TWI479999B - 一種醱酵豆粉之製備方法及包含該醱酵豆粉之水產飼料 - Google Patents

Description

一種醱酵豆粉之製備方法及包含該醱酵豆粉之水產飼料

本發明係關於一種醱酵豆粉之製備方法及包含該醱酵豆粉之水產飼料，特別是關於一種以枯草桿菌對豆粉進行醱酵之製備方法，以及包含該醱酵豆粉之水產飼料。

習用水產飼料的主要蛋白質來源主要為魚粉，平均每公斤魚粉要價60~65元，然而，由於近年來海洋環境的汙染、全球氣候變遷及生態環境的破壞，使得全球魚粉原料短缺，造成水產養殖業的飼料成本居高不下，因此，許多習用水產飼料改以價格較低之大豆粉取代部分魚粉，藉以降低習用水產飼料的成本。

雖然大豆粉每公斤成本較低(約15元)，且能夠用以作為魚粉的取代原料，以提供水產動物成長所需的必需胺基酸，然而，由於大豆所含有的胺基酸不平衡，如甲硫胺酸缺乏，而無法完全取代魚粉，以供應水產養殖動物生長所需的營養。此外，由於大豆含有許多抗營養物質，對於水產養殖動物而言，大豆粉會對水產養殖動物造成營養吸收阻礙的問題，因此，習用水產飼料中的大豆粉能夠取代魚粉的比例有限，通常以不超過原用魚粉量之40%為原則，以避免大豆的抗營養物質造成飼料轉換率過低的問題。

綜上所述，有必要提供一種方法，以改善習用水產飼料的豆粉中游離胺基酸不足，以及豆粉的抗營養物質所造成水產飼料轉換率低下的問題。

本發明之主要目的係提供一種醱酵豆粉之製備方法，係提高水產飼料中蛋白質原料之游離胺基酸含量。

本發明之次一目的係提供一種包含該醱酵豆粉之水產飼料，係以醱酵豆粉作為蛋白質來源。

為達到前述發明目的，本發明所運用之技術內容包含有：一種醱酵豆粉之製備方法，包含：一前置步驟，係提供一含有植物性蛋白質之豆粉，該豆粉之含水量為30~50%；一預處理步驟，將一枯草桿菌菌液與該豆粉以重量比例為1：100~2：100之條件進行混合，獲得一預處理豆粉；一醱酵步驟，係將該預處理豆粉於溫度為35~50℃之條件下，獲得一醱酵豆粉；及一終止步驟，係對該醱酵豆粉進行一滅菌程序，使該醱酵豆粉中菌體死亡。

本發明醱酵豆粉之製備方法中，該預處理步驟之枯草桿菌，較佳係選擇寄存於中華民國食品工業發展研究所之枯草桿菌，其寄存編號為BCRC 910556。

本發明醱酵豆粉之製備方法中，該預處理步驟之枯草桿菌菌液濃度較佳為1×10⁶ ~1×10⁸ cfu/ml。

本發明醱酵豆粉之製備方法中，該醱酵步驟中，該醱酵時間較佳為48~96小時。

本發明醱酵豆粉之製備方法中，該終止步驟較佳係以100℃以上之溫度進行滅菌。

一種水產飼料，包含以該醱酵豆粉之製備方法所獲得之醱酵豆粉，其中，該醱酵豆粉較佳係佔該水產飼料總重 之25~60%。

本發明水產飼料中，包含有重量百分比為25~60%之醱酵豆粉、20~55%之魚粉、10~20%之澱粉、0.1~0.5%之食用油、0.1~0.5%之維生素及0.1~0.5%之微量元素；其中，該食用油係可以選自由魚油及大豆油所組成之群組。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，本發明醱酵豆粉之製備方法，係包含一前置步驟S1、一預處理步驟S2及一醱酵步驟S3。

