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一种去除豆粕中抗营养因子的菌剂及发酵豆粕制备工艺

文献发布时间：2023-06-19 11:30:53

技术领域

本发明涉及微生物应用技术领域，具体涉及一种发酵豆粕的菌剂及其制备方法和发酵豆粕的工艺。

背景技术

豆粕是大豆提取大豆油后的副产物，其粗蛋白含量高，氨基酸组成合理，是理想的饲用植物性蛋白原料。但是，大豆中的蛋白质主要是大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白，免疫原性强，易引起仔猪等幼龄动物的过敏反应。此外，大豆中存在大豆寡糖(主要为水苏糖和棉籽糖)、胰蛋白酶抑制因子、脲酶、植酸等抗营养因子，一定程度上降低了豆粕的消化利用率，易引起动物机体的胀气腹泻等症状，也在一定程度上限制了豆粕在动物养殖中的应用。

发酵豆粕是以豆粕(≥95％)为主要原料，麸皮等为辅助原料，使用农业部《饲料添加剂品种目录》中批准使用的饲用微生物菌种进行固态发酵，并经干燥制成的蛋白质饲料原料产品。通过微生物固态发酵，降解豆粕中的大分子抗原蛋白，消除抗营养因子，提高豆粕的消化利用率，是豆粕发酵的主要目的，也是行业认可的豆粕深加工方法。但是，市场上发酵菌剂良莠不齐，发酵豆粕的质量评价主要集中在粗蛋白、酸溶蛋白、有机酸等常规指标上，而对于抗营养因子的消除关注程度不够。因此，开发豆粕发酵菌剂，高效降解豆粕中的抗营养因子，是扩大发酵豆粕在养殖动物上使用的重要途径。

目前，豆粕深加工主要有物理方法、化学方法和生物发酵方法。其中物理方法主要包括蒸汽处理、浸泡蒸煮、加压烘烤、膨化等，湿热处理最常用，但对于热稳定性抗营养因子如大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、大豆寡糖等消除不理想。化学方法主要有尿素处理、亚硫酸钠处理、半胱氨酸处理等，一方面会造成营养损失，另一方面也会影响原料适口性。生物发酵主要包括微生物发酵和酶解，发酵菌种主要有曲霉、酵母菌、芽孢杆菌和乳酸菌四大类，豆粕经生物发酵处理后，适口性增加，营养指标得到改善，同时抗营养因子也得到了有效消除，是目前豆粕的主要深加工手段之一。

发明内容

本发明解决的现有技术的问题是：豆粕中存在大量的抗营养因子，是影响豆粕生物利用效率的主要原因之一。但是，目前的豆粕发酵技术或菌剂主要侧重于对某些限制性氨基酸的提升、发酵后口感改善、溶解度、酸溶蛋白等指标的提升，而未针对豆粕中抗营养因子的消除。

本发明提供了一种可以大幅消除豆粕中中抗营养因子的发酵菌剂及其配套的发酵豆粕制备工艺。

一种豆粕用发酵菌剂，由以下原料按重量百分比组分构成：纤维素酶10-60％、蛋白酶10-60％、活性干酵母0.1-10％、芽孢杆菌0.1-10％，乳酸菌1-10％。一种低抗营养因子的发酵豆粕制备工艺，包括(1)发酵菌剂活化；(2)接种混合；(3)豆粕发酵；(4)干燥粉碎四步骤。

具体来说，本发明提出了如下技术方案。

本发明提供了一种低抗营养因子豆粕用发酵菌剂，其特征在于，按重量百分比计，其包含以下原料：纤维素酶10-60份，蛋白酶10-60份，活性干酵母0.1-10份，芽孢杆菌0.1-10份，乳酸菌0.1-10份。

优选的，其中，按重量百分比计，其包含以下原料：纤维素酶20-60份，蛋白酶20-60份，活性干酵母0.1-5份，芽孢杆菌0.1-5份，乳酸菌0.1-5份；优选为，纤维素酶30-60份，蛋白酶30-60份，活性干酵母0.1-2份，芽孢杆菌0.1-2份，乳酸菌0.1-2份。

优选的，其中，所述纤维素酶选自木霉来源的纤维素酶，曲霉来源的纤维素酶和芽孢杆菌来源的纤维素酶中的一种或两种以上；优选为木霉来源的纤维素酶。

优选的，其中，所述蛋白酶为碱性蛋白酶；优选的，所述蛋白酶选自曲霉来源的蛋白酶和/或地衣芽孢杆菌来源的蛋白酶。

优选的，其中，所述活性干酵母选自酿酒酵母和/或产朊假丝酵母的活性干酵母；优选为酿酒酵母活性干酵母；更优选为酿酒酵母菌安琪1.34的活性干酵母。

优选的，其中，所述芽孢杆菌选自枯草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌，凝结芽孢杆菌，短小芽孢杆菌，迟缓芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌中的一种或两种以上，优选为枯草芽孢杆菌。

