CN1899079B - 利用马铃薯渣进行固态发酵制备蛋白饲料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用马铃薯渣制备蛋白饲料的方法，以及通过上述方法制备得到的蛋白饲料和包含该蛋白饲料的饲料。马铃薯淀粉厂生产淀粉产生的废渣经压榨脱水，不经过高温灭菌，通过添加一定的辅料，按比例接种一定量的菌种进行生料固态发酵，制备得到蛋白饲料。该方法既节约能源又简化生产工艺，有高产、简易、低投资、低能耗、占地少等优点。该处理方法所得的饲料产品易干燥、低能耗、高回收，可把发酵物包括菌体及其代谢产物和底物全部利用，既保留了活性成分又没有废液污染之忧。饲料产品蛋白含量增长60％以上，其中各种氨基酸含量均比原料有所提高，营养价值大幅度提高，而且发酵后的产品疏松、气味芳香。

Description

利用马铃薯渣进行固态发酵制备蛋白饲料的方法

技术领域

本发明涉及制备蛋白饲料的方法，具体涉及利用马铃薯淀粉渣制备蛋白饲料的方法。

本发明还涉及利用上述方法制备得到的蛋白饲料。

本发明还涉及包含上述蛋白饲料的饲料。

背景技术

我国马铃薯淀粉工业发展很快，年增长率平均为30％以上，2001年产量超过12万吨。一般每生产1吨淀粉产生7.5吨废渣，废渣里含有蛋白质、氨基酸、糖类等物质，是可利用的重要资源，如不加以回收利用，不仅造成资源的浪费，而且会被微生物所利用，在加工旺季，薯渣相对集中时，堆积如山，腐败发臭，影响厂区周边环境，造成严重的环境污染。

目前国内很多马铃薯淀粉企业面临着淀粉渣的处理问题，随着环保呼声的日益强烈和各项环保法规的逐步建立健全，人们开始重新审视传统的食品加工过程和模式，废弃物的综合利用势在必行。

由国内外相关资料可知，在国外，主要通过生物发酵的方法利用马铃薯渣生产燃料级酒精，或利用其生产酶、可降解塑料，也有将其作为原料生产蛋白饲料；在国内，主要是利用薯渣制备柠檬酸钙、制取麦芽糖、提取低酯果胶、制备醋、酱油、白酒、膳食纤维等等，还有一些资料是关于利用薯渣为原料通过发酵的方法生产蛋白饲料。

微生物酶的生产，目前主要采用液体深层发酵和固体发酵两种方式。与其他培养方式相比，液体深层发酵具有如下优点：1)液体悬浮状态是许多微生物的最适生长环境；2)在液态环境中，菌体、底物、产物(包括热)易于扩散，使发酵在均质或拟均质条件下进行，便于检测、控制，易扩大生产规模；3)液体输送方便，易于机械化操作；4)产品易于提取精制。与液体发酵相比，固体发酵具有如下缺点：1)生产工艺主要限于耐低水活性的菌中；2)微生物生长速度较慢，产物有限；3)大规模操作时，产生的代谢热较难散去，生产过程中固态发酵参数难以准确测定，难以实现操作的机械化及控制的自动化；4)生化反应器的设计还不完善，传统的发酵方式易染杂菌。但是，固体发酵也具有很多液体发酵所不具备的优点，主要表现为：1)培养基简单，多为便宜的天然基质；2）基质的低含水量可大大减少生化反应器的体积，不需要废水处理，较少环境污染，常不需要严格的无菌操作，后处理加工方便；3)不一定连续通风，一般可由间歇通风或气体扩散完成；4)产物的产率可较高；5)设备简单，投资小，能耗低。由于饲料工业附加值低，饲料用酶无需精制，因此，采用固态发酵更为合适。国内复合酶制剂的生产一般采用固态发酵，液态发酵主要用于植酸酶的生产或生产单酶制剂用于复配合酶制剂。

中国专利申请03134357.0公开了将马铃薯渣转化为高蛋白饲料的方法，该发明涉及利用微生物对马铃薯渣进行处理，制备动物饲料的技术，该技术采用白地霉、黑曲霉、酵母菌对马铃薯渣生料直接进行发酵，将白地霉、黑曲霉、酵母菌单菌或混合，对马铃薯渣生料进行二次发酵，将马铃薯渣粗蛋白量由发酵前的4.6％提高到发酵后的23.33％。

现有技术存在以下不足之处：

(1)为防止在发酵过程中原料被杂菌污染，发酵工艺原料需预先经过高温灭菌，这样造成大量能源消耗，使生产成本大大增加；

(2)采用二次发酵，生产工艺复杂，提高了生产成本。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种利用马铃薯渣进行固态发酵制备蛋白饲料的方法。该方法是以马铃薯淀粉厂生产所剩的淀粉渣为主要原料，不需经过高温杀菌，通过脱水工序使薯渣含水量达到发酵工艺的要求，添加一定的辅料，补充必要的氮源，同时接种菌种，在适宜的发酵条件下进行发酵，既节约能源又简化生产工艺，克服了现有技术的不足。