該前置步驟S1，係提供一含有植物性蛋白質之豆粉，該豆粉之含水量為30~50%。本發明較佳實施例之豆粉來源係指含有高植物性蛋白質之豆類植物種子，較佳係選擇為含有水產生物生長所必須之精胺酸、離胺酸及白胺酸的大豆粉，但不以此為限。本發明較佳實施例係提供500公克之大豆粉，添加150~250毫升的水，藉由調整該豆粉的含水量，使該豆粉的醱酵效率提高。

此外，為確保該醱酵步驟S3的醱酵效果，將該含水量為30~50%之豆粉進行一滅菌程序，如蒸氣滅菌或高溫滅菌，以去除該豆粉中的雜菌。

該預處理步驟S2，將一枯草桿菌菌液與該豆粉以重量比例為1：100~2：100之條件進行混合，獲得一預處理豆粉。本實施例較佳係以寄存於中華民國食品工業發展研究 所，寄存編號為BCRC 910556之枯草桿菌(Bacillus subtilis )與該豆粉混合後，以該枯草桿菌進行該醱酵步驟S3，該枯草桿菌菌液較佳係培養至濃度為1×10⁶ ~1×10⁸ cfu/ml，此時該枯草桿菌菌液中的菌體生長及代謝能力較強，而能夠有助於該豆粉之醱酵效果；本發明較佳實施例係提供5毫升之1×10⁷ cfu/ml枯草桿菌菌液，並將該5毫升之枯草桿菌菌液添加至含水量為30~50%之500公克的大豆粉中，如此，使每公克之預處理豆粉中含有至少1×10⁵ cfu/g的菌量，以有效醱酵該預處理豆粉，並提高大豆粉中生物可利用的營養物質含量，並能夠有效降低大豆粉中的抗營養物質。

更詳言之，本實施例之枯草桿菌菌株係分離自納豆食品而獲得，該枯草桿菌菌株經API50 CHB之生化測試結果如第1表所示，以及該枯草桿菌菌株之16S rDNA鑑定序列如SEQ ID NO：1所示之比對結果，皆顯示該經分離之菌株為枯草桿菌。本實施例之枯草桿菌菌株係一種廣適應性的枯草桿菌，其可適應於溫度為10~50℃、酸鹼度為pH5~10及鹽度為0~9%之環境下生長，且其蛋白酶分泌試驗下，又以溫度為40℃、酸鹼度為pH6~8及鹽度為0%之環境下的蛋白酶活性較高。

本實施例所選擇之大豆粉中，主要係含有如非澱粉多醣、寡糖、皂苷、植酸等營養抑制因子，而造成水產動物對營養素消化率不佳，及必需胺基酸等營養不均衡問題；因此，本發明係藉由可產生多種胞外酵素(如lipase、amylase、protease、nattokinase或phytase)的枯草桿菌之醱酵，可將該等營養抑制因子轉換成微生物可利用的營養或者菌體蛋白後，即可去除該等營養抑制因子，並且以此 作為水產飼料的營養成分，如此，即可達到提高豆粉的經濟價值，以及減少水產飼料成本之功效。

該醱酵步驟S3，係將該預處理豆粉於溫度為35~50℃之條件下培養48~96小時，獲得一醱酵豆粉。更詳言之，本發明較佳實施例係以40℃進行培養，該枯草桿菌於40℃下之代謝活性較高，藉此可提高該枯草桿菌醱酵該預處理豆粉之效率，並且獲得含有較高且較均衡之必需胺基酸之醱酵豆粉，且該醱酵豆粉係有利於水產動物的營養吸收，具有提高飼料轉換率以促進動物生長之功效。至此，所獲得之醱酵豆粉因其消化利用率提高，在製成飼料後，可提高飼料中之魚粉使用量，進而降低成本。

