微生物发酵提高棉粕饲用营养价值的方法
【专利摘要】本发明针对棉粕中富含游离棉酚、纤维素、低聚糖、植酸等抗营养因子，且蛋白质品质较差，蛋氨酸等必需氨基酸含量低且不平衡，制约了棉粕规模化饲用的弊端，利用微生物发酵技术提高棉粕的饲用营养价值，从而提高棉粕的饲用品质及在饲料中的添加比例，实现棉粕蛋白营养价值和饲用价值的提升本发明采用“复合酶解+多菌种三步固态发酵”工艺制得游离棉酚、纤维素降解度高、饲料蛋白含量高的发酵棉粕产品，产品中富含益生菌、维生素、酶及氨基酸、短肽、优质蛋白质等营养成分，具有促进生长发育、提高饲料利用率、增强免疫力、改进肠道微生态、防止疾病等优点。该方法采用固态发酵，生产工艺简单，能耗低、无环境污染、投资小、易于规模化生产。
【专利说明】微生物发酵提高棉粕饲用营养价值的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微生物发酵提高棉粕饲用营养价值的方法，属于饲料加工领域。
【背景技术】
[0002] 蛋白质原料是饲料工业发展的基础，我国蛋白质原料的紧缺和价格高涨己经成为 制约畜牧业发展的瓶颈。目前随着人们生活水平的提高和对生活质量的重视，对肉、蛋、奶、 水产品的需求日益增多，粮食和饲料生产面临严峻考验，饲料蛋白资源将日益匮乏，因此提 高粮食向畜牧产品的转化效率和饲料的利用率,拓展饲料资源，开发非常规饲料已迫在眉 睫。而缓解矛盾的重要策略就是针对现有蛋白源，提高其利用率，尽可能地挖掘饲料的可利 用营养成分，从根本上缓解饲料原料供应紧张的局面。
[0003] 我国是一个产棉大国，每年平均产棉籽近1000万吨，棉粕600多万吨。棉柏中粗 蛋白含量约为44%，消费量约占蛋白饲料的8%，是重要的蛋白质饲料资源。但是棉柏含有毒 物质棉酚，会对动物生长、发育和繁殖等产生明显的不良影响；且含有纤维素、低聚糖（棉 子糖、水苏糖）、植酸等抗营养因子；粗蛋白含量高，但蛋白质品质较差，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饲养业中的广泛应用。一直以来，为了提高 棉柏在饲料中的应用，研究人员进行了棉酚高效脱毒菌株的筛选及其脱毒效果等的研究工 作，但对棉粕营养价值提升缺乏显著的应用效果。高效开发利用棉粕，实现棉柏蛋白营养价 值和饲用价值的提升，对农副产品加工产业和畜牧业的发展具有十分重要的促进作用，意 义重大。
【发明内容】
[0004] 本发明针对棉粕中富含游离棉酚、纤维素、低聚糖、植酸等抗营养因子，且蛋白质 品质较差，蛋氨酸等必需氨基酸含量低且不平衡，制约了棉粕规模化饲用的弊端，利用微生 物发酵技术，根据棉柏营养成分变化及必需氨基酸、乳酸等有益代谢产物的积累情况，提高 棉柏的饲用营养价值，从而提高棉粕的饲用品质及在饲料中的添加比例，实现棉粕蛋白营 养价值和饲用价值的提升。
[0005] 本发明上述目的是通过以下技术方案予以实现的： 本发明提供微生物发酵提高棉柏饲用营养价值的方法，其特征在于具体包括以下步 骤： (1) 预处理：选取无霉变的棉粕，粉碎过40目筛，调整棉粕含水量12?18%左右； (2) 酶解：调整棉粕ΡΗ4· 0?5· 0,加入纤维素酶、木聚糖酶，加酶量(质量比）为2? 3%、1?2%，混合均匀，酶解16?24h，酶解温度控制在40?50Γ ; (3) 配制固体培养基：向酶解后的棉粕中加入3?5% (相对于棉柏质量比，下同)糖蜜、 2?3%玉米浆、1. 5?2%尿素、1?1. 5%硫酸铵、〇· 1?〇· 2%磷酸二氢钾，调整培养基含水 量30?40%，调整初始PH为7. 0左右； (4) 曲霉活化：取新鲜麸皮，用⑶目筛子筛去细粉，按麸皮：水=丨：1_ 〇?丨.3比例加 入水，拌勻至无干粉又无结团现象。