CN110859249B - 一种含乙醇梭菌蛋白浮性饲料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含乙醇梭菌蛋白浮性饲料的制备方法，包括固体原料粉碎，饲料原料混合，然后进行调质、挤压膨化、制粒、晾干，得到饲料颗粒等步骤。其特征是，调质后的物料的水分含量高于现有技术通常的水分含量；饲料中所需的油脂类原料应在饲料颗粒成型后再添加；饲料配方中使用一种新型菌体蛋白替代部分鱼粉；淀粉源为按适宜比例搭配的木薯粉和小麦面粉。实验证明，本发明方法制备的饲料可显著降低加工过程对淀粉的依赖，并可显著降低容重和颗粒内部空隙均匀性，提高在水中的稳定性，而且可以保证低淀粉浮性膨化饲料的稳定生产。

Description

一种含乙醇梭菌蛋白浮性饲料的制备方法
技术领域
本发明属于水产饲料技术领域，涉及一种含乙醇梭菌蛋白浮性饲料的制备方法。
背景技术
具有在上层水生活习性的肉食性鱼类习惯摄食浮性颗粒饲料，当饲料下沉至水底则不会再被采食，而造成饲料的浪费和水体的污染。
而且，肉食性鱼类养殖通常需要食用“低淀粉浮性饲料”(即，水产饲料行业对淀粉含量 10％以内的饲料的定义)。当淀粉含量较高时，会造成鱼内脏的损伤。
目前，肉食性鱼类饲料的生产中具有以下几个技术难点。
一是，低淀粉饲料不能稳定生产，在膨化过程中极易堵塞模孔，发生非计划停机故障。
在鱼类膨化浮性饲料的原料中，淀粉类原料是保证物料具有足够粘度和受热膨胀的重要成分。在传统生产膨化浮性饲料的工艺中，饲料中淀粉水平达到20％以上才能保证膨化机的稳定生产。如果饲料配方中淀粉含量低于10％，不仅生产过程中会出现饲料生产稳定性差，还经常发生非计划停机故障。
二是，低淀粉配方的饲料颗粒在水中容易发生下沉
现有技术的低淀粉配方的饲料往往颗粒膨化率低，容重高、颗粒饲料在水中会发生部分下沉甚至全部下沉等问题，无法满足水上层生活习性肉食性鱼类水面采食的摄食习性，造成双重浪费。
比如，在申请号为201811049614.3的专利中公开了一种提高大黄鱼长速和存活率的低淀粉膨化配合饲料，配料包括：俄罗斯白鱼粉，秘鲁鱼粉，美国鸡肉粉，谷朊粉，玉米蛋白粉，豆粕，高筋面粉，木薯淀粉，酶解鱼溶浆，精炼鱼油，大豆磷脂油，磷酸二氢钙，维生素预混物，矿物盐预混物，氯化胆碱，叶黄素，抗氧化剂，防霉剂。
该专利中的饲料淀粉含量7.4％-9.4％，是典型的低淀粉饲料。但是该饲料膨化率较低(仅为1.4-1.6)。
当膨化率低于1.5的饲料颗粒在喷涂油脂后，容重会进一步增加，更易发生饲料下沉的现象。
为解决以上问题，已有人做过一些研究。如，Lanter等人(2012)通过添加明胶作为粘合剂来生产无淀粉膨化浮性饲料，但是大量添加明胶会影响鱼类对饲料的营养吸收。
第三，低淀粉膨化饲料生产中，使用的蛋白原料的特性对产品的质量有很大影响。
因为挤压膨化过程中蛋白质会发生变性，变性的蛋白质分子之间发生疏水键和二硫键键合，产生组织化作用。低淀粉膨化浮性饲料生产中，选择营养价值较高以及加工特性良好的蛋白原料也是解决低淀粉膨化浮性饲料生产问题的关键因素之一。
魏洪城等人(2018)探究了乙醇梭菌蛋白替代豆粕对草鱼生长性能、血浆生化指标及肝胰脏和肠道组织病理的影响。但是，该研究针对的是草鱼，为植物食性鱼类，不是肉食性鱼类。众所周知，草鱼可食用水草，对淀粉耐受力较强。上述文献中，其配方中主要以适合生产浮性饲料的植物蛋白为主，且含有高水平的淀粉(20％以上，包括30％面粉和21.4％次粉)，不存在加工工艺上的难题。该文献推荐乙醇梭菌蛋白在草鱼饲料中的使用量仅为5％，而且不是用于替代鱼粉。
乙醇梭菌蛋白(Ethanol clostridium meal,ECM)是以乙醇梭菌(Clostridiumautoethanogenum)为发酵菌种生产的一种新型菌体蛋白，是一种单细胞蛋白。目前除少量文献研究外，尚未实际用于水产饲料的原料使用。使用乙醇梭菌蛋白作为一种新型蛋白源，用该蛋白作为原料制备低淀粉膨化浮性饲料的加工方法更属空白，亟须研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种肉食性鱼类低淀粉膨化浮性饲料的制备方法，并且解决低淀粉饲料在水中稳定性差、膨化率低、易沉降的问题，还保证生产过程中的稳定性，降低停机故障率。