优选的，其中，所述乳酸菌包括植物乳杆菌，干酪乳杆菌，副干酪乳杆菌，嗜酸乳杆菌，粪肠球菌和屎肠球菌中的一种或多种，优选为干酪乳杆菌。

优选的，其中，所述菌剂还包括辅料，优选的，所述辅料为酵母细胞壁。

本发明还提供了上述发酵菌剂的制备方法，其特征在于，将所述原料纤维素酶、蛋白酶、活性干酵母、芽孢杆菌和乳酸菌按所述重量比称取后，混合，即得到所述发酵菌剂。

本发明还提供了上述发酵菌剂发酵豆粕的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：发酵菌剂活化：将所述发酵菌剂在1％的蔗糖中溶解活化，温度25-40℃，活化时间10-60min；

步骤2：接种混合：将所述活化的发酵菌剂与豆粕混合，发酵菌剂与豆粕的质量比为0.5-5‰，混合后物料水分为37.5％-48.5％；

步骤3：豆粕发酵：将步骤2中所述的混合物料持续发酵，发酵温度30-35℃，发酵时间72-94h；优选为发酵温度35℃，发酵时间72h；

步骤4：干燥粉碎：发酵结束后物料干燥，控制水分5-10％，即得到发酵豆粕成品。

优选的，所述的制备工艺，其中，步骤1中还包括搅拌的过程，步骤4中还包括过筛的过程。

本发明还提供了一种上述的发酵菌剂在发酵豆粕中的应用，采用本发明制备的发酵菌剂及所述方法制备的发酵豆粕，粗蛋白≥50％，酸溶蛋白，占粗蛋白比例≥18％，蛋白溶解率≥80％，大豆球蛋白≤40000ppm，β伴大豆球蛋白≤60000ppm，胰蛋白酶抑制因子＜0.3mg/g，水苏糖≤1000ppm，棉籽糖≤1500ppm。

本发明所取得的有益效果是：

本发明中的发酵菌剂通过合理配比活性干酵母、芽孢杆菌、乳酸菌和酶，可以保证多种微生物共同发挥作用，同时去除多种抗营养因子，包括大豆球蛋白，β伴大豆球蛋白，胰蛋白酶抑制因子等，同时提高酸溶蛋白和蛋白溶解率。

通过本发明中的发酵菌剂及其配套工艺制备得到的发酵豆粕，抗营养因子得到大幅消除，提高了豆粕蛋白消化利用效率，发酵后的豆粕，粗蛋白≥50％，酸溶蛋白，占粗蛋白比例≥18％，蛋白溶解率≥80％，大豆球蛋白≤40000ppm，β伴大豆球蛋白≤60000ppm，胰蛋白酶抑制因子＜0.3mg/g，水苏糖≤1000ppm，棉籽糖≤1500ppm。

菌株保藏信息

该菌种酿酒酵母属菌株安琪1.34(Saccharomyces cerevisiae安琪1.34)于2018年03月29日保藏在中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为CCTCC NO:M 2018160，保藏地址：中国.武汉.武汉大学，邮政编码：430072；电话：027-68754052。

具体实施方式

本发明提供了一种低抗营养因子豆粕用发酵菌剂，其特征在于，按重量百分比计，其包含以下原料：纤维素酶10-60份、蛋白酶10-60份、活性干酵母0.1-10份、芽孢杆菌0.1-10份，乳酸菌0.1-10份。

优选的，其中，所述蛋白酶为碱性蛋白酶；优选的，所述蛋白酶选自曲霉来源的蛋白酶和/或地衣芽孢杆菌来源的蛋白酶。

优选的，其中，所述乳酸菌包括植物乳杆菌，干酪乳杆菌，副干酪乳杆菌，嗜酸乳杆菌，粪肠球菌和屎肠球菌中的一种或多种，优选为干酪乳杆菌。

优选的，其中，所述菌剂还包括辅料，优选的，所述辅料为酵母细胞壁。

本发明还提供了上述发酵菌剂发酵豆粕的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：发酵菌剂活化：将所述发酵菌剂在1％的蔗糖中溶解活化，温度25-40℃，活化时间10-60min；

步骤2：接种混合：将所述活化的发酵菌剂与豆粕混合，发酵菌剂与豆粕的质量比为0.5-5‰，混合后物料水分为37.5％-48.5％；

步骤3：豆粕发酵：将步骤2中所述的混合物料持续发酵，发酵温度30-35℃，发酵时间72-94h；优选为发酵温度35℃，发酵时间72h；

步骤4：干燥粉碎：发酵结束后物料干燥，控制水分5-10％，即得到发酵豆粕成品。

优选的，所述的制备工艺，其中，步骤1中还包括搅拌的过程，步骤4中还包括过筛的过程。

下面通过具体实施例来说明本发明所述菌剂及其制备方法和发酵豆粕的工艺。

下面对本实施例所用的原料及设备的生产厂家，以及产品分析使用的设备和分析方法进行说明如下，其中所述的化学物质没有标明的均为常规试剂的化学纯级别。其中，实施例和对比例中所用到的原料的信息如下表所示。