拌匀后，分装入2000mL三角瓶中，每只2000mL三角瓶 装湿麸皮约100g，在〇· IMPa表压下灭菌40?60min，冷却至35°C，每一个三角瓶中接入 1_2环已活化好的斜面米曲霉 CV-S、黑曲霉sp-l孢子，培养基品温控制在（35±1广〇.每隔 12-24h摇瓶一次，孢子长出后停止制备孢子悬浮液； (5) -'次固体发酵：将米曲霉、黑曲霉按2?3%、3?5%的比例接种到混合配料中，祥 匀35?40°C培养，通风培养3?5天； (6) 产朊假丝酵母、酿酒酵母活化：将产朊假丝酵母、酿酒酵母分别接到Yro培养基中， 30°C，180r/min转速下恒温摇瓶24小时；然后以1:100比例，将种子液接到 YPD培养基中， 得到酿酒酵母和产朊假丝酵母液体种子； (7) 枯草芽孢杆菌活化：采用LB培养基在28?32°C条件下培养24h，制得液体种子； (S)二次固体发酵：将产朊假丝酵母、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌按2?^、丨?2%、2二 3%接种比例接种至培养基，28?左右培养2?3天； (9) 三次固体发酵：将固体乳酸菌粉按i?2%的接种比例接种至培养基，26?3(rCR 氧培养24h左右； (10) 干燥：发酵结束后低温通风干燥； (11) 粉碎：将干燥后的发酵棉柏粉碎即得成品。
[0006]上述步骤（3)中固体培养基无需灭菌。
[0007]本发明提供微生物发酵提高棉柏饲用营养价值的方法，极大的提升了棉柏的饲用 营养价值：发酵棉粕中粗蛋白含量由发酵前的43. 6%提升到发酵后的52. 2% ;利用氨基酸自 动分析仪测定发酵前后棉粕中氨基酸组成的变化，氨基酸总量由发酵前的37. 79%提升到 发酵后的50· 7〇%，其中必需氨基酸总量由发酵前的n. g3%提升到发酵后的15.31%，其中赖 氨酸含量由发酵前的L 7S%提升到发酵后的2· 28%，蛋氨酸由发酵前的〇. 31%提升到发酵后 的0· 48%，异亮氨酸由发酵前的L 41%提升到发酵后的1. 82%,精氨酸由发酵前的5. 10%提 升到发酵后6· 46% ;测定发酵棉柏蛋白质组成，小肽含量由发酵前的3. 46%提升到发酵后的 21. 28% ;发酵棉粕中乳酸含量达到7· 〇% ;此外，发酵棉柏中含有大量的有益活菌、多种维生 素、酶等营养成分。
[0008]本发明提供微生物发酵提高棉柏饲用营养价值的方法，有效降解了棉柏中游离 棉酚、纤维素、木聚糖、植酸等抗营养因子：游离棉酚由发酵前的52〇mg/Kg降到发酵后的 16mg/Kg，脱毒率达到96· 92% ;棉子糖含量由发酵前的3. 6%降低到发酵后的完全降解；粗 纤维由发酵前的12. 0%降低到发酵后的2· 5% ;植酸含量由发酵前的1. 85%降低到发酵后的 0· I8%，降解率达到90. 27%。
[0009]本发明提供微生物发酵提高棉柏饲用营养价值的方法，其优点在于：（1)通过棉 柏复合酶解处理，将微生物不易利用的纤维素、木聚糖等降解为还原糖，还原糖含量提高为 微生物的生长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杆作用最显 著的菌株，霉菌与酵母菌混合培养的互惠共生关系使棉柏蛋白含量有较大提高，酵母菌不 仅可以起去阻遏作用，而且对真菌的生长有正效，分析原因米曲霉、黑曲霉等霉菌同化淀粉 和纤维素的能力强，可将棉柏的结构性碳水化合物降解为酵母可利用的单糖、双糖等单糖 类物质，使酵母得以良好的生长；此外，在多菌混合发酵中，酶促作用生成的糖立即被发酵 糖的微生物所利用，这样就维持了降解物的浓度，消除了酶合成作用受到的降解物的阻遏 作用，也解除了反应终产物对酶的反馈抑制，缩短了发酵过程；（3)采用多菌混菌发酵，组 合菌株发酵增加了发酵中的许多基因功能，通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以 完成的复杂代谢作用，通过微生物之间的互惠和偏利生提高生产效率，酿酒酵母和产朊假 丝酵母的存在促进了霉菌的降解作用，酵母的大量繁殖增加了产品中的菌体蛋白，枯草芽 孢杆菌提高了产品中益生菌含量，提高了产品的功效；乳酸菌产生乳酸等则可改善发酵棉 粕的适口性。