CN116420811A - 发酵组合物、发酵饲料及其制备方法 - Google Patents

发酵组合物、发酵饲料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种发酵组合物、发酵饲料及其制备方法，涉及发酵工程技术领域。本发明上述发酵组合物包括复合菌和复合酶，其中：所述复合菌包括植物乳杆菌和凝结芽孢杆菌；所述复合酶包括碱性蛋白酶和复合纤维素酶。本发明通过研究表明，将植物乳杆菌、凝结芽孢杆菌、碱性蛋白酶和复合纤维素酶联合应用于含棕榈粕饲料的发酵，能够很好的提升棕榈粕和麸皮中的有机酸和总酸含量，减少饲料中酸化剂的使用，同时营养更为丰富，并有效改善了饲料的适口性。

Description

发酵组合物、发酵饲料及其制备方法
技术领域
本发明涉及发酵工程技术领域，尤其是涉及一种发酵组合物、发酵饲料及其制备方法。
背景技术
近年来我国畜牧业和饲料工业发展迅速，由于豆粕和玉米等原料价格高涨，畜牧业和饲料工业开始逐渐关注价格更低、营养含量丰富的非常规饲料原料，以降低饲料成本。棕榈粕是油用棕榈仁脱壳榨取油脂后的副产品，其价格低廉，粗蛋白质和脂肪有效成分性价比优于纯粮食原料，在动物饲料中应用具有很大的优势，从而逐渐被行业关注。
但棕榈粕适口性较差，且赖氨酸、组氨酸和苏氨酸含量较低，是主要的限制性氨基酸；其颜色较深，可能会影响动物的采食；棕榈粕中非淀粉多糖含量高，如纤维素、阿拉伯木聚糖、甘露聚糖等，这些物质会在动物消化道中形成粘性环境，阻碍消化道对营养物质的吸收。
同时，麸皮中较高的蛋白质、脂肪和粗纤维。其丰富的营养物质，可以作为微生物生长代谢的碳源和氮源。其作为廉价而丰富的膳食纤维来源，富含多种对人类健康有益的生物活性物质，可为动物和人体提供多种营养元素，维持肠道健康。
但麸皮中不溶性膳食纤维等难消化分解的碳水化合物以及植酸等抗营养因子的含量较高，导致微生物、动物和人体的生物利用率较低，对工业生产效率以及动物和人体健康产生不利影响。当前，随着国内外对麸皮固态发酵研究的日趋成熟，研究的不断扩大与深入，其应用也愈加广泛，而国内外关于通过发酵来提高棕榈粕营养品质的研究报道也日益增多。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种发酵组合物，该发酵组合物包括复合菌和复合酶，其中：所述复合菌包括植物乳杆菌和凝结芽孢杆菌；所述复合酶包括碱性蛋白酶和复合纤维素酶。本申请通过研究表明，将上述发酵组合物应用于含棕榈粕的饲料进行发酵，能够很好的提升棕榈粕和麸皮中的有机酸和总酸含量，减少饲料中酸化剂的使用，同时营养更为丰富，并有效改善了饲料的适口性。
本发明的第二目的在于提供一种发酵饲料，所述发酵饲料主要由上述发酵组合物与发酵底物经固态发酵得到。
本发明的第三目的在于提供一种发酵饲料的制备方法。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供的一种发酵组合物，包括复合菌和复合酶，其中：所述复合菌包括植物乳杆菌和凝结芽孢杆菌；
所述复合酶包括碱性蛋白酶和复合纤维素酶。
进一步的，所述植物乳杆菌为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)JUN-DY-6；
所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)JUN-DY-6保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO:M 2017138；
和/或，所述凝结芽孢杆菌为本实验室保藏菌种。
本发明提供的一种发酵饲料，所述发酵饲料主要由上述发酵组合物与发酵底物经固态发酵得到；
所述发酵底物包括棕榈粕和麸皮。
进一步的，所述发酵底物中棕榈粕和麸皮的质量比为6～4：4～6，优选为6：4。
进一步的，所述发酵底物任选的包括糖蜜；
优选地，所述糖蜜为发酵底物总质量的0～3％。
本发明提供的一种上述发酵饲料的制备方法，包括以下步骤：
提供发酵底物，然后将发酵组合物加入发酵底物中混匀，随后固态发酵得到发酵饲料。
进一步的，所述将发酵组合物加入发酵底物中的加入量包括：
植物乳杆菌的加入量为发酵原料总质量的1～3％，优选1％；
