微生物發酵提高棉粕飼用營養價值的方法
【專利摘要】本發明針對棉粕中富含游離棉酚、纖維素、低聚糖、植酸等抗營養因子，且蛋白質品質較差，蛋氨酸等必需氨基酸含量低且不平衡，制約了棉粕規模化飼用的弊端，利用微生物發酵技術提高棉粕的飼用營養價值，從而提高棉粕的飼用品質及在飼料中的添加比例，實現棉粕蛋白營養價值和飼用價值的提升本發明采用“復合酶解+多菌種三步固態發酵”工藝制得游離棉酚、纖維素降解度高、飼料蛋白含量高的發酵棉粕產品，產品中富含益生菌、維生素、酶及氨基酸、短肽、優質蛋白質等營養成分，具有促進生長發育、提高飼料利用率、增強免疫力、改進腸道微生態、防止疾病等優點。該方法采用固態發酵，生產工藝簡單，能耗低、無環境污染、投資小、易于規模化生產。
【專利說明】微生物發酵提高棉粕飼用營養價值的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及微生物發酵提高棉粕飼用營養價值的方法，屬于飼料加工領域。
【背景技術】
[0002] 蛋白質原料是飼料工業發展的基礎，我國蛋白質原料的緊缺和價格高漲己經成為 制約畜牧業發展的瓶頸。目前隨著人們生活水平的提高和對生活質量的重視，對肉、蛋、奶、 水產品的需求日益增多，糧食和飼料生產面臨嚴峻考驗，飼料蛋白資源將日益匱乏，因此提 高糧食向畜牧產品的轉化效率和飼料的利用率,拓展飼料資源，開發非常規飼料已迫在眉 睫。而緩解矛盾的重要策略就是針對現有蛋白源，提高其利用率，盡可能地挖掘飼料的可利 用營養成分，從根本上緩解飼料原料供應緊張的局面。
[0003] 我國是一個產棉大國，每年平均產棉籽近1000萬噸，棉粕600多萬噸。棉柏中粗 蛋白含量約為44%，消費量約占蛋白飼料的8%，是重要的蛋白質飼料資源。但是棉柏含有毒 物質棉酚，會對動物生長、發育和繁殖等產生明顯的不良影響；且含有纖維素、低聚糖（棉 子糖、水蘇糖）、植酸等抗營養因子；粗蛋白含量高，但蛋白質品質較差，蛋氨酸等必需氨 基酸含量低且不平衡，上述因素限制了棉粕在飼養業中的廣泛應用。一直以來，為了提高 棉柏在飼料中的應用，研究人員進行了棉酚高效脫毒菌株的篩選及其脫毒效果等的研究工 作，但對棉粕營養價值提升缺乏顯著的應用效果。高效開發利用棉粕，實現棉柏蛋白營養價 值和飼用價值的提升，對農副產品加工產業和畜牧業的發展具有十分重要的促進作用，意 義重大。
【發明內容】
[0004] 本發明針對棉粕中富含游離棉酚、纖維素、低聚糖、植酸等抗營養因子，且蛋白質 品質較差，蛋氨酸等必需氨基酸含量低且不平衡，制約了棉粕規模化飼用的弊端，利用微生 物發酵技術，根據棉柏營養成分變化及必需氨基酸、乳酸等有益代謝產物的積累情況，提高 棉柏的飼用營養價值，從而提高棉粕的飼用品質及在飼料中的添加比例，實現棉粕蛋白營 養價值和飼用價值的提升。
[0005] 本發明上述目的是通過以下技術方案予以實現的： 本發明提供微生物發酵提高棉柏飼用營養價值的方法，其特征在于具體包括以下步 驟： (1) 預處理：選取無霉變的棉粕，粉碎過40目篩，調整棉粕含水量12?18%左右； (2) 酶解：調整棉粕ΡΗ4· 0?5· 0,加入纖維素酶、木聚糖酶，加酶量(質量比）為2? 3%、1?2%，混合均勻，酶解16?24h，酶解溫度控制在40?50Γ ; (3) 配制固體培養基：向酶解后的棉粕中加入3?5% (相對于棉柏質量比，下同)糖蜜、 2?3%玉米漿、1. 5?2%尿素、1?1. 5%硫酸銨、〇· 1?〇· 2%磷酸二氫鉀，調整培養基含水 量30?40%，調整初始PH為7. 0左右； (4) 曲霉活化：取新鮮麩皮，用⑶目篩子篩去細粉，按麩皮：水=丨：1_ 〇?丨.3比例加 入水，拌勻至無干粉又無結團現象。拌勻后，分裝入2000mL三角瓶中，每只2000mL三角瓶 裝濕麩皮約100g，在〇· IMPa表壓下滅菌40?60min，冷卻至35°C，每一個三角瓶中接入 1_2環已活化好的斜面米曲霉 CV-S、黑曲霉sp-l孢子，培養基品溫控制在（35±1廣〇.