表1本发明所用到的原料和仪器的信息

本发明中的实施例和对比例中使用的酿酒酵母活性干酵母是由酿酒酵母菌安琪1.34制备而成。

该酿酒酵母属菌株安琪1.34(Saccharomyces cerevisiae安琪1.34)于2018年03月29日保藏在中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为CCTCC NO:M 2018160。

该酿酒酵母菌安琪1.34，细胞直径约4-6μm，呈现椭球形，以出芽方式无性繁殖；在固体培养基平板上30℃培养24h后，为乳白色，不透明，光滑圆形菌落，能耐36℃高温发酵，发酵浓度能达到200g/l，通过常规形态观察、生理生化试验，然后借助PCR技术通过鉴定26SrDNAD1/D2区基因序列，确定本发明菌株为酿酒酵母属菌株。

该酿酒酵母菌安琪1.34的酿酒酵母活性干酵母制备方法如下：

1)菌种活化：挑取酿酒酵母菌安琪1.34菌落一环放入YPD液体培养基中，放入摇床中将菌种活化。

2)菌种纯化：将上一步活化后的菌液梯度稀释铺平板，以获取单个菌落。

3)菌种扩大培养：挑取上一步平板中单个菌落接种至200mLYPD液体培养基，在30℃下，220rpm转速下培养20h；二级种子培养，按照二级培养基体积的10％将一级培养的种子接入1L二级培养基，28℃下，220rpm转速下培养18h；其pH控制在5.5。

4)种子富集：5000rpm离心，用钙离子和镁离子含量低的去离子水洗涤3次，富集得到酿酒酵母种子，至酵母湿重为220g/L。

5)酵母乳滚筒-流化床干燥：对以上得到的酵母乳经滚筒脱水，进入流化床干燥，进风温度为100℃。待产品温度达到50℃即得到酿酒酵母菌安琪1.34的活性干酵母。

实施例：发酵菌剂的制备

实施例1

称取木霉纤维素酶10g、地衣芽孢杆菌蛋白酶60g、酿酒酵母活性干酵母0.1g、枯草芽孢杆菌0.1g、干酪乳杆菌10g，酵母细胞壁19.8g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂A。

实施例2

称取曲霉纤维素酶20g、曲霉蛋白酶50g、酿酒酵母活性干酵母0.5g、枯草芽孢杆菌0.5g、干酪乳杆菌5g，酵母细胞壁24g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂B。

实施例3

称取木霉纤维素酶30g、地衣芽孢杆菌蛋白酶40g、酿酒酵母活性干酵母1g、枯草芽孢杆菌1g、干酪乳杆菌2g，酵母细胞壁26g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂C。

实施例4

称取木霉纤维素酶40g、地衣芽孢杆菌蛋白酶30g、酿酒酵母活性干酵母2g、地衣芽孢杆菌2g、嗜酸乳杆菌1g，酵母细胞壁25g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂D。

实施例5

称取木霉纤维素酶50g、地衣芽孢杆菌蛋白酶20g、酿酒酵母活性干酵母5g、枯草芽孢杆菌5g、干酪乳杆菌0.5g，酵母细胞壁19.5g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂E。

实施例6

称取木霉纤维素酶60g、地衣芽孢杆菌蛋白酶10g、酿酒酵母活性干酵母10g、凝结芽孢杆菌10g、植物乳杆菌0.1g，酵母细胞壁9.9g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂F。

对比例1

称取地衣芽孢杆菌蛋白酶40g、酿酒酵母活性干酵母1g、枯草芽孢杆菌1g、干酪乳杆菌2g，酵母细胞壁56g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂d1。

对比例2

称取木霉纤维素酶30g、酿酒酵母活性干酵母1g、枯草芽孢杆菌1g、干酪乳杆菌2g，酵母细胞壁66g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂d2。

对比例3

称取木霉纤维素酶30g、地衣芽孢杆菌蛋白酶40g、枯草芽孢杆菌1g、干酪乳杆菌2g，酵母细胞壁27g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂d3。

对比例4

称取木霉纤维素酶30g、地衣芽孢杆菌蛋白酶40g、酿酒酵母活性干酵母1g、干酪乳杆菌2g，酵母细胞壁27g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂d4。

对比例5

称取木霉纤维素酶30g、地衣芽孢杆菌蛋白酶40g、酿酒酵母活性干酵母1g、枯草芽孢杆菌1g，酵母细胞壁28g，投入混合机内混合3min，制备得到发酵菌剂d5。

应用例：发酵豆粕的制备工艺

应用例1

步骤1：发酵菌剂活化：配制1％糖水(10g蔗糖加水溶解，稀释至1L)100mL，将3g发酵菌剂A添加在配制好的糖水中溶解活化，活化温度为35℃，活化时间为30min；

步骤2：接种混合：将步骤1得到的活化好的菌剂(是步骤1中1g发酵菌剂与100mL糖水的混合液)与3kg豆粕混合，加入1L水，混合后物料水分为32.5％，测量方法为GB/T 6435：饲料中水分和其他挥发性物质含量的测定。