凝结芽孢杆菌的加入量为发酵原料总质量的0.01～0.03％，优选0.02％；
复合纤维素酶的加入量为发酵原料总质量的0.02～0.05％，优选0.03％；
碱性蛋白酶以1000～2000U/g的比例加入发酵原料中，优选1500U/g。
进一步的，所述固态发酵的发酵温度为35～40℃，发酵时间为45～50h。
进一步的，所述制备方法还包括在固态发酵后对发酵饲料进行烘干粉碎的步骤；
优选地，所述烘干的温度为50～55℃，烘干时间为45～50h。
进一步的，所述制备方法还包括在将发酵组合物加入发酵底物前对发酵底物进行风干的步骤；
优选地，所述风干的发酵底物的含水量为50～55％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的发酵组合物包括复合菌和复合酶，其中：所述复合菌包括植物乳杆菌和凝结芽孢杆菌；所述复合酶包括碱性蛋白酶和复合纤维素酶。本申请通过研究表明，将植物乳杆菌、凝结芽孢杆菌、碱性蛋白酶和复合纤维素酶联合应用于含棕榈粕的饲料进行发酵，能够很好的提升棕榈粕和麸皮中的有机酸和总酸含量，减少饲料中酸化剂的使用，同时营养更为丰富，并有效改善了饲料的适口性。
本发明提供的发酵饲料，所述发酵饲料主要以棕榈粕和麸皮为发酵底物与上述发酵组合物混匀后，经固态发酵得到。该发酵饲料有机酸含量高、抑菌效果佳，营养丰富；同时发酵底物中的棕榈粕降解更为彻底，还具有适口性和易消化性得优势。
本发明提供的发酵饲料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将发酵组合物加入发酵底物中混匀，随后固态发酵得到发酵饲料。上述制备方法具有加工工艺简单，易于操作的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为不同发酵条件下乳酸菌单菌发酵棕榈粕和麸皮后乳酸、乙酸、总酸产量及其pH值的对比图；
图2为不同发酵条件下乳酸菌单菌发酵棕榈粕和麸皮的微生物菌数含量对比图；
图3不同发酵条件下乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵后乳酸、乙酸、总酸产量及其pH值对比图；
图4不同发酵条件下乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵后微生物菌数含量对比图；
图5为不同乳酸菌接种量或水分条件下乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵后乳酸、乙酸、总酸产量及其pH值对比图；
图6为不同乳酸菌接种量或水分条件下乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵后微生物菌数含量对比图。
具体实施方式
下面将结合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。
根据本发明的一个方面，一种发酵组合物，包括复合菌和复合酶，其中：所述复合菌包括植物乳杆菌和凝结芽孢杆菌；
所述复合酶包括碱性蛋白酶和复合纤维素酶。
本发明提供的发酵组合物包括复合菌和复合酶，其中：所述复合菌包括植物乳杆菌和凝结芽孢杆菌；所述复合酶包括碱性蛋白酶和复合纤维素酶。本申请通过研究表明，将植物乳杆菌、凝结芽孢杆菌、碱性蛋白酶和复合纤维素酶联合应用于含棕榈粕的饲料进行发酵，能够很好的提升棕榈粕和麸皮中的有机酸和总酸含量，减少饲料中酸化剂的使用，同时营养更为丰富，并有效改善了饲料的适口性。
其中：植物乳杆菌具有产酸量大、抑菌谱宽的技术优势，本申请将植物乳杆菌应用于棕榈粕的发酵能够显著提高了棕榈粕发酵饲料的抑菌能力和有机酸含量，尤其是乳酸的含量。
优选地，所述植物乳杆菌为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)JUN-DY-6；所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)JUN-DY-6保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO:M 2017138。
