CN111838408A - 一种功能氨基酸酵素及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能氨基酸酵素的制备方法,该方法将动物源蛋白原料经破碎处理后，用酸性蛋白酶和脂肪酶进行处理，然后用枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和酿酒酵母菌进行好氧发酵，好氧发酵完后用粪肠球菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌和嗜热链球菌进行厌氧发酵，经微生物发酵后转化为饲用功能氨基酸酵素或者农用的功能氨基酸酵素肥；并公开了该功能氨基酸酵素的特性和应用。本发明可将病死动物进行无害化处理与资源化利用，克服了现有技术中的缺陷，具有环境友好，处理费用低、产物附加值高、产物应用广的优势，是值得在行业内推广的技术。

Description

一种功能氨基酸酵素及其制备方法
技术领域
本发明属于生物工程技术领域，特别是涉及一种功能氨基酸酵素及其制备 方法。
背景技术
我国是蛋白质资源比较缺乏的国家，中国人均占有陆上蛋白质资源的水平 不到世界平均水平的三分之一，因我国人多地少，可耕种农田主要用于保障能 量质的粮食生产，大豆等植物类蛋白质资源85％以上依赖进口，保障动物蛋白生 产的原材料主要依赖进口豆粕。因此，陆上的屠宰副产品/水产加工副产品/病 死动物等农牧产业废弃蛋白资源，需要好好利用，是对蛋白质资源的重要补充。
国内畜产品、水产品不断丰富的同时，生产加工过程中产生的副产物也不 断增加。畜禽屠宰每年产生血/肠/骨架/内脏/腺体/病死动物等畜禽骨血副产物 达到4000多万吨。鱼类加工副产物如鱼头、鱼皮、鱼骨、鱼鳔、内脏等，这些 副产物站鱼体总量的40-60％。上述副产物如不经过加工处理，极易腐败，将对 环境造成严重负担。国内对于畜禽、水产副产物一部分直接进行焚烧、掩埋处 理；剩余部分主要有三方面用途:一是生化制药，目前我国生产的生化药物已超 过百种，如胃酸、甲状腺素等。二是工业原料，如利用猪皮制革,用猪血制取 油漆、胶合板、工业用油等。三是作饲料，在利用牲猪副产物生产畜禽饲料， 利用水产废弃物加工鱼粉等等。上述几种处理方式，需要专业的大型处理设备， 耗能高，污染重，对企业技术门槛要求较高。统计显示全国饲料消耗量达到2.85 亿吨，大豆总需求量达到11079万吨，但是国内大豆产量每年不超过1500万吨， 进口依存度超过85％，蛋白原料受到国外控制。因此将畜禽加工副产物利用合理 的工艺设备制备成饲料，是解决饲料原料短缺的关键因素之一。
目前，国内病死动物(病死猪、病死鸡、病死牛羊等)根据统计显示每年 达到500万吨左右，这些病死动物主要采用高温化制法或酸解法进行处理，但 该处理方式存在运行成本高和产物风险等瓶颈问题。
目前传统的农业生产中化学肥料如氮肥、磷肥、钾肥等已无法满足现代农 业发展的需求，绿色、多效、无污染的功能性生物肥料越来越引起农业主管部 门与从业者的关注，如微生物菌肥、氨基酸肥、腐殖酸肥等产品。其中，液态 氨基酸菌肥既可为植物提供丰富的有机营养，提高作物抗逆性，又可快速补充 土壤菌群激发土壤活性；尤其适应于制备为现代高效设施农业的各类水溶性肥 料，方便滴管、冲施及页面喷施，需求量在不断提高，但目前能够利用病死动 物来生产农业用有机肥，尤其是页面肥的技术还未曾发现有公开报道，因此开 发此类产品应有广阔的应用市场。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种功能氨基酸酵素的制备方 法，该方法将动物源蛋白原料经破碎处理后，用酶处理，经微生物发酵后转化 为功能氨基酸酵素。
本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种由上述方法制备的功能氨 基酸酵素。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种功能氨基酸酵素的制备方法，包括以下步骤：
(1)将动物源蛋白原料投入一级破碎装置，进行一级破碎处理，破碎后物 料达到10目～20目。
(2)将步骤(1)制备的物料输送至绞碎装置进行二级破碎处理，破碎至100 目～200目。
(3)将步骤(2)制备的物料进行打浆-灭菌处理。
