CN102919624B - 菜籽饼粕的微生物发酵脱毒方法 - Google Patents
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Abstract
一种菜籽饼粕的微生物发酵脱毒方法，该方法是于菜籽饼粕中加入粉碎的脱毒增效剂，并接种枯草芽孢杆菌、丁酸梭状芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌和酿酒酵母固体菌种，混合均匀，发酵后干燥即得脱毒菜粕产品。本发明所得产品的硫酸葡萄糖甙含量低于饲料规定的安全量，其营养价值高于未经发酵脱毒的菜籽饼粕，产品蛋白质含量达到42%-45%，游离氨基酸含量达到10%以上，可直接作为畜禽和水产类的蛋白饲料。本发明方法较好地解决了现有技术存在的脱毒不完全、抗营养因子难以去除、营养流失及工艺操作复杂的问题，是一种脱毒效果好、工艺简单、能耗低，能提供达到饲料标准要求的无毒菜籽饼粕的生产方法，能缓解我国饲料蛋白资源不足的问题。
Description
技术领域
本发明属于饲料生物技术领域，涉及一种菜籽饼粕的脱毒方法，具体涉及一种菜籽饼粕的微生物发酵脱毒方法。
背景技术
油菜是我国最主要的油料作物之一，占全国油料原料总量的四分之一。在现代工业条件下加工菜籽，通常可得到将近60%的菜籽饼粕。菜籽饼粕中粗蛋白质含量在34％-38％之间，消化能10.46—12.55KJ／kg、钙0.61％、磷0.95％，还含有铁、铜、锰、硒等微量元素和多种维生素。其氨基酸组成的特点是蛋氨酸含量高(仅次于芝麻饼、粕)，赖氨酸含量亦高，而精氨酸含量低，是饼、粕饲料中含量最低的。菜籽饼粕的有效能值偏低(淀粉含量低、菜籽壳难以消化利用)，矿物质中钙和磷的含量均高，硒和锰的含量亦高，特别是硒的含量是常用植物饲料中最高的。
菜籽中含有硫葡萄糖苷、芥酸、单宁、皂角苷等不良成分，其中主要是硫葡萄糖苷。硫葡萄糖苷本身无毒，但在一定温度和水分条件下，经过菜籽本身含有的芥子酶的酶解作用而产生异硫氰酸酯、噁唑烷硫酮以及腈类、植酸、单宁、芥子碱、皂素等有毒物和抗营养因子。这些物质可引起甲状腺肿大，从而造成动物生长速度下降，繁殖力减退。单宁则妨碍蛋白质的消化，降低适口性。而芥子碱阻挠脂肪代谢，造成心脏脂肪蓄积及生长受到抑制。由于有毒性物质和抗营养因子的存在，且菜籽饼菜粕中粗纤维含量偏高，适口性差等，严重影响了菜籽饼粕在饲料中的应用。
随着我国饲料工业的发展，饲料原料供求矛盾日益加剧，尤其是蛋白质原料。根据我国“十二五”饲料工业发展目标，饲料总量将达到2亿吨，饲料蛋白约占30%，其中70%靠进口。饲料原料是饲料工业发展的基础，我国饲料原料特别是蛋白饲料原料又相对紧缺，从而阻碍我国饲料进一步发展和质量的提高，因此，广辟蛋白质饲料资源，对我国饲料工业的发展具有十分重要的意义。
对于菜籽饼粕的脱毒，国内外已进行了大量的研究工作。国内外菜籽粕脱毒的方法主要有物理脱毒法、化学脱毒法及生物学脱毒法。物理脱毒法主要是钝化芥子酶，但近年来发现,硫苷本身并非无毒，而且动物体内的某些微生物也能分泌与芥子酶具有相同作用的酶，将硫苷分解成有毒物质。化学脱毒法主要有酸碱降解法、金属盐催化降解法和溶剂浸出法3种。其中国内外研究最多的是双液相萃取法，该法由加拿大Rubin和Diosady等开发，脱毒率可达90%以上，但干物质损失大、成本高、有三废污染，因而推广困难。生物学脱毒法主要有酶催化水解法、微生物发酵法。酶催化水解法主要是利用外加芥子酶及酶的激活剂(如Vc等)，使硫苷加速分解，然后通过汽提或溶剂浸出以达到脱毒的目的，该法存在不能脱除植酸和多酚类化合物，芥子酶来源困难，而且脱除硫苷及其降解产物的过程复杂，成本过高，不能大规模工业化生产的缺点。微生物发酵脱毒法是我国从事菜籽饼粕脱毒研究方面的独特的方法，也是菜籽饼粕最有效、最经济的方法。尽管采用微生物发酵脱毒法取得了较好的效果，但也存在脱毒效果不稳定、工艺较复杂和微生物适应性差等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种菜籽饼粕的微生物发酵脱毒方法，其工艺简单、成本和能耗低、适应性强、易于批量生产、脱毒效果稳定且效果好。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种菜籽饼粕的微生物发酵脱毒方法，该方法是按重量百分比取菜籽饼粕82%-85%、米糠12%-15.5%、葡萄糖0.5%-1.0%、（NH4）2SO41.5%-2%、脱毒增效剂0.1%-0.15%，混合均匀，调节含水重量为50%-55%，制成菜籽饼粕脱毒发酵培养基；将固体菌种以2%-4%的接种重量接种到该菜籽饼粕脱毒发酵培养基中，混合均匀，在45℃-55℃下发酵4-5天，干燥，即可。
