专利名称：利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法。
背景技术：
近年来，随着养殖业的迅速发展，我国饲料业也取得了很大的发展，虽然饲料业发展前景诱人，但竞争十分激烈，饲料原料价格大幅上涨，蛋白资源紧缺已成为该行业发展面临的重大挑战之一。因此开发新的蛋白资源已成为我国饲料工业当前迫切而艰巨的任务之我国每年玉米产量超过1. 3亿吨，副产物玉米芯的量在4000万吨左右。目前只有一少部分用于培养食用菌，生产木糖、糠醛等或直接作为营养价值极低的饲料，绝大部分未得到充分利用，或弃之于田间或焚烧，造成了环境污染。玉米芯的结晶性小，木质素含量较低，主要由纤维素、半纤维素组成，其中半纤维素含量较高，其代表性的分析结果为半纤维素38-40 %、纤维素33-35 %、木质素15-17 %、灰分2 %、胶质4 %。黑曲霉是公认的安全菌株，具有蛋白酶、液化型淀粉酶、糖化型淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、植酸酶等多种酶，酶系齐全，培养条件粗放，多数为胞外酶，水解酶系随条件的改变而改变。目前，还未见有关利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法。本研究以玉米芯为主要原料固态法培养黑曲霉，黑曲霉所产生的半纤维素酶和纤维素酶可将玉米芯原料分解产生戊糖(主要是木糖)和六碳糖等还原糖，筛选并接种啤酒酵母，添加大豆粕，共同发酵， 产品粗蛋白质增量明显提高，同时黑曲霉丰富的酶系可将植物蛋白复杂的大分子物质消化分解为小分子物质，较大程度降低了大豆蛋白中的抗营养物质如胰蛋白酶抑制剂、脲酶、血凝素等，有效消除了大豆蛋白的抗原性，增加寡肽、氨基酸，维生素、酶类等有用代谢产物， 使物料适口性改善，营养价值提高。
发明内容
针对上述存在的问题及玉米芯、黑曲酶、酵母菌的优点，本发明提供一种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法，不但产品粗蛋白质增量明显提高，而且可将植物蛋白复杂的大分子物质消化分解为小分子物质，较大程度降低了大豆蛋白中的抗营养物质如胰蛋白酶抑制剂、脲酶、血凝素等，有效消除了大豆蛋白的抗原性，增加寡肽、氨基酸，维生素、酶类等有用代谢产物，使物料适口性改善，营养价值提高。本发明采用的技术方案是—种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法，所述的饲料是由玉米芯和麸皮以 70-80 20-30及营养盐质量比混合后，加水煮制得到的固态发酵培养基，并在固体发酵培养基上接种黑曲酶，培养48-7 后接种啤酒酵母菌，24h后添加20 %的蒸煮豆粕，继续发酵 36-4 ，发酵结束后，将发酵产物干燥、粉碎制得所述的生物蛋白饲料。优选所述的生物蛋白饲料，其特征在于所述的固态发酵培养基按如下方面制得接种黑曲霉培养基为玉米芯和麸皮以70-80 20-30及营养盐((NH4)2S042%，MgSO4 · 7H20 0. 05%, KH2PO4 0.01% )混合后，加入一定质量的水，使水分达到70-80%，于
高压处理池，得到黑曲酶发酵固体培养基；含豆粕的黑曲霉与啤酒酵母的共发酵培养基为接种黑曲酶培养基培养72-%h 后(接种啤酒酵母Mh)添加20%的蒸煮豆粕，加水量90%-100%，得到含豆粕的共发酵培
