CN115024442A - 利用荚膜甲基球菌蛋白生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用荚膜甲基球菌蛋白高效低能耗生产高蛋白(45%)浮性膨化鱼饲料的方法,其制备原料中包含鱼粉31%‑40%;荚膜甲基球菌蛋白0%‑9%,且不为0%;方法包括:将制备原料各组分粉碎并混合,进行调质、挤压膨化制粒、烘干、后喷涂。该方法采用荚膜甲基球菌蛋白替代部分鱼粉,更好地促进了高蛋白饲料膨化并降低容重,提高漂浮率,减少漏油率;荚膜甲基球菌蛋白良好的塑化特性会降低饲料成型过程中调质水分含量及热量需求,使高蛋白浮性膨化饲料生产成本降低40‑70元/吨,能源成本降低14%‑23%。该饲料对肉食性鱼类生长无负面影响,甚至提高了其存活率和消化能力。荚膜甲基球菌蛋白生产加工不与人争粮,不与粮争地,替代鱼粉后有助于饲料产业绿色低碳发展。
Description
技术领域
本发明属于水产饲料技术领域,具体涉及一种利用荚膜甲基球菌蛋白高效低能耗生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法。
背景技术
联合国粮食及农业组织(FAO)指出,未来几十年内渔业和水产养殖对全球粮食安全和减贫至关重要。为了保证水产行业为全球人口提供优质蛋白质,加强水产饲料的可持续性发展研究是十分必要的。但是,我国优质饲用蛋白资源十分短缺,鱼粉和大豆对外依存度均达到80%以上,并且随着鱼粉需求量的逐年攀升以及海洋捕捞资源受限,其价格不断升高,给饲料行业造成了沉重的成本压力。开发新型非粮蛋白是解决饲料蛋白源短缺问题、促进动物养殖产业可持续发展、保障国家粮食安全的重要措施。单细胞蛋白是应用合成生物学前沿技术,通过构建高效的微生物、微藻蛋白新型生产模式,以“无中生有”的制造方式生产的非粮新型饲料蛋白源。单细胞蛋白颠覆了传统饲料蛋白源的生产方式,可实现从0到1、从1到N,不与人争粮,不与粮争地、争水、争肥、争工,开辟了绿色高效饲料蛋白资源生产新路径、新模式、新产业。单细胞蛋白是潜力无穷的生物资源,具有减排降碳、来源广泛、转化率高等优点,符合绿色、低碳,循环和可持续的发展理念。因此,其在水产饲料中替代鱼粉的应用也成为了产业实践和科学研究的热点方向,而目前与之相关的论文及专利较为缺乏。
在饲料加工工艺方面,肉食性鱼类如大口黑鲈对饲料蛋白质需求较高(45%以上),且需要采食浮性饲料,而研究表明配方中高蛋白质含量会对饲料膨化率及漂浮率产生明显的负面影响,特别是鱼粉等动物性蛋白源,在饲料加工中属于非功能性原料,粘度较低,难以对饲料膨胀起到积极作用。另外,配方中高比例的蛋白质原料会挤占淀粉等其他具有粘合及膨胀作用的原料空间,加之肉食性鱼类配方中淀粉含量普遍较低,众多因素导致高蛋白浮性膨化饲料的生产成为了饲料加工行业亟待解决的难点问题。为了保证浮性饲料产品质量,一般可采用高水分(27%-30%)、高温(150-160℃)的加工工艺以提高膨化率,但改善效果有限(一般膨化率不超过1.6),而且会使水资源、蒸汽消耗以及烘干过程能耗与生产其他饲料相比显著增加,饲料品质可控性降低且生产成本上升。
综上所述,目前亟需开发利用新型蛋白质资源替代鱼粉,尤其是利用具有优良理化及加工特性的饲料原料以提高饲料的膨化性能,结合工艺参数建模优化,解决肉食性鱼类高蛋白浮性饲料生产工艺及成本问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供利用荚膜甲基球菌蛋白高效低能耗生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法,采用荚膜甲基球菌蛋白替代一定量鱼粉,更好的促进了饲料膨化并降低容重,提高了漂浮率,减少了漏油率;荚膜甲基球菌蛋白的生产加工不与人争粮,不与粮争地,替代鱼粉后还会有助于饲料产业的减排降碳。荚膜甲基球菌蛋白良好的塑化特性还会降低饲料成型过程中水分及能量需求(调质水分含量23.9%-25.5%,膨化温度120-130℃),相比于传统的高水分(27%-30%)、高温(150-160℃)工艺显著节约生产过程中的水、蒸汽及电能消耗。本发明通过降低调质水分含量可使生产每吨饲料节约30-60kg水资源,以烘干过程去除1kg水分需0.85kW·h电能计算,吨料烘干能耗降低25-51kW·h,同时通过降低膨化温度可使吨料生产能耗减少15-21kW·h,合计降低生产成本40-70元/吨,使高蛋白浮性膨化饲料能源成本减少14%-23%,高效助力饲料行业实现低碳、节能生产。同时,该含有荚膜甲基球菌蛋白的高蛋白浮性膨化鱼饲料对肉食性鱼类生长无负面影响,甚至提高了肉食性鱼类的存活率和消化能力。因此本发明从环保、外观、物理及营养等多方面改善了饲料品质并降低了生产成本。
本发明提供一种利用荚膜甲基球菌蛋白高效低能耗生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法:
所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中包含鱼粉和荚膜甲基球菌蛋白;所述鱼粉的质量含量为31%-40%;所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为0%-9%,且不为0%;
