一种低棉酚高营养的发酵棉籽粕、制备方法及应用与流程

1.本发明属于发酵工程及畜禽饲料领域，具体涉及一种低棉酚高营养的发酵棉籽粕、制备方法及应用。


背景技术：

2.棉籽粕是棉籽经过脱壳、去绒，提取油脂后所得的副产品，是畜牧业常用的饲用蛋白质原料，棉籽粕中粗蛋白含量35％～50％。目前添加棉籽粕的饲料大部分都是饲喂给反刍动物，于猪和鸡等非反刍动物饲料中添加量较少，最高添加量在5％～10％，如此低添加量的原因主要在于如下两方面：(1)棉籽粕中含有棉酚、环丙烯脂肪酸、单宁等抗营养因子，尤其是棉酚，极易引起动物中毒甚至死亡；(2)棉籽粕中氨基酸组成不平衡和蛋白消化利用率低。棉籽粕本身营养价值的缺陷大大限制了其在饲料行业中的应用，从而使其不能够得到充分的开发和利用。
3.低蛋白日粮技术是根据蛋白质氨基酸营养平衡理论，在不影响畜禽生产性能和产品品质的条件下，通过平衡氨基酸，提高蛋白质等营养物质吸收率，降低日粮蛋白质水平、降低生产成本和动物代谢负担，减少氮排放。应用低蛋白概念配制的日粮与按nrc推荐的日粮蛋白质水平相比，可以降低粗蛋白水平2％-4％百分点。对植物原料的发酵处理、酶解处理等能破坏植物细胞包裹结构，降解大分子营养物质，有助于消化吸收，从而提高消化利用率，这对配制畜禽低蛋白日粮具有十分重要的实践意义。
4.现有对棉籽粕进行脱酚的方法，如通过枯草芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉、乳酸菌多菌种经固体发酵制备发酵棉籽粕，该方法游离棉酚脱毒率为46％～82％，棉酚降解效率不高，且存在产物氨基酸平衡性不足的问题。
5.综上所述，现有技术在消除抗营养因子与改善棉籽粕蛋白品质、低物料损耗等方面难以做到平衡，且投资大，生产成本高。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本技术旨在提供一种低棉酚高营养的发酵棉籽粕、制备方法及应用，本发明采用菌酶协同作用降解棉籽粕中棉酚，同时将棉籽粕中的粗蛋白、粗纤维、非淀粉多糖降解为小分子物质，改善其营养性能，有利于营养成分的吸收利用，综合改善棉籽粕作为畜禽饲料的应用性能。
7.基于上述目的，本技术采用的技术方案如下：
8.第一方面，本技术提供一种低棉酚高营养的发酵棉籽粕的制备方法，包括如下步骤：
9.s1：于棉籽粕中加入米曲，混合均匀后粉碎制得棉籽粕超微粉碎粉；
10.s2：向棉籽粕超微粉碎粉中加水形成混悬液，调节混悬液的ph＝7.0～8.0，于35℃～42℃有氧发酵8～12h制得一次发酵液；
11.s3：向一次发酵液中加入复合酶、复合菌、碳源，并调节一次发酵液的ph＝4.0～
5.5，于35℃～40℃有氧发酵20～36h制得二次发酵液；
12.s4：将二次发酵液经磨浆、过滤收集滤浆，将滤浆喷雾干燥制得低棉酚高营养的发酵棉籽粕。
13.本技术采用预先将米曲与棉籽粕进行超微粉碎后进行第一次有氧发酵，随后再向发酵液中加入复合酶、复合菌进行第二次发酵，经过两次发酵后棉籽粕中的棉酚得到充分有效的降解，同时棉籽粕中的大分子营养成分如粗蛋白、粗纤维、非淀粉多糖等也得到了有效的降解，综合提高了发酵后棉籽粕作为畜禽饲料的应用性能。
14.优选地，米曲于棉籽粕中的添加量为棉籽粕重量的5％～20％，米曲中米曲霉孢子数≥1
×
108cuf/g，中性蛋白酶酶活≥5000u/g。
15.优选地，米曲的制备方法为：将棉籽粕50wt％～80wt％、麸皮10wt％～30wt％、玉米粉10wt％～30wt％混合形成混合料，将混合料与米曲霉孢子悬液按照固液比10:7混合均匀，于28℃进行有氧固态发酵3天，制得米曲。
16.优选地，复合酶包括木瓜蛋白酶和酸性木聚糖酶，所述复合酶中木瓜蛋白酶酶活≥50000u/g，酸性木聚糖酶酶活≥10000u/g；所述复合酶于一次发酵液的添加量以初始棉籽粕的重量占比计，复合酶的添加量为0.2
‰
～0.6
‰
。
17.经试验发现，相对于其他中性木聚糖酶或单一的木瓜蛋白酶、酸性木聚糖酶，本技术采用由木瓜蛋白酶与酸性木聚糖酶组成的复合酶具有更优的棉酚降解效率并提高发酵后棉籽粕中酸溶蛋白含量。