养基；一种生物蛋白饲料的制备方法，所述方法是将黑曲霉和啤酒酵母先后接种到固态发酵培养基，于观_301下发酵培养120-144h，发酵结束后，将发酵产物干燥，粉碎至60目即得到所述的生物蛋白饲料；各菌种的接种量可不受限制，通常选择其常规接种量即可，优选的，所述菌种的接种量以种液占固态发酵培养基干重质量百分比计，黑曲霉种子液为10%，啤酒酵母种子液为10%。所述的黑曲霉种子培养基为=NaNO32g, K2HPO4 lg, KCl 0. 5g, MgSO4O. 5g, FeSO4
0.Olg，蔗糖 30g，水 1000ml, pH 自然，121°C灭菌 20min。所述黑曲霉种子液的制备保存的黑曲霉转接1-2次，用无菌移液管吸取5_8mL无菌水加至斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅勻，用无菌移液管吸取3-5mL的菌液， 转接于装有黑曲霉IOOmL种子培养基的250mL锥形瓶中，于摇瓶转速150r/min、3(TC下培养黑曲霉72-%h，得到黑曲霉种子液。所述啤酒酵母种子液的制备保存的啤酒酵母转接1-2次，用无菌移液管吸取 5-8mL无菌水加至斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅勻，用无菌移液管吸取3-5mL 的菌液，转接于装有啤酒酵母IOOmL种子培养基的250mL锥形瓶中，于30°C温度下培养酵母 24-36h,摇瓶转速150r/min，得到啤酒酵母种子液。优选的，所述黑曲霉筛选培养基为羧甲基纤维素纳20g，Na2HPO4 2. 5g，KH2PO4
1.6g，蛋白胨2. 6g，酵母膏0. 8g，蒸馏水1000ml，琼脂20g, pH呈中性。盐城工学院生物中心保存的黑曲霉接种在适用于黑曲霉的固体培养基上，30°C下活化对-3他后，稀释并涂布于筛选培养基上培养72-%h，然后经lg/Ι的刚果红处理，挑取菌圈最大的菌株，作斜面保存。优选的，所述的啤酒酵母固体培养基为木糖20g/l，酵母膏10g/l，蛋白胨IOg/ 1，ρΗ值5. 5，琼脂2%，0. IMPa灭菌20min。盐城工学院生物中心保存的啤酒酵母接种在啤酒酵母的固体培养基上，在30°C活化对-3他后，在固体培养基平板上划线培养，30°C培养 72-96h后，挑选生长旺盛的菌株作斜面保存。本发明的有益效果主要体现在1、我国每年副产大量的玉米芯，但是却没有被广泛利用，绝大部分作为农家燃料被白白烧掉，既浪费资源又污染环境。但通过微生物发酵的方式生产生物蛋白饲料，研究成果对节约饲料用粮和减轻农村环境污染有一定的作用；2、近年来，饲料工业随着养殖业的发展而迅速发展，饲料原料的价格大幅度上涨， 蛋白资源供应紧张已成为该行业发展面临的重大挑战之一，利用玉米芯生产生物蛋白饲料，既缓解饲料蛋白源紧张的问题，还能降低饲料成本和增加农民收入；3、黑曲霉是公认的安全菌株，具有蛋白酶、液化型淀粉酶、糖化型淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、植酸酶等多种酶。以玉米芯为主要原料固态法培养黑曲霉，黑曲霉所产生的半纤维素酶和纤维素酶可将玉米芯原料分解产生戊糖(主要是木糖)和六碳糖等还原糖，以10%的接种量将黑曲霉种子培养液接种到高温处理的玉米芯原料进行浅盘固体培养，在温度为30°C、pH 5. 5、时间4 下，每日翻拌一次，48-72h，培养基表面出现大量黑色孢子头，还原糖含量达9. 5-10. 1 %。4、玉米芯原料浅盘培养黑曲霉48-7 后接种10 %啤酒酵母，在30°C下培养， 每日翻拌一次，发酵24h后添加20%豆粕，继续浅盘发酵48h，产品中粗蛋白含量达 25. 3-27. 2%，粗蛋白净增量达10. 8-12. 7%。黑曲霉中所具有的蛋白酶的发酵作用与豆粕多肽的酶解有机地结合，较大程度降低了大豆蛋白中的抗营养物质如胰蛋白酶抑制剂、脲酶、血凝素等，有效消除了大豆蛋白的抗原性，增加寡肽、氨基酸，维生素、酶类等有用代谢产物，产品蛋白质水解度达8. 8-9.4%，饲料无苦味，适口性好，营养价值提高。