本发明采用的技术方案是：
一种低淀粉膨化浮性饲料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将固体饲料原料进行粉碎；
(2)将所有饲料原料混合；
(3)将混合后的原料进行调质、挤压膨化、制粒、晾干，得到饲料颗粒；
其特征是：
A步骤(3)中，调质后的物料中，水分含量应达到27-30％；
水分含量远高于现有技术中调质后水分含量为22-27％的指标。因为本发明人发现，乙醇梭菌蛋白吸水性能比现有技术的蛋白原料高，需相应提高调质水分含量增加黏度，从而改善饲料的加工质量，减少因堵塞造成的停机故障。
B步骤(2)的混合步骤中，所混合的原料不包括油脂，饲料中所需的油脂类原料应在步骤(3)得到的饲料颗粒后，再添加；
这也不同于现有技术的常规方法中的在各原料混合时即一并加入油脂。因为本发明发现油脂会急剧降低物料黏度和在膨化机腔的滞留时间，使得物料熟化度和膨化率下降，不利于浮性饲料生产。本发明还发现，所有外源油脂在饲料制粒成型后再添加能够最大程度减少对低淀粉浮性饲料加工的不利影响。
油脂的添加方式为真空状态下喷涂。
所述油脂包括任何具有流动性的食用油脂，如植物油，鱼油等。
C使用乙醇梭菌蛋白替代部分鱼粉；乙醇梭菌蛋白(ECM)和低温干燥鱼粉(FM)两种蛋白原料之间的重量份比例为：
FM:ECM＝0-30:9-34.5
因为乙醇梭菌蛋白吸水性高，黏度大，在低淀粉饲料的加工过程中起到粘结作用，弥补了淀粉低饲料在水中稳定性差、膨化率低、易沉降、生产不稳定等问题的缺点。
D饲料配方中所用淀粉源为木薯粉和小麦面粉两种
小麦面粉是鱼类最易消化吸收的淀粉源。为改善饲料质量，提高膨胀效果和浮水率，本发明还选用了支链淀粉含量高、糊化后黏性高，具有良好的加工特性的木薯粉。
但木薯粉过量使用会导致饲料消化能降低，所以研究两种淀粉源的用量比例很关键。本发明找到了合适的二者之间的重量份比例为：
木薯粉:小麦面粉＝5:6
本发明通过以上各项措施，成功制备得到了低淀粉膨化浮性饲料。
本发明对制成的饲料进行了以下各项实验：
1、容重；
2、径向膨化率；
3、溶失率；
4、吸油率和漏油率；
5、浮水率；
6、颗粒硬度；
7、吸水性和水溶性(吸水性(WAI)和水溶性(WSI)指数)。
试验结果表明，用本发明提供的方法制备的肉食性鱼类低淀粉膨化浮性饲料的容重、溶失率、漏油率显著下降；膨化率、颗粒硬度、吸油率显著升高；饲料横截面孔隙变大其数量增多，提高了饲料的糊化程度，提高了饲料在水中维持完整性的能力(具体数据详见实施例)。
本发明的有益效果是：
1、降低了饲料的容重，减少在水中发生下沉；
2、提高了饲料的径向膨化率、颗粒硬度、糊化程度，提高了在水中的稳定性；
3、提高颗粒内部孔隙均匀度，提高吸油率，降低漏油率；
4、减少了生产中的故障造成的非计划停机，提高了生产稳定性。
附图说明
图1是鱼粉组饲料和本发明肉食性鱼类低淀粉膨化浮性饲料的横断截面扫描电镜图；
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1肉食性鱼类低淀粉膨化浮性饲料的制备
一、肉食性鱼类低淀粉膨化浮性饲料的原料
1.肉食性鱼类低淀粉膨化浮性饲料配方，包括两部分：
1)基础营养配方(重量百分比)：棉籽浓缩蛋白14.8％，大豆浓缩蛋白16.3％，小麦面粉6％，木薯粉5％，谷朊粉6％，大豆油8.9-11.1％，纤维素1-3.1％，磷酸二氢钙1-1.8％，维生素和矿物质预混料1.4％。
2)两种蛋白原料：以乙醇梭菌蛋白(含粗蛋白83.2％，粗脂肪1.9％，北京首朗生物科技有限公司出品)梯度替代低温干燥鱼粉(含粗蛋白72％，粗脂肪8.84％，丹麦999鱼粉出品)；
3)分组
配制成FM:ECM不同比例的4组饲料，分别命名为ECM10(FM:ECM＝30:9)、ECM20(FM:ECM＝20:18)、ECM30(FM:ECM＝10:27)和ECM40(FM:ECM＝0:34.5)
