一种高固含量豆渣制备高蛋白饲料的方法

1.本发明属于发酵饲料技术领域，具体涉及一种高固含量豆渣制备高蛋白饲料的方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国畜牧业的空前壮大，畜牧饲料所需蛋白缺口庞大，蛋白质缺乏已经成为我国重大战略性问题。为缓解饲料蛋白资源短缺的问题，要加快饲料蛋白新产品研发创制。豆渣是指生产豆腐、豆奶等豆制品过程中的副产品，一般情况下每10千克大豆，可产干的豆渣7千克左右。中国是豆腐生产的发源地，具有悠久的豆腐生产历史，豆腐的生产、销售量都较大，因此相应的豆渣产量也很大。但是目前对豆渣的利用率较低，据统计，我国2021年豆渣产量突破120万吨，但其利用率仅为10％左右，国内外各厂家，作坊等在生产制作豆制品时，产生大量的豆渣，多数则直接作为饲料，其营养和能量的利用率不到20％，失去了它潜在的营养价值和经济价值。目前，国内已经有利用豆渣为底物进行发酵生产饲料的研究，一般选用枯草芽孢杆菌以及解淀粉芽孢杆菌等细菌进行固态发酵，发酵完成后需要添加其他的营养物质进行复配，因此初始豆渣的固体含量一般做的较低，只有40-50g/l左右，对豆渣利用率提升效果不明显，生产成本也较高。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高固含豆渣制备高蛋白饲料的方法。
4.本发明还要解决的技术问题是提供利用上述方法制备得到的高蛋白饲料。
5.本发明最后要解决的问题是提供上述高蛋白饲料在猪饲料中的应用。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
7.一种高固含豆渣制备高蛋白饲料的方法，包括如下步骤：
8.(1)将浓缩后的高固含豆渣置于双螺杆挤压膨化机中在碱性条件下进行预处理；
9.(2)加水调整步骤(1)预处理后的豆渣，使豆渣固含量至一定浓度，加入木聚糖酶酶解得到酶解豆渣，再制备发酵培养基；
10.(3)将食用菌经种子培养基培养后得到食用菌种子液，再将食用菌种子液接种至步骤(2)制备的发酵培养基中发酵获得发酵液；
11.(4)将步骤(3)获得的发酵液固液分离，固体部分烘干粉碎后的发酵豆渣即为制得的高蛋白浓缩饲料。
12.其中，步骤(1)中，所述的高固含豆渣，其固含量为70-90％g/l。优选的高固含豆渣，其固含量为80％g/l。
13.其中，步骤(1)中，所述的碱性条件为，向双螺杆挤压膨化机中泵入6-14％v/v的氨水。优选的碱性条件为，向双螺杆挤压膨化机中泵入10％v/v的氨水。
14.其中，步骤(2)中，所述的一定浓度为固含量达到100-150g/l。优选的一定浓度为
固含量达到150g/l。
15.其中，步骤(2)中，所述的酶解，其酶解条件为：调ph至4.5-6.5，升温至45-60℃后，加入200-500u/l的木聚糖酶，酶解12-36h。优选的酶解条件为：调ph至5.0，温度升至55℃后，加入300u/l的木聚糖酶，酶解24h。(所述的木聚糖酶购自于南宁庞博生物工程有限公司)
16.其中，步骤(2)中，所述的发酵培养基为：酶解豆渣100-150g/l，葡萄糖2-6g/l，硫酸铵5-10g/l，磷酸0.5-2g/l，mgso
4 0.5-2g/l，生物素0.001-0.05g/l，ph 5-7。优选的发酵培养基为：酶解豆渣150g/l，葡萄糖5g/l，硫酸铵5g/l，磷酸0.5g/l，mgso40.5g/l，生物素0.002g/l，ph 5.5。
17.其中，步骤(3)中，所述的食用菌为平菇、肝色牛排、口蘑、牛肝菌、草菇、猴头菌、红平菇中的任意一种。优选的食用菌为肝色牛排和牛肝菌，最优选的为肝色牛排。