請參照第2圖所示，本發明醱酵豆粉之製備方法較佳係於該醱酵步驟S3後，再進行一終止步驟S4，係對該醱酵豆粉進行一滅菌程序，使該醱酵豆粉中菌體死亡。更詳言之，本實施例之終止步驟S4可以選擇以蒸氣或高溫進行滅菌，例如，將該醱酵豆粉置於121℃之溫度20分鐘以上，確保該醱酵豆粉中的菌體死亡，或者，藉由將該醱酵豆粉進行擠粒作業時，擠粒機的噴頭溫度即高達100℃以上，藉由該擠粒作業的高溫亦可達到本實施例之滅菌目的。如此，可以確保該醱酵豆粉中的菌體死亡，並且有利於將該菌體中如游離胺基酸之營養成分釋放出來，以便於水產動物攝取該醱酵豆粉中的營養成分，具有有效提高該醱酵豆粉之營養成分被動物利用的效率。

本發明醱酵豆粉之製備方法所獲得的醱酵豆粉，係能夠作為一水產飼料的蛋白質原料，提供水產動物足夠的游 離胺基酸以供其生長，並且有效改善飼料效益，而達到降低該等水產生物的飼料成本的功效。本實施例較佳係將該醱酵步驟S3或該終止步驟S4之醱酵豆粉的含水量降至10%以下，再依照水產動物種類選擇適當營養成分與該醱酵豆粉混合，例如將該醱酵豆粉與如第2表所示之纖維素、澱粉、食用油、維他命及微量元素等成分進行混合，其中各成分之調配比例可依照所養殖的動物種類不同而調整，因此，該飼料的成分亦不以上述成分為限。

為證實本發明醱酵豆粉之製備方法中，藉由調控該前置步驟S1中豆粉的含水量、該枯草桿菌本身及其醱酵條件，確實能夠增加醱酵豆粉中的生物可利用營養，且將該醱酵豆粉應用於水產飼料中，可有效提高水產動物的飼料轉換率，遂進行以下試驗。

(A)該枯草桿菌菌液之生長曲線

本發明較佳實施例之預處理步驟S2及醱酵步驟S3中，係以寄存編號為BCRC 910556之枯草桿菌進行培養，該枯草桿菌係選擇但不限定以如第3表所示之營養液態培 養基(Nutrient broth,Difco Laboratories,USA)提供其生長所需營養成分，並以恆溫振盪培養箱(Model OSI 500R,Kansin,Taiwan)於溫度40℃、轉速150rpm之條件下培養24~48小時，獲得該枯草桿菌菌液，其菌液濃度為1×10⁶ ~1×10⁸ cfu/ml。

請參照第3圖所示，為該枯草桿菌於0~72小時之生長曲線，該枯草桿菌於第4小時開始進入指數期(Log phase)，到達第20~24小時後進入平穩期(Stationary phase)，且超過44小時後，菌數開始下降。由此可知，本發明之枯草桿菌較佳係培養至第24小時內的菌體生長及代謝作用較為活躍。

由此可知，本實施例較佳係以培養至第16~24小時的枯草桿菌菌液添加至該預處理豆粉中，使該枯草桿菌於該預處理豆粉中快速成長並增殖，以提高後續該醱酵步驟S3之醱酵效率。

(B)豆粉含水量參數與粗蛋白含量

本發明之前置步驟S1係藉由調整各組別大豆粉之含水量，再以枯草桿菌菌液與各組別之預處理豆粉混合後，可以提升該醱酵豆粉中的粗蛋白含量。

本試驗例係提供3組500克之豆粉(係由中聯油脂股份有限公司所提供的脫脂大豆粉)，分別置於2公升之燒杯中，再各別添加150、200及250毫升之水，並均勻混合後，以121℃之溫度下滅菌20分鐘，冷卻至室溫後備用，該3組預處理豆粉之含水量分別30%、40%及50%。本試驗例中的各組別皆為3重複。

分別將5毫升之枯草桿菌菌液(濃度約為1×10⁷ cfu/ml)接種至該3組預處理豆粉中，並置於40℃之溫度下培養96小時，每天取樣測量每克豆粉中所含的菌數、粗蛋白及粗脂肪。

