CN110934223A - 玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于微生物技术领域，公开了玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺，其包括如下步骤：步骤1）将湿玉米皮、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水混合，搅拌，灭菌，自然冷却至室温，得到基础料液；步骤2）将热带假丝酵母种子液和纳豆芽孢杆种子液混合得到混合种子液，将混合种子液接种到基础料液中，发酵培养24h，然后接种嗜热链球菌种子液，继续发酵培养48‑60h；停止发酵，将发酵产物在60‑70℃下烘干至恒重，即得。本发明工艺将氨基酸行业氨基酸生产副产物玉米皮制备了饲料蛋白，符合目前氨基酸生产副产物治理新技术的发展趋势。

Description

玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺

技术领域

本发明属于微生物技术领域，具体涉及玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺。

背景技术

中国玉米年产量仅次于美国，居世界第二位，年均产量都达到1.60亿吨以上。而作为玉米深加工的副产品，玉米皮年产量达到3000万吨。玉米皮，是玉米深加工企业生产的一种副产品。即将玉米颗粒经过浸泡后进入淀粉生产过程，后经洗涤、挤水、烘干等工序加工而成。其主要成分是纤维、淀粉、蛋白质等。 玉米经过浸泡、破碎后分离出来的玉米表皮，含蛋白质、淀粉含量较高，主要用于饲料行业。但由于玉米皮适口性差，且具有复杂的化学组成和多级不均一结构，难以被动物直接消化吸收，使得玉米皮的利用效率低且营养价值不高。同时，在饲料行业，饲料蛋白的缺口依旧非常大，我国蛋白质饲料供需缺口达到0.58亿吨|。因此，单靠利用常规的蛋白质饲料已远远不能满足配合饲料生产发展的需要，所以发展微生物饲料蛋白势在必行。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中玉米皮烘干过程中高能耗、高污染的问题，解决氨基酸发酵行业存在的共性关键问题，提出了玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺，其包括如下步骤：

步骤1）将湿玉米皮、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水混合，搅拌，灭菌，自然冷却至室温，得到基础料液；

步骤2）将热带假丝酵母种子液和纳豆芽孢杆种子液混合得到混合种子液，将混合种子液接种到基础料液中，发酵培养24h，然后接种嗜热链球菌种子液，继续发酵培养48-60h；停止发酵，将发酵产物在60-70℃下烘干至恒重，即得。

优选地，所述湿玉米皮、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水的质量比为20-40:8-15:1-3:1-2:40-60。

优选地，所述热带假丝酵母种子液和纳豆芽孢杆种子液按照2:1的体积比混合。

优选地，所述嗜热链球菌种子液的接种量为8-12%。

优选地，所述混合种子液的接种量为4-6%。

优选地，所述湿玉米皮的含水量为30-50%。

进一步地，所述工艺包括如下步骤：

步骤1）将湿玉米皮、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水按照20-40:8-15:1-3:1-2:40-60的质量比混合，200-300rpm搅拌5-10min，停止搅拌，121℃灭菌10-20min，自然冷却至室温，得到基础料液；

步骤2）将热带假丝酵母种子液和纳豆芽孢杆种子液按照2:1的体积比混合得到混合种子液，将混合种子液按照4-6%的接种量接入到基础料液中，发酵培养24h，控制搅拌速度为200rpm，培养温度为35℃，通过流加氨水控制pH为6.5；然后按照8-12%的接种量接入嗜热链球菌种子液，继续发酵培养48-60h，控制搅拌速度为100rpm，培养温度为35℃，pH自然；停止发酵，将发酵产物在60-65℃下烘干至恒重。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于几个方面：

本发明工艺符合目前氨基酸生产副产物治理新技术的发展趋势，也将对我国氨基酸行业氨基酸生产副产物（玉米皮）绿色、资源化综合利用技术的发展及创新有重要的意义。

本发明采用三种菌株混合发酵的方式，首先接种热带假丝酵母和纳豆芽孢杆菌，二者共生性能好，主要原因是，热带假丝酵母可产胞外酶如淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶和植酸酶等，对玉米皮和小麦麸皮的细胞壁结构物质具有较强的降解能力，能够产生多糖类物质供嗜热链球菌作为碳源来使用；热带假丝酵母本身就是动物体可利用蛋白，还产生丰富的B族维生素、谷胱甘肽和微量元素等，用作饲料添加剂具有提供营养成分、帮助助消化、促进动物生长、减少胀气发生以及提高饲料转化效率等：纳豆芽孢杆菌具有较强的蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶以及淀粉酶活性，在饲料加工过程中能够有效降解饲料中复杂碳水化合物，有效降低抗营养因子，减少抗营养因子对动物消化利用的影响；发酵24h后，发酵环境中产生了一定量的多糖和小分子多肽氨基酸物质，能够促进嗜热链球菌发酵增殖，发酵产生大量乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸，抑制了多种病原微生物的生长，减少霉变，还能激活动物体内巨噬细胞的吞噬作用，能够有效增强动物体的特异性和非特异性免疫反应，提高动物体的抵抗疾病的能力。整个发酵过程中，采用同时接种热带假丝酵母和纳豆芽孢杆菌，二者能够共生，然后接种嗜热链球菌，混合发酵培养时蛋白产量显著高于单独培养的方式，纤维含量显著低于单独发酵的方式。