每隔 12-24h搖瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液； (5) -'次固體發酵：將米曲霉、黑曲霉按2?3%、3?5%的比例接種到混合配料中，祥 勻35?40°C培養，通風培養3?5天； (6) 產朊假絲酵母、釀酒酵母活化：將產朊假絲酵母、釀酒酵母分別接到Yro培養基中， 30°C，180r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1:100比例，將種子液接到 YPD培養基中， 得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子； (7) 枯草芽孢桿菌活化：采用LB培養基在28?32°C條件下培養24h，制得液體種子； (S)二次固體發酵：將產朊假絲酵母、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌按2?^、丨?2%、2二 3%接種比例接種至培養基，28?左右培養2?3天； (9) 三次固體發酵：將固體乳酸菌粉按i?2%的接種比例接種至培養基，26?3(rCR 氧培養24h左右； (10) 干燥：發酵結束后低溫通風干燥； (11) 粉碎：將干燥后的發酵棉柏粉碎即得成品。
[0006]上述步驟（3)中固體培養基無需滅菌。
[0007]本發明提供微生物發酵提高棉柏飼用營養價值的方法，極大的提升了棉柏的飼用 營養價值：發酵棉粕中粗蛋白含量由發酵前的43. 6%提升到發酵后的52. 2% ;利用氨基酸自 動分析儀測定發酵前后棉粕中氨基酸組成的變化，氨基酸總量由發酵前的37. 79%提升到 發酵后的50· 7〇%，其中必需氨基酸總量由發酵前的n. g3%提升到發酵后的15.31%，其中賴 氨酸含量由發酵前的L 7S%提升到發酵后的2· 28%，蛋氨酸由發酵前的〇. 31%提升到發酵后 的0· 48%，異亮氨酸由發酵前的L 41%提升到發酵后的1. 82%,精氨酸由發酵前的5. 10%提 升到發酵后6· 46% ;測定發酵棉柏蛋白質組成，小肽含量由發酵前的3. 46%提升到發酵后的 21. 28% ;發酵棉粕中乳酸含量達到7· 〇% ;此外，發酵棉柏中含有大量的有益活菌、多種維生 素、酶等營養成分。
[0008]本發明提供微生物發酵提高棉柏飼用營養價值的方法，有效降解了棉柏中游離 棉酚、纖維素、木聚糖、植酸等抗營養因子：游離棉酚由發酵前的52〇mg/Kg降到發酵后的 16mg/Kg，脫毒率達到96· 92% ;棉子糖含量由發酵前的3. 6%降低到發酵后的完全降解；粗 纖維由發酵前的12. 0%降低到發酵后的2· 5% ;植酸含量由發酵前的1. 85%降低到發酵后的 0· I8%，降解率達到90. 27%。
[0009]本發明提供微生物發酵提高棉柏飼用營養價值的方法，其優點在于：（1)通過棉 柏復合酶解處理，將微生物不易利用的纖維素、木聚糖等降解為還原糖，還原糖含量提高為 微生物的生長繁殖提供了充足的碳源；（2)黑曲霉和米曲霉是目前已知降解秸桿作用最顯 著的菌株，霉菌與酵母菌混合培養的互惠共生關系使棉柏蛋白含量有較大提高，酵母菌不 僅可以起去阻遏作用，而且對真菌的生長有正效，分析原因米曲霉、黑曲霉等霉菌同化淀粉 和纖維素的能力強，可將棉柏的結構性碳水化合物降解為酵母可利用的單糖、雙糖等單糖 類物質，使酵母得以良好的生長；此外，在多菌混合發酵中，酶促作用生成的糖立即被發酵 糖的微生物所利用，這樣就維持了降解物的濃度，消除了酶合成作用受到的降解物的阻遏 作用，也解除了反應終產物對酶的反饋抑制，縮短了發酵過程；（3)采用多菌混菌發酵，組 合菌株發酵增加了發酵中的許多基因功能，通過不同代謝能力的組合，完成單個菌種難以 完成的復雜代謝作用，通過微生物之間的互惠和偏利生提高生產效率，釀酒酵母和產朊假 絲酵母的存在促進了霉菌的降解作用，酵母的大量繁殖增加了產品中的菌體蛋白，枯草芽 孢桿菌提高了產品中益生菌含量，提高了產品的功效；乳酸菌產生乳酸等則可改善發酵棉 粕的適口性。