具体实施例方式实施例11、种子液的制备(1)黑曲霉，盐城工学院生物中心保存。斜面培养基为(查氏培养基)=NaNO32g, K2HPO4 lg, KCl 0. 5g，MgSO4 · 7H20 0. 5g, FeSO4 O.Olg，蔗糖30g，琼脂20g，蒸馏水定容至1000mL，pH值自然，121°C灭菌20分钟。接种黑曲霉，30°C培养72h，得到斜面菌种。筛选培养基为羧甲基纤维素纳20g, Na2HPO4 2. 5g，KH2PO4 1. 6g，蛋白胨2. 6g，酵母膏0. 8g，蒸馏水1000ml，琼脂20g，pH呈中性，121°C灭菌20分钟。接种黑曲霉斜面菌种， 30°C培养7 后，经lg/Ι的刚果红处理，挑取菌圈最大的菌株，得到筛选的黑曲霉。种子培养基=NaNO32g，K2HPO4 lg, KCl 0. 5g，MgSO4 0. 5g，FeSO4 0. Olg，蔗糖 30g， 蒸馏水1000ml，pH自然，121°C灭菌20min。用无菌移液管吸取5mL无菌水加至筛选的黑曲霉斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅勻，用无菌移液管吸取3mL的菌液，转接于装有种子培养基的250mL锥形瓶中，于摇瓶转速150r/min、3(TC下培养黑曲霉72h，得到黑曲霉种子液。(2)啤酒酵母，盐城工学院生物中心保存。固体培养基为木糖20g，酵母膏10g，蛋白胨10g，pH 5. 5，琼脂20g，0. IM 1 灭菌 20min。将啤酒酵母原贮菌种，在30°C活化24h后，在固体培养基平板上划线培养，30°C培养 7 后，挑选生长旺盛的菌株，得到筛选的啤酒酵母。种子培养基木糖50g/l，尿素 3g/l，硫铵 1. 5g/l，KH2PO4 lg/IjMgSO4 · 7Η200· 5g/ 1，酵母膏 lg/l，0. IMPa 灭菌 20min。用无菌移液管吸取5mL无菌水加至筛选的啤酒酵母斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅勻，用无菌移液管吸取3mL的菌液，转接于装有种子培养基的250mL锥形瓶中， 于摇瓶转速150r/min、30°C下培养啤酒酵母72h，得到啤酒酵母种子液。2、发酵原料处理称取粉碎后的玉米芯粉800g，添加营养盐溶液(MM)2SO4 20g, MgSO4 · 7H200. 5g， KH2PO4 0. Ig和200g的麸皮，调pH 5. 5，加水量为800ml，在下高压处理2h，处理时间到后，切断电源，让灭菌锅内的温度自然下降，当压力表的压力降到“0”时，打开排气阀，打开盖子，取出培养基，得到固态发酵初始培养基。发酵培养基接种黑曲霉72h(接种黑曲霉24h)后，添加200g的豆粕，继续进行共发酵。3、接种上述经预处理和固态发酵培养基，通风冷却至35°C以下时，先接种黑曲酶种子液 100ml，30°C下进行浅盘固体培养，每日翻拌一次，时间48h。玉米芯固态发酵培养基浅盘培养黑曲霉4 后，接种IOOml啤酒酵母，30°C下继续培养72h。4、干燥发酵结束后，发酵产物采用低温干燥，粉碎至60目即得到所述的生物蛋白饲料， 产品中粗蛋白含量达沈.1%，粗蛋白净增量达11.6%，蛋白水解度可达9.4%，饲料无苦味，适口性好，营养价值提高。