18.优选地，所述复合菌包括热带假丝酵母和鼠李糖乳杆菌，所述复合菌中热带假丝酵母、鼠李糖乳杆菌的活菌数均≥5
×
108cuf/g，复合菌于一次发酵液的添加量以初始棉籽粕的重量占比计，复合菌的添加量为0.3
‰
～0.8
‰
。
19.经试验发现，相对于其他酵母菌、乳杆菌形成的复合菌以及热带假丝酵母、鼠李糖乳杆菌单一菌剂，本技术以热带假丝酵母与鼠李糖乳杆菌组成的复合菌具有更优的棉酚降解效率并提高发酵后棉籽粕中酸溶蛋白含量。
20.优选地，所述碳源为大豆蜜糖，碳源的添加量以初始棉籽粕的重量百分比计，碳源的添加量为3wt％～10wt％。
21.经试验发现，相对于其他碳源如蔗糖、葡萄糖、蔗糖糖蜜、玉米粉、可溶性淀粉，本技术采用大豆糖蜜作为碳源，更有利于复合菌的定向增殖，产生特异的功能性代谢产物，大豆糖蜜中还含有大豆异黄酮等功能物质，有利于养殖动物的生长与健康。
22.优选地，所述超微粉碎粉的粒径要求如下：超微粉碎粉中95％颗粒通过100目筛，100％颗粒通过80目筛。
23.经试验发现，相对于未经超微粉粹处理的菜籽粕，经过超微粉碎处理后更有助于微生物和酶对菜籽粕中棉酚以及大分子营养物质的降解。
24.第二方面，本发明提供一种低棉酚高营养的发酵棉籽粕，由上述制备方法制得。
25.优选地，所述低棉酚高营养的发酵棉籽粕中游离棉酚含量≤65.2μg/kg，酸溶蛋白含量≥42.5％，棉籽粕粗蛋白含量≥45.9％，有效磷含量≥0.68％。
26.第三方面，本发明提供上述低棉酚高营养的发酵棉籽粕在低蛋白日粮中的应用。
27.优选地，所述低棉酚高营养的发酵棉籽粕作为蛋白源添加于猪禽饲料作为低蛋白日粮。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
29.(1)本发明采用将米曲与棉籽粕的混合物进行超微粉碎后，进行第一次发酵，采用液态发酵的工艺，比固态发酵酶解效率更高，更能发挥生物酶的作用，并且米曲中含有广谱的酶系对棉籽粕形成多维度降解，将棉籽粕蛋白分解为多肽、氨基酸等小分子物质，同时加大棉酚的溶出率及降解率，相较于常规细菌产酶制剂的添加，本技术使用米曲进行初次液态发酵，成本更低，对棉籽粕底物有更好的分解作用；本发明通过热带假丝酵母、鼠李糖乳杆菌复合菌结合木瓜蛋白酶和酸性木聚糖酶复合酶进行第二次发酵处理，进一步对棉酚等抗营养因子进行降解，同时产生有机酸、维生素等，提高了发酵后棉籽粕的营养性能。
30.(2)由本发明所述发酵工艺制得的棉籽粕具有低棉酚高营养的优势，棉籽粕中棉酚降解率≥90％，发酵后棉籽粕中游离棉酚含量≤65.2μg/kg，酸溶蛋白含量≥42.5％，棉籽粕粗蛋白含量≥45.9％，有效磷含量≥0.68％。
31.(3)本发明发酵棉籽粕代替豆粕运用于低蛋白日粮中，对育肥猪的生长性能无显著影响，对育肥猪胴体重、屠宰率、第10肋眼肌面积等育肥猪胴体性状指标无显著影响，且第10肋背膘厚度有显著增加，表明在低蛋白日粮中运用本发明发酵棉籽粕能改变日粮对原料豆粕的依赖并降低配方蛋白用量。
32.(4)本发明发酵工艺对设备设施要求不高，无需常规双层耐压发酵罐，整个工艺在同一搅拌罐内运行，整个工艺无需额外添加硫酸亚铁之类化学试剂，无化学残留，工艺简单，生产成本低，发酵规模可放大、工业化程度高。
附图说明
33.图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
34.为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
35.实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
36.实施例1
37.本实施例提供一种低棉酚高营养的发酵棉籽粕的制备方法，包括如下步骤：
38.s1：米曲霉曲种的制备
