一种联合酶解法和发酵法提高芝麻粕饲用营养价值的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻粕饲用营养价值的新工艺，其特征在于：通过外源性添加碱性蛋白酶的酶解作用和微生物二步厌氧发酵相结合的工艺制备蛋白含量高，富含多肽、小肽、氨基酸、有机酸、益生菌等营养物质，植酸、单宁等抗营养因子含量低的高附加值的发酵芝麻粕产品。发酵芝麻粕产品粗蛋白含量≥50%，酸溶蛋白含量≥10%，水解度≥35%，有机酸含量≥5%，植酸含量≤0.1%，挥发性盐基氮含量≤100mg/100g，提高了饲料利用率，降低了养殖成本；发酵芝麻粕应用到水产饲料中，提高了水产饲料中发酵芝麻粕的添加量，能够部分替代鱼粉、豆粕等的应用。此外，本发明采用固体静态发酵，且发酵过程中无需灭菌，生产工艺简单，生产成本较低，产业化生产前景广阔。
【专利说明】一种联合酶解法和发酵法提高芝麻粕饲用营养价值的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，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已经成为发展畜牧业和水产业的瓶颈之一。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]我国是世界上芝麻生产和消费大国，芝麻柏产量丰富，目前我国芝麻柏年产量高达30多万吨。芝麻饼柏的营养丰富，含有较高的蛋白质(含量高达40%以上)，氨基酸组合全面，特别是几种主要的必需氨基酸，如蛋氨酸、亮氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和精氨酸等含量非常高，组氨酸和色氨酸更为丰富。目前芝麻柏主要用作动物饲料，但因芝麻柏中含有大量植酸和单宁，利用价值非常低，直接饲喂影响动物的适口性，降低矿物质离子的吸收率和饲料的消化率，这些都限制了芝麻饼柏在畜禽日粮中的广泛应用。
[0004]通过用各种酶法提取高质量的多肽是提高芝麻柏蛋白利用率的有效途径之一，也可以作为缺少蛋氨酸的花生蛋白、大豆蛋白和其他植物蛋白的增补剂，用以提高它们的营养价值。近年科学研究发现，人体摄取蛋白质经消化作用后，并非主要以氨基酸形式吸收，而是以肽的形式吸收。另外，一些肽不仅能提供人体生长、发育所需营养物质，同时还具有多种生理功能。目前酶法生产功能性多肽应用较为普遍，而对于芝麻柏多肽的研究报道相对很少，未见产业化应用的报道。
[0005]降低芝麻饼柏中植酸含量的手段很多，如高温蒸煮、高压、溶剂法、超滤法等，但这些方法存在成本太高，其他营养成分被破坏等问题。因此，人们开始关注条件温和的生物学方法，即酶制剂法和微生物发酵法。酶制剂法使用方便、效果显著、作用条件温和，但单种酶系效果单一；然而微生物发酵法利用微生物生长迅速，数量多、酶系复杂等特点，操作简单，去除抗营养因子效果明显，还能增加小肽等有益成分。Ramachandran等人用微生物固态发酵椰子饼柏和芝麻饼柏，经条件优化，植酸酶产量达到64U/g。Singh等人用嗜热孢霉菌固态发酵芝麻饼柏，植酸酶活力达到282U/g (干基)，能够有效降低植酸含量。以上研究对植酸去除虽有一定的效果，但都是利用好氧菌进行有氧发酵，有氧发酵较厌氧发酵将消耗大量营养物质产能，同时中间代谢产物也被彻底氧化而损失。利用厌氧或兼性厌氧微生物进行的厌氧发酵，在豆柏、菜籽柏等方面都有相关报道，但未见生物发酵法用于芝麻柏植酸和单宁降解的报道。
[0006]为降低芝麻柏中单宁和植酸含量，将动物难以消化吸收的大分子物质降解为易于消化吸收的可溶性蛋白、多肽等，提高芝麻柏的饲用营养价值，本发明以芝麻柏为原料，利用酶解法和微生物发酵法相结合的工艺，降解芝麻柏中的植酸、单宁等营养消化吸收限制因子，提高芝麻柏的饲用营养品质，提高芝麻柏在我国饲料种业中的利用价值，改变我国饲料蛋白原料日益匮乏的局面，促进我国饲料工业可持续发展。
【发明内容】