(4)将步骤(3)打浆-灭菌后的物料中添加1～2％质量的辅料，搅拌并降温 至40～60℃。
(5)将步骤(4)的物料中添加0.1～0.5％的复合酶制剂，搅拌酶解1～3小 时，搅拌频率5r/min。
(6)将步骤(5)制备的浆料，调节pH值为6.0～7.0。
(7)将步骤(6)制备的浆料中接种0.1～0.5％专用发酵菌剂A，进行好氧 发酵，其中搅拌频率为5r/min，通入空气0.4～0.6VVm，发酵时间12～24小时。
(8)将步骤(7)制备的浆料中接种0.1～1％的专用发酵菌剂B，进行厌氧 发酵，设置温度30～35℃，每间隔6小时搅拌1小时，厌氧发酵时间24小时。
(9)将步骤(8)制备的浆料，输送至密封容器中后熟3～5天，发酵温度 30～35℃，容器顶部有排气口。
(10)将步骤(9)制备的浆料，再次进行粉碎处理。
(11)将步骤(10)制备的浆料经100目～200目过滤后进行灌装，即可得 到液态功能氨基酸酵素，将液态功能氨基酸酵素用干燥处理工艺即可得到固态 功能氨基酸酵素。
优选的，所述的步骤(1)中动物蛋白原料包括屠宰鸡肠、鸭肠、鸭半壳等 屠宰下脚料，鱼杂等水产加工下脚料，可用于饲用功能氨基酸酵素生产制备； 病死猪、病死鸡、病死牛等病死动物尸体，可用于农用功能氨基酸酵素生产制 备。
优选的，所述的步骤(2)中的灭菌温度在80℃～100℃，灭菌时间0.5～3 小时，在灭菌过程中不断搅拌，搅拌频率1r/min～5r/min。
优选的，所述的步骤(3)中的辅料包括葡萄糖、玉米面、糖蜜中的一种或 几种。
优选的，所述的步骤(5)中的复合酶制剂由以下质量份组分组成：0.1～1 份酸性蛋白酶和0.1～1份脂肪酶。
酸性蛋白酶，由微生物经发酵精制提炼而成，可在低PH条件下，有效水解 蛋白质。
脂肪酶，由微生物经发酵精制提炼而成，可将脂肪转化为甘油和脂肪酸。
优选的，所述的步骤(7)中的专用发酵菌剂A由以下质量份组分组成：枯 草芽孢杆菌0.1～1份、地衣芽孢杆菌0.1～1份和酿酒酵母菌0.5～2份。
枯草芽孢杆菌，好氧菌，生长速度快，对营养要求比较低，能高效分泌许 多用于降解的酶；分泌枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质， 这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用。
地衣芽孢杆菌，为兼性厌氧菌，生长过程可消耗氧气，具有耐热、酶系丰 富、产酶量更高和安全等诸多优良特性，具有耐高温、耐干燥、耐酸性、耐胆 盐和人工胃液等特点。
酿酒酵母菌，属兼性厌氧微生物，繁殖时需要大量的氧气，酿酒酵母细胞 壁含有丰富的β-1，3-葡聚糖和甘露寡糖，酵母细胞原生质中含丰富的小肽、 核酸，发酵产生酒香，改善发酵物料的适口性。
优选的，所述的步骤(8)中的专用发酵菌剂B由以下质量份组分组成：粪 肠球菌0.1～1份、植物乳杆菌0.1～2份、嗜酸乳杆菌0.1～0.5份和嗜热链球 菌0.1～1份。
粪肠球菌，是乳酸菌中的一类，属于链球菌科肠球菌属，兼性厌氧，在好 氧条件下生长佳，耐热性较好，耐受pH范围为4.0～9.6。产酸不产气，能够分 泌L型乳酸，同时能将多种碳水化合物的无氮浸出物转化为乳酸，完全被机体 进行吸收利用。能够产生伏尔加霉素，可以有效抑制李斯特菌、金黄色葡萄球 菌和腐败微生物生长繁殖。
植物乳杆菌，兼性厌氧菌，生长最适温度30～35℃，在pH4.5～9.5中可以 生长，在厌氧环境生长较佳，产乳酸，具有高度耐酸性，能够产生各种具有特 殊功能的代谢产物，如有机酸、多肽植物乳杆菌素等。
嗜酸乳杆菌，属乳杆菌科中的乳杆菌属，厌氧或者兼性厌氧；它能利用葡 萄糖、果糖、乳糖、蔗糖进行同型发酵，发酵产生DL型乳酸。具有抑制幽门 螺旋杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌、克雷氏肺炎菌与绿脓杆菌 等致病的生长；刺激免疫系统，提高免疫功能。
嗜热链球菌，属于链球菌属，兼性厌氧菌或微好氧，耐热性较好；最适pH 为6.0～7.0，嗜热链球菌体内的蛋白酶活性通常较弱甚至缺乏必要的蛋白酶， 因此最适于它们的氮源是蛋白质水解产物。
