CN112998123A - 一种改善ddgs饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，该工艺包括如下步骤：（1）改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的菌种的组合效应；（2）将筛选得到的优势菌种对DDGS发酵，以醇溶蛋白含量为系数，确定发酵工艺参数。上述工艺方法采用液态发酵方法，菌种与原料单一，工艺简单，成本低廉，有利于发酵DDGS品质的标准化与工业大规模生产的成本控制。该工艺制备所得DDGS饲料可在很大程度上缓解，甚至解决目前动物养殖行业对于大豆蛋白依赖的现状。

Description

一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺
技术领域
本发明属于DDGS发酵饲料的制备领域，特别是涉及一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺。
背景技术
目前，DDGS主要用于反刍动物饲料，但对于非反刍动物而言，因为其纤维含量高，可利用蛋白消化率较低，限制了其在非反刍动物饲料中的使用。为此，越来越多的针对于DDGS的发酵技术孕育而生，但是大部分的发酵技术都是针对于DDGS的纤维结构，使纤维的量可以变少或变得更易消化，DDGS可以在非反刍动物饲料中更广泛或更高浓度地使用，而且加工过程中的部分蛋白质水解也提供了更多可消化及可利用的蛋白质。
可以推断，如果能够利用细菌素产生菌对DDGS进行发酵，并将获得具有抑制有害菌活性且能够提供更多可消化或可利用的蛋白质的发酵DDGS应用于动物饲料中，将可以在很大程度上缓解，甚至解决目前动物养殖行业对于大豆蛋白的依赖的现状。然而，目前具有此功能的发酵DDGS的工艺还未完全实现，利用类芽孢杆菌和芽孢杆菌对DDGS单独进行发酵方面的研究也属于空白状态。
发明内容
本发明旨在提供一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，改善DDGS饲料的醇溶蛋白的水解量、提高物料等级、提升饲料价值，还能改善物料的气味，使物料具有酸香味，刺激动物的食欲、提高采食量、提高生产性能。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，工艺步骤包括：
(1)对改变DDGS蛋白含量的菌种或菌种组合的优选；
(2)对所筛选的菌株组合进行条件优化，以确定最优发酵工艺参数，具体为：
a.对初步确定的混合发酵底物进行发酵，加入适量的菌液,在不同的参数范围条件下发酵，每天搅动培养物，促使充分发酵；
b.发酵2～3天后，对其进行醇溶蛋白的检测，确定最优发酵参数。
所述的一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，步骤(2)中所述的菌液组成为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的组合。
所述的一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，在向所述混合物料中接种所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌前，将所述混合物料的pH值调节至4.5～6.2，首选氢氧化钠进行调节，还可用其他不影响芽孢杆菌生长且对消耗的DDGS无不良影响的氨和碳酸钠进行调节。
所述的一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，芽孢杆菌的接种量可以在较宽的范围内进行变化，优选的，相对于100体积份的所述混合物料，所述杆菌培养液的接种量1％～10％。
所述的一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，所得改善醇溶蛋白含量的DDGS发酵培养基，其中DDGS发酵培养基组成在1kg的体系内按重量份数计DDGS 50％～80％，玉米蛋白粉1％～19％，麸皮1％～19％，KH2PO4 0.1％～1％，MgSO4 0.1％～1％，FeSO4 0.1％～1％，蔗糖1％～10％。
通过采用上述技术方案，菌液过量会造成饲料生产成本提高，过少会使得饲料的不能充分发酵，因此菌液的量为1％～10％时，既能保证饲料充分发酵，还能使得饲料中含有一定的水量，使得饲料不至于过硬而影响饲料的适口性。芽孢杆菌作为有有益菌，能够抑制有害菌的繁殖，同时还能促进蛋白质、单糖、钙、锌等营养物质的吸收，提高饲料的利用率。还能够有效降低DDGS中霉菌毒素含量，使得发酵后的DDGS混合饲料更加有助于仔猪吸收，提高饲料的利用率，减少霉菌毒素对仔猪的影响，保证仔猪的健康生长。本发明提供的工艺方法能够有效改善DDGS饲料的醇溶蛋白的水解量、提高物料等级、提升饲料价值。此外，在优选接种益生菌发酵的方式提供乙酸和乳酸时，能够进一步分解发酵产物中残留的蛋白和多糖，使氨基酸和糖等成分最大程度的被动物利用，提高了饲料的可消化和吸收利用率。本发明的工艺方法同时还能改善物料的气味，使物料具有酸香味，刺激动物的食欲、提高采食量、提高生产性能。
