CN109534858A - 一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法 - Google Patents

一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法，所述方法包括如下步骤：(1)将植物渣粕分别粉碎后，按比例混合均匀，制备成混合物；(2)在步骤(1)制得的混合物中加入糖蜜酵母发酵废液，制成发酵培养基；(3)将混合菌种A接种到步骤(2)制得的发酵培养基中，28～32℃条件下混合发酵24～28h，得前发酵液1；(4)将混合菌种B接种到前发酵液1中，28～32℃条件下混合发酵24～48h，得后发酵液2；(5)将后发酵液2烘干、粉碎，即得所述富含精氨酸的高蛋白有机肥。本发明方法具有工艺安全、制备便捷、并适合大规模工业化生产的优势。

Description

一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的 方法
技术领域
本发明涉及有机肥技术领域，尤其是涉及一种通过混合菌种，在培养基中两步发酵的方法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法。
背景技术
全世界酵母年产量300多万吨，酵母的生产主要以甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜为主，糖蜜的成分比较复杂，含有大量的无机盐类和大分子糖类有机物，其在糖加热过程中首先形成糠醛，糠醛可以被驯化过的厌氧污泥降解，但深色的焦糖化合物的降解性能非常差。焦糖化合物存在于酵母废水中，使得酵母废水的颜色变深，同时废水中黑色素、酚类、焦糖、大分子有机物、无机盐类和SO4 2-的浓度均较高，废水中含有丰富的氮、磷、钾、钙、铁等无机微量元素以及腐殖酸、黄腐酸等有机物质，废水中还含约0.5％干物质，主要成分为酵母蛋白质、纤维素、胶体物质，以及未被充分利用的废糖蜜中的营养成分如残糖等。
火麻粕、米糠粕、芝麻粕、花生粕和豆粕分别是火麻、米糠、芝麻、脱壳花生和大豆榨油之后的副产物，是新型高营养的植物蛋白资源，这几种植物渣粕中粗蛋白含量高达30％～50％，且富含多种氨基酸，渣粕经益生菌发酵水解，能产生大量具有独特生理活性功能的活性肽。
然而，这几种植物渣粕原料目前均未得到充分及有效的利用，归其原因，可能是因为从酵母液体发酵罐中分离的酵母废水，COD最高可达110000mg/L，造成酵母行业废水难以生物处理的主要原因，目前，酵母废水主要是生化处理UASB厌氧反应器，但此方法会导致厌氧系统的处理效率逐步下降，导致运行瘫痪。火麻粕、芝麻粕与米糠粕的应用主要是经碱溶酸沉等工艺进行火麻蛋白粉的提取，并将提取的蛋白用碱性蛋白酶水解制备多肽，生产工艺复杂，提取的过程中易引入化学物质，且提取率低，不能充分的利用火麻粕、芝麻粕与米糠粕的营养价值。豆粕中含有多种抗营养因子如胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白等，胰蛋白酶抑制因子抑制胰蛋白酶、凝乳蛋白酶活性，蛋白质的消化率大打折扣，使机体生长受抑制，大豆球蛋白具有抗原性和致敏性，阻碍豆粕饲料的利用，目前降低豆粕中抗营养因子的方法主要有物理法、化学法、生物法。物理法主要是加热的方式去除抗营养因子，胰蛋白酶等对热敏感，但是其他的抑制因子无法通过加热去掉，并且加热也会破坏其它的营养物质；化学法常不被采用，因为化学法处理过程中会有大量化学物质残留，导致去除困难及成本增加，生物法是利用微生物对脱脂豆粕进行发酵，但是此方法得到的豆粕发酵液呈现的豆腥味未能得到很好的解决。花生粕目前主要用于饲料，产品附加值低，造成资源的严重浪费。