上述固体菌种是于固体菌种培养基中按5%-10%接种重量接入液体菌种，于35℃-40℃培养4-5d，即得。
上述固体菌种培养基的配方是：按重量百分比取麦麸60%-70%、米糠15%-20%、葡萄糖2%-3%、豆饼粉10%-15%、（NH4）2SO41.5%-2%及KH2PO40.2%-0.3%，混合均匀，调节含水量为50%-60%，于121℃-125℃灭菌55-65min，冷却至35-40℃。
上述液体菌种为按体积比为1：1：1：1混合的枯草芽孢杆菌种子培养液、丁酸梭状芽孢杆菌种子培养液、嗜酸乳杆菌种子培养液及酿酒酵母种子培养液。其中：
枯草芽孢杆菌种子培养液是将枯草芽孢杆菌1株接种一环斜面菌种细胞于液体扩大肉汤营养培养基中，在30℃-37℃，180r/min-220r/min条件下，摇床振荡培养24-36h，使该种子培养液中菌体浓度达到108-109cfu/mL；
丁酸梭状芽孢杆菌种子培养液是将丁酸梭状芽孢杆菌1株接种一环斜面菌种细胞于丁酸梭状芽孢杆菌液体培养基中，37℃-40℃，静置培养60-72h，使该种子培养液中菌体浓度达到107-108cfu/mL；
嗜酸乳杆菌种子培养液是将嗜酸乳杆菌1株接种一环斜面菌种细胞于嗜酸乳杆菌液体培养基中，35℃-37℃，静置培养24-48h，使该种子培养液中菌体浓度达到107-108cfu/mL；
酿酒酵母种子培养液是将酿酒酵母1株接种一环斜面菌种细胞于酵母液体培养基中，在28℃-30℃，180r/min-220r/min条件下，摇床振荡培养24-36h，使该种子培养液中菌体浓度达到108-109cfu/mL。
上述提及的液体扩大肉汤营养培养基是按1000mL水加10-20g葡萄糖、5-10g蛋白胨、3-5g牛肉膏、及3-5g氯化钠的比例，于水中加入葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏、及氯化钠，搅匀，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃而成。
上述提及的丁酸梭状芽孢杆菌液体培养基是按1000mL水加入 20-40g葡萄糖、15-20g胰蛋白胨、1.0-1.5g硫酸铵、2.0-2.5g氯化钠、1.0-1.5g碳酸氢钠、3.0-4.0g磷酸氢二钾、0.5-0.8g七水硫酸镁、1.0-2.0g碳酸钙的比例，于水中加入葡萄糖、胰蛋白胨、硫酸铵、氯化钠、碳酸氢钠、磷酸氢二钾、七水硫酸镁、碳酸钙，搅匀，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃而成。
上述提及的嗜酸乳杆菌培养基是按1000mL水中加入15-20g乳糖、15-20g蛋白胨、2.5-5g玉米浆、1-2g磷酸二氢钾的比例，于水中加入乳糖、蛋白胨、玉米浆、磷酸二氢钾，搅拌溶解，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃而成。
上述提及的酵母液体培养基是按1000mL水加入 20-40g葡萄糖、1.5-2.0g酵母浸膏、1.0-1.5g氯化钾、及8.0-9.0g醋酸钠的比例，于水中加入葡萄糖、酵母浸膏、氯化钾及醋酸钠，搅匀，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃而成。
上述脱毒增效剂为粉碎至80-100目的白芥子或黑芥子中的一种或两种混合物。
本发明中用到的菌种均为现有技术，保藏号分别为：枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）：ACCC11062、CGMCC2548、或CGMCC1222；丁酸梭状芽孢杆菌（Clostridium butyricum）：CGMCC1647或CGMCC9701；嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）：CICC6074、ACCC 11073或CGMCC 1.2467；酿酒酵母（Saccharomyces cereviae）：CGMCC 1147、CGMCC 0702或ACCC 20144。
