CN115152892B - 一种降解棉粕中游离棉酚的方法及其产品与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降解棉粕中游离棉酚的方法及其产品与应用，采用发酵剂对棉粕进行发酵，所述发酵剂组成如下：产朊假丝酵母10‑30％、布氏乳杆菌TZ‑LB‑017 18‑30％、蛋白酶10‑20％、甘露聚糖酶5‑15％、纤维素酶5‑15％、果胶酶5‑15％、木聚糖酶5‑15％；将棉粕原料烘干粉碎过筛，将发酵剂0.1‑1.5Kg、棉粕50‑65kg、糖蜜1‑10kg、水25‑45kg混合后搅拌制备固态发酵培养基装入呼吸袋中，在26‑32℃温度下好氧发酵48‑72 h获得降解了游离棉酚的发酵棉粕，游离棉酚含量由1281 mg/Kg降低至426 mg/Kg，应用在养猪生产中替代30%‑50%的豆粕。
Description
技术领域
本发明涉及饲料技术领域，具体涉及一种降解棉粕中游离棉酚的方法及其产品与应用。
背景技术
棉粕是棉籽经压榨或浸提去油后的副产物。我国棉粕年产量约600万吨，是我国除豆粕之外常用植物蛋白源，蛋白含量可达40％以上，同时富含多种氨基酸和维生素，例如维生素E和B族等，但因其含有大量有致毒作用的游离棉酚，使得棉粕的利用率受到了极大限制。
棉酚是一种多酚色素，是棉粕中最主要的抗营养因子，含量约占棉粕干物质量的0.03%-2.0%，并以结合和游离两种状态存在。通常将结合氨基酸或其他物质的棉酚称作结合棉酚，将具有活性羟基和活性醛基的棉酚称作游离棉酚。若能将棉粕中的游离棉酚降解，可提高棉粕的营养价值，使其在饲料中普遍应用，改善在饲料中应用的适口性和饲料报酬，对解决我国蛋白资源严重短缺的问题将发挥重大作用。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提出提高降解棉粕中游离棉酚的方法及其产品与应用。
本发明提供了一种降解棉粕中游离棉酚的方法，采用菌酶协同的发酵剂对棉粕进行发酵，其中，所述发酵剂组成如下：
产朊假丝酵母 10％-30％
布氏乳杆菌TZ-LB-017 18％-30％
蛋白酶 10％-20％
甘露聚糖酶 5％-15％
纤维素酶 5％-15％
果胶酶 5％-15％
木聚糖酶 5％-1％；
其中，上述益生菌和酶的活性单位分别为：
产朊假丝酵母 2×109CFU/g
布氏乳杆菌TZ-LB-017 2×1010CFU/g
蛋白酶 5×104U/g
甘露聚糖酶 5×104U/g
纤维素酶 5×104U/g
果胶酶 1×104U/g
木聚糖酶 5×104U/g；
所述布氏乳杆菌TZ-LB-017，分类命名为布氏乳杆菌Lactobacillus buchneri，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏时间为2021年3月23日，保藏编号为CGMCC No.22054。
进一步，所述发酵剂组成如下：
产朊假丝酵母 24％
布氏乳杆菌TZ-LB-017 20％
蛋白酶 16％
甘露聚糖酶 10％
纤维素酶 10％
果胶酶 10％
木聚糖酶 10％ 。
进一步，采用菌酶协同的发酵剂对棉粕进行发酵的步骤如下：将棉粕原料烘干粉碎过筛，将发酵剂0.1-1.5Kg、棉粕50-65kg、糖蜜1-10kg、水25-45kg混合后搅拌均匀，制备固态发酵培养基；将固态发酵培养基装入发酵桶中，在26 ℃-32℃温度下发酵48-72 h。
进一步，所述棉粕烘干粉碎过60目筛。
进一步，将发酵剂0.8Kg、棉粕55.1kg、糖蜜6.1kg、水38kg混合后搅拌均匀，制备固态发酵培养基。
本发明同时提供了一种降解了游离棉酚的发酵棉粕。
本发明提供的降解了游离棉酚的发酵棉粕应用在养猪生产中，所述降解了游离棉酚的发酵棉粕在生长肥育猪日粮中用于替代部分豆粕，替代豆粕的比例为30%-50%。
本发明的有益效果如下：
1、本发明筛选出对棉粕中游离棉酚具有显著降解作用的益生菌为产朊假丝酵母和布氏乳杆菌TZ-LB-017；酶为蛋白酶、甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶；本发明提出通过采用菌酶协同发酵棉粕，可以有效降低棉酚含量，特别是降低棉酚中游离棉酚的含量，棉粕中的游离棉酚含量由1281 mg/Kg降低至426 mg/Kg，显著降低了棉粕中游离棉酚的含量，达到脱毒目的。