因此，有效消除豆粕中抗营养因子与豆腥味、使糖蜜酵母发酵废水变废为宝、充分利用豆粕、火麻粕、大米粕、芝麻粕、花生粕的高蛋白含量以提高其资源利用率增加优质有机肥原料来源成为目前急需解决的问题。糖蜜酵母发酵废水可在发酵过程中提供碳源、无机微量元素等营养物质；植物渣粕能给植物体提供丰富的氨基酸，同时枯草芽孢杆菌在发酵过程中通过精氨酸转录接收器，可将有关氨基酸生物合成精氨酸，同时利用复合菌种两部发酵法在发酵过程中产生的蛋白酶、淀粉酶、植酸酶、糖化酶等多种酶类，来消除脱脂豆粕中抗营养因子及豆腥味。经发酵后抗原性蛋白被水解为氨基酸和肽，低聚糖被水解为单糖，植酸被分解为无机磷酸盐，同时产生一些肽、有益微生物代谢产物、细菌素等活性物质，进而提高植物渣粕的营养价值。
因此，采用复合菌种两步发酵法制备的富含精氨酸的有机肥可增强植物根系发育，是植物内源激素多胺合成的前体，能提高作物的抗盐胁迫能力。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法。本发明方法具有工艺安全、制备便捷、并适合大规模工业化生产的优势。
本发明的技术方案如下：
一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将植物渣粕分别粉碎后，按比例混合均匀，制备成混合物；
(2)在步骤(1)制得的混合物中加入糖蜜酵母发酵废液，制成发酵培养基；
(3)将混合菌种A接种到步骤(2)制得的发酵培养基中，28～32℃条件下混合发酵24～28h，得前发酵液1；
(4)将混合菌种B接种到前发酵液1中，28～32℃条件下混合发酵24～48h，得后发酵液2；
(5)将后发酵液2烘干、粉碎，即得所述富含精氨酸的高蛋白有机肥。
步骤(1)中所述植物渣粕分别为火麻粕、米糠粕、芝麻粕、花生粕、豆粕中的任三种。步骤(1)中所述植物渣粕中任三种之间的质量比为3～5:5～3:3～1。
步骤(1)中所述植物渣粕分别粉碎至80～100目。
步骤(2)中所述糖蜜酵母发酵废液的用量为使发酵培养基的水分含量达到55％～60％；所述糖蜜酵母发酵废液为含有机物25％的糖蜜酵母发酵废液。
步骤(3)中所述混合菌种A为枯草芽孢杆菌与米曲霉的混合，枯草芽孢杆菌与米曲霉的质量比为1～3:2～4；所述混合菌种A的接种量为4～6w/v％，8层纱布封口发酵。
步骤(3)中所述混合菌种B为产朊假丝酵母与保加利亚乳杆菌的混合，产朊假丝酵母与保加利亚乳杆菌的质量比为1～3:2～4；所述混合菌种B的接种量为6～8w/v％，8层纱布封口发酵。
步骤(6)中所述烘干温度为50～60℃，粉碎至100～200目。
步骤(6)中所述有机肥的精氨酸含量为4.14～4.32wt％，蛋白质含量为76.64～80.38wt％，多肽得率为81.08～85.64％。
本发明有益的技术效果在于：
(1)本发明采用火麻粕、米糠粕、芝麻粕、花生粕、豆粕中的任三种混合并添加一定量的糖蜜酵母发酵液作为发酵培养基。脱脂火麻粕中含有丰富的人体所有必需氨基酸且容易消化的全价蛋白质，是一种十分优秀的蛋白质来源，并且其富含精氨酸和有机氮源，脱脂豆粕中各种氨基酸含量丰富且比较平衡，能满足动植物对不同营养的需求，特别是赖氨酸、色氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸质量分数较高。以植物渣粕为原料生产的有机肥，不仅能给植物体提供丰富的精氨酸还能保证有机肥各种氨基酸含量的平衡性，同时枯草芽孢杆菌在发酵过程中通过精氨酸转录接收器，可将有关氨基酸生物合成精氨酸。富含精氨酸的有机肥可增强植物根系发育，是植物内源激素多胺合成的前体，能提高作物的抗盐胁迫能力。糖蜜酵母发酵废液含有丰富的氮、磷、钾、钙、铁等无机微量元素及未被充分利用的废糖蜜中的营养成分如残糖等，可在发酵过程中提供碳源、无机微量元素等营养物质。将这三种原料相互复配，能显著提高有机肥的蛋白质含量。
(2)本发明采用复合菌种进行两步发酵得到富含精氨酸的高蛋白有机肥。产朊假丝酵母可利用豆粕、火麻粕、糖蜜酵母发酵废液中的糖分产生菌体蛋白，同时枯草芽孢杆菌和米曲霉在生长代谢中大量分泌多种胞外蛋白酶如中性蛋白酶、碱性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等，而保加利亚乳杆菌对脱脂豆粕中的抗营养因子进行降解，能显著降低豆粕中脲酶活性和胰蛋白酶抑制剂含量，可降低棉籽糖、水苏糖、蔗糖含量，提高有机酸含量，发酵产物抑制病原菌功效明显。同时，枯草芽孢杆菌和米曲霉可将植物渣粕及菌体蛋白中的蛋白质部分水解成更易吸收并具有一定生物活性的寡肽，有利于动植物的吸收。将这四种菌种进行复配并进行两段式发酵，通过不同微生物的协同作用，不仅能在发酵中消除抗营养因子，同时还能产生活性物质，提高蛋白含量，同时该有机肥精氨酸含量及多肽转化率高，赋予植物更高的营养价值，并为植物体提供较多的微量元素、活性物质等营养成分。
