CN116268177B - 一种连续发酵制备豆渣菌体蛋白饲料的方法 - Google Patents

一种连续发酵制备豆渣菌体蛋白饲料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连续发酵制备豆渣菌体蛋白饲料的方法。本发明通过向装有豆渣发酵培养基的发酵罐中接种含有发酵菌株和诱导物的种子液培养基,采取连续放料发酵样品补料豆渣的形式发酵。由于发酵罐中的菌株可以形成菌群优势,能够快速分解利用豆渣,生成菌体蛋白,提高了发酵样品蛋白、必须氨基酸的含量,同时降低了粗纤维,破坏了豆渣中的抗营养因子,使发酵样品成为了优质的蛋白原料。将发酵样品制备成豆渣菌体蛋白饲料,可完全替代豆粕等蛋白原料,节约了饲料成本,提高了养殖效益的同时,使湿豆渣资源也得到了合理的应用。

Description

一种连续发酵制备豆渣菌体蛋白饲料的方法
技术领域
本发明属于发酵饲料技术领域,具体涉及一种连续发酵制备豆渣菌体蛋白饲料的方法。
背景技术
我国是大豆的主要进口国,有数据显示,2021年国内大豆生产量为1640万吨,大豆进口量为9651万吨,占世界大豆总出口量的59.68%,占国内大豆总消费量的82.77%,进口金额高达482.76亿元。在饲料领域,饲料配方对大豆的副产品豆粕依赖严重,因此在大豆供需关系和饲料粮安全的大环境下,需要通过推广低蛋白日粮技术、蛋白原料替代、改进原料生产加工工艺、建立精准原料数据库等措施降低饲料配方对豆粕的依赖,以促进养殖业节粮降耗。
湿豆渣是豆制品生产过程的副产物,含水量在80%以上,蛋白含量约19-22%,由于其含水量高容易发霉不便于运输,通常只能当成简单的饲料原料并未充分里面的营养组分,从而造成资源的浪费。
因此,本研究以湿豆渣为原料,通过连续发酵的方式制备豆渣菌体蛋白饲料,以期降低畜牧业饲料原料成本的同时实现非常规原料的资源化绿色利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种连续发酵制备豆渣菌体蛋白饲料的方法。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种连续发酵制备豆渣菌体蛋白饲料的方法,包括如下步骤:
(1)将发酵菌株加入一级种子液培养基中培养获得菌株种子液后,将菌株种子液接种于含有诱导物的二级种子液培养基中;
(2)向发酵罐中加入豆渣发酵培养基,蒸汽灭菌、降温后,再向发酵罐中接种步骤(1)所述的二级种子液培养基进行连续补料发酵获得发酵样品;
(3)将步骤(2)获得的发酵样品经固液分离,固体部分烘干粉碎即为豆渣菌体蛋白饲料。
其中,步骤(1)中,所述的发酵菌株为香菇、平菇、双孢蘑菇、茯苓、榆黄蘑、阿魏蘑和金针菇中的任意一种,优选的发酵菌株为茯苓。
所述的发酵菌株不局限于上述发酵菌株分类下的具体菌株,现有技术中满足上述分类的发酵菌株均可以通过本发明所述的方法实现本发明的结果。例如本发明所选择的茯苓ACCC 51970菌株。
其中,步骤(1)中,所述的一级种子液培养基配方为:黄豆汁30g/L、酵母膏5g/L、葡萄糖10g/L、硫酸镁0.2g/L、硫酸铁0.1g/L、磷酸二氢钾0.5g/L、维生素B1 0.5g/L,配料为水,pH=5.0。
其中,步骤(1)中,所述的诱导物为豆渣、黄豆粉、麸皮、纸浆中的任意一种或几种的组合,优选的诱导物为豆渣和黄豆粉的组合;所述的诱导物,其总添加量为10-50g/L,优选的添加量为30g/L,更优选的添加量为15g/L豆渣和15g/L黄豆粉的组合。
其中,步骤(1)中,所述的二级种子液培养基配方为:诱导物30g/L、黄豆汁30g/L、酵母膏5g/L、葡萄糖10g/L、硫酸镁0.2g/L、硫酸铁0.1g/L、磷酸二氢钾0.5g/L、维生素B10.5g/L,配料为水,pH=5.0。