所述生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法包括以下步骤:
将制备原料中各组分粉碎并混合,然后进行调质、挤压膨化制粒、烘干、后喷涂,得到所述高蛋白浮性膨化鱼饲料。
优选地,所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中,所述鱼粉的质量含量为34%-37%,所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为3%-6%。
优选地,所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中,所述鱼粉的质量含量为34.2%-34.8%,所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为5.2%-5.8%。
优选地,所述将制备原料中各组分粉碎并混合包括:将制备原料中各组分采用超微粉碎机进行粉碎,98%原料过80目筛网,然后将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。
优选地,调质后的物料的水分含量为23.7%-27.0%;
所述挤压膨化的操作采用双螺杆膨化机,所述双螺杆膨化机的模头温度为120.0-135.0℃。
进一步优选地,调质后的物料的水分含量为23.9%-25.5%;
所述挤压膨化的操作采用双螺杆膨化机,所述双螺杆膨化机的模头温度为120.0-130.0℃。
优选地,所述挤压膨化的操作条件为:吨料开孔面积为180-250mm2/(t/h);调质温度为90-100℃。
进一步优选地,所述挤压膨化的操作条件为:吨料开孔面积为190-210mm2/(t/h);调质温度为95-100℃;蒸汽压力为0.4-0.6MPa。
优选地,所述双螺杆膨化机的模板孔直径为3mm。
优选地,所述烘干采用室温鼓风烘干,烘干后水分含量低于9%。
优选地,所述后喷涂在真空喷涂机上进行,通过自动喷油系统将油脂雾化后喷入饲料颗粒内部。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
1.本发明的利用荚膜甲基球菌蛋白高效低能耗生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法,采用一定含量的荚膜甲基球菌蛋白替代部分鱼粉,从而对饲料的加工性能产生了有益的影响。由于荚膜甲基球菌蛋白具有高于鱼粉的粘度,更好的促进了饲料膨化,降低了容重,提高了漂浮率,显著改善了浮性膨化饲料品质;
2.荚膜甲基球菌蛋白产品高含量的水溶性蛋白(较高的蛋白质分散指数)可以起到类似自由水的塑化作用,促进原料微粒之间的粘合并形成网络结构,进而明显降低饲料成型过程中水分及能量需求(调质水分含量23.9%-25.5%,膨化温度120-130℃),相比于传统的高水分(27%-30%)、高温(150-160℃)工艺,可降低饲料生产成本40-70元/吨,使高蛋白浮性膨化饲料能源成本减少14%-23%,高效助力饲料行业实现低碳、节能生产;
3.高脂肪含量水产饲料漏油率过高将会污染运输储存环境,并且显著降低饲料营养品质。而随着荚膜甲基球菌蛋白的加入及添加比例的增加,饲料漏油率极显著下降,因此添加荚膜甲基球菌蛋白有利于生产高脂肪含量饲料,对于饲料品质有显著改善作用。
4.本发明的利用荚膜甲基球菌蛋白高效低能耗生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法,采用一定含量的荚膜甲基球菌蛋白替代饲料中的鱼粉。和鱼粉相比,荚膜甲基球菌蛋白的生产加工是不与人争粮,不与粮争地、争水、争肥、争工的绿色高效饲料蛋白资源生产新路径、新模式、新产业,具有减排降碳、来源广泛、转化率高等优点,其应用将对饲料行业的绿色、低碳,循环和可持续发展具有重要推动作用。
5.本发明的利用荚膜甲基球菌蛋白高效低能耗生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法,采用一定含量的荚膜甲基球菌蛋白替代饲料中的鱼粉,采用该饲料进行养殖,肉食性鱼类的存活率比替代前显著提高,消化能力也显著提高,且荚膜甲基球菌蛋白可由甲烷球菌进行大量生产,生产效率高,成本低。
6.本发明的利用荚膜甲基球菌蛋白高效低能耗生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法,通过荚膜甲基球菌蛋白替代鱼粉后生产高蛋白浮性膨化饲料的的可操作区间范围增大。进一步对荚膜甲基球菌蛋白含量及工艺参数进行了优化,确定了保证工厂化生产中饲料品质稳定并显著降低生产成本的最优工艺参数范围。
附图说明
图1是荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对膨化水产饲料容重的影响图;
图2是荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对膨化水产饲料膨化率的影响图;
图3是荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对膨化水产饲料漂浮率的影响图;