[0007]针对芝麻柏营养丰富但含有大量营养限制因子阻碍在饲料工业中应用的问题，本发明的目的在于提供一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，降解芝麻柏中的植酸、单宁等营养消化吸收限制因子，将动物难以消化吸收的大分子物质降解为易于消化吸收的可溶性蛋白、多肽等，从而提高芝麻柏的饲用营养价值。
[0008]本发明上述目的是通过以下技术方案予以实现的:
本发明提供一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，其特征在于:通过外源性添加碱性蛋白酶的酶解作用和微生物二步厌氧发酵相结合的工艺制备蛋白含量高，富含多肽、小肽、氨基酸、有机酸、益生菌等营养物质，植酸、单宁等抗营养因子含量低的高附加值的发酵芝麻柏产品。
[0009]本发明提供一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，上述的外源性添加碱性蛋白酶的添加量为芝麻柏质量比的6?8%。选用的蛋白酶为丹麦Novo公司生产的碱性蛋白酶Alcalase (2.4AU/g)。
[0010]本发明提供一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，上述的二步厌氧发酵其特征在于，首先采用黑曲霉固体发酵芝麻柏，其中黑曲霉的接种比例为5?8%，发酵结束后接种乳酸菌和枯草芽孢杆菌，其中枯草芽孢杆菌接种比例2?3%、乳酸菌接种比例3?5%。
[0011]上述黑曲霉为购自山东沂源康源生物科技有限公司饲用黑曲霉菌种；枯草芽孢杆菌和乳酸菌为购自山东蔚蓝生物集团有限公司的饲用枯草芽孢杆菌菌种和乳酸菌菌种。
[0012]上述所述二步固体发酵中黑曲霉发酵培养基的组成为:芝麻柏93?97%、糖蜜2?4%、NH4Cl 1.0%、KH2P04.3H20 0.5%,MgSO4.7H20 0.5% ;枯草芽孢杆菌和乳酸菌复合发酵培养基为黑曲霉发酵结束后培养基的基础上添加I?2%糖蜜、0.1?0.5%乙酸。
[0013]本发明提供一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，具体包括以下步骤:
(1)粉碎:将芝麻柏粉碎，过40?60目筛；
(2)配料:按照芝麻柏93 ?97%、糖蜜 2 ?4%、NH4Cl 1.0%、ΚΗ2Ρ04.3Η20 0.5%、MgSO4.7Η20 0.5%的比例称取物料，混合均匀，调整物料含水量在15?20% ；
(3)加酶:按照芝麻柏质量比6?8%的比例外源性添加碱性蛋白酶；
(4)黑曲霉活化:按照1:30?50的比例在察氏培养基中活化黑曲霉；
(5)接种:按照5?8%的接种比例将黑曲霉接种至发酵培养基；
(6)混匀:将接入黑曲霉和蛋白酶后的发酵培养基混合均匀；
(7)固体发酵:将培养基移入发酵池控温发酵32h?48h，发酵温度控制在35?38°C；
(8)二步发酵培养基:向黑曲霉发酵结束后的培养基添加I?2%糖蜜、0.1?0.5%乙
酸；
(9)菌种活化:用枯草芽孢杆菌、乳酸菌与30?35°C温水按1:30?50重量比混合，搅拌直至菌种完全溶解于水中，活化20~30min ；
(10)接种:按枯草芽孢杆菌2~3%、乳酸菌3~5%的接种比例接种枯草芽孢杆菌和乳酸菌，混合均匀；
(11)二步发酵:将培养基移入发酵池，控温发酵48~72h，发酵温度控制在28~32°C;
(12)低温烘干:发酵结束后低温烘干物料至水分含量10~12%；
(13)粉碎:发酵结束后将发酵芝麻柏粉碎，过60目筛，制得发酵芝麻柏。
[0014]上述二步发酵制备发酵芝麻柏的生产工艺中，发酵物料无需灭菌。
[0015]上述二步发酵制备发酵芝麻柏的生产工艺中，在步骤(7 )和步骤(11)中发酵原料温度上升时，可考虑通入过滤冷风控制发酵温度。
[0016]本发明提供一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，所得发酵芝麻柏产品中中性蛋白酶≥600U/g，碱性蛋白酶≥1600U/g，纤维素酶≥880U/g,果胶酶≥ 800U/g，木聚糖酶≥2000U/g, α -半乳糖苷酶≥ 1200U/g ;粗蛋白含量≥ 50%，酸溶蛋白含量≥ 10%，水解度≥35%，有机酸含量≥5%，植酸含量≤0.1%，挥发性盐基氮含量≤ 100mg/100g。