18.所述的食用菌不局限于上述食用菌分类下的具体菌株，现有技术中满足上述分类的食用菌均可以通过本发明方法实现本发明结果。例如可以选择肝色牛排accc 51131、牛肝菌accc 52233等菌株。
19.其中，步骤(3)中，所述的种子培养基为：黄豆粉10-30g，加水煮沸20～30分钟，用4层纱布过滤除渣，加热，并加入葡萄糖10-20g，酵母膏2-10g，mgso
4 0.2-1g，生物素0.001-0.05g，定容至1000ml，ph＝5-7.0
20.其中，步骤(3)中，所述的接种，其接种量为10-30％v/v。优选的接种量为10％v/v。
21.步骤(3)中，所述的发酵，其发酵条件为：200-500rpm，15-35℃下，培养2-4天后6h内菌体湿重浓度不变。
22.上述方法制备得到的高蛋白饲料也在本发明所保护的范围之内。
23.具体的，所述的高蛋白饲料其蛋白含量为50-60wt％，优选的蛋白含量为52.34wt％和53.67wt％。
24.上述高蛋白饲料在制备猪饲料中的应用也在本发明所保护的范围之内。
25.具体的，采用原豆渣代替杂粕，效果不理想，可能其蛋白含量较低原因。采用未预处理的高固含发酵豆渣，其对断奶仔猪的生长有一定提升作用，日采食量量提高，料肉比较低。而预处理的高固含发酵豆渣则对断奶仔猪的生长、日采食量有着显著提升，料肉比低，效果显著。
26.有益效果：
27.1、本发明以豆渣为原料，结合具有高效转化蛋白能力的食用菌，利用食用菌对豆渣中纤维素、半纤维素等组份较高的利用率，进行豆渣生物饲料高效液态发酵制备技术开发，实现了豆渣到优质饲料蛋白的高效转化及豆渣的高效综合利用，饲料蛋白含量达到50％以上，不仅缓解了畜牧业面临的生产成本过高、饲料蛋白短缺问题，同时对我国双碳目标的实现具有重要意义。
28.2、通过采用碱性双螺杆结合木聚糖酶酶解的预处理方式，降低豆渣的粘度，使发酵的豆渣固含量达到100-150g/l，实现高固含量豆渣发酵生产饲料的工艺开发，成本较豆粕等普通饲料降低了40％，较其他豆渣固态发酵饲料成本降低了25％，显著降低了饲料生产成本。
附图说明
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
30.图1为高固含豆渣发酵、烘干粉碎后的成品图。
具体实施方式
31.下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
32.下述实施例中，种子培养基配方为：取黄豆粉10-30g，加水煮沸20～30分钟，用4层纱布过滤除渣，加热，并加入葡萄糖10-20g，酵母膏2-10g，mgso
4 0.2-1g，生物素0.001-0.05g，定容至1000ml，ph＝5-7.0，分装锥形瓶，加塞、包扎，(115℃)灭菌20分钟。
33.下述实施例中，发酵培养基配方为：酶解豆渣100-150g/l，葡萄糖2-6g/l，硫酸铵5-10g/l，磷酸0.5-2g/l，mgso4 0.5-2g/l，生物素0.001-0.05g/l，用水配制，ph5-7，(121℃)灭菌20分钟。
34.下述实施例中，所述的平菇accc 52651、肝色牛排accc 51131、口蘑accc50480、牛肝菌accc 52233、草菇accc 51593、猴头菌accc 52766、红平菇accc51300均于2022年2月购自于中国农业微生物菌种保藏管理中心。
35.下述实施例中，所述的木聚糖酶购自于南宁庞博生物工程有限公司。