图4是荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对膨化水产饲料软化时间的影响图;
图5是荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对膨化水产饲料水中溶失率的影响图;
图6是荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对膨化水产饲料硬度的影响图;
图7是荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对膨化水产饲料颗粒耐久性指数的影响图;
图8是荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对膨化水产饲料吸油率的影响图;
图9是荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对膨化水产饲料漏油率的影响图;
图10是荚膜甲基球菌蛋白添加量分别为0%(左)和5.8%(右)时浮性膨化饲料加工参数优化结果图,阴影区域为满足限制条件的加工参数范围。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例,对本发明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。
本发明提供一种利用荚膜甲基球菌蛋白高效低能耗生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法:
所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中包含鱼粉和荚膜甲基球菌蛋白;所述鱼粉的质量含量为31%-40%;所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为0%-9%,且不为0%;
所述生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法包括以下步骤:
将制备原料中各组分粉碎并混合,然后进行调质、挤压膨化制粒、烘干、后喷涂,得到所述高蛋白浮性膨化鱼饲料。
其中,荚膜甲基球菌蛋白是以甲烷气体为唯一碳源培养甲烷球菌而产生的一类单细胞蛋白。荚膜甲基球菌蛋白呈红褐色,含有96%的干物质、70%的粗蛋白、10%的脂肪和7%的灰分,其氨基酸组成类似于鱼粉。荚膜甲基球菌蛋白属于现有的已商业化的产品,此处不做赘述。
本发明研究发现,荚膜甲基球菌蛋白以上述百分含量替代部分鱼粉加入鱼饲料,对饲料的物理质量有显著的影响,一方面,由于荚膜甲基球菌蛋白具有高于鱼粉的粘度,可更好的促进饲料膨化,降低容重,提高漂浮率,利于解决高蛋白浮性膨化饲料生产中膨化效果不佳的问题;另一方面,荚膜甲基球菌蛋白产品高含量的水溶性蛋白(较高的蛋白质分散指数)可以起到类似自由水的塑化作用,促进原料微粒之间的粘合并形成网络结构,进而明显降低饲料成型过程中水分及能量需求(调质水分含量23.9%-25.5%,膨化温度120-130℃),相比于传统的高水分(27%-30%)、高温(150-160℃)工艺,可降低饲料生产成本40-70元/吨,使高蛋白浮性膨化饲料能源成本减少14%-23%,高效助力饲料行业实现低碳、节能生产;此外,高脂肪含量水产饲料漏油率过高将会污染运输储存环境,并且显著降低饲料营养品质,而随着荚膜甲基球菌蛋白的加入及添加比例的增加,饲料漏油率极显著下降,因此添加荚膜甲基球菌蛋白有利于生产高脂肪含量饲料,对于饲料品质有显著改善作用。因此,综合来看,当荚膜甲基球菌蛋白以上述含量范围替代鱼粉后,生产高蛋白浮性饲料的可操作区间范围增大,有利于保证工厂化生产中产品质量的长期稳定及生产效率提升。同时,采用上述含量的荚膜甲基球菌蛋白替代饲料中的鱼粉进行喂食后,肉食性鱼类的存活率比替代前显著提高,消化能力也显著提高。且荚膜甲基球菌蛋白可由甲烷球菌进行大量生产,生产效率高,成本低,生产加工不与人争粮,不与粮争地,替代鱼粉后还会有助于饲料产业的减排降碳。因此,采用荚膜甲基球菌蛋白替代饲料中的鱼粉可在保证对肉食性鱼类生长无负面影响的情况下,显著提高鱼饲料的环保、外观及物理质量等饲料品质并降低生产成本。
优选地,所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中,所述鱼粉的质量含量为34%-37%,所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为3%-6%。
本发明研究发现,采用上述量的荚膜甲基球菌蛋白替代饲料中的鱼粉后,可显著降低饲料成型过程中水分及能量需求,并且所得的饲料对肉食性鱼类的特定生长率、摄食率均无负面影响,且可显著提高其存活率和消化能力,为荚膜甲基球菌蛋白的优选的替代比例。该添加比例为综合考虑产品质量、生产成本和加工能耗等因素后,荚膜甲基球菌在鱼饲料中的优选的添加比例范围。
