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固态发酵豆粕在饲料中的研究应用

信息发布者:shangqiu
2017-10-21 22:06:32
摘要:近几年来,大豆的副产物豆粕的深加工和综合利用越来越受到人们的关注。此文从豆粕的组成、营养成份、抗营养因子等方面入手,着重介绍了豆粕的特点以及近年来发酵豆粕的发展及研究成果。概括发酵豆粕的用途、工艺流程和优缺点。并对固态发酵豆粕在饲料中的应用前景进行展望。

豆粕大部分用作饲料,少部分用于发酵食品生产,以豆粕为原料进行深加工和综合利用的研究相对薄弱。

常见的加工豆粕方法是酶解豆粕和发酵豆粕,即利用现代生物技术将大豆蛋白通过蛋白酶酶解或微生物发酵降解为可溶性蛋白和小分子多肽的混合物。经过酶解或发酵处理的蛋白由于比传统大豆中蛋白质更易于吸收、低抗原等特点,被认为是幼龄动物饲料的理想植物蛋白。

酶解豆粕主要用于大豆肽的液态生产。它存在一系列的限制因素,首先蛋白质水解过程中产生的苦味、臭味无法完全抑制,尤其是大规模生产中,降低和脱除水解过程中的苦味和臭味需要很高的成本。较高的价格是限制大豆肽进入市场的主要原因。其次用于水解的酶制剂仅限于食品工业中的常用几种,单一或混合使用均无法彻底消除水解过程中产生的苦味和臭味。寻找克服水解过程中的苦味的蛋白酶,任务非常艰巨。且水解度难以控制。

随着固态发酵技术的改进和完善,固态发酵不仅可以应用于液态生产不能实现的过程,而且可以弥补液态生产的不足与缺陷。应用现代固体发酵技术能实现大规模生产,而且其投资规模和生产成本往往要比液态法低,更重要的是现代固态发酵往往没有影响环境的污染废物产生,在食品加工业中将发挥越来越重要的作用。固态发酵其中一个重要应用领域就是利用微生物转化农作物及其副产物,以提高它们的营养价值,减少对环境的污染。经研究表明,豆粕经固态发酵则可有效提高蛋白质的生物转化率。

豆粕中的大豆蛋白含量很高,在43.0%~55.0%之间,而且其中80.0%以上都是水溶性蛋白。其中赖氨酸2.5%~3.0%、色氨酸0.6%~0.7%、蛋氨酸0.5%~0.7%、胱氨酸0.5%~0.8%、胡萝卜素0.2mg/kg~0.4mg/kg、硫胺素3mg/kg~6mg/kg、核黄素3mg/kg~6mg/kg、烟酸15mg/kg~30mg/kg、胆碱2200mg/kg~2800mg/kg。

 

1 固态发酵豆粕的工艺流程

微生物发酵豆粕采用生物发酵工程技术,通过发酵过程中微生物分泌的酶将豆粕中的部分蛋白酶解为分子量3000以上的大豆肽。

 

2 发酵选用菌种

微生物发酵豆粕常用菌种:乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌等。

季伟等利用产Nisin的乳酸链球菌发酵豆粕。豆粕经乳酸菌发酵后有酸甜芳香的气味,pH值下降,能有效改善豆粕的适口性,促进畜禽生长,同时可以降低抗生素、酸化剂的添加量,降低饲料成本。

除此之外,霉菌也经常被研究人员用于固态发酵豆粕的生产,且常常与其他菌种混合发酵。莫重文等人采用米曲霉和啤酒酵母混合菌株固态发酵法生产发酵豆粕,利用霉菌产生的多种酶系,降解其中的纤维素及蛋白质等物质,利用酵母菌合成菌体蛋白。得到的发酵豆粕中粗蛋白含量可达49.10%,比原料中增加12.1%。而刘超等用米曲霉菌和酵母菌以麸皮和豆饼粉为主要底物,30℃混合固态发酵36h。获得了酸性蛋白酶活力达l440U/g、酵母菌数6.29×109个/g、粗蛋白质高达70.56%(其中小肽10.12%)、还原糖8%的新型蛋白饲料。从而获得一条富含小肽的新型蛋白饲料生产工艺。

 