一种功能氨基酸酵素，由上述制备方法制得，呈液态或固态，含有乳酸菌、 芽孢菌、酵母菌等复合益生菌，活菌总数量1×104～1×109cfu/ml，小肽含量 10％～30％(以干基计)。饲用级可作为营养原料广泛应用动物饲养中，农用级可 用于叶面肥、水溶肥等。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明将屠宰畜禽副产物、水产副产物、病死动物等动物源蛋白原料， 经生物发酵转化为味呈酸香或酒香的功能氨基酸酵素，产物中富含多种益生菌 及其代谢产物，如生物抗菌肽、益生菌等功能性物质，饲用级功能氨基酸酵素 对饲喂的动物具有较强的提高免疫力、增强抗病力功能，可有效缓解国内蛋白 资源紧缺的现状，农用氨基酸酵素可作为叶面肥用于农业种植，促进植物生长。
2.本发明方法将屠宰废弃物及病死动物等动物蛋白原料处理后，得到的处 理产物在高温季节密封存放，可长期存放保鲜。为动物蛋白保鲜防腐提供一种 与冷链物流及化学防腐完全不同的生物保鲜技术，可大幅降低肉类产品冷链物 流储运的投资成本及能耗成本。
3.本发明具备较好的环保优势与高值化利用优势，既可实现屠宰副产物的 无害化处理，又为屠宰副产物高值化利用提供了一套高值化利用的新途径，实 现变废为宝。
4.传统的处理工艺具有环境污染、处理费用高、产物附加值低的特点，这 也正是目前该类项目运行难的根本性原因。本发明可将病死动物进行无害化处 理与资源化利用，解决该类问题。
附图说明
图1是本发明对比例2侧视图；
图2是本发明对比例2俯视图；
其中，1-对照植株；2-处理一植株；3-处理二植株；4-处理三植株。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步描述：
实施例一：
将屠宰鸡肠1000kg投入破碎装置，进行破碎处理，将物料破碎至20目以 下。然后输送至绞碎装置进行绞碎处理，绞碎至100目以下。绞碎后的物料进 行灭菌处理，灭菌温度在100℃，灭菌时间1小时。在灭菌过程中不断搅拌，， 搅拌频率3r/min。灭菌后的物料中添加1％质量的葡萄糖，并降温至50℃。降温 结束后，添加0.1％的复合酶制剂(0.5份酸性蛋白酶和0.5份脂肪酶)，搅拌酶 解3小时，搅拌频率5r/min，并调节pH值在6.0～7.0范围内。然后将制得的 浆料输送至好氧发酵容器中，接种0.1％专用发酵菌A剂(枯草芽孢杆菌0.3份、 地衣芽孢杆菌0.7份和酿酒酵母菌1.0份)，搅拌频率5r/min，通入空气0.4VVm， 发酵24小时。好氧发酵结束后输送至厌氧发酵容器，接种0.1％专用发酵菌剂B (粪肠球菌0.5份、植物乳杆菌1.0份、嗜酸乳杆菌0.3份和嗜热链球菌0.5 份)，设置温度30℃，每间隔6小时搅拌1小时，搅拌频率5r/min，厌氧发酵 24小时后输入密封储罐后熟5天。后熟结束的浆料，输送至磨碎装置进行研磨 处理，并进行灌装即可制备为饲用动物酵素。检测结果如表1：
表1饲用动物酵素的检测数据
Figure BDA0002602864280000061
实施例二：
将屠宰鸡骨架1000kg投入破碎装置，进行破碎处理，将物料破碎至20目 以下。然后输送至绞碎装置进行绞碎处理，绞碎至100目以下。绞碎后的物料 进行灭菌处理。灭菌温度在90℃，灭菌时间1小时。在灭菌过程中不断搅拌， 搅拌频率5r/min。灭菌后的物料中添加2％质量的葡萄糖，并降温至45℃。降温 结束后，添加0.2％的复合酶制剂(0.7份酸性蛋白酶和0.3份脂肪酶)，搅拌酶 解3小时，搅拌频率5r/min，并调节pH值在6.0～7.0范围内。将制备好的浆 料，输送至好氧发酵容器中，接种0.1％专用发酵菌A剂(枯草芽孢杆菌0.3份、 地衣芽孢杆菌0.3份和酿酒酵母菌1.5份)，搅拌频率5r/min，通入空气0.4VVm， 发酵24小时。好氧发酵结束后输送至厌氧发酵容器，接种0.1％专用发酵菌剂B (粪肠球菌0.8份、植物乳杆菌0.8份、嗜酸乳杆菌0.2份和嗜热链球菌0.8 份)，设置温度30℃，每间隔6小时搅拌1小时，搅拌频率5r/min，厌氧发酵 24小时后输入密封储罐后熟5天。后熟结束的浆料，输送至磨碎装置进行研磨 处理，并进行灌装即可制备为饲用动物酵素。检测结果如表2：
表2饲用动物酵素的检测数据
Figure BDA0002602864280000071
实施例三：