2、采用本发明的方法发酵棉粕， 通过菌酶协同发酵，在将棉酚转化为其他物质的同时，又提高了棉粕的营养价值，发酵过程中产生的维生素、小分子肽、低聚寡糖、酸溶蛋白和有机酸等能提高棉粕营养价值，可增加适口性和采食量，增加了在饲料中采用发酵棉粕的比例。
3、生长肥育猪食用普通棉粕的饲料，其血液中游离棉酚含量为5.6 mg/Kg，而以本发明的发酵棉粕替代普通棉粕后，血液中游离棉酚未检出；在生长肥育猪日粮中以发酵棉粕替代30%-50%的豆粕，对猪的生长性能无负面影响，且具有提高料肉比的趋势。
4、采用本发明的发酵棉粕，生产成本低，不需要使用价格高昂的设备，无化学残留，应用安全；经过发酵的棉粕，游离棉酚减少，有利于动物肠道菌群的平衡帮助动物消化吸收，提高饲料利用率，对缓解蛋白饲料资源的紧缺、降低养殖成本、生产绿色健康的肉产品具有重要的现实意义。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1 体外消化法对比不同酶制剂对棉粕干物质消化率的影响
实验过程：运用第三代单胃动物仿生消化系统（SDS3），依照仿生消化系统操作技术规程，以棉粕为底物，以干物质消化率（%）为评价指标，分别对蛋白酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶、β-甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶、果胶酶通过体外仿生消化法进行评估。每个样品5个重复，每个重复1根消化管。
棉粕、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、β-甘露聚糖酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、α-半乳糖苷酶由天津博菲德科技有限公司提供，其中酶活测定分别参照GB/T 28715-2012、NY/T912-2020、GB1886.174-2016、GB/T 36861-2018、GB/T 23874-2009、NY/T 911-2020、Q/12JX4443-2018。
试验结果及分析
由表1可知，添加蛋白酶、甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、α-半乳糖苷酶后，对棉粕的干物质消化率的影响不同。蛋白酶、甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶对棉粕的干物质消化率提高效果比较明显，而β-葡聚糖酶、α-半乳糖苷酶对棉粕的消化率效果不好。
其中，对棉粕干物质降解效果最好的酶制剂为蛋白酶，当添加量达到50U/g时，降解率达到11.38%，添加量达到100U/g时，降解率达到12.87%，提高了3.8个百分点；继续增加蛋白酶的添加量，干物质降解率也有所提升，但提升效果也趋于平缓。对棉粕降解效果较好的酶制剂为甘露聚糖酶，当添加量达到50U/g时，降解率达到11.28%，添加量达到100U/g时，降解率达到12.71%，提高了3.64个百分点；纤维素酶和果胶酶对棉粕的干物质降解率影响也表现出了显著的效果，当添加量分别为50U/g时，降解率达到12.07%和12.85%，分别提高了3.0和3.78个百分点；同时，木聚糖酶对棉粕的干物质降解率也具有显著效果，添加量达到400U/g时，提高了3.08个百分点；在饲料添加剂中经常用到的其他酶制剂（β-葡聚糖酶、α-半乳糖苷酶），在筛选对棉粕作用效果时，没有表现出显著的效果。
实施例2 发酵剂中不同益生菌及添加量对游离棉酚降解效果的影响
为了研究发酵剂中不同益生菌及添加量对游离棉酚降解效果的影响，本试验通过在发酵剂中添加不同的益生菌，以游离棉酚含量为评价指标，对棉粕进行发酵，筛选对棉粕中游离棉酚降解效果最佳的益生菌或其组合。
发酵方法如下：
将棉粕原料烘干粉碎过60目筛，将0.8Kg发酵剂、棉粕55.1kg、糖蜜6.1kg、水38kg混合后搅拌均匀，制备固态发酵培养基，将固态发酵培养基装入发酵桶中，在30℃温度下发酵72 h；
发酵剂组成：发酵剂组分及配比：益生菌（组成见表2）44%，蛋白酶16％，甘露聚糖酶10％，纤维素酶10%，果胶酶10％，木聚糖酶10%。