36.下述实施例中，所述的固渣蛋白含量、粗蛋白含量采用国标法gb/t6432-2018测定，所述的纤维糖含量采用国标法gb/t6434-2006测定，所述的核酸含量采用定磷法测定，所述的脂肪含量采用国标法gb/t6433-2006测定，所述的灰分含量采用灼烧法测定，所述的水分含量采用水分测定仪测定，所述的氨基酸谱的测定方法参照gb/t20886.2-2021附录c。
37.实施例1：高固含下氨水浓度对豆渣预处理效果的影响
38.从豆制品厂取得浓缩豆渣(固含80％，g/l)作为进料，直接通过皮带输送进双螺杆挤压膨化机，同时用泵分别泵入不同浓度(6％-14％v/v)的氨水与豆渣混匀，并一同出料放入70℃保温箱中，即为预处理后的豆渣。
39.向预处理后的豆渣中加入水至豆渣固含量为120g/l并倒进发酵罐中，调ph至5.0，温度升至55℃后，加入300u/l的木聚糖酶，酶解24h。酶解完毕后加入葡萄糖5g/l，硫酸铵5g/l，磷酸0.5g/l，mgso
4 0.5g/l，生物素0.002g/l，调ph5.5。继续升温至121℃，灭菌20min。冷却，按10％v/v比例接入实施例中牛肝菌种子液(经种子培养基培养)。250rpm，25℃下，发酵2天，固液分离后检测固渣蛋白含量。
40.表1不同浓度氨水预处理对发酵影响
[0041][0042]
从不同氨水浓度结合双螺杆的预处理数据(表1)中可以看出，随着氨水浓度的升
高，所处理的豆渣在食用菌液体发酵后，固渣的蛋白含量会随之升高。但是，氨水浓度从6％提升至10％的过程中，固渣量和蛋白含量提升幅度明显。而从10％提升至14％的过程中，固渣量和蛋白含量提升幅度并不显著。结合试剂成本方面的考虑，氨水浓度选取10％最为合适。
[0043]
实施例2：高固含下豆渣预处理对原料结构和发酵的影响
[0044]
浓缩豆渣(固含80％，g/l)作为进料，直接通过皮带输送进双螺杆挤压膨化机，同时用泵分别泵入浓度10％v/v的氨水与豆渣混匀，并一同出料放入70℃保温箱中，即为预处理后的豆渣。
[0045]
向预处理后的豆渣中加入水至豆渣固含量为120g/l并倒进发酵罐中，调ph至5.0，温度升至55℃后，加入不同浓度的木聚糖酶(200-500u/l)，酶解24h。酶解完毕后加入葡萄糖5g/l，硫酸铵5g/l，磷酸0.5g/l，mgso
4 0.5g/l，生物素0.002g/l，调ph5.5。继续升温至121℃，灭菌20min。冷却，按10％v/v比例接入实施例中牛肝菌种子液(经种子培养基培养)。250rpm，25℃下，发酵2天，固液分离后检测固渣蛋白含量。
[0046]
表2不同木聚糖酶添加量对发酵影响
[0047][0048]
从添加不同浓度木聚糖酶酶解的数据(表2)中可以看出，随着木聚糖酶添加浓度的升高，所酶解的豆渣在食用菌液体发酵后，固渣的蛋白含量会随之升高。但是，木聚糖酶添加浓度从200u/l提升至300u/l的过程中，固渣量和蛋白含量提升幅度明显。而添加浓度从300u/l提升至500u/l的过程中，固渣量和蛋白含量提升幅度并不显著。结合木聚糖酶成本方面的考虑，木聚糖酶添加浓度选取300u/l最为合适。
[0049]
实施例3：不同固含预处理对饲料性能的影响
[0050]
在实施例1和2优选的基础上(双螺杆结合10％v/v浓度的氨水，木聚糖酶添加量300u/l)，改变豆渣固含量，其他条件不变，研究不同固含对发酵后饲料蛋白含量以及单胃动物消化率的影响，结果如表3和表4所示
[0051]
表3不同固含预处理对豆渣发酵后饲料蛋白含量的影响
[0052][0053]
表4不同固含预处理对豆渣发酵后饲料单位动物消化率的影响
[0054][0055]
[0056]