另外，不添加乙醇梭菌蛋白，仅以鱼粉作为蛋白原料的为对照组(Control)。
饲料配方及营养水平如表1所示。
表1饲料配方及营养水平(％)
Figure BDA0002227023010000041
Figure BDA0002227023010000051
2.上述肉食性鱼类低淀粉膨化浮性饲料的制备过程
将固体饲料原料用超微粉碎机进行粉碎；
将所有饲料原料按照配方比例进行称重，并按照逐级扩大的原则进行混合。
混合物料由容积式喂料器送入调质器，喂料速度设定为70kg/h并在试验过程中保持恒定。
调质器中物料温度保持在95℃。膨化加工的各参数，包括调质后物料水分含量、膨化机螺杆转速和模头温度，根据表2进行调整。其它参数保持恒定。
表2膨化加工工艺参数表
Figure BDA0002227023010000052
Figure BDA0002227023010000061
膨化加工参数通过自动采集系统进行记录，包括调质器水流量、调质器蒸汽流量、膨化机螺杆转速、膨化腔温度以及膨化机螺杆扭矩。
膨化加工过程流畅稳定，未发生物料堵塞，未发生任何非计划停机。
膨化机加工参数达到设定值稳定15min后采集样品。
样品烘干至水分低于10％，采用真空喷涂方法喷施鱼油，包装后用于分析检测和养殖试验。
三、肉食性鱼类低淀粉膨化浮性饲料的质量检验项目及实验方法
1、容重
将体积为1L的容器去皮，将试样倒入漏斗中，然后使用漏斗将饲料装满容器，用铁板刮平容器口，量取重量，称重之前不能震动或敲打容器，称得的重量即为饲料的容重。每个样品重复三次，取平均值作为该样品的容重(单位g/L)。
2、径向膨化率
每份样品随机取20粒，用游标卡尺测量其直径，取其平均值作为样品直径。样品的径向膨化率＝颗粒直径/模孔直径。
3、溶失率
称取10g饲料(准确至0.1g)放入已备好的圆筒形网筛内，然后置于盛有水深为5.5cm 的容器中，水温为(25±2)℃，浸泡，然后把网笼从水中缓慢提升至水面，又缓慢沉入水中，使饲料离开筛底，浸泡20分钟，如此反复三次后，取出网筛，斜放沥干附水，把网筛内饲料置于105℃烘箱内烘干至恒重，同时，称取一份未浸水同样重量的试料(对照料)，置105℃烘箱内烘干至恒重，再分别称重，按以下公式进行计算。每个试样应取两个平行样进行测定，以其算数平均值为结果，数值表示至一位小数，允许相对误差≤4％。
Figure BDA0002227023010000062
式中：
S：溶失率，单位为百分率(％)；
m1：对照料烘干后质量，单位为克(g)；
m2：浸泡料烘干后质量，单位为克(g)。
4、吸油率和漏油率
使用实验室规模的真空喷涂机研究饲料的吸油率。将未喷涂的颗粒100g和过量大豆油 150g加入喷涂机并抽真空，混合均匀后缓慢释放空气。使用吸油纸轻轻按压颗粒以除去多余的油脂，然后称重M1。
Figure BDA0002227023010000071
称取测完吸油率的颗粒100g置于吸油纸上24h后称重M2。
Figure BDA0002227023010000072
5、浮水率
每个配方的浮力测试是把10个颗粒投放到装有75％水的2L烧杯中，每个配方测试3次。放置30min后记录浮性饲料的个数，则浮水率为：
Figure BDA0002227023010000073
6、颗粒硬度
利用质构仪(型号：TA-XY2i，产地：英国Stable Micro)检测颗粒硬度。每份试验样品取随机取30粒进行测量，设定探针速度为1mm/s，力度25kg，颗粒受力形变40％后探针抬起，取该阶段图谱峰值作为硬度的测量结果，取30粒颗粒硬度的平均值作为样品硬度。
7、吸水性和水溶性
吸水性(WAI)和水溶性(WSI)指数
样品粉碎后过100目筛。取2.5g粉状膨化样品于60mL离心管中，加入30mL蒸馏水，置于30℃的恒温水箱中30min，然后用3000g离心10min。将上清液缓慢倒入恒重的铝杯中，在135℃烘箱中烘干2h。称量离心管中凝胶的质量。每个样品测量3次。吸水性(WAI) 和水溶性(WAI)用以下公式进行计算：
Figure BDA0002227023010000074
