CN110205348B - 一种酶菌协同处理木薯淀粉渣产母猪用膳食纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以菌、酶结合，通过先发酵、后酶解生产木薯淀粉渣纤维的方法，用于发酵和酶解的植物纤维原料的木薯渣是生产木薯淀粉的副产物；生产母猪用发酵纤维方法步骤包括：配料、菌种活化、扩大培养、接种混合、发酵、加酶酶解、干燥及冷却、粉碎及打包，最后得到饲用膳食纤维产品，其氢氰酸含量为2mg/kg，本发明优点是，利用菌、酶结合方式消除氢氰酸、提高直链淀粉含量，解决木薯渣浪费，工艺较为简单方便实施。
Description
技术领域
本发明涉及饲料技术领域，具体为一种以酶菌协同处理木薯淀粉渣生产母猪用膳食纤维的方法。
背景技术
随着集约化饲养模式的普及，妊娠母猪多采用限饲的方式饲喂，这导致母猪饱感差，刻板行为增多，生产性能也受到影响。另外，母猪，特别是妊娠母猪和泌乳母猪的活动空间狭小，再加上母猪日粮中纤维含量不足或纤维源品质较差常常导致母猪便秘的发生。膳食纤维被称为第七营养素，近几年来成为营养研究的热点之一。目前大量的研究表明，提供母猪高纤维日粮，尤其是提高母猪后段肠道的可发酵碳水化合物含量，可以增加母猪饱感、减少便秘和提高母猪生产性能。
目前，传统的应用于母猪日粮中的纤维源为小麦麸，但是小麦麸霉菌素含量较高，纤维质量较差，其已经无法满足现代集约化母猪饲养模式的需求。其它较为常用纤维源，如苜蓿、甜菜渣质量较好，但价格较贵，较大程度依靠进口。而大豆皮也是较好的纤维源，但是我国豆粕依靠进口，因此也存在价格和供应量不稳地的情况。因此，非常有必要开发我国自产资源丰富的纤维源。木薯淀粉渣是木薯加工生产淀粉之后的副产物，主要由木薯外部褐色的皮、内部的薄壁组织和淀粉组成。在我国每年加工木薯淀粉所产生的木薯渣产量大约有30万吨左右。由于木薯渣中含有小颗粒的淀粉，且直链淀粉含量较高，所以可提供母猪后段肠道的可发酵碳水化合物。
另外，大量的木薯渣如果不加以利用，不仅造成资源浪费，而且还会对生态环境造成污染，其所含的废水还会对植被、土壤造成破坏，腐烂过程中产生的毒气还会污染大气，进一步给人和动物的健康带来危害。
由于木薯渣蛋白含量很低，纤维含量、直链淀粉和氰化物含量高、适口性差。因此，目前木薯渣的研究和应用多见于草食动物，如反刍动物、兔子等，在单胃动物，如猪的研究报道很少。由于，木薯渣具有纤维含量和直链淀粉含量高的特点，特别适合用于母猪饲料中，因为母猪需要更多的膳食纤维，需要后段肠道可供发酵的碳水化合物。但是，木薯渣应用于母猪料的障碍是氰化物含量高，另外就是需要提高直链淀粉的含量。
目前，木薯渣的利用存在以下问题：1)没有认识到氰化物的毒性问题，没有找到合适的方法去处理氰化物；2)没有顺应木薯渣的营养成分的特点，而是强行降低纤维含量和提高蛋白含量，这样处理的成本高。
本发明重点解决木薯淀粉渣中氰化物含量高的问题，通过特定微生物对氰化物进行处理，以提高木薯淀粉渣作为饲料原料的安全性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种以菌、酶协同发酵和酶解木薯淀粉渣生产母猪用膳食纤维的方法，解决木薯淀粉渣在产业化中包括菌、酶协同工艺、混合、发酵方式与控制、干燥节能、物料粉碎等问题。
一种以菌、酶协同发酵和酶解木薯淀粉渣生产母猪用膳食纤维的方法，包括如下步骤：
A.配料：用于发酵酶解的植物纤维原料选自于木薯渣，所述木薯渣为生产淀粉后的木薯淀粉渣；
B.菌种活化和扩大培养：将菌种接于培养基中，所述培养基的组成为：蛋白胨13-20g/L，牛肉膏6-7g/L，酵母浸粉6-7g/L，山梨醇12-30g/L，林可霉素0.02-0.05g/L，黄芪提取物8-10g/L，枸杞提取物3-4g/L，乙酸钠0.5-0.8g/L，柠檬酸氢二铵0.3-0.5g/L，磷酸氢钾0.7-1.5g/L，硫酸镁0.08-0.2g/L，琼脂12-15g/L，用蒸馏水配制；