本发明通过多菌种发酵技术将湿玉米皮转化为菌体蛋白饲料，解决了湿玉米皮烘干过程高能耗和高污染问题，同时实现玉米的高附加值利用。

本发明开展多菌种固态发酵湿玉米皮产菌体蛋白饲料的研发，提高粗纤维降解率，提高非蛋白氮到微生物菌体蛋白的转化率，促进发酵蛋白饲料生产过程中蛋白质含量的有效提高。

通过开发玉米皮发酵饲料技术，实现了玉米皮的高附加值利用，在获得良好经济效益的同时，解决玉米皮烘干过程中高能耗、高污染的问题，解决了氨基酸发酵行业存在的共性关键问题，符合目前氨基酸生产副产物治理新技术的发展趋势，也将对我国氨基酸行业氨基酸生产副产物（玉米皮）绿色、资源化综合利用技术的发展及创新有重要的意义。

附图说明

图1：混合发酵时间对蛋白含量的影响。

具体实施方式

本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明具体实施方式以热带假丝酵母 CGMCC 2.637、纳豆芽孢杆菌ATCC23916以及嗜热链球菌CGMCC 1.6472为试验菌株。其余试验材料均是本领域常用的材料。

实施例1

玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺，其包括如下步骤：

将湿玉米皮（玉米淀粉加工中产生的玉米皮，无需烘干处理，又称玉米麸皮，含水量为40%，w/w）、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水按照30:10:2:1:50的质量比混合，300rpm搅拌10min，停止搅拌，121℃灭菌15min，自然冷却至室温，得到基础料液；

将热带假丝酵母种子液（浓度为1×10⁹cfu/mL）和纳豆芽孢杆种子液（密度为1×10⁸cfu/mL）按照2:1的体积比混合得到混合种子液，将混合种子液按照5%的接种量接入到基础料液中，发酵培养24h，控制搅拌速度为200rpm，培养温度为35℃，通过流加氨水控制pH为6.5；然后按照10%的接种量接入嗜热链球菌种子液（浓度为5×10⁹cfu/mL），继续发酵培养48h，控制搅拌速度为100rpm，培养温度为35℃，pH自然；停止发酵，将发酵产物在60℃下烘干至恒重。

实施例2

玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺，其包括如下步骤：

将湿玉米皮（玉米淀粉加工中产生的玉米皮，含水量为45%，w/w）、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水按照25:8:1:1:45的质量比混合，300rpm搅拌15min，停止搅拌，121℃灭菌15min，自然冷却至室温，得到基础料液；

将热带假丝酵母种子液（浓度为1×10⁹cfu/mL）和纳豆芽孢杆种子液（密度为1×10⁸cfu/mL）按照1:1的体积比混合得到混合种子液，将混合种子液按照5%的接种量接入到基础料液中，发酵培养24h，控制搅拌速度为200rpm，培养温度为35℃，通过流加氨水控制pH为6.5；然后按照10%的接种量接入嗜热链球菌种子液（浓度为5×10⁹cfu/mL），继续发酵培养60h，控制搅拌速度为100rpm，培养温度为35℃，pH自然；停止发酵，将发酵产物在65℃下烘干至恒重。

对比例1

玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺，其包括如下步骤：

将湿玉米皮（玉米淀粉加工中产生的玉米皮，含水量为40%，w/w）、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水按照30:10:2:1:50的质量比混合，300rpm搅拌10min，停止搅拌，121℃灭菌15min，自然冷却至室温，得到基础料液；

将热带假丝酵母种子液（浓度为1×10⁹cfu/mL）和纳豆芽孢杆种子液（密度为1×10⁸cfu/mL）按照2:1的体积比混合得到混合种子液，将混合种子液按照5%的接种量接入到基础料液中，发酵培养72h，控制搅拌速度为200rpm，培养温度为35℃，通过流加氨水控制pH为6.5；停止发酵，将发酵产物在60℃下烘干至恒重。

对比例2

玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺，其包括如下步骤：

将湿玉米皮（玉米淀粉加工中产生的玉米皮，含水量为40%，w/w）、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水按照30:10:2:1:50的质量比混合，300rpm搅拌10min，停止搅拌，121℃灭菌15min，自然冷却至室温，得到基础料液；

将热带假丝酵母种子液（浓度为1×10⁹cfu/mL）按照5%的接种量接入到基础料液中，发酵培养24h，控制搅拌速度为200rpm，培养温度为35℃，通过流加氨水控制pH为6.5；然后按照10%的接种量接入嗜热链球菌种子液（浓度为5×10⁹cfu/mL），继续发酵培养48h，控制搅拌速度为100rpm，培养温度为35℃，pH自然；停止发酵，将发酵产物在60℃下烘干至恒重。