进一步优选地,所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中,所述鱼粉的质量含量为34.2%-34.4%,所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为5.2%-5.8%。
最优选地,所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中,所述鱼粉的质量含量为34.4%,所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为5.6%。该添加比例为综合考虑产品质量、生产成本和加工能耗等因素后,荚膜甲基球菌在鱼饲料中的最优选的添加比例。
优选地,所述含有荚膜甲基球菌蛋白的鱼饲料的制备原料中,还包含以下质量含量的组分:
面粉7%-11%、木薯粉3%-7%、豆粕21%-25%、谷朊粉3%-7%、血球粉2%-6%、豆油2%-6%。
其中,鱼粉通常占水产饲料20%~60%的蛋白质来源,鱼粉含有多种必需或者条件性必需营养素,鱼粉极易被消化且必需不饱和脂肪酸的含量较高,能够提供大量的油脂,包括胆固醇和磷脂;荚膜甲基球菌蛋白是细菌蛋白粉,由具有高营养价值的嗜甲烷菌开发而成,可替代鱼粉,以及平衡不可或缺的氨基酸;木薯粉、面粉作为粘合剂和补充蛋白源;豆粕作为蛋白质原料易被动物吸收利用;谷朊粉主要由醇溶蛋白和麦谷蛋白两种类型的蛋白质组成,其具有特殊的粘弹性,利于膨化饲料成型;血粉由于其营养物质含量高可作为蛋白替代原料;添加油脂(豆油)可以促进动物生长,节省饲料成本,补充必需脂肪酸。
进一步优选地,所述含有荚膜甲基球菌蛋白的鱼饲料的制备原料中,还包含以下质量含量的组分:
面粉9%、木薯粉5%、豆粕23.27%、谷朊粉5%、血球粉4%、豆油3.7%。
优选地,所述含有荚膜甲基球菌蛋白的鱼饲料的制备原料中,还包含以下组分:
α纤维素2%-6%、海带粉1%-2%、磷酸二氢钙0.5%-1.5%、鱼油2%-4%、预混料1%-2%。
其中,α纤维素可提高淀粉凝胶的耐热性,增强附着力,起到配方调平的作用;海带粉可用作粘合剂,提高饲料在水中的稳定性,降低水溶性物质的溶解速度;磷酸二氢钙用作营养增补剂补充磷元素;鱼油在动物体内消化率高,可节约蛋白质,提高饲料能量,降低饲料成本,促进动物生长发育;预混料中包含维生素预混料和矿物质预混料,其中维生素预混料包括VC、VE、VB、泛酸钙、烟酸胺、肌醇、生物素等,矿物质预混料包括FeSO4·H2O、ZnSO4·H2O、CuSO4·5H2O、MnSO4·H2O,硫酸镁等,预混料用于平衡氨基酸,可提高蛋白质的利用效率,促进饲料营养素的消化吸收,添加的微量元素、维生素等是动物体内物质合成不可缺少的活性物质,维生素E和抗氧化剂等能防止饲料中维生素和脂肪的氧化,从而保证饲料质量。
优选地,所述将制备原料中各组分粉碎并混合包括:将制备原料中各组分采用超微粉碎机进行粉碎,98%原料过80目筛网,然后将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。
优选地,调质后的物料的水分含量为23.7%-27.0%;进一步优选地,调质后的物料的水分含量为23.9%-25.5%;最优选地,调质后的物料的水分含量为24.4%。此处需要说明的是,双螺杆膨化机内物料水分含量通常包括双螺杆膨化机向物料加水和调质物料水分两部分,本申请中,挤压膨化制粒过程中不需要通过双螺杆膨化机向物料加水,双螺杆膨化机内物料水分含量与调质物料水分含量相同。
优选地,所述挤压膨化的操作采用双螺杆膨化机,所述双螺杆膨化机的模头温度为120.0-135.0℃;进一步优选地,所述双螺杆膨化机的模头温度为120.0-130.0℃;最优选地,所述双螺杆膨化机的模头温度为125.0℃。
饲料加工过程中,调质水分含量、膨化机模头温度对饲料的吸油率、漏油率、漏油率、软化时间、容重等物理质量具有显著的影响,上述调质水分含量、模头温度为综合考虑产品质量、生产成本和加工能耗等因素后得到的优选的范围。
优选地,所述挤压膨化的操作条件为:吨料开孔面积为180-250mm2/(t/h);调质温度为90-100℃。
进一步优选地,所述挤压膨化的操作条件为:吨料开孔面积为190-210mm2/(t/h);调质温度为95-100℃;蒸汽压力为0.4-0.6MPa。
优选地,所述双螺杆膨化机的模板孔直径为3mm。
优选地,所述烘干采用室温鼓风烘干,烘干后水分含量低于9%。
优选地,所述后喷涂在真空喷涂机上进行,通过自动喷油系统将油脂雾化后喷入饲料颗粒内部。
实施例1荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对高蛋白水产膨化饲料物理质量的影响
(一)实验设计
本试验采用肉食性鱼类高蛋白(45%)饲料配方,配方中其余组分含量不变,荚膜甲基球菌蛋白与鱼粉总量不变,仅调整荚膜甲基球菌蛋白对鱼粉的替代量,具体成分及添加量如表1所示。以下均为质量百分含量。
表1配方添加比例表
原料 | 配方1 | 配方2 | 配方3 |
TASA鱼粉 | 40% | 35.5% | 31% |
荚膜甲基球菌蛋白 | 0% | 4.5% | 9% |
面粉 | 9% | 9% | 9% |
木薯粉 | 5% | 5% | 5% |
豆粕 | 23.27% | 23.27% | 23.27% |