C.接种混合：将活化的菌种与所述木薯渣混合，成为混合物料；
D.发酵：采用发酵釜对所述混合物料进行发酵，发酵中段在发酵釜内添加生化黄腐酸，在适当的发酵温度、pH值和发酵时间条件下，静态厌氧培养，得到发酵木薯渣；
E.加酶酶解：采用复合支链淀粉酶对所述发酵木薯渣进行酶解，温度控制在50-55℃，pH值为5.0-6.0，酶解12h，得到酶解发酵木薯渣；
F.干燥及冷却：对所述酶解发酵木薯渣进行流化床干燥，控制物料温度不超过50℃，使得干燥后的酶解木薯渣含水率控制在5％-10％；将干燥后的酶解木薯渣采用自然风流化冷却干燥至30℃以下；
G.粉碎及打包：粉碎冷却的酶解发酵木薯渣后，将粉末过筛，得到饲用植物纤维产品，经检测合格后打包，密封于内衬聚乙烯的包装袋内。
生化黄腐酸是一种人工生产的腐殖酸类物质，还有大量的有益微生物，并含有多种功能基和官能团，生理活性高，还能与金属离子和活性有毒污染物反应，在木薯渣的发酵过程中添加生化黄腐酸可以加速发酵底物含水率的降低，降低氨态氮含量，促进发酵底物快速达到生物稳定化的状态，进而缩短发酵时间。同时，生化黄腐酸可以与支链淀粉酶的进行协同，因此对木薯渣中支链淀粉的降解具有很强的促进作用，进而大幅提高木薯淀粉渣中的直链淀粉含量。
在厌氧发酵过程中，发酵温度、pH值及发酵时间等多种因素都会对发酵菌的活性及发酵速率产生协同影响。比如发酵温度较高时，能够通过促进发酵菌的生长繁殖和新陈代谢来加快木薯渣水解酸化的效率。但同时会使pH值大幅下降，而pH值的大幅下降会影响厌氧系统中一些菌种的生存条件，抑制其活性，进而影响发酵的速率和效果。因此，本申请在大量试验研究的基础上发现，当发酵温度控制在32-37℃，pH值控制在5.3-5.6，发酵36h时，木薯渣的发酵速率和效果最优。
优选的，所述发酵温度为32-37℃，pH值为5.3-5.6，发酵36h，得到发酵木薯渣。
进一步的，所述发酵菌由嗜酸乳杆菌、甘薯乳杆菌、双歧乳杆菌、短乳杆菌、保加利亚乳杆菌、卷曲乳杆菌，德氏乳杆菌、戊糖乳杆菌、植物乳杆菌中的一种或多种组成。
进一步的，所述复合支链淀粉酶是由链霉菌属培养提纯制得的支链淀粉酶Ⅰ、梭状芽胞杆菌属培养提纯制得的支链淀粉酶Ⅱ、嗜热脂肪芽孢杆菌培养提纯制得的支链淀粉酶Ⅲ中的两种或三种组成，所述复合支链淀粉酶的活性为130.21U/mL，添加量按物料重量计，为木薯渣重量的0.01～0.1％。经监测，直链淀粉含量在酶解之初的含量为11％，中期为30％，结束时为55％。
优选的，所述酶解温度为35-55℃，酶解时间为36-50h，pH值为6.3-6.4。培养基的灭菌条件为：压力为0.1Mpa、温度为130℃、时间20min。
B步骤和C步骤的菌种活化、扩大培养和混合步骤细化为：分别经试管、摇瓶扩大培养制成一级种子液，将一级种子液进行等质量混配，对混配后的种子液进行二级扩大培养，将二级扩大培养后的发酵菌按1-10×1011个/克木薯渣原料的接种量与木薯渣混合。
具体的，所述生化黄腐酸的获取方法为：取黄腐酸原料，然后按1:(5～6)的重量比将黄腐酸原料加入到3.0mol/L的NaOH溶液中，加热到40～43℃，搅拌加热2-3h，反应完成后过滤，收集滤液，用无机酸调节滤液的pH值为6.0～6.5，得到生化黄腐酸。所述黄腐酸原料取自泥炭、褐煤、风化煤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.通过微生物减少氰化物，安全性高。氢氰酸是一种剧毒化合物。在木薯淀粉渣中含量较高，嗜酸乳杆菌、甘薯乳杆菌、双歧乳杆菌、短乳杆菌、保加利亚乳杆菌、卷曲乳杆菌，德氏乳杆菌、戊糖乳杆菌、植物乳杆菌可以发酵产生乳酸，乳酸的形成使pH值降低到5以下。这使得层状蛋白酶失去活性，亚麻苦甙不能转化为氰化物。嗜酸乳杆菌、甘薯乳杆菌、双歧乳杆菌、短乳杆菌、保加利亚乳杆菌、卷曲乳杆菌，德氏乳杆菌、戊糖乳杆菌、植物乳杆菌的耐盐性好，产酸快。