本发明的另一个目的在于提供一种利用上述方法制备得到的蛋白饲料。

本发明的还一个目的在于提供包含上述蛋白饲料的饲料。

根据本发明的一个目的，本发明提供了一种利用马铃薯渣制备蛋白饲料的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

将马铃薯渣进行压榨脱水；

接种菌种，进行生料固态发酵；

所述菌种为选自白地霉(geotrichum candidum)、黑曲霉(aspergillus niger)两种菌种。

本发明所述马铃薯渣通常是指马铃薯淀粉厂生产淀粉时所产生的废渣，即为马铃薯淀粉渣，为了叙述方便，在本文中有时将其简称为薯渣。

本发明所述压榨脱水是指将薯渣原料通过压榨方式进行脱水处理，该方法简便易行，在生产中可以利用压榨机进行压榨脱水，以提高效率。本发明所述脱水的方式也可为真空脱水等。新鲜马铃薯渣原料的含水量通常在90％左右，通过压榨脱水，可使马铃薯渣的含水量降至70％～80％。

本发明所述生料固态发酵，也称生料固体发酵，是指马铃薯淀粉厂生产淀粉产生的废渣经压榨脱水后，不经过高温预处理直接进行发酵，既节约了能源又简化了生产工艺。

本发明所述固态发酵可采用浅盘发酵或发酵池发酵来实现，其机械化程度低、投资少；也可采用固态发酵设备来实现，其自动化程度高，投资较大，减少产品被杂菌污染的概率。

优选的，脱水后，使马铃薯渣的含水量降至70％～75％。

进一步的，在压榨脱水后可选择性的添加一定量的辅料，如氮源、无机盐、微量元素、利于通风的载体等。

所述氮源包括无机氮源和有机氮源，无机氮源包括铵盐、硝酸盐等，例如氯化铵、硝酸钾等；有机氮源包括豆饼粉、花生饼粕、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、蛋白胨、玉米浆等。

所述无机盐类包括钙盐、镁盐、铁盐、钾盐等。各种无机盐类和微量元素如磷、硫、镁、铁、钾、钠、钙、锌、锰等，是微生物细胞结构的重要成分或酶的组成成分或维持酶的活性，能促进微生物生长、发育、刺激酶的生成，培养基中不可或缺。在具体实践中，应根据不同菌种的需要量，通过实验来研究确定无机盐类等的加入量。

由于本发明采用的是固态发酵，因此还需加入一定量利于通风的载体，如稻壳、麸皮、玉米皮等。

优选的，所述辅料包括麸皮、尿素、硫酸铵、过磷酸钙，它们的重量比依次为30∶1∶3∶1.5。

所述优选辅料可由上述同类辅料进行替换，或调整相互间的比例，本领域技术人员可以理解，所作的替换或调整均不会超出本发明的范围。

最优选的，所述辅料及其添加量(重量百分比，以马铃薯渣的重量计)分别为：麸皮15％、尿素0.5％、硫酸铵1.5％、过磷酸钙0.75％。

本发明所述菌种是指能够产生可将马铃薯渣中的纤维素、果胶、淀粉等物质转化为高蛋白饲料的蛋白酶的菌种。

生产中所用菌种可通过菌种扩培流程制备得到。菌种扩培流程为试管斜面菌种→一级菌种扩培→生产用菌种扩培，具体方法如下：

(1)斜面菌种培养：马铃薯葡萄糖培养基为斜面培养基。

(2)一级菌种扩培：采用液体扩培的方法，培养基可采用麦芽汁培养基或马铃薯葡萄糖培养基。相比较而言，马铃薯葡萄糖培养基易得而且价格经济。

(3)生产菌种的扩培：采用固体扩培的方法，培养基采用麸皮，并添加一些微量元素。采用固体方法扩培菌种，实际生产过程中菌种的添加将不会对发酵原料的水分造成很大的影响。

优选的，所述菌种为黑曲霉、白地霉两种。

上述两种菌种具有偏利生关系，即，两种菌种具有在生长过程中“一种微生物从中受益，而另一种微生物不受影响”的关系，例如，黑曲霉在生长过程中分泌的产物有利于白地霉菌种的生长，从而促进了产品蛋白含量的提高。