综上所述，本发明所产生的有益效果为：
(1)发酵配方组成合理，产品成分含有有益成分，如肽、有机酸、寡糖、芳香化合物、未知生长因子等，能够调节仔猪肠道菌群结构，促进仔猪生长。
(2)产品中含有的益生菌的代谢产物能够降低霉菌毒素的毒性。
(3)产品酸香与酒香气协调，诱食性好。
前面所述的为本申请的概述，因此必然有简化、概括和细节省略的情况；本领域的技术人员应该认识到，概述部分仅是对本申请的说明，而不应看作是对本申请的任何限定。本说明书中描述的装置和/或方法和/或其他主题的其他方面、特征和优点将会由于本说明书的阐述而变得清晰。概述部分是用来以一种简化的方式导入多个将在以下具体实施方式部分进一步描述的概念。本概述部分既非用于确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非用来作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。
附图说明
通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，就会更加充分地清楚理解本申请的上述和其他特征。应当理解，这些附图仅是对本申请若干实施方式的描述，不应认为是对本申请范围的限定，通过附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。
图1是本发明的实施例1中麦麸添加浓度与发酵产物醇溶蛋白含量的关系折线图。
图2是本发明的实施例1中玉米蛋白粉添加浓度与发酵产物醇溶蛋白含量的关系折线图。
图3是本发明的实施例1中蔗糖添加浓度与发酵产物醇溶蛋白含量的关系折线图。
图4是本发明的实施例1中含水量添加浓度与发酵产物醇溶蛋白含量的关系折线图。
图5是本发明的实施例1中KH2PO4添加浓度与发酵产物醇溶蛋白含量的关系折线图。
图6是本发明的实施例1中FeSO4添加浓度与发酵产物醇溶蛋白含量的关系折线图。
图7是本发明的实施例1中MgSO4添加浓度与发酵产物醇溶蛋白含量的关系折线图。
图8是本发明的实施例2中未发酵的DDGS扫描电镜图。
图9是本发明的实施例2中未优化前发酵的DDGS扫描电镜图。
图10是本发明的实施例2中优化后发酵的DDGS扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。具体实施方式和权利要求书中描述的用来举例说明的实施方式不应认为是对本申请的限定。在不偏离本申请表述的主题的精神或范围的情况下，可以采用本申请的其他实施方式，并且可以对本申请做出其他变化。应该很容易理解，可以对本说明书中一般性描述的、说明的本申请的各个方面进行各种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些改变都显然在预料之中，并构成本申请的一部分。
本发明提供了一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，工艺步骤包括：
(1)对改变DDGS蛋白含量的菌种或菌种组合的优选；
(2)对所筛选的菌株组合进行条件优化，以确定最优发酵工艺参数，具体为：
a.对初步确定的混合发酵底物进行发酵，加入适量的菌液,在不同的参数范围条件下发酵，每天搅动培养物，促使充分发酵；
b.发酵2～3天后，对其进行醇溶蛋白的检测，确定最优发酵参数。
其中，步骤(2)中所述的菌液组成为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的组合，其中所述菌种组合，优选为枯草芽孢杆菌：地衣芽孢杆菌为1:1。菌液组成中菌液含量为1％～10％。
在向所述混合物料中接种所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌前，将所述混合物料的pH值调节至4.5～6.2，首选氢氧化钠进行调节，还可用其他不影响芽孢杆菌生长且对消耗的DDGS无不良影响的氨和碳酸钠进行调节。
所得改善醇溶蛋白含量的DDGS发酵培养基，其中DDGS发酵培养基组成在1kg的体系内按重量份数计DDGS 50％～80％，玉米蛋白粉1％～19％，麸皮1％～19％，KH2PO40.1％～1％，MgSO4 0.1％～1％，FeSO4 0.1％～1％，蔗糖1％～10％。