凝结芽孢杆菌经验证其与植物乳杆菌作为菌剂联合应用于棕榈粕后，可以显著提高发酵饲料中的乳酸含量，且饲料pH较低，可抑制杂菌生长，防治饲料染菌。同时，凝结芽孢杆菌可以产生丰富的酶，进而可以酶解掉发酵原料中的一些抗性蛋白，使最终得到的发酵饲料营养更为丰富。
酸性蛋白酶和复合纤维素酶组成的复合酶，在发酵过程中可以使含棕榈粕的发酵底物中的纤维素、阿拉伯木聚糖、甘露聚糖等降解更为彻底，提高饲料的适口性，并避免动物消化道中形成粘性环境的产生。
需要说明的是，本发明对于“凝结芽孢杆菌”的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员所熟知的凝结芽孢杆菌即可；如可以采用其市售商品，也可以采用本领域技术人员熟知的制备方法自行制备。本申请所采用凝结芽孢杆菌为本实验室保藏菌种。
根据本发明的一个方面，一种发酵饲料，所述发酵饲料主要由上述发酵组合物与发酵底物经固态发酵得到；
所述发酵底物包括棕榈粕和麸皮。
本发明提供的发酵饲料，所述发酵饲料主要以棕榈粕和麸皮为发酵底物与上述发酵组合物混匀后，经固态发酵得到。该发酵饲料有机酸含量高、抑菌效果佳，营养丰富；同时发酵底物中的棕榈粕降解更为彻底，还具有适口性和易消化性得优势。
在本发明的一种优选实施方式中，所述发酵底物中棕榈粕和麸皮的质量比为6～4：4～6，优选为6：4。
作为一种优选的实施方式，上述发酵底物中棕榈粕和麸皮的质量比优选为6：4。如超出上述质量比范围，棕榈粕含量过高，由于蛋白酶水解棕榈粕蛋白会产生大量小肽，进而致使原料粘性过大，对生产设备的要求更高；而过量使用麸皮，则棕榈粕作为一种优质且价格相对低廉的原料，得不到充分的利用。
在本发明的一种优选实施方式中，所述发酵底物任选的包括糖蜜；
优选地，所述糖蜜为发酵底物总质量的0～3％。
作为一种优选得实施方式，上述糖蜜是一种粘稠、黑褐色、呈半流动的物体，含有大量的蔗糖、还原糖、棉实糖、蛋白质和多种矿物质、维生素、纤维素、胺类等。本申请将糖蜜作为碳源相比于淀粉质原料，省去糖化程序，同时由于其价格优势，在发酵成本控制方面，相比于其他碳源具有一定的优势。
根据本发明的一个方面，一种上述发酵饲料的制备方法，包括以下步骤：
提供发酵底物，然后将发酵组合物加入发酵底物中混匀，随后固态发酵得到发酵饲料。
本发明提供的发酵饲料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将上述发酵组合物加入发酵底物中混匀，随后固态发酵得到发酵饲料。上述制备方法具有加工工艺简单，易于操作的优势。
在本发明的一种优选实施方式中，所述将发酵组合物加入发酵底物中的加入量包括：
植物乳杆菌的加入量为发酵原料总质量的1～3％；
凝结芽孢杆菌的加入量为发酵原料总质量的0.01～0.03％；
复合纤维素酶的加入量为发酵原料总质量的0.02～0.05％；
碱性蛋白酶以1000～2000U/g的比例加入发酵原料中；
需要说明的是，所述发酵原料包括发酵组合物、发酵底物和固态发酵所需的水份。
在本发明的一种优选实施方式中，所述固态发酵的发酵温度为35～40℃，发酵时间为45～50h。
作为一种优选的实施方式，上述固态发酵的温度过低或过高都会导致微生物生长迟缓或者微生物无法生长，而发酵时间过短会导致原料发酵不完全，发酵时间过长或导致生产周期加长。
在本发明的一种优选实施方式中，所述制备方法还包括在固态发酵后对发酵饲料进行烘干粉碎的步骤；
在上述优选实施方式中，所述烘干的温度为50～55℃，烘干时间为45～50h。
作为一种优选的实施方式，上述烘干温度过高不利于饲料的营养物质的保存，同时对生产能耗的需求更高，而温度过低，烘干时间过长，不利于提高生产效率。
在本发明的一种优选实施方式中，所述制备方法还包括在将发酵组合物加入发酵底物前对发酵底物进行风干的步骤；
在上述优选实施方式中，所述风干的发酵底物的含水量为50～55％。
作为一种优选的实施方式，上述风干的发酵底物的含水量过高，对于烘干的成本更高，而水分含量过低，不利于微生物的生长和代谢，影响固态发酵的效果。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
实施例1乳酸菌单菌发酵棕榈粕饲料条件优化
本实施例以植物乳杆菌JUN-DY-6作为棕榈粕和麸皮发酵的候选菌株。
1、样品的活化：将乳酸菌按照1％的接种量接种到MRS培养基，37℃活化24h，按照同样的方式活化2-3代，继续于MRS培养基中培养，得到乳酸菌的菌液。