更优选的，所述菌种为黑曲霉和白地霉，它们的重量比依次为1∶1～5。

最优选的，所述黑曲霉和白地霉接种的重量比为1∶3。

本发明所述制备方法所利用的原料不经过高温灭菌，发酵过程中靠优势菌的生长来抑制杂菌，节约了能耗。这是由于不同的微生物对原料的水分活度值及pH值均有不同的要求，本工艺通过对原料压榨脱水处理、添加一定的辅料，使发酵原料的水分活度及pH值更适于本发明所用菌种的生长，从而达到抑制杂菌生长的目的。

优选的，所述固态发酵的发酵环境温度为28～30℃，环境湿度为90～95％，发酵时间为48～52小时。

进一步的，在所述固态发酵后，通过在60～70℃下干燥，制备得到蛋白饲料成品。

在本发明的一个优选实施方式中，将马铃薯淀粉厂生产淀粉产生的废渣经过压榨脱水，不经过高温灭菌，添加15％麸皮、0.5％尿素、1.5％硫酸铵、0.75％过磷酸钙，同时按比例接种一定量的菌种，黑曲霉接种量5％、白地霉接种量15％，使物料的含水量达到65％～70％，在环境温度28～30℃，湿度90％条件下进行发酵，发酵48～52小时后在60～70℃温度下干燥即得薯渣蛋白饲料产品。

通过此工艺发酵的饲料经有关部门检测粗蛋白含量和氨基酸含量相对于原料均有明显的增长，营养价值提高，且安全性符合饲料标准。并且，产品颜色相对于原料有明显的改善，气味芳香，且物料疏松，提高了家畜的采食速度和采食量，适口性得到明显改善，提高了薯渣饲料的生物效价。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种蛋白饲料，其以马铃薯渣为主要原料，通过上述方法制备得到，其中，以重量计，粗蛋白含量为15～30％。该饲料具有较高的粗蛋白含量和氨基酸含量，且气味芳香，物料疏松，提高了家畜的适口性。

本发明所述粗蛋白是蛋白饲料中含氮物质的总称，包括真蛋白质和非蛋白含氮物质两部分，后者主要包括游离氨基酸、硝酸盐、氨等。

本发明所述的蛋白饲料可单独用于家畜的喂饲，也可添加到其它饲料中。

根据本发明的还一个方面，本发明提供了一种饲料，其包含上述蛋白饲料，可用于家畜的喂饲，以提供全面均衡的营养。该饲料中还可进一步选择性的添加家畜生长所需的其它营养成分，例如脂肪、碳水化合物、各种微量矿物元素、维生素、药物添加剂等。本领域技术人员可按照常规技术来选择本发明提供的蛋白饲料及其它营养成分在所述饲料中的加入量及加入方式。

本发明所述饲料是指一般能被动物食用又能给动物某种或多种营养的物质，其种类包括预混料、浓缩料和全价配合饲料。

本发明所述预混料是添加剂预混合饲料的简称，它是将一种或多种微量组分(包括各种微量矿物元素、各种维生素、合成氨基酸、某些药物等添加剂)与稀释剂或载体按要求配比，均匀混合后制成的中间型配合饲料产品。预混料是全价配合饲料的一种重要组分。

本发明所述浓缩料是指全价饲料中除去能量饲料的剩余部分，国外称平衡用配合饲料，也称蛋白质一维生素补充饲料。主要包括蛋白质饲料、常量矿物质饲料和添加剂预混合饲料。

本发明所述全价配合饲料(简称为全价料)也称全日粮配合饲料。它能直接用于饲喂饲养对象，能全面满足饲喂对象的营养需要，主要包括能量饲料、蛋白质饲料和矿物质等营养物质。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用生料固体发酵，免去了液体发酵需脱水、收集、干燥的麻烦程序，有高产、简易、低投资、低能耗、占地少等优点。

2、本发明的发酵工艺所利用的原料不经过高温灭菌，发酵过程中靠优势菌的生长来抑制杂菌，并利用了两菌种的偏利生关系，节约了能耗。

3、本发明的工艺操作简单方便，易于控制管理，实际生产过程中对生产设备的选择可根据投资的大小及处理量的多少来确定，比较灵活。

4、通过本发明一次发酵生产的饲料，粗蛋白质和各种氨基酸的含量明显增加，营养价值提高，缓解我国饲料蛋白的不足，给淀粉加工企业带来一定的经济效益，同时解决了淀粉加工企业的环境污染问题。

5、本发明所得的产品易干燥、低能耗、高回收，可把发酵物包括菌体及其代谢产物和底物全部利用，既保留了活性成分又没有废液污染之忧。

为了更好地理解本发明的本质，下面结合附图，通过对本发明较佳实施方式的描述，详细说明但不限制本发明。

附图说明

图1为利用马铃薯淀粉渣进行固态发酵制备蛋白饲料的生产工艺流程图。

具体实施方式

本发明所用实验材料，如无特别说明，均为市售产品。

本发明所述制备方法的生产工艺流程如图1所示。

菌种的培养

【实施例1】

(1)斜面菌种制备

利用马铃薯葡萄糖斜面培养基或5Be°麦芽汁斜面培养基，严格按照无菌操作分别接种黑曲霉和白地霉菌种(黑曲霉的保藏号为ATCC 1004，白地霉的保藏号为ATCC 10834)28℃培养箱中培养60hr，制成斜面菌种，置于冰箱中贮藏备用。