谷朊粉 | 5% | 5% | 5% |
血球粉 | 4% | 4% | 4% |
豆油 | 3.7% | 3.7% | 3.7% |
α纤维素 | 4.3% | 4.3% | 4.3% |
海带粉 | 1.5% | 1.5% | 1.5% |
磷酸二氢钙 | 1.2% | 1.2% | 1.2% |
鱼油 | 2.03% | 2.03% | 2.03% |
预混料 | 1% | 1% | 1% |
合计 | 100% | 100% | 100% |
制备方法包括以下步骤:
将除豆油外的各原料组分粉碎至达到98%过80目筛的标准,并在一台最大混合能力为150kg的中试混合机中进行混合,混合时间为5min,原料共计500kg,混合后储存备用,水分含量为9±1%,然后于牧羊SJPS56×2双螺杆膨化机上进行调质、挤压膨化制粒,经烘干后,再将油脂以真空喷涂方式均匀喷涂在烘干后的饲料上,得到所述含有荚膜甲基球菌蛋白的鱼饲料。其中,物料水分含量通过改变调质器加水量实现,通过调整蒸汽或冷水添加量控制膨化腔各区温度。
以上述的高蛋白浮性膨化饲料配方为基础,采用Box-Behnken试验设计方法研究了荚膜甲基球菌蛋白替代鱼粉添加比例(0%-9%)、膨化加工过程中调质水分含量(23%-32%)、模头温度(100℃-150℃)对水产浮性膨化饲料物理质量(容重、膨化率、硬度、水中溶失率和软化时间等)的影响规律。实验设计参数编码水平见表2。
表2 Box-Behnken实验设计参数范围
变量 | 水分含量(%) | 模头温度(℃) | 替代添加比例(%) |
-1 | 23.0 | 100 | 0 |
0 | 26.5 | 125 | 4.5 |
1 | 32.0 | 150 | 9 |
除上述自变量外,制备工艺中其余具体参数如表3所示。实验共17组试验参数,每组参数调整后,待膨化机稳定10min,分别在调质器出料口以及膨化机出料口进行样品采集,样品采集3份,采样间隔30s。取样后立即用国标法进行调质样品水分含量的检测。试验样品采用自然风干的方法,待水分低于9%,符合贮存条件,收取装袋进行试验指标的检测。试验中膨化机系统各项参数由自动数据采集系统收集(每4s采集一次)并储存在计算机中。试验所得部分数据列于下表4中。
表3
表4
采用Excel 2014进行初步数据处理,利用Design Expert8.0进行多元线性回归分析以及参数优化。其中用F检验评价数学模型方程的显著性,回归系数的显著性用t检验,方程的拟合效果R2确定。使用最小二乘法估计模型参数,得到方程如下:
式中Xi和XiXj表示一次项和相互交叉对响应值的影响;Yi表示容重、膨化率、溶失率以及软化时间等响应值;b0、bi、bii和bij分别表示回归系数,ε表示偏差。
(二)实验结果
2.1荚膜甲基球菌蛋白和鱼粉的理化及加工特性
对鱼粉和荚膜甲基球菌蛋白的振实密度、pH值、流动性、吸水性、水溶性、粗蛋白含量、蛋白质分散指数、峰值粘度、吸油性进行测定,结果如表5所示,可以看出,鱼粉和荚膜甲基球菌蛋白在理化和加工特性上存在显著差异。鱼粉的振实密度显著高于荚膜甲基球菌蛋白;鱼粉的pH值、流动性、吸水性、水溶性、蛋白质分散指数、峰值粘度、吸油性和粗蛋白显著低于荚膜甲基球菌蛋白。
表5荚膜甲基球菌蛋白的理化和加工特性
项目 | 鱼粉 | 荚膜甲基球菌蛋白 |
振实密度(g/L) | 557.90±0.14<sup>b</sup> | 339.10±0.28<sup>a</sup> |
pH | 5.99±0<sup>a</sup> | 6.55±0.01<sup>b</sup> |
流动性(°) | 49.79±0<sup>b</sup> | 26.69±1.35<sup>a</sup> |
吸水性(%) | 240.81±1.63<sup>a</sup> | 382.40±1.64<sup>b</sup> |
水溶性(%) | 15.48±0.02<sup>a</sup> | 20.14±1.1<sup>b</sup> |
粗蛋白(%) | 66.43±0.2<sup>a</sup> | 72.46±0.45<sup>b</sup> |
蛋白质分散指数(%) | 21.24±0.09<sup>a</sup> | 30.95±1.86<sup>b</sup> |
峰值粘度(cP) | 380.00±8.89<sup>a</sup> | 1148.00±22<sup>b</sup> |
吸油性(%) | 72.84±0.35<sup>a</sup> | 109.44±5.06<sup>b</sup> |
2.2荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对饲料颗粒物理质量的影响
数据建模及方差分析结果如表6所示,图1-9是根据各指标回归拟合方程绘制的响应面图,可以较为直观地显示荚膜甲基球菌蛋白及工艺参数对产品质量的影响效果及趋势。研究结果表明各自变量均对饲料品质具有显著影响。具体试验结果如下:
2.2.1容重、膨化率及漂浮率
容重测定方法:采用标准谷物容重测量仪(GHCS-1000系列,杭州麦哲仪器有限公司)测量。将单位体积(1L)容器装满饲料,用铁板刮平容器口,量取重量。每份样品测量三次取平均值记为容重。