其中,步骤(2)中,所述的豆渣发酵培养基,其配方组成为:豆渣20-60g/L、酸化糖蜜10-30g/L、硫酸镁0-0.4g/L、硫酸铁0-0.3g/L、磷酸二氢钾0.01-0.2g/L、维生素B10-0.2g/L、玉米浆10-30g/L、硫酸铵2-7g/L,配料为水,pH=5.0;
优选的,豆渣发酵培养基配方组成为:豆渣40g/L、酸化糖蜜20g/L、硫酸镁0.2g/L、硫酸铁0.1g/L、磷酸二氢钾0.1g/L、维生素B10.1 g/L、玉米浆20g/L、硫酸铵5g/L,配料为水,pH=5.0。
其中,步骤(2)中,所述的蒸汽灭菌,其蒸汽温度为121℃,蒸汽时间为20min;所述的降温,是将温度降至26℃。
其中,步骤(2)中,所述的连续补料发酵,其补料培养基为豆渣20-60g/L,配方为水;优选的补料培养基为:豆渣40g/L,配料为水。
其中,步骤(2)中,所述的连续补料发酵,其发酵条件为:保持通气量0.1-0.5m3/L、温度26℃下进行发酵,培养1-3天后排出60%v/v发酵液,补入等体积的补料培养基,继续培养1-3天,重复排出发酵液和补入补料培养基的操作,连续3-5次;
优选的,发酵条件为:保持通气量0.3m3/L、温度26℃下进行发酵,培养2天后排出60%v/v发酵液,补入等体积的补料培养基,继续培养2天,重复排出发酵液和补入补料培养基的操作,连续4次。
其中,步骤(1)和步骤(2)中,所述的接种,其接种量为10%v/v。
上述方法制备得到的豆渣菌体蛋白饲料也在本发明所保护的范围之内。
上述豆渣菌体蛋白饲料在猪饲养中的应用也在本发明所保护的范围之内。
具体的,所述的豆渣菌体蛋白饲料,其连续发酵的成本约2950元/吨,远低于46豆粕的市场价,也低于单批次发酵得到的豆渣菌体蛋白饲料得成本,说明连续发酵的豆渣菌体蛋白具有替代豆粕的潜力。
具体的,在猪饲喂试验中,连续发酵的豆渣菌体蛋白饲料效率与46豆粕组相同,但其日增重更高,日采食量更好,饲喂成本更低,说明使用豆渣菌体蛋白可以替代46豆粕,使农牧企业达到降本增效的目的。
有益效果:
(1)本发明利用食用菌发酵湿豆渣生产豆渣菌体蛋白饲料,无需将豆渣烘干,食用菌可直接利用湿豆渣中的碳水化合物合成菌体蛋白;
(2)本发明在液体发酵过程中利用高温蒸汽灭菌破坏了豆渣中的胰蛋白酶抑制因子、大豆凝集素、致甲状腺肿素等热不稳定抗营养因子,更利于动物消化吸收。
(3)本发明生产的豆渣菌体蛋白饲料可以替代豆粕等蛋白饲料原料,节约饲料成本的同时也将湿豆渣得到了合理利用。
(4)本发明采用连续发酵,节省种子原料成本和单批次发酵罐灭菌能耗,缩短了发酵周期。
(5)本发明在二级种子液中添加了发酵诱导物,提高了菌体粗蛋白和纤维素酶活。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为种子液诱导物筛选图片。
图2为高固连续双罐发酵系统。
具体实施方式
下述实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
下述实施例中,所述的菌浓的检测方法:湿重/体积;总蛋白的检测方法:干重*粗蛋白/体积;粗蛋白按照GB/T6432-2018《饲料中粗蛋白的测定凯氏定氮法》中的方法进行检测;纤维素酶活检测的方法参考《GB/T 23881-2009饲用纤维素酶活性的测定》;氨基酸的测定按照GB/T18246-2019《饲料中氨基酸的测定》;粗纤维按照GB/T6434-2006《饲料中粗纤维的测定-过滤法》;粗灰分按照GB/T5009.4-2006《食品中灰分的测定》,脲酶活性按照GB/T8622-2006《饲料用大豆制品中尿素酶活性的测定》。