5、应用效果试验研究了饲料中不同含量的玉米芯生物蛋白饲料对异育银鲫生长性能、 鱼体品质的影响。将240尾健康的异育银鲫鱼种，平均体重(18.06士2.13化，饲养于 IOOcmX80cmX60cm的水族箱内，玉米芯生物蛋白饲料分别以5%、10%、15%和20% (质量分数)的比例添加到基础饲料中，连续饲养60d。试验结果表明在异育银鲫饲料中添加10%玉米芯生物蛋白饲料，其增重率、总消化率、蛋白质消化率和鱼体粗灰分、钙含量与对照组比较没有显著性差异(P > 0.05)，但随着玉米芯生物蛋白饲料添加量的上升，以上指标都逐渐降低。表明在异育银鲫鱼种配合饲料中，玉米芯生物蛋白饲料的最适添加量为 10%，对鱼体的生产性能、鱼体品质不会产生显著影响(P > 0. 05)。实施例21、种子液的制备(1)黑曲霉，盐城工学院生物中心保存。斜面培养基为(查氏培养基)=NaNO32g, K2HPO4 lg, KCl 0. 5g，MgSO4 · 7H20 0. 5g, FeSO4 O.Olg，蔗糖30g，琼脂20g，蒸馏水定容至1000mL，pH值自然，121°C灭菌20分钟。接种黑曲霉，30°C培养72h，得到斜面菌种。筛选培养基为羧甲基纤维素纳20g, Na2HPO4 2. 5g，KH2PO4 1. 6g，蛋白胨2. 6g，酵母膏0. 8g，蒸馏水1000ml，琼脂20g，pH呈中性，121°C灭菌20分钟。接种黑曲霉斜面菌种， 30°C培养7 后，经lg/Ι的刚果红处理，挑取菌圈最大的菌株，得到筛选的黑曲霉。种子培养基=NaNO32g，K2HPO4 lg, KCl 0. 5g, MgSO4 0. 5g, FeSO4 0. Olg，蔗糖 30g, 蒸馏水1000ml，pH自然，121°C灭菌20min。用无菌移液管吸取5mL无菌水加至筛选的黑曲霉斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅勻，用无菌移液管吸取3mL的菌液，转接于装有种子培养基的250mL锥形瓶中，于摇瓶转速150r/min、3(TC下培养黑曲霉72h，得到黑曲霉种子液。(2)啤酒酵母，盐城工学院生物中心保存。固体培养基为木糖20g，酵母膏10g，蛋白胨10g，pH 5. 5，琼脂20g，0. IM 1 灭菌 20min。将啤酒酵母原贮菌种，在30°C活化24h后，在固体培养基平板上划线培养，30°C培养 7 后，挑选生长旺盛的菌株，得到筛选的啤酒酵母。种子培养基木糖50g/l，尿素 3g/l，硫铵 1. 5g/l，KH2PO4 lg/IjMgSO4 · 7Η200· 5g/ 1，酵母膏 lg/l，0. IMPa 灭菌 20min。用无菌移液管吸取5mL无菌水加至筛选的啤酒酵母斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅勻，用无菌移液管吸取3mL的菌液，转接于装有种子培养基的250mL锥形瓶中， 于摇瓶转速150r/min、30°C下培养啤酒酵母72h，得到啤酒酵母种子液。2、发酵原料处理称取粉碎后的玉米芯粉700g，添加营养盐溶液(MM)2SO4 20g, MgSO4 · 7H200. 5g， KH2PO4 0. Ig和300g的麸皮，调pH 5. 5，加水量为800ml，在下高压处理2h，处理时间到后，切断电源，让灭菌锅内的温度自然下降，当压力表的压力降到“0”时，打开排气阀，打开盖子，取出培养基，得到固态发酵初始培养基。发酵培养基接种黑曲霉72h(接种黑曲霉 24h)后，添加200g的豆粕，继续进行共发酵。