漂浮率测定方法:在室温下,将100粒颗粒饲料倒入装有400mL蒸馏水的500mL烧杯中。记录20分钟后仍漂浮在水面上的颗粒数量,重复三次取均值记为漂浮率。
膨化率测定方法:随机取样并测量饲料不少于20粒,测得颗粒直径d1,饲料生产使用模板孔径为d,膨化率=d1/d,重复20次取均值记为膨化率。
如图1-3和表6,随着荚膜甲基球菌蛋白添加比例增加(0%-9%),饲料的容重极显著下降(P<0.01),膨化率极显著上升(P<0.01);调质水分含量增加(23%-32%)使饲料容重极显著下降(P<0.01),膨化率显著上升(P<0.05);随着模头温度升高,荚膜甲基球菌蛋白试验组饲料容重极显著下降(P<0.01),膨化率极显著上升(P<0.01)。在保证饲料具有良好漂浮率(99%以上)的前提下,随着荚膜甲基球菌蛋白替代鱼粉比例的增加,所需调质水分含量也显著下降,这将会使饲料出模后水分也显著降低,对于减少烘干过程能耗,进而降低饲料生产成本具有重要意义。
2.2.2软化时间
软化时间测定方法:在室温下将200粒饲料颗粒放入装有400mL蒸馏水的500mL烧杯中。每分钟从烧杯中取出两粒饲料并切割以观察横截面。当将颗粒的横截面完全被水浸透而没有“硬核”,记录下用时为软化时间,取三次测量平均值用于数据分析。
如图4和表6,随着水分含量从23%增加到32%,饲料软化时间极显著减少(P<0.01);随着模头温度升高,饲料软化时间显著减少(P<0.05)。
2.2.3水中溶失率
水中溶失率测定方法:称取10g饲料(m1,准确至0.1g)放入已备好的圆筒形网筛内,然后置于水深为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,把网筛内饲料置于105℃烘箱内烘干至恒重m2,同时,称取一份未浸水同样试样的试料(对照料),置105℃烘箱内烘干至恒重,计算水分含量x,按以下公式进行计算。每个试样应取三个平行样进行测定,以其算数平均值为结果。
如图5和表6,所有处理组的水中溶失率均低于5%,符合膨化饲料品质要求。其中,随着荚膜甲基球菌蛋白添加比例的增加(0%-9%),饲料水中溶失率呈现下降趋势(P>0.05),水分含量以及温度对饲料水中溶失率影响不显著。
2.2.4硬度及颗粒耐久性指数
硬度检测方法:利用质构仪(型号:TVT6700,产地:澳大利亚)检测颗粒硬度。每份试验样品随机取20粒进行测量,设定探针速度为0.8mm/s,力度5kg,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,确定样品硬度为20粒饲料的硬度均值。
颗粒耐久性指数检测方法:颗粒耐久性指数(PDI)测定参照Thomas(1996),取500g筛分后(2.36mm筛孔)的颗粒饲料装入回转箱内,在回转箱中加入5只13.0mm六角形螺母以加强撞击强度。以50rpm回转10min,停止后取出样品,过筛后称取颗粒饲料重量m1。PDI(%)=(m1/500)*100。
如图6-7和表6,所有试验处理组饲料的颗粒耐久性指数均超过98%。随着荚膜甲基球菌蛋白添加比例增加(0%-9%),颗粒耐久性指数显著降低(P<0.05),饲料硬度呈现下降趋势(P>0.05);水分和模头温度对硬度无显著性影响(P>0.05);由于水分含量与荚膜甲基球菌蛋白添加量的交互作用,当荚膜甲基球菌蛋白含量较高(4.5%-9%)时,颗粒耐久性指数随水分含量的增加而显著增加(P<0.05)。
2.2.5吸油率及漏油率
吸油率及漏油率检测方法:称取60g(A1)膨化颗粒饲料,放入实验室的真空喷涂机的量杯中,加入过量的油脂(没过膨化饲料样品)与样品混合,盖紧盖子后将真空度抽至约45kPa(抽真空至颗粒内部基本无气泡冒出为止),然后将气压缓慢降低到大气压,之后将膨化颗粒从量杯中取出,吸去表面的油脂,称重(B1),则样品的最大吸油率=(B1-A1)/A1*100%,取三次测量结果均值作为最大吸油率。
将上述吸油的膨化颗粒饲料置于吸油纸上,在室温25℃下放置24小时,再次测量膨化颗粒的重量(B2)。则漏油率=(B1-B2)/B1*100%,同样取三次测量结果均值作为漏油率。
饲料膨化率与吸油率之间呈正相关。如图8-9和表6所示,随着荚膜甲基球菌蛋白添加比例增加(0%-9%),饲料漏油率极显著下降(P<0.01),对饲料品质有显著改善作用,说明添加荚膜甲基球菌蛋白有利于生产高脂肪含量饲料。随着调质水分含量增加,饲料吸油率显著上升(P<0.05)。随着模头温度升高,饲料吸油率和漏油率均极显著升高(P<0.01)。
表6-回归模型方差分析结果
注:P值是方差齐性检查的结果;0.01<P<0.05表示显著水平;P<0.01表示极显著水平。R-Squared越接近于1,则数据越具有参考分析价值。
2.3荚膜甲基球菌蛋白替代量及工艺参数的优化
在实际生产过程中,工艺参数的选择往往需要综合考虑产品质量要求、设备能耗、原料成分等多方面因素。由于生产效率以及烘干条件的限制,一般浮性水产饲料的水分添加比例不超过30%。本试验中设定容重≤450g/L以保证漂浮性。另外还期望产品具有较低的水中溶失率,较高的吸油率和较低的漏油率。因此本试验综合以上优化限制条件,利用Design Expert 8.0对配方和工艺参数进行了优化分析,得出了较为理想的操作窗口。因素限制条件及重要程度见表7,其中标注●表示在限制范围内期望获得此因素的最大或最小数值,重要程度反映了该因素在优化过程中的优先考虑级别。Desirability列表示对于优化结果的满意程度,该值越大说明此结果越符合预期。