2、发酵条件的筛选：将风干的棕榈粕和麸皮、水、糖蜜、纤维素酶、碱性蛋白酶及对数期的乳酸菌菌液按一定的配比(详见表1)混合均匀后置于经无菌处理的自封袋中，封口置于37℃培养箱中发酵48h，结束后样品在55℃进行烘干、粉碎后测定有机酸含量，总酸含量，pH值，微生物菌数。
3、总酸、有机酸含量和pH值见图1、微生物菌数见图2。
图1为不同发酵条件下乳酸菌单菌发酵棕榈粕和麸皮后乳酸、乙酸、总酸产量及其pH值的对比图；
图2为不同发酵条件下乳酸菌单菌发酵棕榈粕和麸皮的微生物菌数含量对比图。
参见表1可以发现，通过对比1和2，3和5，4和6组实验，及其各自最终乳酸和总酸产量可见，1％乳酸接种量即可满足正常发酵，且微生物菌数均可达～101。通过对比1和3组实验，及其各自最终的乳酸和总酸产量可见，3％相较于1％的糖蜜添加量对乳酸含量没有特别明显的影响，但可以提升总酸含量，且微生物菌数也更多。通过对比第4组与其他各组实验，及各自最终的乳酸和总酸产量可见，无需添加纤维素酶，乳酸和总酸产量依旧高于其他各组，且微生物菌数也处于较高水平。
表1乳酸菌单菌发酵棕榈粕和麸皮饲料发酵条件筛选：
Figure BDA0004140380350000091
实施例2乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵条件优化
本实施例中的乳酸菌为植物乳杆菌JUN-DY-6。
将凝结芽孢杆菌0.01％、复合酶0.02％、糖蜜3％、碱性蛋白酶1250U/g以及不同发酵原料、复合酶和对数生长期的乳酸菌接种量(详见表2)混合均匀后，置于经无菌处理的自封袋中，封口后置于37℃培养箱中发酵48h。使发酵原料中的水分含量保持在54％(m/m)。
乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵的数据结果见图3和图4。
图3不同发酵条件下乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵后乳酸、乙酸、总酸产量及其pH值对比图；
图4不同发酵条件下乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵后微生物菌数含量对比图。
由上述图3、4可发现有机酸和总酸产量均可达5％左右，与乳酸菌单菌发酵的产量相差不大，因此乳酸菌和凝结芽孢杆菌的混菌发酵是可以正常进行的。不同乳酸菌接种量的影响相差不大，但在4％时乳酸产量略高于其余两组，5％时乳酸菌和凝结芽孢杆菌数目要远远高于其余两组，特别是乳酸菌的数目达到101cfu/g之多。
表2不同发酵原料利用乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵条件优化：
Figure BDA0004140380350000101
实施例3不同发酵原料下的菌酶协同发酵工艺
控制凝结芽孢杆菌、水、糖蜜、复合酶及蛋白酶的添加量不变(即凝结芽孢杆菌添加量占发酵原料总质量的0.01％，水的添加量占发酵原料总质量的54％，复合酶占发酵原料总质量的0.02％，糖蜜占发酵原料总质量的3％，蛋白酶的添加量为1250U/g)，设置两组不同的发酵原料，分别是棕榈粕和麸皮(6：4)、棕榈粕和豆皮(6：4)。
结果如图3、图4所示，通过对比发酵结果中乳酸和总酸的产量可见，棕榈粕和麸皮作为发酵原料时乳酸和总酸产量均在4.8％～5.4％左右，明显高于棕榈粕和豆皮作为发酵原料的4.2％～4.9％左右，且由微生物计数可知乳酸菌和凝结芽孢杆菌菌数均可达到1012cfu/g以上，因此棕榈粕和麸皮更适合作为发酵原料。
实施例4不同水分含量的菌酶协同发酵工艺
将风干的棕榈粕和麸皮、凝结芽孢杆菌0.01％、复合酶0.02％、碱性蛋白酶1250U/g以及不同糖蜜添加量、水分和对数生长期的乳酸菌接种量(乳酸菌接种量1～3％，糖蜜添加量0～3％，水分添加量40～50％,具体发酵条件详见表3)混合均匀后置于经无菌处理的自封袋中，封口置于37℃培养箱中发酵48h，结束后样品在55℃进行烘干、粉碎后测定有机酸含量，总酸含量，pH值，微生物菌数。
图5为不同乳酸菌接种量或水分条件下乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵后乳酸、乙酸、总酸产量及其pH值对比图；