通过采用上述技术方案，菌液过量会造成饲料生产成本提高，过少会使得饲料的不能充分发酵，因此菌液的量为1％～10％时，既能保证饲料充分发酵，还能使得饲料中含有一定的水量，使得饲料不至于过硬而影响饲料的适口性。芽孢杆菌作为有有益菌，能够抑制有害菌的繁殖，同时还能促进蛋白质、单糖、钙、锌等营养物质的吸收，提高饲料的利用率。还能够有效降低DDGS中霉菌毒素含量，使得发酵后的DDGS混合饲料更加有助于仔猪吸收，提高饲料的利用率，减少霉菌毒素对仔猪的影响，保证仔猪的健康生长。本发明提供的工艺方法能够有效改善DDGS饲料的蛋白质的水解量、提高物料等级、提升饲料价值。此外，在优选接种益生菌发酵的方式提供乙酸和乳酸时，能够进一步分解发酵产物中残留的蛋白和多糖，使氨基酸和糖等成分最大程度的被动物利用，提高了饲料的可消化和吸收利用率。本发明的工艺方法同时还能改善物料的气味，使物料具有酸香味，刺激动物的食欲、提高采食量、提高生产性能。
本领域技术人员公知的，所述芽孢杆菌一般为兼性厌氧的微生物，在有氧以及缺氧的条件下均可以生长。但为了提供更加令人满意的DDGS饲料，优选在有氧的条件下对所述杆菌进行培养，所述培养的温度可以为室温(此处室温应为操作室温度)，时间可以优选为12～48小时。
综上，本发明提供的一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺中，发酵配方组成合理，产品成分含有有益成分，如芽孢杆菌代谢产物、肽、有机酸、寡糖、芳香化合物、未知生长因子等，能够调节仔猪肠道菌群结构，促进仔猪生长。产品中含有的益生菌代谢产物能够降低霉菌毒素的毒性。产品酸香与酒香气协调，诱食性好。
实施例1
对于DDGS发酵工艺的优化，具体实施步骤如下：
1、发酵混合物料DDGS发酵培养基的制备：
发酵过程中对发酵条件如玉米蛋白粉(0％、4％、9％、14％、19％)，麸皮(0％、4％、9％、14％、19％)，蔗糖(1mg/kg、2mg/kg、3mg/kg、4mg/kg、5mg/kg、6mg/kg)，含水量(50％、60％、70％、80％、90％、100％),KH2PO4(0.1mg/kg、0.2mg/kg、0.3mg/kg、0.4mg/kg、0.5mg/kg、0.6mg/kg)，FeSO4(0.1mg/kg、0.2mg/kg、0.3mg/kg、0.4mg/kg、0.5mg/kg、0.6mg/kg)，MgSO4(0.1mg/kg、0.2mg/kg、0.3mg/kg、0.4mg/kg、0.5mg/kg、0.6mg/kg)，发酵温度为室温。进行单因素试验。以醇溶蛋白降低幅度为优化目标，获得最优发酵条件。
2、数据统计分析
每个试验做3次平行，用SPSS软件对结果进行分析。差异显著时采用Duncan氏方法对各组间平均数进行多重比较，结果表示为平均值±标准误(或标准差)，P<0.05时视为差异显著。
3、结果分析
如图1～7所示，结果表明，麦麸、玉米蛋白粉、蔗糖、含水量、KH2PO4、FeSO4、MgSO4的添加浓度显著影响发酵产物醇溶蛋白的含量(P<0.05)。发酵后，当麦麸添加量逐渐升高时，醇溶蛋白的含量是存在波动的，醇溶蛋白从19.9±2.06mg/100ml减少到6.4956±1.22mg/100ml差异变化极显著。随着玉米蛋白粉的含量升高时，醇溶蛋白波动明显，由于玉米蛋白粉的过量添加会造成发酵DDGS的品质下降，因此确定添加适量的玉米蛋白粉可以显著降低醇溶蛋白含量(21.5516±4.78mg/100ml下降到4.0978±1.09mg/100ml)。由于蔗糖是成本较高的碳源，综合考虑实验数据和成本添加蔗糖醇溶蛋白显著下降。由于一定的含水量可以增加组合菌的活力，但是过量的水分会影响物料的透气性，由于枯草芽孢杆菌为需氧菌，因此需要将含水量控制在合适的范围之内。根据回归方程趋势呈整体下降趋势，所以确定含水量显著影响醇溶蛋白的含量。再添加了不同含量的KH2PO4、FeSO4和MgSO4后，醇溶蛋白整体呈下降趋势，但是无机盐的含量添加过多可能会影响水分及其他营养物质的改变。当添加含量增高时，整体趋势是在上升的，但从效果看，应该是越小越好，但是，为了维持发酵过程中的稳态平衡，还需要该无机盐的加入。
实施例2
1、DDGS发酵前后的结构和氨基酸分析
通过扫描电镜观察DDGS，在为优化条件下复合菌发酵的DDGS和在优化条件下复合菌发酵的DDGS的表观结构的变化。通过超高效液相色谱分析仪分析三者的氨基酸变化。
2、体外消化试验
实验所用样品用饲料粉碎机粉碎过60目，充分混合均匀后-20℃储存备用。
样品测定的分析方法：DM(GB/T6435-2014)、CP(GB/T 6432-2018)、EE(GB/T6433-2006)、NDF(GB/T 20806-2006)、Ash(GB/T 6438-2007)、ADF(NY/T 1459-2007)，GE参照国际标准ISO 9831：1998方法使用氧弹式测热计(model 6400.Parr Instruments，Moline，IL，USA)测定。仿生消化操作过程中缓冲液的配制和仪器运行参数等实验操作基于《猪饲料体外养分和能量测定技术规程》。