3 固态发酵生产豆粕过程

发酵过程中分为好氧发酵和厌氧发酵。在发酵前期采用好氧发酵,促使芽孢杆菌、酵母菌等好氧微生物繁殖生长,同时芽孢杆菌、酵母菌分泌产生大量酶类、维生素等活性产物促进乳酸菌的生长。后期的厌氧发酵,促进乳酸菌的增殖,并产生大量乳酸。微生物在无氧条件下发生强制自溶,细胞中的胞内酶及其他生物活性成分分泌出来。厌氧发酵时蛋白酶发生酶解反应,并产生香味物质。

综合好氧发酵和厌氧发酵的优缺点,将两者结合起来用于发酵豆粕基本可以达到以下指标:发酵酶解产生的小肽占豆粕中粗蛋白含量的30%,占成品的10%。

发酵豆粕与酶解相比风味得到极大改善,且产生大量生物活性成分,但分子量多在5000~10,000之间,属于多肽范畴,离大豆寡肽、小肽的生理活性、易吸收性距离很大,所以成本相对也比较低。因此越来越多的学者及研究人员研究固态发酵法发酵豆粕。

 

4 固态发酵豆粕的现状及应用前景

将豆粕通过生物发酵处理后,使豆粕中的各种抗原成分、抗营养因子被有效降低去除,豆粕中的蛋白质被分解成大量的植物小肽。这种无抗原的植物小肽吸收率高,可作为断奶仔猪、幼禽、虾蟹,尤其是许多高档经济动物的优良蛋白质来源。这一产品的推广应用,将大大降低饲料工业对鱼粉等动物性饲料的依赖性,为我国节省大量用于进口鱼粉的外汇,推动饲料工业的技术进步,同时产生巨大的经济效益。

由于幼畜(特别是对于早期断奶的动物)的消化酶系统尚未发育完全,对于植物蛋白质的消化能力较弱。而大豆肽中富含许多小肽,能直接被动物吸收,而且大豆肽抗原性较低,幼畜使用后发生过敏反应的概率大大降低。利用多菌种、多温相、多重发酵技术发酵生产的新型发酵豆粕在水产饲料中应用后,可明显抑制消化道疾病的发生;提高动物机体免疫力,促进动物生长;同时可大幅度减少疫苗、抗生素等药物使用量;提高水产动物的成活率;减少对环境的污染,社会效益和生态效益明显。

在早期断奶仔猪饲料中添加大豆肽作为血浆蛋白粉的替代品,大豆肽可以部分替代中华鳖和鳗鱼人工配合饲料中的白鱼粉,日均增质量率、饵料系数、特定生长率等无显著性差异。陈萱等用经微生物混菌发酵的豆粕与未经发酵的豆粕依不同比例混合,连续投喂异育银鲫(Carassius auratus gibelio)30d后,发现随着饲料中发酵豆粕添加量的上升,供试异育银鲫不仅增重量有所提高,各项非特异性免疫指标也有所改善。

 

5 发酵豆粕在饲料中应用推广面临的问题

从当前国内市场来看,发酵豆粕生产仍处于研究和试制阶段,国内还没形成大规模商业生产。目前,其应用推广存在以下主要问题。

5.1 影响大豆肽作用效果因素的研究

虽然很多研究证实了大豆肽能提高畜禽水产动物的生长速度,改善饲料利用率,但大豆肽的吸收和利用效果也将受到多种因素的影响。大豆肽的主要成分为小肽,和其他小肽一样。因此,大豆肽的消化吸收效果将受到动物因素(如动物种类、年龄和生理阶段等)、日粮蛋白质的含量和品质、大豆肽的理化性质和大豆肽的用量等因素的影响。现在,对影响大豆肽作用效果因素及解决措施,还没有形成相对深入广泛的研究。对其进一步的研究,是大豆肽在饲料中推广应用的前提和保障。

5.2 潜在的毒性问题

大豆与发酵大豆产品已食用了几千年,没有明显的副作用。肽一般在胃肠道蛋白质消化过程中生成,消化过程释放产生毒性肽的几率是十分微小的,现尚无出现毒性肽的报道。但是大豆肽的生产涉及生产工艺及其发酵、酶解选用的菌种及酶等,需要注意其安全性。

 

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