請參照第4至6圖，分別為本試驗例以不同含水量之預處理豆粉經0~96小時的醱酵後，其枯草桿菌菌數成長、粗蛋白及粗脂肪的比率；其中，以含水量為40%及50%之條件下，可以使枯草桿菌的生長曲線較早進入指數期，且使各組別之豆粉中的粗蛋白分別增加9.1%、13.8%及16.6%，而各組豆粉中的粗脂肪並無顯著差異。

由此可知，該前置步驟S1中，以含水量為30~50%的預處理豆粉進行醱酵，不僅可以提高醱酵豆粉中所含的粗蛋白，也可提高該枯草桿菌的醱酵效率。

(C)習用大豆粉與醱酵豆粉之營養組成參數比較

本試驗例係分析習用大豆粉及醱酵豆粉的營養組成，包括粗蛋白、粗脂肪、灰份及游離胺基酸，證實本發明之醱酵豆粉與習用大豆粉相較，確實含有較高的營養成分。

請參照第4表所示，本試驗例第C1組係未經醱酵之 大豆粉，第C2組係取如試驗(B)中含水量為50%之醱酵豆粉進行各營養組成之測量，其中，每100克之醱酵豆粉中包含有2154.8毫克之游離胺基酸，係習用大豆粉的5倍。

由此可知，本發明醱酵豆粉的粗蛋白含量確實較未經醱酵的豆粉增加18%，特別係含有較高含量的生物可利用游離胺基酸(Free amino acid)。

(D)不同豆粉取代量之水產飼料及其用於飼養水產動物的效益

本試驗例係以含有不同豆粉或醱酵豆粉取代魚粉之飼料，餵食白蝦及石斑魚，並紀錄其成長參數，以證實醱酵豆粉確實能夠提高水產動物的成長及飼料效益。

本試驗例(一)係提供810隻白蝦，隨機分成9大組(各大組再隨機分成3小組，各小組有30隻白蝦)，該9大組白蝦分別以如第5表所示之第D1至D9組之飼料餵養，本試驗例之白蝦係餵養於溫度為27±1℃、鹽度為20‰之環境下，且連續打氣以維持溶氧高於6mg/L，每日餵食2次，投餵量為體重的3%，每次投餌後1小時，移除殘餌，並秤量殘餌重，以紀錄各組白蝦之攝食量，且於每兩個星期紀錄各組白蝦的體重。

養殖期間需監控各組別水質，以確保各組別水質條件維持於正常範圍內(總氨-氮為0.03~0.57mg/L，亞硝酸-氮為0.001~0.83mg/L及溶氧為6.32~6.73mg/L)，經84天餵養後，換算各大組白蝦之存活率、增重率及飼料效益，該飼料效益係以公式I計算而得。

請參照第5表所示之配方，分別以未經醱酵的豆粉或醱酵豆粉取代部份魚粉，其中，第D1組係未以豆粉取代 之習用飼料，第D2至D4組係以未經醱酵的豆粉進行取代，而第D5至D9組以醱酵豆粉進行取代。

^a Vitamin premix contained the following(mg g^-1 premix)：para-aminobenzoic acid,10；inositol,100；pyridoxine hydrochloride,1.5；riboflavin,0.83；nicotinic acid,0.27；thiamine hydrochloride,0.52；retinol acetate,0.64；menadione,1.5；DL-α-tocopheryl acetate,10；cyanocobalamine,0.0074；cholecalciferol,0.0037；folic acid,0.08；choline chloride,153.8；d-biotin,0.09；calcium pantothenate,5.15.All ingredients were diluted with α-cellulose to 1g.

^b Mineral mixture supplied the following(mg g^-1 mixture)：K₂ HPO₄ ,200；NaH₂ PO₄ ,215；Ca(H₂ PO₄ )．H₂ O,265；CaCO₃ ,105；KCl,28；KI,0.233；MgSO₄ ．7H₂ O,100；CuCl₂ ．2H₂ O,0.153；AlCl₃ ．6H₂ O,0.240；ZnSO₄ ．7H₂ O,0.240.All ingredients were diluted with α-cellulose to 1 g.