39.将棉籽粕70％、麸皮15％、玉米粉15％混合形成混合料，按照固液比10:7将米曲霉孢子悬液加入混合料中，混合均匀后装入浅盘(浅盘深度为25～30cm)，于28℃培养3天，制得米曲，米曲中米曲霉孢子数≥1
×
108cuf/g，中性蛋白酶酶活≥5000u/g。
40.s2：向棉籽粕中加入其重量百分比为6％的米曲，置于双轴混合机混合时间90s，混合后物料经提升机进入进料仓，物料经超微粉碎机粉碎备用。超微粉碎后的混合料的粒径需满足如下条件：95％的混合料能够通过100目筛，100％的混合料能够通过80目筛。
41.s3：将粉碎后物料输送至搅拌罐，向搅拌罐中加入物料重量2～3倍的水，形成混悬液，混悬液中水含量达55％～70％，调节混悬液的ph＝7.0～8.0，设定搅拌罐的搅拌转速为
120r/min、温度为30℃、通风量0.25vvm，搅拌时间为12h，在设定的条件下进行第一次有氧发酵，得到一次发酵液。
42.s4：向一次发酵液中加入复合酶0.5
‰
、复合菌0.5
‰
、大豆糖蜜8％，并调节一次发酵液的ph＝4.0～5.5，设定温度为35～40℃，搅拌转速为120r/min、通风量0.25vvm，继续通气并搅拌20～36h进行二次有氧发酵，得到二次发酵液。
43.其中，复合酶、复合菌、大豆糖蜜的添加量均以初始棉籽粕的重量占比计；复合酶包括木瓜蛋白酶和酸性木聚糖酶，所述复合酶中木瓜蛋白酶酶活≥50000u/g，酸性木聚糖酶酶活≥10000u/g；复合菌包括热带假丝酵母和鼠李糖乳杆菌，所述复合菌中热带假丝酵母、鼠李糖乳杆菌的活菌数均≥5
×
108cuf/g。
44.s5：将二次发酵液经管道输送至湿磨机，将大颗粒物质进一步研磨为小颗粒，再经管道输送至螺旋卸料过滤离心机，去除大颗粒物质，收集滤浆，滤浆经管道输送至喷雾干燥机干燥，最终发酵棉籽粕含水率10％以下，制得本发明低棉酚高营养的发酵棉籽粕。
45.本发明制得的低棉酚高营养的发酵棉籽粕呈棕黄色粉末，呈酸香味，ph＝4.9，对其成分进行检测，结果如表1和表2所示，本发明发酵后的棉籽粕中游离棉酚含量为65.2μg/kg，较发酵前的棉籽粕，棉酚降解率为93.7％，富含酸溶蛋白(42.5％)，并且粗蛋白、粗纤维、非淀粉多糖等大分子物质得到了有效降解，更利于营养物质的吸收；发酵后棉籽粕中有效磷含量也提升，从而减少磷酸氢钙等无机磷的添加，降低磷排放；此外，本发明发酵后各氨基酸的含量均有所提升(见表2)，使得本发明棉籽粕在畜禽饲料中高比例应用成为可能。
46.对比例1
47.本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例将步骤s4中复合酶等量替换为酸性木聚糖酶，酸性木聚糖酶酶活≥10000u/g。
48.对比例2
49.本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例将步骤s4中复合酶等量替换为木瓜蛋白酶，木瓜蛋白酶酶活≥50000u/g。
50.对比例3
51.本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例将步骤s4中复合酶等量替换为由中性蛋白酶与中性木聚糖酶组成的复合酶，其中，中性蛋白酶酶活≥50000u/g，中性木聚糖酶酶活≥10000u/g。
52.对比例4
53.本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例将步骤s4中复合菌等量替换为单一菌株热带假丝酵母，其活菌数≥1
×
109cuf/g。
54.对比例5
55.本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例将步骤s4中复合菌等量替换为单一菌株鼠李糖乳杆菌，其活菌数≥1
×
109cuf/g。
56.对比例6
57.本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例将步骤s4中的复合菌等量替换为由酿酒酵母与干酪乳杆菌形成的复合菌，其单株菌活菌数≥5
×
108cuf/g。