将水产加工鱼杂1000kg投入破碎装置，进行破碎处理，将物料破碎至20 目以下。然后将物料输送至绞碎装置进行绞碎处理，绞碎至100目以下。绞碎 后的的物料进行灭菌处理，灭菌温度在80℃，灭菌时间1小时。在灭菌过程中 不断搅拌，搅拌频率5r/min。灭菌后的物料中添加2％质量的葡萄糖，并降温至 55℃。降温结束后，添加0.3％的复合酶制剂(0.4份酸性蛋白酶和0.6份脂肪 酶)，搅拌酶解3小时，搅拌频率5r/min，并调节pH值在6.0～7.0范围内。将 步骤制备的浆料，输送至好氧发酵容器中，接种0.1％专用发酵菌A剂(枯草芽 孢杆菌0.6份、地衣芽孢杆菌0.6份和酿酒酵母菌0.8份)，搅拌频率5r/min， 通入空气0.4VVm，发酵24小时。好氧发酵结束后输送至厌氧发酵容器，接种 0.1％专用发酵菌剂B(粪肠球菌0.3份、植物乳杆菌1.4份、嗜酸乳杆菌0.4份 和嗜热链球菌0.6份)，设置温度30℃，每间隔6小时搅拌1小时，厌氧发酵 24小时后输入密封储罐后熟5天。后熟结束的浆料，输送至磨碎装置进行研磨 处理，并进行灌装即可制备为饲用动物酵素。检测结果如表3：
表3饲用动物酵素的检测数据
Figure BDA0002602864280000081
实施例四：
本工艺在病死动物无害化处理中心进行能耗试验与生产成本试验，回收成 本约100元/吨，生产成本约400元/吨，合计500元/吨。
实施例五：
将实施例二制备的功能氨基酸酵素用塑料桶密封包装12桶，每隔2月开启 1桶取样检测，检测ph、沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，结果见表4。
表4功能氨基酸酵素的保存试验数据
Figure BDA0002602864280000082
实施例六：饲喂试验一
随机选取育肥猪49头，分为2组，对照组饲喂自配全价料，试验组将实施 例三制备的功能氨基酸酵素按1％等量替代自配全价料，两组猪的饲养环境条件 完全相同，试验天数35天，结果料肉比降低，具体数据见表5。
表5饲喂育肥猪试验结果
组别 试验头数(头) 平均日耗料量(kg/头) 平均日增重(kg/头) 料肉比
对照组 28 1.51 0.528 2.86
试验组 21 1.62 0.603 2.68
实施例七：饲喂试验二
随机选取10日龄雏鸡100只，平均分为2组，每组50只，对照组饲喂常 规自配全价料，试验组将实施例三制备的功能氨基酸酵素按5％等量替代自配全 价料，两组饲养环境条件完全相同。在实验鸡35日龄时，每组随机取5只，称 重后屠宰，摘取脾脏、胸腺、法氏囊并分别称重，计算免疫器官指数。免疫器 官指数＝免疫器官鲜重(g)/空腹活重(kg)。结果如下表6所示。
表6饲喂鸡试验结果
组别 试验鸡数(只) 脾脏指数 胸腺指数 法氏囊指数
对照组 50 2.0 1.8 1.1
试验组 50 2.5 2.7 1.5
结果显示，使用功能氨基酸酵素后鸡的免疫器官指数显著提高。
实施例八：
选取妊娠母猪24头，随机分成两组，对照组12头，试验组12头。试验采 用单因子设计，在相同的饲养管理条件下，相同的免疫程序和保健程序。对照 组采用基础日粮饲喂，试验组在每吨基础日粮的基础上添加1kg功能氨基酸酵 素。饲养30天。试验期间统一加料，自由采食和饮水，按猪场常规程序进行消 毒、驱虫和免疫。实验结果如下表7：
表7饲喂妊娠母猪试验结果
Figure BDA0002602864280000091
Figure BDA0002602864280000101
结果显示，试验组的产活仔率、健仔率高于对照组约1％左右，死胎率明显 低于对照组约1.7％。母猪便秘情况好于对照组，说明健生对妊娠母猪的便秘情 况有很好的改善作用。
对比实验及分析：
为了更好的证明本发明产品及制备方法，以下给出了几个对比例。
对比例1
根据李杏媛,高英在《化制法无害化处理病死动物的成本分析研究》一文中 的研究分析显示，目前河北唐山丰南益民无害化处理中心处理1吨成本526元， 产品收益683元；唐山滦南众泰无害化处理中心1吨处理成本766元，产品收 益695元。通过与实施例4对比可以看出本发明工艺处理成本低、收益高。
对比例2