协同发酵形式对各种原料的有效转化、蛋白饲料的品质提高起到了重要的积 极作用；（4)采用分段发酵，发酵菌株对温度、pH、通氧等要求不同，不同的反应控制条件， 提高了菌体的生长速率，缩短了发酵时间，提升了发酵效果；（ 5)发酵过程中无需灭菌，避 免了因灭菌过程中高温引起的氨基酸和碳水化合物反应从而导致蛋白消化率下降的问题； (6)产品中富含益生菌、维生素、酶及氨基酸、短肽、优质蛋白质等营养成分，具有促进生 长发育、提高饲料利用率、增强免疫力、改进肠道微生态、防止疾病、减少环境污染等优点； (7 )采用固态发酵，生产工艺简单，能耗低、无环境污染、投资小、易于规模化生产。
【具体实施方式】 [0010] 实施例1 : 微生物发酵提高棉柏饲用营养价值的方法，具体制备步骤如下： (1) 预处理：选取无霉变的棉柏，粉碎过40目筛，调整棉柏含水量12?18%左右； (2) 酶解：调整棉柏ρΗ4· 0?5. 0,加入纤维素酶、木聚糖酶，加酶量(质量比)为3%、1%， 混合均匀，酶解16h，酶解温度控制在40?50°C ; (3) 配制固体培养基：向酶解后的棉柏中加入5% (相对于棉粕质量比，下同）糖蜜、2% 玉米楽、2%尿素、1%硫酸铵、0· 2%磷酸二氢钾，调整培养基含水量3〇?40%，调整初始pH为 7. 0左右； (4) 曲霉活化：取新鲜麸皮，用60目筛子筛去细粉，按麸皮：水=1 :1· 〇比例加入水，拌 匀至无干粉又无结团现象。拌勻后，分装入2000mL三角瓶中，每只2〇〇〇mL三角瓶装湿麸皮 约100g，在0· IMPa表压下灭菌40?6〇min，冷却至35°C，每一个三角瓶中接入1-2环已活 化好的斜面米曲霉cv-S、黑曲霉sp-Ι孢子，培养基品温控制在 （35±1)t：.每隔12_2处摇 瓶一次，孢子长出后停止制备孢子悬浮液； (5) -次固体发酵：将米曲霉、黑曲霉按3%、3%的比例接种到混合配料中，拌勻 35? 40°C培养，通风培养3?5天； ' (6) 产朊假丝酵母、酿酒酵母活化：将产朊假丝酵母、酿酒酵母分别接到YPD培养基中， 3〇 C, l8〇r/min转速下恒温摇瓶24小时；然后以1:1〇〇比例，将种子液接到γρβ培养基中， 得到酿酒酵母和产朊假丝酵母液体种子； ^ ' (7) 枯草芽孢杆菌活化：采用LB培养基在28?32。(：条件下培养24h，制得液体种子； (8) 二次固体发酵：将产朊假丝酵母、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌按3%、1%、3%接种比例接 种至培养基，28°C左右培养2?3天； (9) 三次固体发酵：将固体乳酸菌粉按2%的接种比例接种至培养基，26?3〇-c厌氧培 养24h左右； ' ° (10) 干燥：发酵结束后低温通风千燥； (11) 粉碎：将干燥后的发酵棉粕粉碎即得成品。