協同發酵形式對各種原料的有效轉化、蛋白飼料的品質提高起到了重要的積 極作用；（4)采用分段發酵，發酵菌株對溫度、pH、通氧等要求不同，不同的反應控制條件， 提高了菌體的生長速率，縮短了發酵時間，提升了發酵效果；（ 5)發酵過程中無需滅菌，避 免了因滅菌過程中高溫引起的氨基酸和碳水化合物反應從而導致蛋白消化率下降的問題； (6)產品中富含益生菌、維生素、酶及氨基酸、短肽、優質蛋白質等營養成分，具有促進生 長發育、提高飼料利用率、增強免疫力、改進腸道微生態、防止疾病、減少環境污染等優點； (7 )采用固態發酵，生產工藝簡單，能耗低、無環境污染、投資小、易于規模化生產。
【具體實施方式】 [0010] 實施例1 : 微生物發酵提高棉柏飼用營養價值的方法，具體制備步驟如下： (1) 預處理：選取無霉變的棉柏，粉碎過40目篩，調整棉柏含水量12?18%左右； (2) 酶解：調整棉柏ρΗ4· 0?5. 0,加入纖維素酶、木聚糖酶，加酶量(質量比)為3%、1%， 混合均勻，酶解16h，酶解溫度控制在40?50°C ; (3) 配制固體培養基：向酶解后的棉柏中加入5% (相對于棉粕質量比，下同）糖蜜、2% 玉米楽、2%尿素、1%硫酸銨、0· 2%磷酸二氫鉀，調整培養基含水量3〇?40%，調整初始pH為 7. 0左右； (4) 曲霉活化：取新鮮麩皮，用60目篩子篩去細粉，按麩皮：水=1 :1· 〇比例加入水，拌 勻至無干粉又無結團現象。拌勻后，分裝入2000mL三角瓶中，每只2〇〇〇mL三角瓶裝濕麩皮 約100g，在0· IMPa表壓下滅菌40?6〇min，冷卻至35°C，每一個三角瓶中接入1-2環已活 化好的斜面米曲霉cv-S、黑曲霉sp-Ι孢子，培養基品溫控制在 （35±1)t：.每隔12_2處搖 瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液； (5) -次固體發酵：將米曲霉、黑曲霉按3%、3%的比例接種到混合配料中，拌勻 35? 40°C培養，通風培養3?5天； ' (6) 產朊假絲酵母、釀酒酵母活化：將產朊假絲酵母、釀酒酵母分別接到YPD培養基中， 3〇 C, l8〇r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1:1〇〇比例，將種子液接到γρβ培養基中， 得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子； ^ ' (7) 枯草芽孢桿菌活化：采用LB培養基在28?32。(：條件下培養24h，制得液體種子； (8) 二次固體發酵：將產朊假絲酵母、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌按3%、1%、3%接種比例接 種至培養基，28°C左右培養2?3天； (9) 三次固體發酵：將固體乳酸菌粉按2%的接種比例接種至培養基，26?3〇-c厭氧培 養24h左右； ' ° (10) 干燥：發酵結束后低溫通風千燥； (11) 粉碎：將干燥后的發酵棉粕粉碎即得成品。
[0011] 實施例2: (I) 預處理：選取無霉變的棉粕，粉碎過4〇目篩，調整棉粕含水量12?18%左右 趣棉粕ρΗ4· 0?5. 〇,力口入纖維素酶、木聚糖酶，加酶量(質量比)為2%'、2%， 混合均勻，酶解I6?24h，酶解溫度控制在40?50°c ; (3) 配制固體培養基：向酶解后的棉柏中加入3% (相軒棉粕質量比，下同)糖蜜、觀玉 米漿、1. 5%尿素 、L 5%硫酸銨、〇. 1%磷酸二氫鉀，調整培養基含水量3〇?4〇%，調整初始pH 為7. 0左右； (4) 曲霉活化：取新鮮麩皮，用60目篩子篩去細粉，按麩皮：水=i :ι. 3比例加入水，拌 勾至無千物又無結團現象。拌勻后，分裝入2〇〇〇mL=角瓶中，每只 2_mL三角瓶裝濕誠 約100g，在0. IMPa表壓下滅菌40?60min，冷卻至35。