一种利用固态发酵进行棉粕脱酚的方法与流程

本发明涉及棉籽生产加工领域，特别涉及一种利用固态发酵进行棉粕脱酚的方法。

背景技术：

棉粕粗蛋白含量在38%~50%，是仅次于豆粕的世界第二大植物蛋白原料。我国是世界上主要的产棉大国，年产棉籽饼粕在600万吨以上，对其合理开发利用能够在一定程度上缓解我国蛋白资源的不足。但其含有的游离棉酚及环丙烯酸，尤其是游离棉酚会对畜禽造成损伤。

改善棉籽粕的营养价值，降低棉酚等抗营养物质，已成为棉籽粕蛋白资源推广运用的前提。目前常用的利用有机溶剂萃取法脱酚彻底，避免了蛋白质的热变性，游离棉酚含量可控制在400mg/kg以下；但存在的问题是两种溶剂的互溶性好，造成溶剂分离困难(共沸点现象严重)，溶剂消耗大；且混合溶剂对提取油的质量造成不良影响，使油品质量下降。高温膨化脱酚法可使游离棉酚的脱除率达80％，而且也降低棉籽饼残油率。采用固态发酵脱酚，不仅可以使棉酚降解，还可以使大分子蛋白降解为小分子氨基酸及肽类，产生多种益生菌，对于动物的消化吸收具有很好的作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术缺点，提供一种利用固态发酵进行棉粕脱酚的方法，能适用于工业化大批量连续生产不脱酚棉粕，本发明生产原料为不脱酚棉粕，其蛋白含量≥40%，棉酚含量800-1300mg/kg，利用该发明工艺可使不脱酚棉粕的棉酚含量可降至220mg/kg以下。本发明方法步骤如下：

步骤1）粉碎：棉粕用粉碎机粉碎，转速20000-24000转/分钟，时间30-60秒；

步骤2）添加麸皮：在棉粕粉中以质量比2-5%添加麸皮，搅拌均匀；

步骤3）熟化：用纱布包裹发酵原料进行高压灭菌，温度115-125℃，压力1-2mpa，熟化1小时；

步骤4）调节湿度：熟化后冷却至室温，调节物料湿度至40%-60%；

步骤5）接种：在40℃以下，将枯草芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉、乳酸菌按照1:(1-2):(1-2):(1-2)的重量比混合，按重量百分比2-5％的接种量接入步骤4）的物料中，搅拌均匀；

步骤6）发酵前段：将接种后的物料进行好氧发酵，控制温度32±1℃，保持湿度≥90%，发酵时间24小时，输入无菌空气，保持罐压0.3-0.6mpa；

步骤7）发酵后段：关闭空气输入后搅拌均匀，控制温度32±1℃，发酵时间24小时；

步骤8）缓冲发酵：搅拌均匀后，将温度调整为30±1℃，保持湿度80-90%，发酵时间12小时；

步骤9）烘干：将发酵完的产物，60℃烘干至含水率12%以下。

本发明与其他棉粕脱酚生产工艺相比，具有如下技术优点及独特性：

（1）本发明采用了两段固态发酵，发酵前段利用好氧菌种黑曲霉、米曲霉产生丰富的酶类，发酵后段利用好氧菌种枯草芽孢杆菌快速消耗游离氧，形成低氧环境，促进有益厌氧菌乳酸菌的生长，并产生乳酸等有机酸类，降低发酵物料的ph值，间接抑制其它致病菌的生长。

（2）针对菌种的生长阶段特点设计了发酵缓冲阶段，将温度降低，可以维持后期菌种的正常代谢，从而使产物的合成速率和发酵水平得到提高，更有利于物料发酵彻底。

（3）整个工艺在同一罐内运行，整个工艺不添加任何化学试剂，无化学残留，发酵规模可放大、工业化程度高。采用60℃烘干，保持了有益菌种的活性。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的工艺方法，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

步骤1）：将棉粕（棉籽蛋白含量40%，棉酚含量946mg/kg）用粉碎机粉碎，转速24000转/分钟，时间30秒。

步骤2）添加麸皮：在棉粕粉中以质量比2%添加麸皮，搅拌均匀。

步骤3）熟化：用纱布包裹发酵原料进行高压灭菌，温度120℃，压力1.5mpa，熟化1小时。

步骤4）调节湿度：熟化后冷却至室温，调节物料湿度至40%%。

步骤5）接种：在40℃以下，将枯草芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉、乳酸菌按照1:1:1:1的重量比混合，按重量百分比2％的接种量接入步骤4）的物料中，搅拌均匀。

步骤6）发酵前段：将接种后的物料进行好氧发酵，控制温度32±1℃，保持湿度≥90%，发酵时间24小时，输入无菌空气，保持罐压0.3-0.6mpa。

步骤7）发酵后段：关闭空气输入后搅拌均匀，控制温度32±1℃，发酵时间24小时。

步骤8）缓冲发酵：搅拌均匀后，将温度调整为30±1℃，保持湿度80-90%，发酵时间12小时。

步骤9）烘干：将发酵完的产物，60℃烘干至含水率12%以下。

本实施例中步骤9）烘干之前水分含量为63.4%，60℃烘干24小时含水率降至7.8%。经过粉碎和包装，包装制成发酵棉粕产品。本实施例最终产品棉酚含量棉籽蛋白含量148mg/kg，棉籽蛋白含量从40%增加至43%。

实施例2：

步骤1）：将棉粕（棉籽蛋白含量45%，棉酚含量1123mg/kg）用粉碎机粉碎，转速24000转/分钟，时间30秒。

步骤2）添加麸皮：在棉粕粉中以质量比2%添加麸皮，搅拌均匀。

步骤3）熟化：用纱布包裹发酵原料进行高压灭菌，温度120℃，压力2mpa，熟化1小时。

步骤4）调节湿度：熟化后冷却至室温，调节物料湿度至50%。

步骤5）接种：在40℃以下，将枯草芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉、乳酸菌按照1:1:2:2的重量比混合，按重量百分比5％的接种量接入步骤4）的物料中，搅拌均匀。