[0017]本发明提供一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，通过碱性蛋白酶酶解作用和微生物发酵作用，发酵芝麻柏产品中富含多种消化酶和益生菌，并降解了芝麻柏中大部分抗原蛋白、低聚糖、植酸和单宁等抗营养因子，提高了产品粗蛋白含量特别是多肽含量，提高了芝麻柏的饲用营养价值，并赋予一定量的有机酸和特殊风味，应用到饲料中很好的解决了畜禽养殖和水产养殖中营养消化吸收不良、机体抗病能力弱等问题，提高了饲料利用率，降低了养殖成本，同时能够减少因疾病带来的损耗和损失；同时本发明制备的发酵芝麻柏应用到水产饲料中，提高了水产饲料中发酵芝麻柏的添加量，能够部分替代鱼粉、豆柏等的应用，有利于缓解我国目前鱼粉等资源日渐枯竭与因水产饲料业快速发展带来的日益增加的鱼粉需求之间的矛盾，促进水产饲料业及水产养殖业的可持续发展，有利于保护养殖环境和生态环境。
【具体实施方式】
[0018]实施例1:
一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，具体制备步骤如
下:
(1)粉碎:将芝麻柏粉碎，过40~60目筛；
(2)配料:按照芝麻柏96%、糖蜜 2%、NH4Cl 1.0%、ΚΗ2Ρ04.3Η20 0.5%、MgSO4.7Η20 0.5%的比例称取物料，混合均匀，调整物料含水量在15~20% ；
(3)加酶:按照芝麻柏质量比6%的比例外源性添加碱性蛋白酶；
(4)黑曲霉活化:按照1:30的比例在察氏培养基中活化黑曲霉；
(5)接种:按照5%的接种比例将黑曲霉接种至发酵培养基；
(6)混匀:将接入黑曲霉和蛋白酶后的发酵培养基混合均匀；
(7)固体发酵:将培养基移入发酵池控温发酵48h，发酵温度控制在35~38°C；
(8)二步发酵培养基:向黑曲霉发酵结束后的培养基添加1%糖蜜、0.1%乙酸；
(9)菌种活化:用枯草芽孢杆菌、乳酸菌与30~35°C温水按1:30~50重量比混合，搅拌直至菌种完全溶解于水中，活化20~30min ；
(10)接种:按枯草芽孢杆菌2%、乳酸菌3%的接种比例接种枯草芽孢杆菌和乳酸菌，混合均匀；
(11)二步发酵:将培养基移入发酵池，控温发酵72h，发酵温度控制在28~32°C ；
(12)低温烘干:发酵结束后低温烘干物料至水分含量10~12%；
(13)粉碎:发酵结束后将发酵芝麻柏粉碎，过60目筛，制得发酵芝麻柏。
[0019]实施例2:
一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，具体制备步骤如
下:
(1)粉碎:将芝麻柏粉碎，过40~60目筛；
(2)配料:按照芝麻柏95%、糖蜜 3%、NH4Cl 1.0%、ΚΗ2Ρ04.3Η20 0.5%、MgSO4.7Η20 0.5%的比例称取物料，混合均匀，调整物料含水量在15~20% ；
(3)加酶:按照芝麻柏质量比7%的比例外源性添加碱性蛋白酶；
(4)黑曲霉活化:按照1:40的比例在察氏培养基中活化黑曲霉；
(5)接种:按照6%的接种比例将黑曲霉接种至发酵培养基；
(6)混匀:将接入黑曲霉和蛋白酶后的发酵培养基混合均匀；
(7)固体发酵:将培养基移入发酵池控温发酵42h，发酵温度控制在35~38°C；
(8)二步发酵培养基:向黑曲霉发酵结束后的培养基添加1.5%糖蜜、0.3%乙酸；
(9)菌种活化:用枯草芽孢杆菌、乳酸菌与30~35°C温水按1:40重量比混合，搅拌直至菌种完全溶解于水中，活化20~30min ；
(10)接种:按枯草芽孢杆菌2.5%、乳酸菌4%的接种比例接种枯草芽孢杆菌和乳酸菌，混合均匀；
(11)二步发酵:将培养基移入发酵池，控温发酵60h，发酵温度控制在28~32°C ；
(12)低温烘干:发酵结束后低温烘干物料至水分含量10~12%；
(13)粉碎:发酵结束后将发酵芝麻柏粉碎，过60目筛，制得发酵芝麻柏。
[0020]实施例3:
一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，具体制备步骤如