2.支链淀粉酶可以将支链淀粉酶解为直链淀粉和糊精。木薯淀粉渣中淀粉含量可达60％的，其中直链淀粉含量可达11％。因此，木薯淀粉渣固有的直链淀粉再加上通过支链淀粉酶酶解获得的直链淀粉，可以大幅提高木薯淀粉渣中的直链淀粉含量。
3.通过产酸菌减少木薯淀粉渣中氰化物，解决了木薯淀粉的饲用安全问题，再通过支链淀粉酶酶解支链淀粉以提高直链淀粉含量，从而获得更多的可供母猪后端肠道发酵的膳食纤维，即可发酵碳水化合物。所以，菌酶结合处理木薯淀粉渣的方式，解决了木薯淀粉渣用于饲料原料的安全问题，又获得了较高含量的直链淀粉含量，使其成为在母猪饲料可以使用的较佳的膳食纤维。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中以菌、酶协同发酵和酶解木薯淀粉渣生产母猪用膳食纤维的方法，包括如下步骤：
A.配料：用于发酵和酶解的植物纤维原料选自于木薯渣，木薯渣为生产淀粉后的木薯淀粉渣；
B.菌种活化：将培养基灭菌，灭菌条件是压力为0.1Mpa、温度为130℃、时间20min；将嗜酸乳杆菌、甘薯乳杆菌、植物乳杆菌接于培养基中，培养基的温度为40℃，培养时间为40h，pH值为6.3；培养基的组成为：蛋白胨15g/L，牛肉膏6g/L，酵母浸粉6g/L，山梨醇15g/L，林可霉素0.03g/L，黄芪提取物8g/L，枸杞提取物3g/L，乙酸钠0.5g/L，柠檬酸氢二铵0.3g/L，磷酸氢钾0.9g/L，硫酸镁0.1g/L，琼脂12g/L，用蒸馏水配制；
C.接种混合：将活化的菌种与所述木薯渣混合，成为混合物料；
D.发酵：采用发酵釜对混合物料进行发酵，发酵中段在发酵釜内添加生化黄腐酸，发酵温度为34℃，pH值为5.3，发酵36h，得到发酵木薯渣，静态厌氧培养，得到发酵木薯渣；
E.加酶酶解：采用复合支链淀粉酶对所述发酵木薯渣进行酶解，复合支链淀粉酶是由链霉菌属培养提纯制得的支链淀粉酶Ⅰ、梭状芽胞杆菌属培养提纯制得的支链淀粉酶Ⅱ、嗜热脂肪芽孢杆菌培养提纯制得的支链淀粉酶Ⅲ组成，所述复合支链淀粉酶的活性为130.21U/mL，添加量按物料重量计，为木薯渣重量的0.08％。经监测，直链淀粉含量在酶解之初的为11％，中期为30％，结束时为55％，温度控制在52℃，pH值为5.5，酶解12h，得到酶解发酵木薯渣；
F.干燥及冷却：对所述酶解发酵木薯渣进行流化床干燥，控制物料温度不超过50℃，使得干燥后的酶解木薯渣含水率控制在7％；将干燥后的酶解木薯渣采用自然风流化冷却干燥至25℃；
G.粉碎及打包：粉碎冷却的酶解发酵木薯渣后，将粉末过筛，得到饲用植物纤维产品，经检测合格后打包，密封于内衬聚乙烯的包装袋内。
B步骤和C步骤的菌种活化、扩大培养以及混合操作为：分别经试管、摇瓶扩大培养制成一级种子液，将一级种子液进行等质量混配，对混配后的种子液进行二级扩大培养，将二级扩大培养后的发酵菌按1-10×1011个/克木薯渣原料的接种量与木薯渣混合。
具体的，生化黄腐酸的获取方法为：取黄腐酸原料，然后按1:5的重量比将黄腐酸原料加入到3.0mol/L的NaOH溶液中，加热到40～43℃，搅拌加热2h，反应完成后过滤，收集滤液，用无机酸调节滤液的pH值为6.2，得到生化黄腐酸，黄腐酸原料取自泥炭。