优化结果显示,荚膜甲基球菌蛋白替代量3%-6%;调质水分23.7%-27.0%;模头温度120.0-135.0℃为综合考虑产品质量要求、设备能耗、原料成分等多方面因素后的优选范围,在该优选的参数范围下,可保证饲料具备优良的物理质量,实现100%漂浮,吸油率高于53%且漏油率低于3.2%,同时水中溶失率低于3.3%。在此基础上,荚膜甲基球菌蛋白替换量5.2%-5.8%;调质水分含量23.9%-25.5%;模头温度120.0-130.0℃为进一步优选的参数范围,在该优选的参数范围下,既保证了上述饲料物理质量,又显著降低了加工过程的水资源及能源消耗。其中荚膜甲基球菌蛋白替换量5.6%;调质水分含量24.4%;模头温度125℃为最优选的参数选择。本发明通过上述回归分析建模,利用软件优化获得了荚膜甲基球菌蛋白替代鱼粉生产高蛋白浮性膨化饲料的适宜工艺参数,为工业化饲料生产提供了参考。回归分析优化及验证结果的部分数据列于表8。
表7-因素限制条件及权重
表8-回归分析优化及验证结果
Desirability一列表示对于优化结果的满意程度,该值越大说明此结果越符合预期(最大值≦1)。
图10中黄色区域范围内参数点即是在不同替代添加比例(如0%,5.8%)的情况下符合饲料品质限制条件的调质水分及模头温度点集,此图可以提供直观的参数调整范围。可以看出当荚膜甲基球菌替代鱼粉后,生产高蛋白浮性饲料的可操作区间范围增大,有利于工厂化生产中产品质量的稳定控制及生产效率提升。
实施例2荚膜甲基球菌蛋白对大口黑鲈生长性能的影响
(一)试验饲料的制备:样品1为未采用荚膜甲基球菌蛋白替代鱼粉的对照组,样品2-5为采用不同比例荚膜甲基球菌蛋白替代鱼粉的试验组,按照下表9的配方制备样品1、2、3、4、5,将各样品的制备原料粉碎、混合,并添加结晶氨基酸、鱼油和磷酸二氢钙,分别平衡必需氨基酸(EAA)、赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)和苏氨酸(Thr)、必需脂肪酸(EFA)和有效磷(AP)。采用双螺杆膨化机,将每种饲料制成粒径为3mm的浮性饲料颗粒。试验样品采用室温鼓风烘干的方法,待水分低于9%,收取装袋置于-20℃保存备用。
表9
原料 | 样品1 | 样品2 | 样品3 | 样品4 | 样品5 |
TASA鱼粉 | 40% | 37% | 35.5% | 34% | 31% |
荚膜甲基球菌蛋白 | 0% | 3% | 4.5% | 6% | 9% |
面粉 | 9% | 9% | 9% | 9% | 9% |
木薯粉 | 5% | 5% | 5% | 5% | 5% |
美国豆粕 | 23.27% | 23.27% | 23.27% | 23.27% | 23.27% |
谷朊粉 | 5% | 5% | 5% | 5% | 5% |
血球粉 | 4% | 4% | 4% | 4% | 4% |
豆油 | 3.7% | 3.7% | 3.7% | 3.7% | 3.7% |
α纤维素 | 4.3% | 4.3% | 4.3% | 4.3% | 4.3% |
海带粉 | 1.5% | 1.5% | 1.5% | 1.5% | 1.5% |
磷酸二氢钙 | 1.2% | 1.2% | 1.2% | 1.2% | 1.2% |
鱼油 | 2.03% | 2.03% | 2.03% | 2.03% | 2.03% |
预混料 | 1% | 1% | 1% | 1% | 1% |
合计 | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% |
(二)大口黑鲈的养殖
试验用大口黑鲈购自同一批次(天津宇清水产科技有限公司,天津,中国),随机挑选体质健康、个体均匀的大口黑鲈(初始体重为48.0±0.03g)分配到容积为0.26m3的圆锥形养殖桶中。采用上述鱼饲料样品进行养殖,养殖周期为10周,每天表观饱食投喂2次,投喂时间分别为08:00和17:00。定期检测水质,水质条件保持在溶氧(DO)浓度>7.0mg/L,总氨氮浓度<0.3mg/L,pH=7.5~8.5,水温24~27.5℃。
(三)实验结果
3.1大口黑鲈生长性能
大口黑鲈生长性能的各指标计算公式如下,各指标结果如下表10:
存活率(SR,%)=100×Nf/Ni
增重率(WGR,%)=100×(Wf-Wi)/Wi
特定生长率(SGR,%)=(LnWf-LnWi)×100/d
摄食率(FI,%/d)=100×I/[(Wf+Wi)/2]/d
式中:Nf和Ni分别表示试验结束时和试验开始时的试验鱼数量;Wi,Wf分别表示试验鱼的初始体重和末体重(g);d表示试验天数;I表示摄食量(g)。
表10
同列数据肩标不同表示差异显著,P<0.05为差异显著。
由上表10数据可以看出,各鱼饲料样品养殖后大口黑鲈存活率均较高(≥85%),但样品1养殖后大口黑鲈存活率明显低于样品2-5(P<0.05)。高替代组(样品5)的采食量、增重率和特定生长率较其他组显着降低(P<0.05),其他组间差异不显著(P>0.05)。