3、接种上述经预处理和固态发酵培养基，通风冷却至35°C以下时，先接种黑曲酶种子液 100ml，30°C下进行浅盘固体培养，每日翻拌一次，时间48h。玉米芯固态发酵培养基浅盘培养黑曲霉7 后，接种IOOml啤酒酵母，30°C下继续培养60h。4、干燥发酵结束后，发酵产物采用低温干燥，粉碎至60目即得到所述的生物蛋白饲料， 产品中粗蛋白含量达27.2%，粗蛋白净增量达12.7%，蛋白水解度可达9.8%，饲料无苦味，适口性好，营养价值提高。5、应用效果试验研究了饲料中不同含量的玉米芯生物蛋白饲料对异育银鲫生长性能、 鱼体品质的影响。将240尾健康的异育银鲫鱼种，平均体重(15.78士1.96化，饲养于 IOOcmX80cmX60cm的水族箱内，玉米芯生物蛋白饲料分别以5%、10%、15%和20% (质量分数)的比例添加到基础饲料中，连续饲养30d。试验结果表明在异育银鲫饲料中添加 10%玉米芯生物蛋白饲料，其增重率、总消化率、蛋白质消化率和鱼体粗灰分、钙含量与对照组比较没有显著性差异(P > 0. 05)，以后随着玉米芯生物蛋白饲料添加量的上升，以上指标都逐渐降低。表明在异育银鲫鱼种配合饲料中，玉米芯生物蛋白饲料的最适添加量为 10%，对鱼体的生产性能、鱼体品质不会产生显著影响(P > 0. 05)。
权利要求
1.一种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法，所述的饲料是由玉米芯和麸皮以 70-80 20-30及营养盐质量比混合后，加水煮制的固态发酵培养基，并在固体发酵培养基上接种黑曲酶，培养48-7 后，接种啤酒酵母菌，再24h后添加20 %的蒸煮豆粕，继续发酵 36-48h，发酵结束后，将发酵产物干燥、粉碎制得所述的蛋白饲料。
2.如权利要求1所述的生物蛋白饲料，其特征在于所述的固态发酵培养基按如下方面制得接种黑曲霉培养基为玉米芯和麸皮以70-80 20-30及营养盐((NH4) 2S042 %， MgSO4 · 7H20 0. 05%, KH2PO4O. 01% )混合后，加入一定质量的水，使水分达到70-80%，于高压处理池，得到黑曲酶发酵固体培养基； 含豆粕的黑曲霉与啤酒酵母的共发酵培养基为接种黑曲酶培养基的培养72-96小时后(接种啤酒酵母Mh)添加20%的蒸煮豆粕，加水量90%-100%，得到含豆粕的共发酵培养基；
3.一种发酵蛋白饲料的制备方法，所述方法是将黑曲霉和啤酒酵母先后接种到固态发酵培养基，于下发酵培养120-144h，发酵结束后，将发酵产物干燥，粉碎至60目即得到所述的生物蛋白饲料；
4.所权利要求1所述的方法，其特征在于所述菌种接种量以种液占固态发酵培养基干重质量百分比计，黑曲霉种子液为10%，啤酒酵母种子液为10% ；所述的黑曲霉筛选培养基为羧甲基纤维素纳20g，Na2HP042. 5g，KH2PO4L 6g，蛋白胨 2. 6g，酵母膏0. 8g，蒸馏水1000ml，琼脂20g, pH呈中性，121°C灭菌20min ；所述的黑曲霉种子培养基为:NaN032g, K2HPO4Ig, KCl 0. 5g，MgSO4O. 5g，FeSO4O. Olg，蔗糖 30g，水 1000ml, pH 自然，121°C灭菌 20min。所述黑曲霉的筛选与种子液的制备黑曲霉在30°C活化对-3他后，稀释并涂布于筛选培养基上培养72-%h，经lg/Ι的刚果红处理，挑取菌圈最大的菌株，作斜面保存。