3、结果分析
(1)复合菌处理对DDGS的表观结构的影响，参照图8～10。
原DDGS的表面光滑平整，结构整齐规则，平面呈自然伸展状态。
未优化条件下复合菌发酵处理原DDGS表面破坏严重，而且有大片明显塌陷、紊乱无序、出现凹形小孔，表面粗糙不平，有部分碎片现象，无规则、不均匀。
在优化条件下复合菌发酵处理原DDGS对比未在优化条件下复合菌处理的DDGS表面在有大量塌陷的同时，结构改变明显，出现大量碎片现象。
(2)复合菌处理DDGS氨基酸的影响
如表1所示，研究表明，微生物发酵技术可以增加DDGS中的必需氨基酸含量，尤其是赖氨酸的含量。在本实验中，在复合菌的作用下，发酵后的DDGS的必需氨基酸含量大幅提高，尤其是赖氨酸的含量显著增加(P<0.01)，与研究结果相符。对比优化条件下发酵的DDGS和未在优化条件下发酵的DDGS，优化条件下发酵的DDGS中，缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸等必需氨基酸含量增加明显，非必需氨基酸显著下降(P<0.01)，说明优化的发酵条件产生直接效果。
表1氨基酸种类及其含量
Figure BDA0003040761580000071
Figure BDA0003040761580000081
其中，a、b和c表示同一列的值之间差异显著(P<0.01)。
(3)体外消化试验结果
研究表明，复合菌发酵DDGS可以提高DDGS的饲料体外干物质消化率(IVDMD％)和体外总能值(IVGED％)。本实验体外消化实验结果由表2-18可知，DDGS和发酵DDGS的DM分别为95.40％和94.71％，DDGS和发酵DDGS的GE含量分别21.26MJ/kg，21.25MJ/kg。由表2和表3可知，DDGS的IVDMD、IVGED及EHGE分别为：61.02％、66.27％、14.09MJ/kg；发酵DDGS的IVDMD、IVGED及EHGE分别为：77.96％、76.99％、14.23MJ/kg，与研究结果类似。证明复合菌发酵将多糖、蛋白质和脂肪等大分子物质降解成为动物体可利用的有机酸和可溶性小肽等物质，提高了DDGS的利用率。
表2样品养分和总能含量
Figure BDA0003040761580000082
表3样品体外消化率和总能消化率
Figure BDA0003040761580000083
本申请中公开了本申请的多个方面和实施方式，本领域的技术人员会明白本申请的其它方面和实施方式。本申请中公开的多个方面和实施方式只是用于举例说明，并非是对本申请的限定，本申请的真正保护范围和精神应当以下面的权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，其特征在于，工艺步骤包括：
（1）对改变DDGS蛋白含量的菌种或菌种组合的优选；
（2）对所筛选的菌株组合进行条件优化，以确定最优发酵工艺参数，具体为：
a.对初步确定的混合发酵底物进行发酵，加入适量的菌液,在不同的参数范围条件下发酵，每天搅动培养物，促使充分发酵；
b.发酵2~3天后，对其进行醇溶蛋白的检测，确定最优发酵参数。
2.如权利要求1所述的一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，其特征在于，步骤（2）中所述的菌液组成为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的组合。
3.如权利要求1或2所述的一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，其特征在于，在向所述混合物料中接种所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌前，将所述混合物料的pH值调节至4.5~6.2，首选氢氧化钠进行调节，还可用其他不影响芽孢杆菌生长且对消耗的DDGS无不良影响的氨和碳酸钠进行调节。
4.如权利要求3所述的一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，其特征在于，所述芽孢杆菌的接种量可以在较宽的范围内进行变化，优选的，相对于100体积份的所述混合物料，所述杆菌培养液的接种量1%~10%。
5.如权利要求1所述的一种改善DDGS饲料醇溶蛋白含量的发酵工艺，其特征在于，所得改善醇溶蛋白含量的DDGS发酵培养基，其中DDGS发酵培养基组成在1kg的体系内按重量份数计DDGS 50%~80%，玉米蛋白粉1%~19%，麸皮1%~19%，KH2PO4 0.1%~1%，MgSO4 0.1%~1%，FeSO4 0.1%~1%，蔗糖1%~10%。
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