本試驗例之各組飼料的營養組成並無明顯差異，其中，粗蛋白介於37.2~38%、粗脂肪介於6.9~7.5%、水份介於6.23~7.25%、灰份介於9.8~10.7%間；請參照第7圖及第6表所示，本試驗例中第D5至D7組的白蝦增重率明顯高於其他組別，而第D1至D9組間的存活率及飼料效益並無顯著差異。

本試驗例係取第D2至D4組及第D5至D9組的飼料效益，以Broken-Line分析分別計算出未經醱酵豆粉或本試驗例之醱酵豆粉的較佳取代量，並由第8圖可知，本試驗例之醱酵豆粉於白蝦飼料中的取代量高達61.7%，而由第9圖可知，未經醱酵的豆粉取代量較佳為37.42%。

由此可知，本試驗例之醱酵豆粉的取代量可以係未經醱酵豆粉的近乎2倍，因此，在白蝦飼料中以醱酵豆粉取代部分魚粉，係確實能夠達到節省白蝦的飼料成本之功效。

本試驗例(二)係提供720隻點帶石斑魚，隨機分成8大組(各大組再隨機分成3小組，各小組有30隻石斑魚)，該8大組石斑魚分別以如第7表所示之第D10至D17組之飼料餵養，本試驗例之石斑魚係餵養於溫度為28±1℃、鹽度為20‰之環境下，且連續打氣以維持溶氧高於6mg/L，每日餵食2次，投餵量為體重的6%，每次投餌後1小時，移除殘餌，並秤量殘餌重，以紀錄各組石斑魚之攝食量，且於每兩個星期紀錄各組石斑魚的體重。

養殖期間需監控各組別水質，以確保各組別水質條件維持於正常範圍內，經84天餵養後，換算各大組石斑魚之存活率、增重率及飼料效益，該飼料效益係以公式I計算而得。

請參照第7表所示之配方，分別以未經醱酵的豆粉或醱酵豆粉取代部份魚粉，其中，第D10組係未以豆粉取代之習用飼料，第D11至D13組係以未經醱酵的豆粉進行取代，而第D14至D17組以醱酵豆粉進行取代。

本試驗例之各組飼料的營養組成並無明顯差異，其中，粗蛋白介於48.34~48.96%、粗脂肪介於7.32~8.45%、水份介於5.12~6.27%、灰份介於11.3~12.5%間；請參照第8表所示，分別比較第D14至D16組與第D10組間的石斑魚增重率及飼料效益之間並無顯著差異，表示醱酵豆粉確實能夠減少習用飼料中的魚粉用量，而達到降低飼料成本的功效；反觀其他未經醱酵的組別，雖然第D12組(未醱酵豆粉取代率為20%)與第D10組間的增重率及飼料效益雖無顯著差異，但是當未醱酵豆粉的取代量再增加到30%(即第D13組)，則石斑魚的增重率及飼料效益卻下降，代表未醱酵豆粉的取代量的確有極限，無法更進一步降低成本。

本試驗例係取第D11至D13組及第D14至D17組的飼料效益，以Broken-Line分析分別計算出未經醱酵豆粉或本試驗例之醱酵豆粉的較佳取代量，並由第10圖可知， 本試驗例之醱酵豆粉於石斑魚飼料中的取代量可達29.32%，而由第11圖可知，未經醱酵的豆粉取代量較佳為18.36%，由此可知，本發明醱酵豆粉確實能夠應用於石斑魚飼料中，並取代部分魚粉，能夠有效提高石斑魚的增重率及飼料效益，達到節省石斑魚的飼料成本之功效。

綜上所述，本發明醱酵豆粉之製備方法，不僅能夠有效提高醱酵豆粉中所含粗蛋白及游離胺基酸的含量，進而提高取代習用魚粉的比例，而達到降低飼料成本之功效之外，以包含有本發明所獲得之醱酵豆粉的水產飼料餵食水產動物，更能夠有效提高水產動物的增重率，達到提高餵養水產動物的飼料效益之功效。