(3)本发明保加利亚乳杆菌对豆粕中的抗营养因子进行降解，能显著降低脱脂豆粕中脲酶活性和胰蛋白酶抑制剂含量，可降低棉籽糖、水苏糖、蔗糖含量，提高有机酸含量，发酵产物抑制病原菌功效明显；枯草芽孢杆菌和米曲霉的酶系特别丰富，在生长代谢中大量分泌多种胞外蛋白酶如中性蛋白酶、碱性蛋白酶、羧肽酶、氨肽酶等，产酶能力高、发酵周期较短，相对耐高温、生产难度小和成本低等特点，同时枯草芽孢杆菌在发酵过程中通过精氨酸转录接收器，可将有关氨基酸生物合成精氨酸，因而比其他有益微生物有更多的优点；产朊假丝酵母可利用植物渣粕、糖蜜酵母发酵废液中的糖分产生菌体蛋白，进而提高有机肥的蛋白含量。糖蜜酵母发酵废水为原料，与植物渣粕拌和后干燥成有机肥料，也可以作为颗粒饲料的原料添加，通过微生物的相互协同作用，不仅能在发酵中消除抗营养因子，同时还能产生活性物质，提高蛋白含量，同时该有机肥精氨酸含量及多肽转化率高，赋予植物更高的营养价值，并为植物体提供较多的微量元素、活性物质等营养成分。
(4)本发明得到的有机肥精氨酸含量为4.14％～4.32％，蛋白质含量为76.64％～80.38％，多肽得率为81.08％～85.64％，市场前景好。
(5)本发明制备方法简单，适合工业化大量生产，利于销售范围的扩大。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法，具体步骤如下：
(1)发酵培养基的制备：火麻粕、豆粕和米糠粕分别粉碎至80目，按质量比5:4:1混合均匀，制备成混合物；往混合物中加入糖蜜酵母发酵废液使发酵培养基的水分含量达到55％；
(2)混合菌种A的制备：混合菌种A的质量比为枯草芽孢杆菌:米曲霉＝1:2；(3)混合菌种B的制备:混合菌种B的质量比为产朊假丝酵母:保加利亚乳杆菌＝1:2；
(4)往发酵培养基中加入混合菌种A，其接种量为4％(w/v)，8层纱布封口发酵24h，发酵温度为28℃，得前发酵液1；
(5)往前发酵液1中加入混合菌种B，其接种量为6％(w/v)，8层纱布封口发酵24h，发酵温度为28℃，得后发酵液2；
(6)将发酵产物于50℃下烘干至水分含量<5％；
(7)将发酵产物粉碎至100目；
(8)包装，即可制得富含精氨酸的高蛋白有机肥。
实施例2
一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法，具体步骤如下：
(1)发酵培养基的制备：芝麻粕、花生粕和豆粕分别粉碎至90目，按质量比4:5:2混合均匀，制备成混合物；往混合物中加入糖蜜酵母发酵废液使发酵培养基的水分含量达到58％；
(2)混合菌种A的制备：混合菌种A的质量比为枯草芽孢杆菌:米曲霉＝2:3；
(3)混合菌种B的制备:混合菌种B的质量比为产朊假丝酵母:保加利亚乳杆菌＝2:3；
(4)往发酵培养基中加入混合菌种A，其接种量为5％(w/v)，8层纱布封口发酵26h，发酵温度为30℃，得前发酵液1；
(5)往前发酵液1中加入混合菌种B，其接种量为7％(w/v)，8层纱布封口发酵36h，发酵温度为30℃，得后发酵液2；
(6)将发酵产物于50℃下烘干至水分含量<5％；
(7)将发酵产物粉碎至150目；
(8)包装，即可制得富含精氨酸的高蛋白有机肥。
实施例3
一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法，具体步骤如下：
(1)发酵培养基的制备：火麻粕、芝麻粕和花生粕分别粉碎至100目，按质量比3:3:3混合均匀，制备成混合物；往混合物中加入糖蜜酵母发酵废液使发酵培养基的水分含量达到60％；
(2)混合菌种A的制备：混合菌种A的质量比为枯草芽孢杆菌:米曲霉＝3:4；