式中WAI：吸水性指数；Wg：凝胶重(g)
Figure BDA0002227023010000075
式中WSI：水溶性指数(％)；
Wss：悬浮液烘干后样品重量(g)；
Wds：干燥后样品的重量(g)
8、数据分析及统计
试验结果用平均数±标准差表示，对数据进行单因素方差分析(ANOVA)，并结合Duncan’s 法进行多重比较，检验处理间的差异显著性(P<0.05)。
四、试验结果
1、容重显著下降
随着乙醇梭菌蛋白替代量的增加，饲料容重显著下降(P<0.05)；容重越低，说明饲料颗粒单位重量越低，更适合在水面漂浮。目前市场上低淀粉浮性饲料的容重普遍在400g/L左右，而使用20-40份乙醇梭菌蛋白生产的低淀粉饲料容重低于380g/L，可保证其吸水后仍在水面漂浮。
2、改善膨化效果
添加乙醇梭菌蛋白可以改善膨化效果；
ECM20组的径向膨化率与对照组无显著性差异(P>0.05)，其余三组的径向膨化率均显著高于对照组(P<0.05)；
3、溶失率显著降低，提高了饲料的水中稳定性
各试验组的溶失率均显著低于对照组(P<0.05)，说明添加乙醇梭菌蛋白可以提高饲料的水中稳定性；
4、提高了饲料的吸油性，降低了漏油率
ECM30、ECM40组的吸油率显著大于对照组(P<0.05)，
ECM20、ECM30和ECM40组的漏油率显著小于对照组(P<0.05)，说明添加乙醇梭菌蛋白可以提高饲料的吸油性；添加乙醇梭菌蛋白后饲料的孔隙变大且数量增多(如图1所示)，有助于提高饲料的吸油性。
5、确保浮水率
添加了乙醇梭菌蛋白，容重降低，能确保颗粒吸水后仍不下沉；
6、饲料的结构更致密，不易产生碎粒
各试验组的颗粒硬度均显著高于对照组(P<0.05)，说明添加乙醇梭菌蛋白后饲料的结构更致密，不易产生碎粒；
7、提高饲料的糊化程度
随着乙醇梭菌蛋白添加量的增加，吸水性指数(WAI)先显著升高再显著下降(P<0.05)； WAI可以反映糊化程度，证明适量添加乙醇梭菌蛋白可以提高饲料的糊化程度；
8、提高饲料在水中维持完整性的能力
随着乙醇梭菌蛋白添加量的增加，水溶性指数(WSI)先显著下降，再显著升高(P<0.05)。 WSI可以反映肿胀凝胶颗粒在水中维持完整性的能力，证明适量添加乙醇梭菌蛋白可以提高饲料在水中维持完整性的能力。
以上各指标实验结果数据见表3
表3乙醇梭菌蛋白替代鱼粉对膨化饲料产品质量的影响
Figure BDA0002227023010000091
Figure BDA0002227023010000092
注：同一行中不同肩标字母表示差异显著(P<0.05)。
五、实验结论
使用本发明提供的工艺方法，所得到的肉食性鱼类低淀粉膨化浮性饲料产品质量合格，并且生产稳定性好。

Claims (1)

1.一种含乙醇梭菌蛋白的低淀粉膨化浮性饲料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1) 使用乙醇梭菌蛋白替代部分鱼粉，饲料原料组分按重量百分比如下：棉籽浓缩蛋白14.8％，大豆浓缩蛋白16.3％，小麦面粉6％，木薯粉5％，谷朊粉6％，大豆油8.9-11.1％，纤维素1-3.1％，磷酸二氢钙1-1.8％，维生素和矿物质预混料1.4％；两种蛋白原料为：乙醇梭菌蛋白为9-27%，低温干燥鱼粉为10-30%，以上所有组分之和等于 100%；将固体饲料原料进行粉碎；
(2)将饲料原料混合，所混合的原料不包括油脂；
(3)将混合后的原料进行调质、挤压膨化制粒、烘干，得到饲料颗粒；
其中：
步骤(3)中，调质后的物料中，水分含量应达到27-30％；调质器中物料温度保持在95℃；
步骤(2)中，饲料中所需的油脂类原料应在步骤(3)得到的饲料颗粒后，再添加；油脂类原料的添加方式为真空状态下喷涂。
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单细胞蛋白的开发与水产饲料中的应用;麦康森;《水产热点》;20190413;1-3 *

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