3.2大口黑鲈消化能力
饲料表观消化率计算公式如下:
饲料干物质表观消化率(%)=100×(1-饲料中Y2O3%/粪便中Y2O3%)
饲料营养成分或能量表观消化率(%)=100×[1-(饲料中Y2O3%×粪便营养成分或能量%)/(粪便中Y2O3%×饲料营养成分或能量%)]
各样品的鱼饲料的干物质、氮、能量和氨基酸的表观消化率如下表11。由表11的数据可以看出,与样品1相比,样品2-5鱼饲料干物质、氮和总能消化率显着提高(P<0.05);样品2-5的鱼饲料氨基酸消化率显着高于样品1。
表11
表观消化率 | 干物质(%) | 蛋白质(%) | 总能量(%) | 氨基酸(%) |
样品1 | 75.9±0.30<sup>b</sup> | 91.2±0.13<sup>b</sup> | 82.3±0.20<sup>b</sup> | 94.0±0.19<sup>b</sup> |
样品2 | 78.0±0.25<sup>a</sup> | 92.2±0.11<sup>a</sup> | 83.7±0.21<sup>a</sup> | 94.8±0.06<sup>a</sup> |
样品3 | 77.2±0.23<sup>a</sup> | 92.1±0.12<sup>a</sup> | 83.2±0.19<sup>a</sup> | 94.5±0.08<sup>a</sup> |
样品4 | 77.8±0.29<sup>a</sup> | 92.0±0.16<sup>a</sup> | 83.6±0.18<sup>a</sup> | 94.8±0.11<sup>a</sup> |
样品5 | 77.8±0.29<sup>a</sup> | 91.9±0.07<sup>a</sup> | 82.7±0.10<sup>b</sup> | 94.7±0.14<sup>a</sup> |
同列数据肩标不同表示差异显著,P<0.05为差异显著。
3.3大口黑鲈血浆生化指标
血浆生化指标结果见表12。由表12的数据可以看出,血浆ALT活性随荚膜甲基球菌蛋白添加量的增加而波动,样品2、样品3、样品4的ALT含量显着低于样品1(P<0.05),样品5与样品1无显著差异(P>0.05)。各组TBA含量均保持在健康范围内,样品5明显高于样品4(P<0.05)。与样品1相比,样品4的GLU在餐后24h显着升高(P<0.05)。样品4的TP含量显着低于样品1和样品2(P<0.05)。样品5血氨含量低于样品1和样品4(P<0.05)。样品1-5间AST、AKP、TC、TG、HDL-C、LDL-C、NEFA无显著差异(P>0.05)。
表12
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种利用荚膜甲基球菌蛋白生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法,其特征在于:
所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中包含鱼粉和荚膜甲基球菌蛋白;所述鱼粉的质量含量为31%-40%;所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为0%-9%,且不为0%;
所述生产高蛋白浮性膨化鱼饲料的方法包括以下步骤:
将制备原料中各组分粉碎并混合,然后进行调质、挤压膨化制粒、烘干、后喷涂,得到所述高蛋白浮性膨化鱼饲料。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中,所述鱼粉的质量含量为34%-37%,所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为3%-6%。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:
所述高蛋白浮性膨化鱼饲料的制备原料中,所述鱼粉的质量含量为34.2%-34.8%,所述荚膜甲基球菌蛋白的质量含量为5.2%-5.8%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:
调质后的物料的水分含量为23.7%-27.0%;
所述挤压膨化的操作采用双螺杆膨化机,所述双螺杆膨化机的模头温度为120.0-135.0℃。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
调质后的物料的水分含量为23.9%-25.5%;
所述双螺杆膨化机的模头温度为120.0-130.0℃。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
所述挤压膨化的操作条件为:吨料开孔面积为190-210mm2/(t/h);调质温度为95-100℃。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:
所述双螺杆膨化机的模板孔直径为3mm。
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