(：，每一個三角瓶中接入卜2環已活 化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-Ι孢子，培養基品溫控制在 （35±1) t·每隔12-2仙搖 瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液； (5) 次固體發酵：將米曲莓、黑曲莓按2%、5%的比例接種到混合配料中拌勾35? 40°C培養，通風:1?養3?5天； (6) 產朊假絲酵母、釀酒酵母活化：將產朊假絲酵母、釀酒酵母分別接到Yro培養基中， 3〇 C，l8〇r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1: 1〇〇比例，將種子液接到YpD培養基中 得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子； B ' (7) 枯草芽孢桿菌活化：采用LB培養基在28?32T：條件下培養24h,制得液體種子； (8) 一次固體發酵：將廣朊假絲酵母、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌按2%、2%、2%接種比例接 種至培養基，28°C左右培養2?3天； (9) 三次固體發酵：將固體乳酸菌粉按1%的接種比例接種至培養基，％?3(rc厭氧培 養24h左右； ' B (10) 千燥：發酵結束后低溫通風千燥； (II) 粉碎：將干燥后的發酵棉柏粉碎即得成品。
[0012] 實施例3: (1) 預處理：選取無霉變的棉柏，粉碎過40目篩，調整棉粕含水量12?18%左右. (2) 酶解：調整棉柏ρΗ4· 0?5_ 0,加入纖維素酶、木聚糖酶，加酶量(質量比）為2 5%、 1. 5%，混合均勻，酶解16?24h，酶解溫度控制在40?50 °C ; 、 · (3) 配制固體培養基：向酶解后的棉柏中加入4% (相對于棉粕質量比，下同)糖蜜、2. 5% 玉米漿、1· 8%尿素、1. 2%硫酸銨、0· 15%磷酸二氫鉀，調整培養基含水量3〇'?4〇%，調整初始 pH為7. 0左右； ' (4) 曲莓活化：取新鮮鼓皮，用60目篩子篩去細粉，按鼓皮：水=1 : 1· 2比例加入水，拌 勻至無干粉又無結團現象。拌勻后，分裝入2000mL三角瓶中，每只2〇〇〇mLs角瓶裝濕麩皮 約l〇〇g，在〇· IMPa表壓下滅菌40?6〇min，冷卻至35°C，每一個三角瓶中接入丨_2環己活 化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-Ι孢子，培養基品溫控制在 （35±1)。〇.每隔12_24h搖 瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液； * (5) -次固體發酵：將米曲霉、黑曲霉按2_ 5%、4%的比例接種到混合配料中，拌勾35? 40°C培養，通風培養3?5天； ' ' (6) 產朊假絲酵母、釀酒酵母活化：將產朊假絲酵母、釀酒酵母分別接到Yro培養基中， 3〇°C，180r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1:100比例,將種子液接到YPD培養基中， 得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子； (7) 枯草芽孢桿菌活化：采用LB培養基在28?32°C條件下培養24h，制得液體種子； (8) 二次固體發酵：將產朊假絲酵母、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌按2. 5%、1. 5%、2. 5%接種 比例接種至培養基，28°C左右培養2?3天； (9) 三次固體發酵：將固體乳酸菌粉按1. 