筛选的黑曲霉转接1-2次，用无菌移液管吸取5-8mL无菌水加至斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔， 并充分搅勻，用无菌移液管吸取3-5mL的菌液，分别转接于装有黑曲霉IOOmL种子培养基的 250mL锥形瓶中，于摇瓶150r/min、30°C下培养72-%h，得到黑曲霉种子液。所述的啤酒酵母固体培养基为木糖20g/l，酵母膏1(^/1，蛋白胨1(^/1，？!1值5.5，琼月旨 2%，0. IMPa 灭菌 20min。所述的啤酒酵母种子培养基为木糖50g/l，尿素3g/l，硫铵1.5g/l，KH2P04lg/l， MgSO4 · 7H20 0. 5g/l，酵母膏 lg/1,0. IMPa 灭菌 20min。所述啤酒酵母的筛选与种子液的制备将啤酒酵母原贮菌种，在30°C活化对-3他后， 在固体培养基平板上划线培养，30°C培养3-4天后，挑选生长旺盛的菌株作斜面保存。筛选的啤酒酵母转接1-2次，用无菌移液管吸取5-8mL无菌水加至斜面上，用接种环轻轻刮下菌苔，并充分搅勻，用无菌移液管吸取3-5mL的菌液，转接于装有啤酒酵母IOOmL种子培养基的250mL锥形瓶中，于30°C温度下培养M_3Mi，摇瓶转速150r/min，得到啤酒酵母种子液。
5.如权利3或4所述的方法，其特征在于所述初始固态发酵培养基由玉米芯和麸皮以 70-80 20-30及营养盐质量比混合后，加入一定质量的水，使水分达到70-80%，于， 高压处理池，得到黑曲霉发酵固体培养基；接种啤酒酵母时的固态发酵培养基，为上述固体发酵培养基上接种黑曲酶培养48-7 后的培养基，最后共培养培养基是由初始固态培养基接种黑曲霉72-%h(接种啤酒酵母Mh)的培养基为基础，添加20%的蒸煮豆粕，加水量为90% -100%，得到含豆粕的共发酵培养基。
6.如权利3或4所述的方法，其特征在于以10%的接种量将黑曲霉种子培养液接种到经处理的玉米芯上进行浅盘固体培养，在温度为30°C、pH 5. 5、时间48h下，每日翻拌一次， 48-72h后，培养基表面出现大量黑色孢子头，还原糖含量达9. 5-10. 1 %。
7.如权利3或4所述的方法，玉米芯原料浅盘培养黑曲霉48-7 后接种10%啤酒酵母，按温度30°C培养，每日翻拌一次，发酵24h后添加20 %豆粕，继续浅盘发酵48h， 产品中粗蛋白含量达25. 3-27. 2%，粗蛋白净增量达10. 8-12. 7 %，产品蛋白质水解度达 8. 6-9. 8 %，饲料无苦味，适口性好，营养价值提高，可大幅度降低同类饲料产品的生产成本。
全文摘要
本发明公开了一种利用玉米芯生产生物蛋白饲料的制作方法，其固态发酵过程为玉米芯自然干燥后粉碎，过60目，然后添加麸皮和营养盐溶液，在126℃下高压处理2h，黑曲培养48-72h后接种酵母，黑曲霉培养72-96h后添加20％的豆粕，再发酵时间48h，发酵结束后，将发酵产物烘干，粉碎得到玉米芯蛋白饲料。本发明的生物蛋白饲料产品粗蛋白含量达25.3％以上，净蛋白增量为10.8％以上。另外，黑曲霉丰富的酶系较大程度降低了大豆蛋白中的抗营养物质如胰蛋白酶抑制剂、脲酶、血凝素等，有效消除了大豆蛋白的抗原性，增加寡肽、氨基酸，维生素、酶类等有用代谢产物，使物料适口性改善，营养价值提高。本发明通过微生物发酵的方式生产生物蛋白饲料，对减轻农村环境污染、节约饲料用粮、缓解蛋白资源供应紧张、降低饲料成本和增加农民收入有一定的作用，可以做饲料的原料。
文档编号A23K1/14GK102246890SQ201010176929
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者封功能, 徐艳春, 殷玉岗, 王爱民, 邵荣 申请人:盐城工学院