(3)混合菌种B的制备:混合菌种B的质量比为产朊假丝酵母:保加利亚乳杆菌＝3:4；
(4)往发酵培养基中加入混合菌种A，其接种量为6％(w/v)，8层纱布封口发酵28h，发酵温度为32℃，得前发酵液1；
(5)往前发酵液1中加入混合菌种B，其接种量为8％(w/v)，8层纱布封口发酵48h，发酵温度为32℃，得后发酵液2；
(6)将发酵产物于50℃下烘干至水分含量<5％；
(7)将发酵产物粉碎至200目；
(8)包装，即可制得富含精氨酸的高蛋白有机肥。
测试例
1、将实施例1～3制备的富含精氨酸的高蛋白进行测试，有机肥中精氨酸含量、蛋白质含量和多肽转化率如表1所示。
表1
项目 精氨酸％ 蛋白质％ 多肽转化率％
实施例1 4.14 76.64 81.08
实施例2 4.32 80.38 85.64
实施例3 4.24 78.27 83.27
2、将实施例1～3制备的富含精氨酸的高蛋白有机肥进行测试，有机肥中有效活菌数如表2所示。
表2
项目 有效活菌数(cfu)亿/g
实施例1 1.43
实施例2 1.92
实施例3 1.62
由表1和表2可知，本发明所提供的一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法，不仅能在发酵中消除抗营养因子，同时还能产生活性物质，提高蛋白含量，同时该有机肥精氨酸含量及多肽转化率高，赋予植物更高的营养价值，并为植物体提供较多的微量元素、活性物质等营养成分。

Claims (9)

1.一种复合菌种两步发酵法制备富含精氨酸的高蛋白有机肥的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将植物渣粕分别粉碎后，按比例混合均匀，制备成混合物；
(2)在步骤(1)制得的混合物中加入糖蜜酵母发酵废液，制成发酵培养基；
(3)将混合菌种A接种到步骤(2)制得的发酵培养基中，28～32℃条件下混合发酵24～28h，得前发酵液1；
(4)将混合菌种B接种到前发酵液1中，28～32℃条件下混合发酵24～48h，得后发酵液2；
(5)将后发酵液2烘干、粉碎，即得所述富含精氨酸的高蛋白有机肥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述植物渣粕分别为火麻粕、米糠粕、芝麻粕、花生粕、豆粕中的任三种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述植物渣粕中任三种之间的质量比为3～5:5～3:3～1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述植物渣粕分别粉碎至80～100目。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述糖蜜酵母发酵废液的用量为使发酵培养基的水分含量达到55％～60％；所述糖蜜酵母发酵废液为含有机物25％的糖蜜酵母发酵废液。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述混合菌种A为枯草芽孢杆菌与米曲霉的混合，枯草芽孢杆菌与米曲霉的质量比为1～3:2～4；所述混合菌种A的接种量为4～6w/v％，8层纱布封口发酵。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述混合菌种B为产朊假丝酵母与保加利亚乳杆菌的混合，产朊假丝酵母与保加利亚乳杆菌的质量比为1～3:2～4；所述混合菌种B的接种量为6～8w/v％，8层纱布封口发酵。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中所述烘干温度为50～60℃，粉碎至100～200目。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中所述有机肥的精氨酸含量为4.14～4.32wt％，蛋白质含量为76.64～80.38wt％，多肽得率为81.08～85.64％。
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