其中，所述各益生菌和酶制剂的活性单位分别为：布氏乳杆菌TZ-LB-017 2×1010CFU/g、产朊假丝酵母2×109CFU/g、酿酒酵母2×109CFU/g，蛋白酶5×104U/g，甘露聚糖酶5×104U/g，纤维素酶5×104U/g，果胶酶 1×104U/g，木聚糖酶5×104U/g；
其中，布氏乳杆菌TZ-LB-017，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏时间为2021年3月23日，保藏地址为：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为CGMCC No.22054；
枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）,由日照东润德农牧发展有限公司提供，于2019年5月21日在广东省微生物菌株保藏中心购买，保藏地址为：广州市先烈中路100号大院59号楼5楼，保藏编号为 GDMCC 1.372。
粪肠球菌（Enterococcus faecalis）, 由日照东润德农牧发展有限公司提供，于2019年5月21日在广东省微生物菌株保藏中心购买，保藏地址为：广州市先烈中路100号大院59号楼5楼，保藏编号为GDMCC 1.612 。
产朊假丝酵母（Candida utilis）, 由天津博菲德科技有限公司提供，购于中国农业微生物菌种保藏管理中心，保藏地址为：北京市海淀区中关村南大街12号，保藏号为ACCC20060。
酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），由北京挑战生物技术有限公司提供。
发酵结束后，检测发酵棉粕中游离棉酚含量，结果如表3所示：
由表3可知，在其他条件相同的情况下，单独添加枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、布氏乳杆菌TZ-LB-017、产朊假丝酵母（Candida utilis）、粪肠球菌（Enterococcus faecalis）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）与酶制剂协同进行发酵时，对棉酚降解效果不同，其中降解效果最好的益生菌为产朊假丝酵母，将棉粕中的游离棉酚由1281 mg/Kg降解至666 mg/Kg，效果显著；其次布氏乳杆菌TZ-LB-017也可显著降解游离棉酚，但效果较产朊假丝酵母效果降低；而枯草芽孢杆菌和粪肠球菌对发酵棉粕中的游离棉酚降解效果不显著；但是当产朊假丝酵母和布氏乳杆菌TZ-LB-017组合，与产朊假丝酵母单独使用相比，对降低棉粕中的游离棉酚效果更好，说明产朊假丝酵母和布氏乳杆菌TZ-LB-017在降解棉酚过程中协同作用明显；而产朊假丝酵母与枯草芽孢杆菌、粪肠球菌，酿酒酵母协同发酵棉粕时，对游离棉酚降解未起到协同效果；从结果可看出，将本试验中的5种益生菌按照一定比例组合（试验6组）使用后，对棉粕中游离棉酚的降解效果并不好，低于单独使用产朊假丝酵母的降解效果；选择24％的产朊假丝酵母和20％的布氏乳杆菌TZ-LB-017的组配方式，可将棉粕中游离棉酚的含量从1281 mg/Kg降低到426 mg/Kg，降解效果最优。
实施例3用发酵棉粕替代豆粕对猪生产性能及血液中游离棉酚含量的影响
（1）发酵棉粕的制备
将棉粕原料烘干粉碎过60目筛，将0.8Kg发酵剂、棉粕55.1kg、糖蜜6.1kg、水38kg混合后搅拌均匀，制备固态发酵培养基，将固态发酵培养基装入发酵桶中，在30℃温度下发酵72 h；
发酵剂组成：产朊假丝酵母（Candida utilis）24％，布氏乳杆菌TZ-LB-017 20％，蛋白酶16％，甘露聚糖酶10％，纤维素酶10%，果胶酶10％，木聚糖酶，10%；
其中，所述各益生菌和酶制剂的活性单位分别为：布氏乳杆菌TZ-LB-017 2×1010CFU/g、产朊假丝酵母2×109CFU/g、蛋白酶5×104U/g，甘露聚糖酶5×104U/g，纤维素酶5×104U/g，果胶酶 1×104U/g，木聚糖酶5×104U/g。
（2）动物试验