58.对上述实施例1及对比例1-6制备得到发酵棉籽粕营养指标进行检测，对感官指标进行评测，结果见表1。实施例1棉籽粕发酵前后氨基酸含量比较见表2。由表1可知，当将本
申请复合酶调整为单一组分或其他复合酶，其对棉酚的降解率下降，且发酵后棉籽粕中酸溶蛋白含量、有效磷含量等也有所降低；当将本技术复合菌调整为单一菌株或其他组合的复合菌使，其对棉酚的降解率下降，且发酵后棉籽粕中酸溶蛋白含量、有效磷含量等也有所降低。由此表明，由本发明所述复合酶、复合菌对棉籽粕具有良好的棉酚降解性能，并且能够有效提高发酵后棉籽粕中酸溶蛋白含量、有效磷含量，同时实现对棉籽粕中大分子物质如粗蛋白、粗纤维等进行有效降解为小分子物质，提高发酵后棉籽粕的营养性能。
59.由表2可知，棉籽粕经本发明所述发酵工艺发酵后各氨基酸含量较发酵前均有不同程度的提高，由此也进一步表明本发明发酵工艺能够将粗蛋白降解为小分子氨基酸，有助于改善发酵后棉籽粕中营养组分的易吸收利用性。
60.表1实施例1与对比例1-6营养指标及风味指标对比
[0061][0062][0063]
表2棉籽粕发酵前后氨基酸含量的比较(以干物质计，％)
[0064]
氨基酸发酵前发酵后氨基酸发酵前发酵后苏氨酸1.331.52酪氨酸1.141.36丝氨酸1.721.95苯丙氨酸2.332.37谷氨酸9.089.15赖氨酸1.811.98甘氨酸1.751.96组氨酸1.121.36丙氨酸1.711.83精氨酸4.894.95胱氨酸0.91.26蛋氨酸0.550.61缬氨酸1.962.13色氨酸0.450.66脯氨酸1.451.68天冬氨酸3.583.89异亮氨酸1.451.72亮氨酸2.562.77总计39.7843.15
‑‑‑‑‑‑
[0065]
实施例2
[0066]
本实施例旨在探究不同碳源对热带假丝酵母与鼠李糖乳杆菌复合菌增殖的影响，具体实验方法如下。
[0067]
参照实施例1一种低棉酚高营养的发酵棉籽粕的制备方法，步骤s1、s2、s3同实施例1，将步骤s4中的碳源大豆糖蜜分别以蔗糖、葡萄糖、蔗糖糖蜜、玉米粉、可溶性淀粉等量代替，其他成分不变。调节一次发酵液的ph＝4.0～5.5，设定温度为35℃，搅拌转速为120r/min、通风量0.25vvm，继续通气并搅拌30h进行二次有氧发酵，得到二次发酵液。分别测量发
酵液中热带假丝酵母数与鼠李糖乳杆菌数。
[0068]
检测结果如表3所示，蔗糖糖蜜对热带假丝酵母的增殖效果最优，大豆糖蜜对鼠李糖乳杆菌的增殖效果最优，葡萄糖对总菌数(热带假丝酵母 鼠李糖乳杆菌)的增殖效果最优，其次为大豆糖蜜。然而大豆糖蜜作为碳源，丰富的寡糖更有利于鼠李糖乳杆菌的定向增值，产特异的功能性代谢物，还含有大豆异黄酮等功能物质，有利于养殖动物的生长与健康，其作为油脂厂的副产物，价格相对其他碳源便宜，因此，选择大豆糖蜜为棉籽粕酶解发酵的最适合添加碳源。
[0069]
表3不同碳源对复合菌增值的影响
[0070][0071][0072]
实施例3
[0073]
本实施例旨在探究实施例1制得的低棉酚高营养的发酵棉籽粕应用于低蛋白日粮对育肥猪生产性能的影响，具体试验方法如下。
[0074]
1材料与方法
[0075]
1.1试验设计
[0076]
试验选用初始体重为72kg左右、身体健康的杜
×
长
×
大三元杂交生长猪40头，随机分成2组，每组20个重复，每重复1头猪。常规蛋白组参照nrc(2012)配制基础日粮，低蛋白组由实施例1发酵棉籽粕代替豆粕，蛋白含量在常规组蛋白组基础上cp水平降低2个百分点并补充合成氨基酸。净能水平和标准回肠可消化氨基酸水平保持基本一致。日粮配方及营养成分见表4。试验预试期7d，正试期28d。
[0077]
表4试验日粮组成及营养价值(风干基础)
[0078]
原料常规蛋白组低蛋白组项目常规蛋白组低蛋白组玉米，％57.658.1cp，％14.5012.50大麦，％2020ne，mj9.869.86麸皮，％2.52.5p，％0.500.50糙米，％
‑‑
4ap，％0.280.29发酵棉籽粕，％
‑‑