下述实施例中,所述的诱导物豆渣、豆渣发酵培养基中的豆渣和补料培养基中的豆渣为同一豆渣,都来源于南京果果食品有限公司,所述的黄豆粉来源于永辉超市市售,所述的诱导物纸浆来源于淘宝小熊猫纸浆泥商店。
实施例1:发酵菌株筛选
(1)从中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)购买表1中的菌株,分别将菌株活化转改良PDA培养基平板上继续培养,待菌丝铺满整板。
其中,所述的改良PDA培养基组成:土豆500g/L切块煮汁,葡萄糖30g/L和琼脂20g/L,配料为水,pH=5.0;
(2)将紫外超净台用紫外灭菌15-20min,从不同菌株布满菌丝的改良PDA平板上分别用无菌牛津杯取5片5*5mm的菌皮加入一级种子液培养基中26℃,150rpm培养6天,筛选生长速度快、蛋白含量高且纤维素酶活高的菌株。
其中,所述的一级种子液培养基组成为:黄豆汁30g/L、酵母膏5g/L、葡萄糖10g/L、硫酸镁0.2g/L、硫酸铁0.1g/L、磷酸二氢钾0.5g/L、维生素B1 0.5g/L,配料为水,pH=5.0。
(3)培养结束后,收集菌体,将菌体4000转离心20分钟,洗涤1次,此过程重复3次,检测湿重,将菌体65℃烘12h,检测干重,粉碎后,过40目筛网的样品,即为纯菌体。
(4)检测样品的菌浓、粗蛋白的含量、总蛋白、纤维素酶活及生长速度,检测结果如表1所示。
表1不同菌株液体培养检测结果
从表1中不同菌株液体培养情况来看,综合粗蛋白、总蛋白和纤维素酶活的数据可知,茯苓的生长效果最好。
实施例2:发酵诱导物筛选
(1)将紫外超净台用紫外灭菌15-20min,从茯苓平板上用无菌牛津杯取5片5*5mm的菌皮加入一级种子液培养基中26℃,150rpm培养6天。
其中,所述的一级种子液培养基组成为:黄豆汁30g/L、酵母膏5g/L、葡萄糖10g/L、硫酸镁0.2g/L、硫酸铁0.1g/L、磷酸二氢钾0.5g/L、维生素B1 0.5g/L,配料为水,pH=5.0。
(2)以10%v/v的接种量将步骤(1)所得茯苓种子液分别转入含有不同诱导物(表2)的二级种子液培养基中,将接种完的培养基于26℃培养4天(图1)。
其中,所述的含有不同诱导物的二级种子液培养基,其余组成如下:黄豆汁30g/L酵母膏5g/L、葡萄糖10g/L、硫酸镁0.2g/L、硫酸铁0.1g/L、磷酸二氢钾0.5g/L、维生素B10.5g/L,配料为水,pH=5.0。(3)同实施例1中(3)-(4)。
其中,所述的黄豆汁的制备方法为:称取30g/L的碎黄豆,加水煮至沸腾后继续煮20min,用四层纱布过滤,收集滤液。
表2二级种子液培养基中添加不同诱导物的发酵效果
结果如表2所示,从表2中不同诱导物的发酵效果可知,组别5中菌浓356g/L,整体总蛋白15.47g/L,纤维素酶活4.35u/L,都是14组诱导物发酵中效果最优组;组别8中粗蛋白含量为53.81%是14组发酵中粗蛋白最高组。综合分析,选取组别5中15g/L豆渣+15g/L黄豆粉作为发酵诱导物。
实施例3:发酵样品配方组成
一、单批次发酵豆渣
(1)同实施例2中(1)。
(2)向空消过的50L发酵罐中加入30L豆渣发酵培养基,用121℃蒸汽灭菌20分钟。等温度降至26℃,向发酵罐中接入10%v/v茯苓种子液二级种子液培养基,转速500r/min,通气量0.3m3/L,罐压0.05MPa,26℃培养2天。
其中,所述的豆渣发酵培养基组成为:豆渣40g/L、酸化糖蜜20g/L、硫酸镁0.2g/L、硫酸铁0.1g/L、磷酸二氢钾0.1g/L、维生素B10.1 g/L、玉米浆20g/L、硫酸铵5g/L,配料为水,pH=5.0。