(2)一级菌种扩培

利用马铃薯葡萄糖液体培养基，接入斜面菌种两环，于振荡培养箱中28℃，180r/min培养48hr。

(3)二级菌种扩培

将麸皮加水搅拌均匀，1公斤/cm²杀菌30min，冷却至35℃～40℃后接入一级菌种，接种量为1％，搅拌均匀后置于浅盘中，培养基厚度2～4cm，28℃条件下培养48hr。

蛋白饲料的制备

【实施例2】

取压榨脱水后的薯渣100kg，按比例添加15％麸皮、0.5％尿素、1.5％硫酸铵、0.75％过磷酸钙，接种5％黑曲霉菌种、15％白地霉菌种，物料含水量68％，在固态发酵机(中国农业机械化科学研究院提供)中进行发酵，发酵温度28～30℃，湿度90％；发酵50小时后60～65℃干燥5小时，制备得到蛋白饲料成品。

蛋白饲料与薯渣原料的检验结果对比

【实施例3】

分别检验采用实施例2的方法生产的蛋白饲料产品与薯渣原料(经过实施例2所述压榨脱水步骤)，其中，粗蛋白含量的测定方法参照GB/T14771-1993，氨基酸含量的测定方法参照GB/T18246-2000，维生素B1含量的测定方法参照GB/T12390-1990，维生素B2含量的测定方法参照GB/T12391-1990。

检验结果的对比如表1所示。由结果可知，饲料产品蛋白含量增长60％以上，其中各种氨基酸含量均较原料有所提高，营养价值提高，此外，蛋白饲料中的维生素B含量与原料相比也有明显提高。该饲料产品的安全性符合饲料标准，并且，产品颜色相对于原料有明显的改善，气味芳香，物料疏松。

表1本发明蛋白饲料与薯渣原料的检验结果对比

成分	原料(％)	饲料(％)	成分	原料(％)	饲料(％)
						天冬氨酸	0.50	1.06	蛋氨酸	0.10	0.14
苏氨酸	0.21	0.49	异亮氨酸	0.23	0.40
						丝氨酸	0.21	0.45	亮氨酸	0.38	0.83
谷氨酸	0.44	0.99	酪氨酸	0.20	0.48
						甘氨酸	0.21	0.50	苯丙氨酸	0.27	0.51
丙氨酸	0.18	0.60	赖氨酸	0.34	0.51

成分	原料(％)	饲料(％)	成分	原料(％)	饲料(％)
						胱氨酸	0.12	0.23	组氨酸	0.08	0.15
缬氨酸	0.35	0.84	精氨酸	0.19	0.41
						脯氨酸	0.36	0.32	色氨酸	0.06	0.08
维生素B1	0.053	0.24	维生素B2	0.08	2.25
						粗蛋白	4.63	16.15	总氨基酸	4.43	13.42

以上对本发明较施方式的描述制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (11)

1.一种利用马铃薯渣制备蛋白饲料的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

将马铃薯渣进行压榨脱水；

接种菌种，进行生料固态发酵；

所述菌种为黑曲霉和白地霉两种菌种，它们的重量比依次为1∶1～3。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于，脱水后，马铃薯渣的含水量降至70％～75％。

3.权利要求1所述的方法，其特征在于，在脱水后添加一定量的辅料，所述辅料为选自氮源、碳源、无机盐、微量元素、利于通风的载体的一种或多种。

4.权利要求3所述的方法，其特征在于所述辅料包括麸皮、尿素、硫酸铵、过磷酸钙，它们的重量比依次为30∶1∶3∶1.5。

5.权利要求1所述的方法，其特征在于，在接种前，采用固体扩培的方法进行菌种的扩培。

6.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述黑曲霉与白地霉的重量比为1∶3。

7.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固态发酵的发酵环境温度为28～30℃，环境湿度为90～95％，发酵时间为48～52小时。

8.权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述固态发酵后，在60～70℃下干燥，制备得到蛋白饲料。

9.权利要求8所述的方法，其特征在于，以重量计，所述蛋白饲料的粗蛋白含量为15～30％。

10.一种蛋白饲料，其特征在于，其以马铃薯渣为主要原料，由权利要求1～8之一所述的方法制备得到，其中，以重量计，粗蛋白含量为15～30％。

11.一种饲料，其特征在于，其包含权利要求10所述的蛋白饲料。

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