将实施例4制备的功能氨基酸酵素菌肥稀释500倍后用于水培试验，培养5 天，对照组为普通的水培营养液。结果见说明书附图中显示：其中1为对照，2、 3、4为处理，从附图上看，处理组的根系和叶片发育明显好于对照，处理组的 整株干重比对照组增长82.00％，壮苗指数较对照组增长132.29％。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外 应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各 种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种功能氨基酸酵素的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将动物源蛋白原料投入破碎装置，进行破碎处理，破碎后物料达到10目～20目；
(2)将步骤(1)制备的物料输送至绞碎装置进行绞碎处理，绞碎至100目～200目；
(3)将步骤(2)制备的物料进行打浆-灭菌处理；
(4)将步骤(3)打浆-灭菌后的物料中添加1～2％质量的辅料，搅拌并降温至40～60℃；
(5)将步骤(4)的物料中添加0.1～0.5％的复合酶制剂，搅拌酶解1～3小时，搅拌频率5r/min；
(6)将步骤(5)制备的浆料，调节pH值为6.0～7.0；
(7)将步骤(6)制备的浆料中接种0.1～0.5％专用发酵菌剂A，进行好氧发酵，其中搅拌频率为5r/min，通入空气0.4～0.6VVm，发酵时间12～24小时；
(8)将步骤(7)制备的浆料中接种0.1～1％的专用发酵菌剂B，进行厌氧发酵，其中设置温度30℃，每间隔6小时搅拌1小时，厌氧发酵时间24小时；
(9)将步骤(8)制备的浆料，输送至密封容器中后熟3～5天，发酵温度30～35℃，容器顶部有排气口；
(10)将步骤(9)制备的浆料，输送至磨碎装置进行研磨处理；
(11)将步骤(10)制备的浆料经100目～200目过滤后进行灌装，即可得到液态功能氨基酸酵素，将液态功能氨基酸酵素用干燥处理工艺即可得到固态功能氨基酸酵素。
2.如权利要求1所述的功能氨基酸酵素的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中动物蛋白原料包括屠宰鸡肠、鸭肠、鸭半壳、鱼杂、病死猪、病死鸡或病死牛。
3.如权利要求1所述的功能氨基酸酵素的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的灭菌温度在80℃～100℃，灭菌时间0.5～1小时，在灭菌过程中不断搅拌，搅拌频率1r/min～5r/min。
4.如权利要求1所述的功能氨基酸酵素的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的辅料包括葡萄糖、玉米面、糖蜜中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的功能氨基酸酵素的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中的复合酶制剂由以下质量份组分组成：0.1～1份酸性蛋白酶和0.1～1份脂肪酶。
6.如权利要求1所述的功能氨基酸酵素的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中的专用发酵菌剂A由以下质量份组分组成：枯草芽孢杆菌0.1～1份、地衣芽孢杆菌0.1～1份和酿酒酵母菌0.5～2份。
7.如权利要求1所述的功能氨基酸酵素的制备方法，其特征在于：所述步骤(8)中的专用发酵菌剂B由以下质量份组分组成：粪肠球菌0.1～1份、植物乳杆菌0.1～2份、嗜酸乳杆菌0.1～0.5份和嗜热链球菌0.1～1份。
8.一种如权利要求1所述的功能氨基酸酵素的制备方法制备的功能氨基酸酵素，其特征在于：该功能氨基酸酵素呈液态或固态，含有复合益生菌，复合益生菌包括乳酸菌、芽孢菌和酵母菌；所述复合益生菌活菌总数量1×104～1×109cfu/ml，并含有氨基酸类小肽物质，所述氨基酸类小肽物质含量为10％～30％。
9.一种如权利要求1所述的功能氨基酸酵素的制备方法制备的功能氨基酸酵素的应用，其特征在于：该功能氨基酸酵素可作为营养原料应用于动物饲养中，也可作为肥料应用于叶面肥、水溶肥。
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