步骤6）发酵前段：将接种后的物料进行好氧发酵，控制温度32±1℃，保持湿度≥90%，发酵时间24小时，输入无菌空气，保持罐压0.3-0.6mpa。

步骤7）发酵后段：关闭空气输入后搅拌均匀，控制温度32±1℃，发酵时间24小时。

步骤8）缓冲发酵：搅拌均匀后，将温度调整为30±1℃，保持湿度80-90%，发酵时间12小时。

步骤9）烘干：将发酵完的产物，60℃烘干至含水率12%以下。

本实施例中步骤9）烘干之前水分含量为68.9%，60℃烘干24小时含水率降至8.2%。粉碎和包装，制成发酵棉粕产品。本实施例产品棉酚含量棉籽蛋白含量176mg/kg，蛋白含量增加至48%，氮溶解指数(nsi)增加了1.36倍，改善了棉粕饼粕的品质。

实施例3：

步骤1）：将棉粕（棉籽蛋白含量50%，棉酚含量1256mg/kg）用粉碎机粉碎，转速24000转/分钟，时间30秒。

步骤2）添加麸皮：在棉粕粉中以质量比2%添加麸皮，搅拌均匀。

步骤3）熟化：用纱布包裹发酵原料进行高压灭菌，温度120℃，压力1mpa，熟化1小时。

步骤4）调节湿度：熟化后冷却至室温，调节物料湿度至60%。

步骤5）接种：在40℃以下，将枯草芽孢杆菌、黑曲霉、米曲霉、乳酸菌按照1:1:2:2的重量比混合，按重量百分比5％的接种量接入步骤4）的物料中，搅拌均匀。

步骤6）发酵前段：将接种后的物料进行好氧发酵，控制温度32±1℃，保持湿度≥90%，发酵时间24小时，输入无菌空气，保持罐压0.3-0.6mpa。

步骤7）发酵后段：关闭空气输入后搅拌均匀，控制温度32±1℃，发酵时间24小时。

步骤8）缓冲发酵：搅拌均匀后，将温度调整为30±1℃，保持湿度80-90%，发酵时间12小时。

步骤9）烘干：将发酵完的产物，60℃烘干至含水率12%以下。

本实施例中步骤9）烘干之前水分含量为75.9%，60℃烘干24小时含水率降至10.2%。粉碎和包装，制成发酵棉粕产品。本实施例产品棉酚含量棉籽蛋白含量192mg/kg，蛋白含量增加至55%。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

对比实施例：

将棉粕（棉籽蛋白含量46%，棉酚含量1186mg/kg）分成4组：

实验组1：将步骤6）-步骤8）改为只采用步骤6）发酵前段的参数发酵。

实验组2：将步骤6）-步骤8）改为只采用步骤7）发酵后段的参数发酵。

实验组3：将步骤6）-步骤8）改为只采用步骤8）发酵后段的参数发酵。

实验组4：采用该发明工艺发酵。

经过步骤9）烘干后，产品棉酚含量如下：

表1固态混合发酵棉粕试验

采用两阶段固态发酵可以同时保留好氧发酵和厌氧发酵的优势，发酵前段利用好氧菌种产生丰富的酶类，发酵后段由于好氧菌种的存在可以快速形成低氧环境，促进有益厌氧菌乳酸菌的生长。微生物菌种在生长过程中使部分游离棉酚与蛋白质和氨基酸结合，形成结合棉酚，同时向胞外分泌的酶降解了棉酚，使棉酚含量降低。发酵后期设置了缓冲阶段，提高发酵产物的合成速率和发酵水平，更有利于物料发酵彻底。

由于多菌种间的协同作用，充分利用有机氮源和无机氮源以及纤维分解产生的糖类合成菌体蛋白，发酵后的棉粕的粗蛋白含量也会提高，本发明中由于黑曲霉、米曲霉生长过程中产生的纤维素酶使棉籽饼粕中的纤维素降级从而使粗蛋白提高。该发明中乳酸菌的添加可以提高产品的适口性，同时可以促进肠道消化。该利用固态发酵进行棉粕脱酚的方法操作简单，成本较低，适于规模化应用，利于实现产业化。

对比实施例提供了采用本发明单一阶段及多节段连续发酵对棉酚发酵产品中棉酚含量的影响结果。经多次实验验证，参照专利方法至少可将棉酚含量降至220mg/kg以下，通过连续发酵，保持无菌环境对最终产品棉酚降低具有促进作用，经总结，本发明实施例大部分可将棉酚含量降至200mg/kg以下，最低可降至100mg/kg左右，参考实施例如下：

实施例4：采用棉酚含量937mg/kg的棉粕原料进行本发明工艺试验，结果可将棉酚降至107mg/kg。

实施例5：采用棉酚含量1078mg/kg的棉粕原料进行本发明工艺试验，结果可将棉酚降至182mg/kg。

实施例6：采用棉酚含量1296mg/kg的棉粕原料进行本发明工艺试验，结果可将棉酚降至186mg/kg。

实施例7：采用棉酚含量1145mg/kg的棉粕原料进行本发明工艺试验，结果可将棉酚降至173mg/kg。

实施例8：采用棉酚含量867mg/kg的棉粕原料进行本发明工艺试验，结果可将棉酚降至96mg/kg。

实施例9：采用棉酚含量1178mg/kg的棉粕原料进行本发明工艺试验，结果可将棉酚降至172mg/kg。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。