图6为不同乳酸菌接种量或水分条件下乳酸菌和凝结芽孢杆菌混菌发酵后微生物菌数含量对比图；
实验结果见图5和图6，从微生物数的对比可以看出，不论水分含量为50％、45％还是40％时，都对乳酸菌的发酵影响不大，但对凝结芽孢杆菌的发酵影响却很明显，特别是在水分含量为40％时，凝结芽孢杆菌数目均在10cfu/g以下。另外在发酵过程中添加3％的糖蜜，可以提高发酵饲料中乳酸和总酸的产量。
表3不同水分含量的菌酶协同发酵工艺
Figure BDA0004140380350000111
Figure BDA0004140380350000121
实施例5不同乳酸菌接种量下的菌酶协同发酵工艺
控制凝结芽孢杆菌、水、糖蜜、复合酶及蛋白酶的添加量不变(即凝结芽孢杆菌添加量占发酵原料总质量的0.01％，发酵原料水分含量54％，复合酶占发酵原料总质量的0.02％，糖蜜占发酵原料总质量的3％，蛋白酶的添加量为1250U/g)，将乳酸菌接种量分别设置为1％、2％和3％。
结果如图3、图5、图6所示，通过实验结果中乳酸和总酸产量可见，不同乳酸菌接种量的影响相差不大，但在3％时乳酸产量略高于其余两组，可以达到4.8％。另外当乳酸菌接种量为3％时乳酸菌和凝结芽孢杆菌数目也要略高于其余两组，乳酸菌数为5.2×10cfu/g，凝结芽孢杆菌数为5.5×10cfu/g左右，所以综合考虑后选择3％的乳酸菌接种量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种发酵组合物，其特征在于，包括复合菌和复合酶，其中：所述复合菌包括植物乳杆菌和凝结芽孢杆菌；
所述复合酶包括碱性蛋白酶和复合纤维素酶。
2.根据权利要求1所述的发酵组合物，其特征在于，所述植物乳杆菌为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)JUN-DY-6；
所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)JUN-DY-6保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO:M 2017138。
3.一种发酵饲料，其特征在于，所述发酵饲料主要由权利要求1或2所述的发酵组合物与发酵底物经固态发酵得到；
所述发酵底物包括棕榈粕和麸皮。
4.根据权利要求3所述的发酵饲料，其特征在于，所述发酵底物中棕榈粕和麸皮的质量比为6～4：4～6，优选为6：4。
5.根据权利要求3所述发酵饲料，其特征在于，所述发酵底物任选的包括糖蜜；
优选地，所述糖蜜为发酵底物总质量的0～3％。
6.一种根据权利要求3～5任一项所述发酵饲料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供发酵底物，然后将发酵组合物加入发酵底物中混匀，随后固态发酵得到发酵饲料。
7.根据权利要求6所述的发酵饲料的制备方法，其特征在于，所述将发酵组合物加入发酵底物中的加入量包括：
植物乳杆菌的加入量为发酵原料总质量的1～3％，优选1％；
凝结芽孢杆菌的加入量为发酵原料总质量的0.01～0.03％，优选0.02％；
复合纤维素酶的加入量为发酵原料总质量的0.02～0.05％，优选0.03％；
碱性蛋白酶以1000～2000U/g的比例加入发酵原料中，优选1500U/g。
8.根据权利要求6所述的发酵饲料的制备方法，其特征在于，所述固态发酵的发酵温度为35～40℃，发酵时间为45～50h。
9.根据权利要求6所述的发酵饲料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在固态发酵后对发酵饲料进行烘干粉碎的步骤；
优选地，所述烘干的温度为50～55℃，烘干时间为45～50h。
10.根据权利要求6所述的发酵饲料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在将发酵组合物加入发酵底物前对发酵底物进行风干的步骤；
优选地，所述风干的发酵底物的含水量为50～55％。
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