下:
(1)粉碎:将芝麻柏粉碎，过40~60目筛；
(2)配料:按照芝麻柏94%、糖蜜 4%、NH4Cl 1.0%、ΚΗ2Ρ04.3Η20 0.5%、MgSO4.7Η20 0.5%的比例称取物料，混合均匀，调整物料含水量在；
(3)加酶:按照芝麻柏质量比8%的比例外源性添加碱性蛋白酶；
(4)黑曲霉活化:按照1:50的比例在察氏培养基中活化黑曲霉；
(5)接种:按照8%的接种比例将黑曲霉接种至发酵培养基；
(6)混匀:将接入黑曲霉和蛋白酶后的发酵培养基混合均匀；
(7)固体发酵:将培养基移入发酵池控温发酵32h，发酵温度控制在35~38°C；
(8)二步发酵培养基:向黑曲霉发酵结束后的培养基添加2%糖蜜、0.5%乙酸；
(9)菌种活化:用枯草芽孢杆菌、乳酸菌与30~35°C温水按1:50重量比混合，搅拌直至菌种完全溶解于水中，活化20~30min ； (10)接种:按枯草芽孢杆菌3%、乳酸菌5%的接种比例接种枯草芽孢杆菌和乳酸菌，混合均匀；
(11)二步发酵:将培养基移入发酵池，控温发酵48h，发酵温度控制在28?32°C ；
(12)低温烘干:发酵结束后低温烘干物料至水分含量10?12%；
(13)粉碎:发酵结束后将发酵芝麻柏粉碎，过60目筛，制得发酵芝麻柏。
[0021]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】
1.一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的工艺，其特征在于:通过外源性添加碱性蛋白酶的酶解作用和微生物二步厌氧发酵相结合的工艺制备蛋白含量高，富含多肽、小肽、氨基酸、有机酸、益生菌等营养物质，植酸、单宁等抗营养因子含量低的高附加值的发酵芝麻柏产品。
2.根据权利要求1所述二步厌氧发酵，其特征在于，首先采用黑曲霉固体发酵芝麻柏，其中黑曲霉的接种比例为5?8%，发酵结束后接种乳酸菌和枯草芽孢杆菌，其中枯草芽孢杆菌接种比例2?3%、乳酸菌接种比例3?5%。
3.根据权利要求2所述的黑曲霉发酵培养基的组成为:芝麻柏93?97%、糖蜜2?4%、NH4Cl 1.0%、KH2P04.3H20 0.5%、MgSO4.7H20 0.5% ;枯草芽孢杆菌和乳酸菌复合发酵培养基为黑曲霉发酵结束后培养基的基础上添加I?2%糖蜜、0.1?0.5%乙酸。
4.根据权利要求1所述的一种利用酶解法和微生物发酵法提高芝麻柏饲用营养价值的新工艺，具体包括以下步骤: (1)粉碎:将芝麻柏粉碎，过40?60目筛； (2)配料:按照芝麻柏93 ?97%、糖蜜 2 ?4%、NH4Cl 1.0%、ΚΗ2Ρ04.3Η20 0.5%、MgSO4.7Η20 0.5%的比例称取物料，混合均匀，调整物料含水量在15?20% ； (3)加酶:按照芝麻柏质量比6?8%的比例外源性添加碱性蛋白酶； (4)黑曲霉活化:按照1:30?50的比例在察氏培养基中活化黑曲霉； (5)接种:按照5?8%的接种比例将黑曲霉接种至发酵培养基； (6)混匀:将接入黑曲霉和蛋白酶后的发酵培养基混合均匀； (7)固体发酵:将培养基移入发酵池控温发酵32h?48h，发酵温度控制在35?38°C； (8)二步发酵培养基:向黑曲霉发酵结束后的培养基添加I?2%糖蜜、0.1?0.5%乙酸； (9)菌种活化:用枯草芽孢杆菌、乳酸菌与30?35°C温水按1:30?50重量比混合，搅拌直至菌种完全溶解于水中，活化20?30min ； (10)接种:按枯草芽孢杆菌2?3%、乳酸菌3?5%的接种比例接种枯草芽孢杆菌和乳酸菌，混合均匀； (11)二步发酵:将培养基移入发酵池，控温发酵48?72h，发酵温度控制在28?32°C; (12)低温烘干:发酵结束后低温烘干物料至水分含量10?12%； (13)粉碎:发酵结束后将发酵芝麻柏粉碎，过60目筛，制得发酵芝麻柏。
【文档编号】A23K1/18GK103609862SQ201310604783
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】董书阁, 侯文燕, 董静静, 侯文杰, 段智岗, 张志军 申请人:青岛嘉瑞生物技术有限公司