中华人民共和国农业行业标准《食用木薯淀粉》中规定氢氰酸含量≤10mg/Kg。采用呲啶-巴比妥酸测定饲用植物纤维中氰化物含量，结果为氰化物含量为2mg/Kg，根据同类木薯产品的安全标准判断，饲用植物纤维中氰化物含量是安全的。同时，测得直链淀粉含量高达55％。因此，菌酶结合的处理木薯淀粉渣的方式，不仅解决了木薯淀粉渣用于饲料原料的安全问题，还获得了较高含量的直链淀粉含量，可以成为在母猪饲料使用的较佳的膳食纤维。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (5)
1.一种以菌、酶协同发酵和酶解木薯淀粉渣生产母猪用膳食纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.配料：用于发酵和酶解的植物纤维原料选自于木薯渣，所述木薯渣为生产淀粉后的木薯淀粉渣；
B.菌种活化和扩大培养：将发酵菌种接于培养基中，所述培养基的组成为：蛋白胨13-20g/L，牛肉膏6-7g/L，酵母浸粉6-7g/L，山梨醇12-30g/L，林可霉素0.02-0.05g/L，黄芪提取物8-10g/L，枸杞提取物3-4g/L，乙酸钠0.5-0.8g/L，柠檬酸氢二铵0.3-0.5g/L，磷酸氢钾0.7-1.5g/L，硫酸镁0.08-0.2g/L，琼脂12-15g/L，用蒸馏水配制；所述发酵菌种由嗜酸乳杆菌、甘薯乳杆菌、植物乳杆菌组成；
C.接种混合：将活化的菌种与所述木薯渣混合，成为混合物料；
D.发酵：采用发酵釜对所述混合物料进行发酵，发酵中段在发酵釜内添加生化黄腐酸，在适当的发酵温度、pH值和发酵时间条件下，静态厌氧发酵，从而得到发酵木薯渣；所述发酵温度、pH值和发酵时间条件为发酵温度为32-37℃，pH值为5.3-5.6，发酵36h；
E.加酶酶解：采用复合支链淀粉酶对所述发酵木薯渣进行酶解，温度控制在52℃，pH值为5.5，酶解12h，得到酶解发酵木薯渣；所述复合支链淀粉酶是由链霉菌属培养提纯制得的支链淀粉酶Ⅰ、梭状芽胞杆菌属培养提纯制得的支链淀粉酶Ⅱ、嗜热脂肪芽孢杆菌培养提纯制得的支链淀粉酶Ⅲ三种组成，所述复合支链淀粉酶的活性为130.21U/mL，添加量按物料重量计，为木薯渣重量的0.08％；
F.干燥及冷却：对所述酶解发酵木薯渣进行流化床干燥，控制物料温度不超过50℃，使得干燥后的酶解木薯渣含水率控制在5％-10％；将干燥后的酶解木薯渣采用自然风流化冷却干燥至30℃以下；
G.粉碎及打包：粉碎冷却的酶解发酵木薯渣后，将粉末过筛，得到饲用植物纤维产品，经检测合格后打包，密封于内衬聚乙烯的包装袋内。
2.如权利要求1所述的一种以菌、酶协同发酵和酶解木薯淀粉渣生产母猪用膳食纤维的方法，其特征在于，B步骤和C步骤的菌种活化、扩大培养和混合具体操作为：分别经试管、摇瓶扩大培养制成一级种子液，将一级种子液进行等质量混配，对混配后的种子液进行二级扩大培养，将二级扩大培养后的发酵菌按1-10×1011个/克木薯渣原料的接种量与木薯渣混合。
3.如权利要求1所述的一种以菌、酶协同发酵和酶解木薯淀粉渣生产母猪用膳食纤维的方法，其特征在于，B步骤的培养基灭菌条件是：压力为0.1Mpa、温度为130℃、时间20min。
4.如权利要求1所述的一种以菌、酶协同发酵和酶解木薯淀粉渣生产母猪用膳食纤维的方法，其特征在于，所述生化黄腐酸的制取方法为：取黄腐酸原料，然后按1:(5～6)的重量比将黄腐酸原料加入到3.0mol/L的NaOH溶液中，加热到40～43℃，搅拌加热2-3h，反应完成后过滤，收集滤液，用无机酸调节滤液的pH值为6.0～6.5，得到生化黄腐酸。
5.如权利要求4所述的一种以菌、酶协同发酵和酶解木薯淀粉渣生产母猪用膳食纤维的方法，其特征在于，所述黄腐酸原料取自泥炭、褐煤、风化煤。
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