从表中数据可以看出，随着豆渣固含的升高，未预处理的豆渣在接种了食用菌种子液发酵后，蛋白含量以及消化率都没有提升，甚至由于豆渣利用率低导致不可消化的干物质比例增加，使消化率有所下降。在经过预处理之后，由于豆渣的可利用率得到了提升，食用菌转化为蛋白的底物也增加了，因此蛋白含量和消化率都有了显著提升。同时，从数据中也可看出，随着豆渣固含升高，预处理所带来的蛋白含量以及消化率提高的幅度也是显著增加的，说明在高固含条件下，预处理能够更加显著的提高豆渣饲料的性能。
[0057]
实施例4：预处理对高固含豆渣组份利用的影响
[0058]
在实施例1和2优选的基础上(双螺杆结合10％浓度的氨水，木聚糖酶添加量300u/l)，对发酵前后豆渣固含量均为150g/l的豆渣的三素组份(纤维素、半纤维素、木质素)以及干重的变化进行考察，其他条件不变，研究预处理对高固含豆渣利用率的影响，结果如表5所示。
[0059]
表5预处理对高固含豆渣三素组份的影响
[0060] 纤维素％半纤维素％木质素％灰分％豆渣原料23.1524.842.94.2未预处理发酵后豆渣#21.6722.472.83.24预处理发酵后豆渣#15.3410.322.52.78
[0061]
注：#此处豆渣固含均为150g/l。
[0062]
从表5数据可以看出，经过发酵之后，与豆渣原料相比，发酵后的豆渣中纤维素、半纤维素以及灰分都有了不同程度的降低，说明食用菌可以利用豆渣中的纤维素和半纤维素进行自身菌体的生长以及蛋白的生成。本发明所选取的食用菌富含多种酶系，在低固含量豆渣中对纤维素和半纤维素有一定的利用效果。但是在高固含量条件下，由于粘度过大以及纤维含量高等因素，食用菌自身所产的酶无法充分作用于豆渣，导致高固含量条件下豆渣三素的利用率低，阻碍了菌体的生长以及蛋白的转化。从数据中可以看出，经过预处理后的高固含量豆渣，在经过食用菌发酵过后，纤维素和半纤维素有了显著的下降，说明预处理对于食用菌利用高固含量豆渣起到了至关重要的作用。
[0063]
实施例5：高固含量豆渣发酵饲料的营养指标与成本对比
[0064]
在实施例1和2优选的基础上(双螺杆结合10％v/v浓度的氨水，木聚糖酶添加量300u/l)，预处理后的豆渣固含量为150g/l时，其他条件不变，分析豆渣原料、未处理高固含量豆渣以及预处理高固含量豆渣经食用菌种子液发酵后，发酵样品各指标变化，结果见表6和表7。
[0065]
表6各营养组分(单位％)
[0066]
成分粗蛋白纤维糖核酸脂肪灰分水分其他豆渣原料19.2639.711.162.134.727.1625.89未预处理发酵后豆渣#24.1535.172.572.474.985.614.95预处理发酵后豆渣#52.3424.894.013.672.315.163.27
[0067]
表7氨基酸谱
[0068][0069]
注：#此处豆渣固含均为150g/l。
[0070]
结果发现，经过发酵后的固渣，氨基酸总量大幅提升，必须氨基酸从38.03％提高到44.73％，赖氨酸和蛋氨酸也有明显提高。同时，高固含量的豆渣由于可利用率高，食用菌转化为氨基酸总量也多，因此必须氨基酸含量高于低固含量豆渣发酵。
[0071]
进一步，对高固含量豆渣发酵饲料的成本进行核算，结果如表8所示。
[0072]
表8成本对比
[0073]
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成本(元/吨)豆粕(46wt％)5200低固含量豆渣(30-50g/l)4137高固含量豆渣(100-150g/l)3027
[0074]
注：豆粕成本为市场购买价，低固含量豆渣和高固含量豆渣的成本计算表9所示。
[0075]
表9低固含量豆渣和高固含量豆渣的成本计算表
[0076][0077]