从猪场中选择120头健康、胎次相同的70日龄、体重为26.5±0.5 Kg的“杜×长×大”三元猪、按公母各半的原则，随机分为4个处理组，即对照组、试验1组、试验2组和试验3组，每个处理组3个重复，每个重复10头，整个试验期，同一重复于同栏饲养。根据中国猪的营养需要配制基础日粮，对照组为基础日粮组，试验1组和试验2组为发酵棉粕替代30%和50%豆粕组，试验3组未发酵棉粕替代50%豆粕。试验期为90天。试验日粮配方见表4。
整个试验期间试验猪只自由采食、饮水，驱虫、消毒及免疫均按猪场常规饲养管理程序进行。
正试期结束按同栏猪进行空腹称重。每组中随机选择2头猪，分别前腔静脉采血，然后检测其中游离棉酚含量（游离棉酚含量均参考GB/T 17334-1998）。
（3）试验结果
由表5可知，经过上述方法发酵显著降低了棉粕中游离棉酚的含量。
由表6可知，日粮中用发酵棉粕替代豆粕前后，对猪的生长性能影响不同。与对照组相比，以发酵棉粕替代30%豆粕（试验1组）以及以发酵棉粕替代50%豆粕（试验2组）日粮饲喂生长猪，日增重、日采食量、料肉比均未表现出显著差异，但是，试验2组的料肉比具有降低的趋势；同时，发酵棉粕替代50%豆粕（试验2组）日粮与替代30%豆粕（试验1组）日粮相比，其生长性能指标好于试验1组，可以说明在日粮中的发酵棉粕添加量增加可以一定程度上提高猪的生长性能；与对照组相比，试验3组即以未发酵棉粕替代50%豆粕组，猪只的日增重、日采食量均显著降低，料肉比显著升高，说明使用未发酵棉粕替代基础日粮中的豆粕会对生长猪的生长性能产生较大负面影响；因此，发酵棉粕可以替代日粮中30%-50%的豆粕用量，对生长猪的生长性能不仅无负面影响，且有提高的趋势，说明经过发酵的棉粕，不仅降低了游离棉酚的含量而且在发酵过程中产生的维生素、小分子肽、低聚寡糖、酸溶蛋白和有机酸等，能提高棉粕营养价值，可增加适口性和采食量。
由表7可以看出，饲喂发酵棉粕替代30%豆粕（试验1组）以及以发酵棉粕替代50%豆粕（试验2组）日粮以及对照组基础日粮80天后，生长肥育猪的血液中未检出游离棉酚，而以棉粕替代50%豆粕的试验3组猪只的血液中检出游离棉酚残留量5.6 mg/Kg，结果表明，以本发明中的发酵豆粕替代30%豆粕和50%豆粕均对猪的生长无毒性作用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种降解棉粕中游离棉酚的方法，其特征在于，采用菌酶协同的发酵剂对棉粕进行发酵，其中，所述发酵剂组成如下：
产朊假丝酵母 10％-30％
布氏乳杆菌TZ-LB-017 18％-30％
蛋白酶 10％-20％
甘露聚糖酶 5％-15％
纤维素酶 5％-15％
果胶酶 5％-15％
木聚糖酶 5％-15％；
其中，所述发酵剂的组分的活性单位分别为：
产朊假丝酵母 2×109CFU/g
布氏乳杆菌TZ-LB-017 2×1010CFU/g
蛋白酶 5×104U/g
甘露聚糖酶 5×104U/g
纤维素酶 5×104U/g
果胶酶 1×104U/g
木聚糖酶 5×104U/g；
其中所述布氏乳杆菌（Lactobacillus buchneri）TZ-LB-017，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏时间为2021年3月23日，保藏编号为CGMCCNo.22054。
2.根据权利要求1所述降解棉粕中游离棉酚的方法，其特征在于，所述发酵剂组成如下：
产朊假丝酵母 24％
布氏乳杆菌TZ-LB-017 20％
蛋白酶 16％
甘露聚糖酶 10％
纤维素酶 10％
果胶酶 10％
木聚糖酶 10% 。
3.根据权利要求1所述降解棉粕中游离棉酚的方法，其特征在于，采用菌酶协同的发酵剂对棉粕进行发酵的步骤如下：将棉粕原料烘干粉碎过筛，将发酵剂0.1-1.5Kg、棉粕50-65kg、糖蜜1-10kg、水25-45kg混合后搅拌均匀，制备固态发酵培养基；将固态发酵培养基装入发酵桶中，在26 ℃-32℃温度下发酵48-72 h。
4.根据权利要求3所述降解棉粕中游离棉酚的方法，其特征在于，所述棉粕烘干粉碎过60目筛。
5.根据权利要求3所述降解棉粕中游离棉酚的方法，其特征在于，将发酵剂0.8Kg、棉粕55.1kg、糖蜜6.1kg、水38kg混合后搅拌均匀，制备固态发酵培养基。
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