其中,所述的酸化糖蜜制备方法为:糖蜜:水=1:1稀释,搅拌均匀后,用硫酸将pH调至2-3,121℃灭菌30分钟。
其中,所述的二级种子液培养基组成为实施例2中组别5所述的二级种子液培养基。
(3)样品检测。发酵结束后,将发酵样品4000转离心20分钟后收集沉淀物,65℃烘10h,分别检测样品中的粗蛋白、氨基酸、粗纤维及灰分的含量及脲酶活性,检测结果如表3和表4所示。
二、连续发酵豆渣
(1)同实施例2中(1)。
(2)向空消过的50L发酵罐中加入30L豆渣发酵培养基,空消过的30L补料罐中加入18L豆渣补料培养基,用121℃蒸汽灭菌20分钟。等温度降至26℃,向发酵罐中接入10%v/v的茯苓二级种子液培养基,转速500r/min,通气量0.3m3/L,罐压0.05MPa,26℃培养2天后,从放料口排出60%v/v(18L)发酵产品,通过管道补18L的豆渣补料培养基,按照通气量0.3m3/L,罐压0.05MPa,26℃培养2天,连续4次(图2)。
其中,所述的豆渣发酵培养基组成为:豆渣40g/L、酸化糖蜜20g/L、硫酸镁0.2g/L、硫酸铁0.1g/L、磷酸二氢钾0.1g/L、维生素B10.1 g/L、玉米浆20g/L、硫酸铵5g/L,配料为水,pH=5.0。
其中,所述的豆渣补料培养基为:豆渣40g/L,配料为水。
其中,所述的二级种子液培养基组成为实施例2中组别5所述的二级种子液培养基。
(4)样品检测。发酵结束后,将发酵样品4000转离心20分钟后收集沉淀物,65℃烘10h,分别检测样品中的粗蛋白、氨基酸、粗纤维及灰分的含量及脲酶活性,检测结果如表3和4所示。
表3组分分析
粗蛋白(%) 粗纤维(%) 灰分(%) 脲酶(u/g)
豆渣原料 19.26 39.20 0.82 <0.4
单批次发酵 45.13 6.4 0.4 <0.02
连续发酵 47.23 5.95 0.6 <0.02
表4氨基酸分析
豆渣原料 单批次发酵 连续发酵
天门冬氨酸 2.35 3.11 3.32
苏氨酸 0.95 3.04 3.54
丝氨酸 1.16 3.13 3.6
谷氨酸 3.33 2.61 3.46
脯氨酸 1.01 3.77 2.91
甘氨酸 1.12 2.55 2.35
丙氨酸 1.02 1.53 1.46
胱氨酸 0.72 0.71 0.88
缬氨酸 1.11 3.4 4.4
蛋氨酸 0.29 1.21 1.37
异亮氨酸 0.92 2.4 2.98
亮氨酸 1.64 3.81 3.81
酪氨酸 0.45 1.71 1.71
苯丙氨酸 1.09 3.01 2.62
赖氨酸 1.37 3.01 3.24
组氨酸 0.62 0.68 0.96
精氨酸 1.25 0.72 1.82
氨基酸总量(%) 20.40 40.40 44.43
必需氨基酸含量(%) 7.08 18.67 20.59
必需氨基酸占比(%) 34.71 46.21 46.34
从表3和表4中的数据可知,连续发酵后粗蛋白为47.23%比豆渣原料提升1.45倍,18种氨基酸总量为44.43%,其中必须氨基酸占比46.34%。连续发酵后的产品粗蛋白和氨基酸都比单批次发酵后的产品高,说明连续发酵产品可以作为替代豆粕的优质蛋白原料;菌株利用豆渣中的粗纤维作为氮源,连续发酵产品中粗纤维为5.95%,比豆渣原料降低84.82%;连续发酵产品中脲酶酶活<0.02u/g,说明液体发酵过程中,使用蒸汽灭菌破坏了胰蛋白酶抑制因子、大豆凝集素、致甲状腺肿素等热不稳定抗营养因子,使产品中的抗营养因子失活。
对利用豆渣菌体蛋白原料单批次发酵和连续发酵的成本进行核算,并与市面上的46豆粕进行对比,结果如表5所示。