从成本数据中也可以看出，豆渣液体发酵后的饲料成本都显著低于直接购买豆粕。由于豆渣属于废弃物，成本很低。在高固含量的情况下，发酵后最终得到的饲料也更多，可以将成本控制在3000元/吨左右，与豆粕相比成本降低了40％左右，与传统的低固含量豆渣发酵相比成本降低了25％左右，具有非常好的市场前景。
[0078]
实施例6：不同食用菌用于高固含量豆渣饲料的效果比较
[0079]
在实施例1和2优选的基础上(双螺杆结合10％浓度的氨水，木聚糖酶添加量300u/l)，预处理后的豆渣固含量为150g/l时，其他条件不变，分析在高固含量豆渣条件下，以不同食用菌种子液来发酵后的发酵样品各指标变化。各食用菌发酵效果见表10。
[0080]
表10不同食用菌在高固含量豆渣条件下的发酵样品的各营养组分(单位％)
[0081]
食用菌名称粗蛋白纤维糖核酸脂肪灰分水分其他平菇(accc 52651)49.2427.343.252.134.727.163.26肝色牛排(accc 51131)53.6725,172.572.474.985.824.95口蘑(accc 50480)49.7828.154.213.213.415.483.21牛肝菌(accc 52233)52.3424.894.013.672.315.263.27草菇(accc 51593)48.1927.683.762.764.276.274.28猴头菌(accc 52766)49.2726.743.712.914.926.534.72红平菇(accc 51300)50.8325.384.093.013.765.923.95
[0082]
从结果中可以看出，经过预处理后的豆渣可以被多种食用菌利用，发酵后的蛋白含量以及各营养成分都能满足饲料的需求。其中，利用牛排菌和牛肝菌的种子液来发酵，制备的高固含量豆渣最好(图1)。
[0083]
实施例7：猪饲喂评价试验
[0084]
日粮组成：
[0085]
1)基础日粮(玉米豆粕型)：养殖场对应生长阶段的日常全价猪饲料；编号配方1；
[0086]
2)基础日粮+豆渣：等蛋白量取代基础日粮中的花生饼/豆粕等杂粕；编号配方2；
[0087]
3)基础日粮+未预处理的发酵后豆渣：等蛋白量取代基础日粮中的花生饼/豆粕等杂粕；编号配方3；
[0088]
4)基础日粮+预处理的发酵后豆渣：等蛋白量取代基础日粮中的花生饼/豆粕等杂
粕；编号配方4。
[0089]
其中玉米豆粕型基础日粮为：30％杂粕(20％豆粕和10％花生饼)、50％玉米粉、20％浓缩料，其中浓缩料菜籽粕、秘鲁鱼粉、磷酸氢钙、植酸酶、石粉、维生素、微量元素和添加剂等。
[0090]
实验分组：饲喂对象为断奶仔猪(9kg)，随机分3组，每组40头。配方1对照组、配方2为实验组1、配方3为实验组2、配方4为实验组3。
[0091]
试验方法：试验前对猪舍进行彻底消毒，并清洗料槽、水槽，并对试验猪进行常规免疫，严格遵循猪场饲养和管理制度，每日注意观察猪群采食、粪便和精神状况，发现疾病后及时处理。分圈在夜间进行，试验期为40天，试验期间由专人饲养管理试验猪群。每天记录各个重复的耗料量，并于试验开始及试验结束时对各重复试验猪进行空腹和饱腹称重。分别计算试验前期和后期各重复的日增重、日采食量、料重比，结果如表11所示。
[0092]
表11豆渣对断奶仔猪生长影响
[0093][0094]
采用原豆渣代替杂粕，效果不理想，可能其蛋白含量较低原因。采用未预处理的高固含发酵豆渣，其对断奶仔猪的生长有一定提升作用，日采食量有些许提高，料肉比较低。而预处理的高固含发酵豆渣则对断奶仔猪的生长、日采食量有着显著提升，料肉比低，效果显著。
[0095]
本发明提供了一种高固含量豆渣制备高蛋白饲料的方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。