藉此，本發明醱酵豆粉之製備方法，能夠提高蛋白質原料之植物性蛋白質含量，係具有提高飼料轉換率之功效。

本發明之包含該醱酵豆粉之水產飼料，係以該醱酵豆粉作為蛋白質來源，不僅能夠提高該飼料中的游離胺基酸含量，更能夠達到降低飼料成本之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

〔本發明〕

S1‧‧‧前置步驟

S2‧‧‧預處理步驟

S3‧‧‧醱酵步驟

S4‧‧‧終止步驟

第1圖：本發明製備醱酵豆粉之製備方法的步驟方塊圖(一)。

第2圖：本發明製備醱酵豆粉之製備方法的步驟方塊圖(二)。

第3圖：本發明較佳實施例之枯草桿菌於營養液態培養基中的生長曲線圖。

第4圖：本試驗例之枯草桿菌菌數折線圖。

第5圖：本試驗例之粗蛋白比率折線圖。

第6圖：本試驗例之粗脂肪比率折線圖。

第7圖：本試驗例第D1至D9組之白蝦體重折線圖。

第8圖：本試驗例醱酵豆粉之白蝦飼料取代量的回歸分析圖。

第9圖：本試驗例習用大豆粉之白蝦飼料取代量的回歸分析圖。

第10圖：本試驗例醱酵豆粉之石斑魚飼料取代量的回歸分析圖。

第11圖：本試驗例習用大豆粉之石斑魚飼料取代量的回歸分析圖。

<110> 國立屏東科技大學

<120> 一種醱酵豆粉之製備方法及包含該醱酵豆粉之水產飼料

<160> 1

<210> 1

<211> 1507

<212> DNA

<213>Bacillus subtilis

<400> SEQUENCE：1

S1‧‧‧前置步驟

S2‧‧‧預處理步驟

S3‧‧‧醱酵步驟

Claims (9)

1. 一種醱酵豆粉之製備方法，包含：一前置步驟，係提供一含有植物性蛋白質之豆粉，該豆粉之含水量為30~50%；一預處理步驟，將一枯草桿菌菌液與該豆粉以重量比例為1：100~2：100之條件進行混合，獲得一預處理豆粉；一醱酵步驟，係將該預處理豆粉於溫度為35~50℃之條件下培養，獲得一醱酵豆粉；及一終止步驟，係對該醱酵豆粉進行一滅菌程序，使該醱酵豆粉中菌體死亡。
2. 如申請專利範圍第1項所述之醱酵豆粉之製備方法，其中於該預處理步驟之枯草桿菌，係寄存於中華民國食品工業發展研究所，其寄存編號為BCRC 910556。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之醱酵豆粉之製備方法，其中該預處理步驟之枯草桿菌菌液濃度為1×10⁶ ~1×10⁸ cfu/ml。
4. 如申請專利範圍第1項所述之醱酵豆粉之製備方法，其中該醱酵步驟中，該醱酵時間為48~96小時。
5. 如申請專利範圍第1項所述之醱酵豆粉之製備方法，其中該終止步驟係以100℃以上之溫度進行滅菌。
6. 一種水產飼料，包含以如申請專利範圍第1項之醱酵豆粉之製備方法所獲得之醱酵豆粉。
7. 如申請專利範圍第6項所述之水產飼料，其中該醱酵豆 粉佔該水產飼料總重之25~60%。
8. 如申請專利範圍第6項所述之水產飼料，包含有重量百分比為25~60%之醱酵豆粉、20~55%之魚粉、10~20%之澱粉、0.1~0.5%之食用油、0.1~0.5%之維生素及0.1~0.5%之微量元素。
9. 如申請專利範圍第8項所述之水產飼料，其中該食用油係選自由魚油及大豆油所組成之群組。