11.65lye，％0.700.7043％豆粕，％17.2
‑‑
met蛋，％0.230.21石粉，％0.60.6met c，％0.480.43磷酸氢钙，％0.80.8thr苏，％0.560.55食盐，％0.30.3
‑‑‑‑‑‑
豆油，％
‑‑
0.8
‑‑‑‑‑‑
赖氨酸，％
‑‑
0.2
‑‑‑‑‑‑
苏氨酸，％
‑‑
0.05
‑‑‑‑‑‑
预混料，％11
‑‑‑‑‑‑
[0079]
注：每kg预混料含有：维生素a 12000u；维生素d
3 1100u；维生素e 25u；维生素k 4mg；维生素b
12 0.04mg；泛酸28mg；尼克酸32mg；氯化胆碱8g；mgso4100 g；feso
4 120g；cuso
4 0.45g；mnso
4 2.2g；znso
4 5g；na2seo
3 10mg；ki 40mg；cocl
2 22mg。
[0080]
1.2饲养管理
[0081]
本试验在广东从化聚祥猪场进行。试验猪饲养在封闭式猪舍内，水泥地面，通风良好。试验期间自由采食和饮水，每天定时清扫猪圈，保持光照和温度适宜；每天观察猪群采食情况、粪便及健康状况，其他饲养管理遵循猪场常规管理制度。
[0082]
1.3测定指标和方法
[0083]
1.3.1生长性能
[0084]
分别于试验开始和结束时，试验猪空腹称重并统计期间各重复(栏)的饲料消耗量，计算平均日增重、平均日采食量及耗料增重比。
[0085]
1.3.2屠宰性能
[0086]
试验结束后，每组选取5头体重接近该重复平均体重的肥育猪进行屠宰，共计10头，测定胴体重、屠宰率、第10肋背膘厚度和眼肌面积等屠宰性能指标。
[0087]
1.4统计分析
[0088]
试验结果以平均值和集合标准误(sem)表示，试验数据采用spss 21.0统计软件进行方差分析，用duncan's法进行多重比较，用一般线性模型进行回归分析，以p《0.05表示差异显著，0.05≤p《0.1表示有差异显著趋势。
[0089]
2试验结果
[0090]
2.1发酵棉籽粕代替豆粕对育肥猪生长性能的影响
[0091]
由前述测定方法对育肥猪生长性能指标的检测结果见表5，与常规蛋白组相比，低蛋白组育肥猪的结束体重、平均日增重、平均日采食量和耗料增重比无显著变化，生长性能与常规蛋白组接近一致。
[0092]
表5发酵棉籽粕运用于低蛋白日粮对育肥猪生长性能的影响
[0093]
项目常规蛋白组低蛋白组semp值出始体重，kg85.284.83.630.82结束体重，kg113.6113.43.250.81平均日增重，g1014102113.280.24平均日采食量，kg3.173.200.330.52饲料增重比3.133.130.230.92
[0094]
2.2发酵棉籽粕代替豆粕对育肥猪胴体性状的影响
[0095]
由前述测定方法对育肥猪胴体形状指标的检测结果见表6，相比于试验组，低蛋白日粮组育肥猪第10肋背膘厚度比常规蛋白组增加较为显著，各组间的胴体重、屠宰率及第10肋眼肌面积也无显著差异。
[0096]
表6发酵棉籽粕代替豆粕对育肥猪胴体性状的影响
[0097]
项目常规蛋白组低蛋白组semp值胴体重，kg84.383.82.760.83屠宰率，％74.2073.893.080.72第10肋背膘厚度，g3.19a3.42b0.120.03
第10肋眼肌面积，kg41.2240.362.370.15
[0098]
注：同行数肩标含相同字母或无字母表示差异不显著(p＞0.05)，不同字母表示差异显著(p≤0.05)。
[0099]
3结论
[0100]
上述试验结果表明，本发明发酵棉籽粕代替豆粕运用于低蛋白日粮中，对育肥猪的生长性能无显著影响，对育肥猪胴体重、屠宰率、第10肋眼肌面积等育肥猪胴体性状指标无显著影响，第10肋背膘厚度有显著增加。表明在低蛋白日粮中运用本发明发酵棉籽粕能改变日粮对原料豆粕的依赖并降低配方蛋白用量。
[0101]
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。