌液通过喷淋的方式接种到原料中，混合均匀，然后在35℃下密封发酵2天，得到发酵料；活化菌液与原料的重量比为1：2；
(4)将发酵料中的发酵豆粕在低温沸腾烘干箱烘干，得到高小肽发酵豆粕；其中低温沸腾烘干的进风温度为145℃，出风温度为55℃。
对比例1为未经发酵处理的豆粕原料。
实验例1
将实施例1-4得到的高小肽发酵豆粕与对比例1的未经发酵处理的豆粕原料中的水分、粗蛋白、小肽、pH值、乳酸、植酸、乳酸、抗原蛋白去除率以及有益微生物的含量进行对比，结果如表1所示。
表1实施例1-4得到的高小肽发酵豆粕与对比例1的未经发酵处理的豆粕原料中的检测
项目对比
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
水分(％) 10.6 9.8 10.8 9.6 12.5
粗蛋白(％) 52.3 53.6 52.8 54.1 46
小肽(％) 18.6 18.4 18.8 18.9 0
pH值 4.21 4.43 4.30 4.22 6.5
乳酸(％) 3.58 3.86 3.63 3.78 0
植酸(％) 0.21 0.15 0.10 0.17 1.1
抗原蛋白去除率(％) 91 92 95 93 0
有益微生物(×10<sup>8</sup>cfu/g) 2.2 2.5 2.3 2.6 0
由表1可知，实施例1-4得到的高小肽发酵豆粕的粗蛋白的含量为52.3％-54.1％，明显高于未经发酵处理的豆粕中的粗蛋白；其中小肽的含量为18.4％-18.9％，而未经发酵处理的豆粕原料为0；实施例1-4制备的高小肽发酵豆粕的有益微生物的量为2.2-2.6×108cfu/g，有助于养殖动物肠道健康，提高动物成活率，提高经济效益，而未经发酵处理的豆粕不含任何有益微生物；此外，实施例1-4制备的高小肽发酵豆粕中具有芳香性的次级代谢产物，如乳酸也明显提高了，增加了饲料的诱食性、适口性；抗原蛋白去除率达到91％-95％、营养因子植酸含量的降低，有助于动物对饲料营养物质的消化吸收，提高了蛋白质的利用率。
实验例2
将实施例1-2得到的高小肽发酵豆粕与对比例1的未经发酵处理的豆粕原料进行聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)，分析其中的蛋白质，结果如图1所示。
由图1可知，实施例1-2得到的高小肽发酵豆粕中的分子量为63kDa以上的大分子蛋白条带已经消失，分子量17kDa以下的小分子蛋白条带明显，表明了经过本发明工艺生产的高小肽发酵豆粕中的大分子蛋白得到了有效降解，小肽含量明显地提高。
实验例3
将实施例1-2得到的高小肽发酵豆粕与对比例1的未经发酵处理的豆粕原料进行薄层层析，分析其中的寡糖(蔗糖、棉籽糖、水苏糖)，结果如图2所示。
由图2可知，实施例1-2得到的高小肽发酵豆粕几乎不含蔗糖、棉籽糖、水苏糖，表明了经过本发明工艺生产的高小肽发酵豆粕中的抗营养因子寡糖被有效去除。
以上结果表明了本发明的生产工艺能够有效地提高发酵豆粕的品质，真正做到低抗原、易吸收、适口性、高小肽的发酵豆粕。

Claims (9)

1.一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量百分比计，将95-97％的豆粕、1-3％的米糠粉、2-3％的麸皮混合均匀，得到原料；
(2)将复合菌剂、复合酶制剂加入到纯净水中，然后再加入葡萄糖或蔗糖，调节pH值至6.2-6.5，混合均匀，得到活化菌液；其中，复合菌剂、复合酶制剂、纯净水、葡萄糖或蔗糖的重量比为1-2：0.3-0.5：100：1-1.5；
(3)将活化菌液接种到原料中，混合均匀，然后发酵，得到发酵料；其中活化菌液与原料的重量比为1：2-2.2；
(4)将发酵料中的发酵豆粕烘干，得到高小肽发酵豆粕。
2.根据权利要求1所述的一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，其特征在于，步骤(1)中所述的豆粕的蛋白质含量为46％。
3.根据权利要求1所述的一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的复合菌剂包括酿酒酵母、植物乳杆菌、屎肠球菌、枯草芽胞杆菌；其中，酿酒酵母的量为2.0×1010-3.0×1010cfu/g、植物乳杆菌的量为5.0×109-6.0×109cfu/mL、屎肠球菌的量为5.0×109-6.0×109cfu/g、枯草芽胞杆菌的量为1.0×109-2.5×109cfu/g。
4.根据权利要求1所述的一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的复合酶制剂包括中性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性植酸酶、木聚糖酶、果胶酶、纤维素酶、β-甘露聚糖酶；其中，中性蛋白酶的量为50000U/g、酸性蛋白酶的量为20000U/g、中性植酸酶的量为10000U/g、木聚糖酶的量为5000U/g、果胶酶的量为5000U/g、纤维素酶的量为5000U/g、β-甘露聚糖酶的量为5000U/g。
5.根据权利要求4所述的一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，其特征在于，所述的木聚糖酶由黑曲霉固态发酵所得。
6.根据权利要求1所述的一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，其特征在于，通过喷淋的方式接种活化菌液。
7.根据权利要求1所述的一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，其特征在于，步骤(3)中的发酵为在25-35℃下密封发酵2-3天。
8.根据权利要求1所述的一种菌-酶协同发酵生产高小肽发酵豆粕的工艺，其特征在于，步骤(4)中的烘干为在低温沸腾烘干箱中烘干，进风温度为140-150℃，出风温度为50-55℃。
9.权利要求1-8中任一项所述的工艺得到的高小肽发酵豆粕。
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