表5豆渣菌体蛋白原料和46豆粕成本对比
从表5中的数据可知,经过发酵的豆渣菌体蛋白,其成本远低于46豆粕的市场价,而连续发酵的豆渣菌体蛋白成本又低于单批次发酵产品,连续发酵的成本约2950元/吨,说明连续发酵的豆渣菌体蛋白具有替代豆粕的潜力。
实施例4:饲喂试验
将实施例3连续发酵制备的豆渣菌体蛋白产品作为饲喂饲料,以46豆粕为对照进行仔猪饲喂试验。将275头48日龄健康仔猪分为2组,分别为对照组和豆渣菌体蛋白组每组4个重复,每个重复31-37头猪。保证栏内仔猪大小均匀,组间体重为15-20kg。整个试验期猪自由饮水,少喂多餐,料槽不断料。试验期日常卫生和防疫程序按正常程序执行。用豆渣蛋白饲料替代饲料中的46豆粕饲养断奶仔猪,检测奶仔猪的平均日采食量、平均日增重和料重比,如表6所示。
表6:豆渣菌体蛋白饲料对断奶仔猪生长性能的影响
由试验结果可知,连续发酵的豆渣菌体蛋白饲料效率与46豆粕组相同,但其日增重更高,日采食量更好,饲喂成本更低,说明使用豆渣菌体蛋白可以替代46豆粕,使农牧企业达到降本增效的目的。
本发明提供了一种连续发酵制备豆渣菌体蛋白饲料的方法的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种连续发酵制备豆渣菌体蛋白饲料的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将发酵菌株加入一级种子液培养基中培养获得菌株种子液后,将菌株种子液接种于含有诱导物的二级种子液培养基中;
(2)向发酵罐中加入豆渣发酵培养基,蒸汽灭菌、降温后,再向发酵罐中接种步骤(1)所述的二级种子液培养基进行连续补料发酵获得发酵样品;
(3)将步骤(2)获得的发酵样品经固液分离,固体部分烘干粉碎即为豆渣菌体蛋白饲料;
其中,步骤(1)中,所述的发酵菌株为茯苓;
其中,步骤(1)中,所述的诱导物为豆渣和黄豆粉的组合,其添加量为15 g/L豆渣和15g/L黄豆粉的组合;
其中,步骤(2)中,所述的豆渣发酵培养基配方组成为:豆渣40 g/L、酸化糖蜜20 g/L、硫酸镁0.2 g/L、硫酸铁0.1 g/L、磷酸二氢钾0.1 g/L、维生素B10.1 g/L、玉米浆20 g/L、硫酸铵5 g/L,配料为水,pH=5.0;
其中,步骤(2)中,所述的连续补料发酵,其补料培养基为:豆渣40 g/L,配料为水;
其中,步骤(2)中,所述的蒸汽灭菌,其蒸汽温度为121℃,蒸汽时间为20 min;所述的降温,是将温度降至26℃;
其中,步骤(2)中,所述的连续补料发酵,其发酵条件为:保持通气量0.1-0.5 m3/L、温度26℃下进行发酵,培养1-3天后排出60% v/v发酵液,补入等体积的补料培养基,继续培养1-3天,重复排出发酵液和补入补料培养基的操作,连续3-5次。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的连续补料发酵,其发酵条件为:保持通气量0.3 m3/L、温度26℃下进行发酵,培养2天后排出60% v/v发酵液,补入等体积的补料培养基,继续培养2天,重复排出发酵液和补入补料培养基的操作,连续4次。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)和步骤(2)中,所述的接种,其接种量为10% v/v。
4.权利要求1-3中任意一项所述的方法制备得到的豆渣菌体蛋白饲料。
5.权利要求4所述的豆渣菌体蛋白饲料在猪饲养中的应用。
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