[0011] 实施例2: (I) 预处理：选取无霉变的棉粕，粉碎过4〇目筛，调整棉粕含水量12?18%左右 趣棉粕ρΗ4· 0?5. 〇,力口入纤维素酶、木聚糖酶，加酶量(质量比)为2%'、2%， 混合均匀，酶解I6?24h，酶解温度控制在40?50°c ; (3) 配制固体培养基：向酶解后的棉柏中加入3% (相軒棉粕质量比，下同)糖蜜、观玉 米浆、1. 5%尿素 、L 5%硫酸铵、〇. 1%磷酸二氢钾，调整培养基含水量3〇?4〇%，调整初始pH 为7. 0左右； (4) 曲霉活化：取新鲜麸皮，用60目筛子筛去细粉，按麸皮：水=i :ι. 3比例加入水，拌 勾至无千物又无结团现象。拌匀后，分装入2〇〇〇mL=角瓶中，每只 2_mL三角瓶装湿誠 约100g，在0. IMPa表压下灭菌40?60min，冷却至35。(：，每一个三角瓶中接入卜2环已活 化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-Ι孢子，培养基品温控制在 （35±1) t·每隔12-2仙摇 瓶一次，孢子长出后停止制备孢子悬浮液； (5) 次固体发酵：将米曲莓、黑曲莓按2%、5%的比例接种到混合配料中拌勾35? 40°C培养，通风:1?养3?5天； (6) 产朊假丝酵母、酿酒酵母活化：将产朊假丝酵母、酿酒酵母分别接到Yro培养基中， 3〇 C，l8〇r/min转速下恒温摇瓶24小时；然后以1: 1〇〇比例，将种子液接到YpD培养基中 得到酿酒酵母和产朊假丝酵母液体种子； B ' (7) 枯草芽孢杆菌活化：采用LB培养基在28?32T：条件下培养24h,制得液体种子； (8) 一次固体发酵：将广朊假丝酵母、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌按2%、2%、2%接种比例接 种至培养基，28°C左右培养2?3天； (9) 三次固体发酵：将固体乳酸菌粉按1%的接种比例接种至培养基，％?3(rc厌氧培 养24h左右； ' B (10) 千燥：发酵结束后低温通风千燥； (II) 粉碎：将干燥后的发酵棉柏粉碎即得成品。
[0012] 实施例3: (1) 预处理：选取无霉变的棉柏，粉碎过40目筛，调整棉粕含水量12?18%左右. (2) 酶解：调整棉柏ρΗ4· 0?5_ 0,加入纤维素酶、木聚糖酶，加酶量(质量比）为2 5%、 1. 5%，混合均匀，酶解16?24h，酶解温度控制在40?50 °C ; 、 · (3) 配制固体培养基：向酶解后的棉柏中加入4% (相对于棉粕质量比，下同)糖蜜、2. 5% 玉米浆、1· 8%尿素、1. 2%硫酸铵、0· 15%磷酸二氢钾，调整培养基含水量3〇'?4〇%，调整初始 pH为7. 0左右； ' (4) 曲莓活化：取新鲜鼓皮，用60目筛子筛去细粉，按鼓皮：水=1 : 1· 2比例加入水，拌 勻至无干粉又无结团现象。拌匀后，分装入2000mL三角瓶中，每只2〇〇〇mLs角瓶装湿麸皮 约l〇〇g，在〇· IMPa表压下灭菌40?6〇min，冷却至35°C，每一个三角瓶中接入丨_2环己活 化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-Ι孢子，培养基品温控制在 （35±1)。〇.每隔12_24h摇 瓶一次，孢子长出后停止制备孢子悬浮液； * (5) -次固体发酵：将米曲霉、黑曲霉按2_ 5%、4%的比例接种到混合配料中，拌勾35? 40°C培养，通风培养3?5天； ' ' (6) 产朊假丝酵母、酿酒酵母活化：将产朊假丝酵母、酿酒酵母分别接到Yro培养基中， 3〇°C，180r/min转速下恒温摇瓶24小时；然后以1:100比例,将种子液接到YPD培养基中， 得到酿酒酵母和产朊假丝酵母液体种子； (7) 枯草芽孢杆菌活化：采用LB培养基在28?32°C条件下培养24h，制得液体种子； (8) 二次固体发酵：将产朊假丝酵母、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌按2. 5%、1. 