5%的接種比例接種至培養基，26?30°C厭氧 培養24h左右； (10) 干燥：發酵結束后低溫通風千燥； (11) 粉碎：將干燥后的發酵棉柏粉碎即得成品。 t〇〇13] 以上實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實 施例對被發明進行了詳細的說明，但對于本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實 施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而對這些修改 或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明所要求保護的技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1· 一種微生物發酵提高棉柏飼用營養價值的方法，其特征在于具體包括以下步驟： (1) 預處理：選取無霉變的棉粕，粉碎過40目篩，調整棉粕含水量12?18%左右； (2) 酶解：調整棉柏ρΗ4· 0?5· 0,加入纖維素酶、木聚糖酶，加酶量(質量比）為2? 3%、1?2%，混合均勻，酶解16?24h，酶解溫度控制在40?5(TC ; (3) 配制固體培養基：向酶解后的棉柏中加入3?5% (相對于棉粕質量比，下同)糖蜜、 2?3%玉米衆、1. 5?2%尿素、1?1· 5%硫酸銨、〇· 1?〇· 2%磷酸二氫鉀，調整培養基含水 量30?40%，調整初始pH為7. 0左右； (4) 曲霉活化：取新鮮麩皮，用6〇目篩子篩去細粉，按麩皮：水=1 :1. Qwi. 3比例加入 水，拌勻至無干粉又無結團現象；拌勻后，分裝入2〇OOmL二角瓶中，每只2000mL三角瓶裝濕 麩皮約l〇〇g，在0. IMPa表壓下滅菌40?60min，冷卻至35?，每一個三角瓶中接入1-2環已 活化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-Ι孢子，培養基品溫控制在（ 35±1)。〇.每隔12-24h 搖瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液； (5) -次固體發酵：將米曲霉、黑曲霉按2?3%、3?5%的比例接種到混合配料中，拌 勻 35?40°C培養，通風培養3?5天； (6) 產朊假絲酵母、釀酒酵母活化：將產朊假絲酵母、釀酒酵母分別接到YPD培養基中， 30°C，180r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1:100比例，將種子液接到ypd培養基中， 得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子； (7) 枯草芽孢桿菌活化：采用LB培養基在28?32?條件下培養24h，制得液體種子； (8) 二次固體發酵：將產朊假絲酵母、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌按2?3%、1?2%、2? 3%接種比例接種至培養基，28。(：左右培養2?3天； (9) 三次固體發酵：將固體乳酸菌粉按丨?2%的接種比例接種至培養基，26?3(rC厭 氧培養24h左右； (1〇)干燥：發酵結束后低溫通風干燥； (11)粉碎：將干燥后的發酵棉柏粉碎即得成品。
2.根據權利要求1所述的微生物發酵提高棉柏飼用營養價值的方法，其特征在于所述 步驟（3)中固體培養基無需滅菌。
【文檔編號】A23K1/14GK104186957SQ201410518197
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年10月1日 優先權日:2014年10月1日
【發明者】董書閣, 侯文燕, 代書強, 張術聰, 肖龍虻, 陳希凱 申請人:青島嘉瑞生物技術有限公司