对比例3

玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺，其包括如下步骤：

将湿玉米皮（玉米淀粉加工中产生的玉米皮，含水量为40%，w/w）、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水按照30:10:2:1:50的质量比混合，300rpm搅拌10min，停止搅拌，121℃灭菌15min，自然冷却至室温，得到基础料液；

将纳豆芽孢杆种子液（密度为1×10⁸cfu/mL）按照5%的接种量接入到基础料液中，发酵培养24h，控制搅拌速度为200rpm，培养温度为35℃，通过流加氨水控制pH为6.5；然后按照10%的接种量接入嗜热链球菌种子液（浓度为5×10⁹cfu/mL），继续发酵培养48h，控制搅拌速度为100rpm，培养温度为35℃，pH自然；停止发酵，将发酵产物在60℃下烘干至恒重。

对比例4

玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺，其包括如下步骤：

将湿玉米皮（玉米淀粉加工中产生的玉米皮，含水量为40%，w/w）、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水按照30:10:2:1:50的质量比混合，300rpm搅拌10min，停止搅拌，121℃灭菌15min，自然冷却至室温，得到基础料液；

将热带假丝酵母种子液（浓度为1×10⁹cfu/mL）、纳豆芽孢杆种子液（密度为1×10⁸cfu/mL）以及嗜热链球菌种子液（浓度为5×10⁹cfu/mL）按照2:1:1的体积比混合得到混合种子液，将混合种子液按照5%的接种量接入到基础料液中，发酵培养72h，控制搅拌速度为200rpm，培养温度为35℃，通过流加氨水控制pH为6.5；停止发酵，将发酵产物在60℃下烘干至恒重。

实施例3

实施例1-2以及对比例1-4制备的蛋白饲料中真蛋白和纤维素组分含量见表1。

表1

组别	真蛋白 %	纤维素组分 %
			实施例1	25.7	2.7
实施例2	25.9	2.5
			对比例1	21.3	4.9
对比例2	18.6	5.6
			对比例3	20.4	5.9
对比例4	22.8	5.1

由表1可见，本发明实施例1-2制备的饲料真蛋白含量显著优于对比例1-4，纤维素组分较对比例1-4有一定的下降；本发明采用三种菌株先后接种，混合发酵的方式提高粗纤维降解率，提高非蛋白氮到微生物菌体蛋白的转化率，促进发酵蛋白饲料生产过程中蛋白质含量的有效提高。

本发明还对发酵总时间进行研究，第二阶段（三种菌株混合发酵）的发酵时间分别设置为12，24，36，48，60,72，单位h，如图1所示，随着发酵时间的增加蛋白含量有所提高，增大到48h接近峰值，继续增加发酵时间到60h，仍有小幅提升，但是幅度较低，继续增加发酵时间至72h，蛋白含量并没有提升，反而有所下降，可能原因是，随着发酵时间的延长，菌株密度过大，造成发酵环境中的营养物质匮乏，从而导致菌株增殖停滞甚至出现死亡。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.玉米皮固态微生物发酵制备蛋白饲料工艺，其包括如下步骤：

步骤1）将湿玉米皮、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水混合，搅拌，灭菌，自然冷却至室温，得到基础料液；

步骤2）将热带假丝酵母种子液和纳豆芽孢杆种子液混合得到混合种子液，将混合种子液接种到基础料液中，发酵培养24h，然后接种嗜热链球菌种子液，继续发酵培养48-60h；停止发酵，将发酵产物在60-70℃下烘干至恒重，即得。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述湿玉米皮、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水的质量比为20-40:8-15:1-3:1-2:40-60。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述热带假丝酵母种子液和纳豆芽孢杆种子液按照2:1的体积比混合。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述嗜热链球菌种子液的接种量为8-12%。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述混合种子液的接种量为4-6%。

6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述湿玉米皮的含水量为30-50%。

7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：

步骤1）将湿玉米皮、小麦麸皮、贝壳粉、磷酸钙以及水按照20-40:8-15:1-3:1-2:40-60的质量比混合，200-300rpm搅拌5-10min，停止搅拌，121℃灭菌10-20min，自然冷却至室温，得到基础料液；

步骤2）将热带假丝酵母种子液和纳豆芽孢杆种子液按照2:1的体积比混合得到混合种子液，将混合种子液按照4-6%的接种量接入到基础料液中，发酵培养24h，控制搅拌速度为200rpm，培养温度为35℃，通过流加氨水控制pH为6.5；然后按照8-12%的接种量接入嗜热链球菌种子液，继续发酵培养48-60h，控制搅拌速度为100rpm，培养温度为35℃，pH自然；停止发酵，将发酵产物在60-65℃下烘干至恒重。

8.按照权利要求1-7任其一所述的工艺制备的蛋白饲料。

Images