5%、2. 5%接种 比例接种至培养基，28°C左右培养2?3天； (9) 三次固体发酵：将固体乳酸菌粉按1. 5%的接种比例接种至培养基，26?30°C厌氧 培养24h左右； (10) 干燥：发酵结束后低温通风千燥； (11) 粉碎：将干燥后的发酵棉柏粉碎即得成品。 t〇〇13] 以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实 施例对被发明进行了详细的说明，但对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实 施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而对这些修改 或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1· 一种微生物发酵提高棉柏饲用营养价值的方法，其特征在于具体包括以下步骤： (1) 预处理：选取无霉变的棉粕，粉碎过40目筛，调整棉粕含水量12?18%左右； (2) 酶解：调整棉柏ρΗ4· 0?5· 0,加入纤维素酶、木聚糖酶，加酶量(质量比）为2? 3%、1?2%，混合均匀，酶解16?24h，酶解温度控制在40?5(TC ; (3) 配制固体培养基：向酶解后的棉柏中加入3?5% (相对于棉粕质量比，下同)糖蜜、 2?3%玉米衆、1. 5?2%尿素、1?1· 5%硫酸铵、〇· 1?〇· 2%磷酸二氢钾，调整培养基含水 量30?40%，调整初始pH为7. 0左右； (4) 曲霉活化：取新鲜麸皮，用6〇目筛子筛去细粉，按麸皮：水=1 :1. Qwi. 3比例加入 水，拌勻至无干粉又无结团现象；拌勻后，分装入2〇OOmL二角瓶中，每只2000mL三角瓶装湿 麸皮约l〇〇g，在0. IMPa表压下灭菌40?60min，冷却至35?，每一个三角瓶中接入1-2环已 活化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-Ι孢子，培养基品温控制在（ 35±1)。〇.每隔12-24h 摇瓶一次，孢子长出后停止制备孢子悬浮液； (5) -次固体发酵：将米曲霉、黑曲霉按2?3%、3?5%的比例接种到混合配料中，拌 勻 35?40°C培养，通风培养3?5天； (6) 产朊假丝酵母、酿酒酵母活化：将产朊假丝酵母、酿酒酵母分别接到YPD培养基中， 30°C，180r/min转速下恒温摇瓶24小时；然后以1:100比例，将种子液接到ypd培养基中， 得到酿酒酵母和产朊假丝酵母液体种子； (7) 枯草芽孢杆菌活化：采用LB培养基在28?32?条件下培养24h，制得液体种子； (8) 二次固体发酵：将产朊假丝酵母、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌按2?3%、1?2%、2? 3%接种比例接种至培养基，28。(：左右培养2?3天； (9) 三次固体发酵：将固体乳酸菌粉按丨?2%的接种比例接种至培养基，26?3(rC厌 氧培养24h左右； (1〇)干燥：发酵结束后低温通风干燥； (11)粉碎：将干燥后的发酵棉柏粉碎即得成品。
2.根据权利要求1所述的微生物发酵提高棉柏饲用营养价值的方法，其特征在于所述 步骤（3)中固体培养基无需灭菌。
【文档编号】A23K1/14GK104186957SQ201410518197
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年10月1日 优先权日:2014年10月1日
【发明者】董书阁, 侯文燕, 代书强, 张术聪, 肖龙虻, 陈希凯 申请人:青岛嘉瑞生物技术有限公司