本发明提及的斜面菌种细胞中的菌种分别是与本发明中用到的枯草芽孢杆菌、丁酸梭状芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌和酿酒酵母菌相对应的，即枯草芽孢杆菌所接种的斜面菌种细胞中的菌种为枯草芽孢杆菌，其它类推。
本发明中四种菌种的种子培养液的制备也是常规技术，本文中只是各例举其中的一种。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）在本发明方法的处理过程中，选用好养菌、兼性好养菌和厌氧菌作为主要发酵脱毒菌种，既可在好氧条件下也可在厌氧条件下对菜籽饼粕进行发酵脱毒，达到良好的脱毒稳定性和促进动物肠道有益微生物生长的作用。
（2）本发明方法使用的脱毒增效剂—白芥子或黑芥子，可以利用两者本身的芥子酶，通过微生物发酵过程中产生的生物热，将菜籽饼粕中的硫甙葡萄糖苷降解为异硫氰酸酯、噁唑烷硫酮等有毒物质，便于微生物的快速降解。
（3）本发明方法使用的固体菌种不通过干燥过程，保持了各菌种的最大活力和菌种的数量；接种后，能迅速启动发酵脱毒，缩短脱毒时间。
（4）本发明具有生产工艺简单、能耗低、无三废、投资小、易于规模化生产等特点。
（5）以我国现有工艺生产的未脱毒菜籽饼粕为原料，采用本发明方法进行脱毒，其硫甙含量可降低95%以上，游离氨基酸总量提高10%以上，总蛋白质含量达到42%-45%，提高10%以上，可作为畜禽和水产动物蛋白饲料使用。
具体实施方式：
以下实施例仅对本发明作进一步说明，并非限制本发明。
液体菌种的制备：
所用的菌种为枯草芽孢杆菌1株、丁酸梭状芽孢杆菌1株、嗜酸乳杆菌1株以及酿酒酵母菌1株。
取15g葡萄糖、8g蛋白胨、4g牛肉膏、4g氯化钠和1000mL自来水搅匀，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃接入培养成熟的枯草芽孢杆菌斜面菌种，在35℃，200r/min下，摇床振荡培养30h，制得枯草芽孢杆菌种子培养液；
取30g葡萄糖、18g胰蛋白胨、1.2g硫酸铵、2.2g氯化钠、1.2g碳酸氢钠、3.5g磷酸氢二钾、0.6g七水硫酸镁、1.5g碳酸钙和1000mL水搅匀，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃，接入培养成熟的丁酸梭状芽孢杆菌斜面菌种，38℃静置培养68h，制得丁酸梭状芽孢杆菌种子培养液；
取18g乳糖、18g蛋白胨、3.5g玉米浆、1.5g磷酸二氢钾及1000mL水搅拌溶解，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃，接入嗜酸乳杆菌斜面菌种，36℃静置培养36h，制得嗜酸乳杆菌种子培养液；
取1000mL水、30g葡萄糖、1.8g酵母浸膏、1.2g氯化钾及8.5g醋酸钠搅匀，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃，接入培养成熟的酿酒酵母斜面菌种，于29℃、200r/min摇床振荡培养30h，制得酿酒酵母种子培养液；
将上述四种种子培养液按1：1：1：1体积比混合即得液体菌种。
固体菌种培养基的制备：按重量百分比取麦麸65%、米糠18%、葡萄糖2.55%、豆饼粉12.4%、（NH4）2SO41.8%及KH2PO40.25%，混合均匀，调节含水量为55%，于121℃-125℃灭菌60min，冷却至35-40℃。
实施例1：
于上述固体菌种培养基中按8%接种重量接入液体菌种，于37℃培养4.5d，制得固体菌种，再将固体菌种以3%的接种重量接种到由菜籽饼粕8.25吨、米糠1.52吨、葡萄糖0.07吨、（NH4）2SO40.15吨及白芥子0.01吨，含水重量为50%组成的菜籽饼粕脱毒发酵培养基中，混匀，在50℃下发酵4.5天，干燥，即得脱毒菜籽饼粕。取样分析菜籽饼粕中硫甙脱毒率为96.13%，蛋白质含量43.17%，游离氨基酸含量提高12.49%。
实施例2：
于上述固体菌种培养基中按5%接种重量接入液体菌种，于35℃培养5d，制得固体菌种，再将固体菌种以2%的接种重量接种到由菜籽饼粕8.5吨、米糠1.25吨、葡萄糖0.05吨、（NH4）2SO40.186吨及黑芥子0.014吨，含水重量为55%组成的菜籽饼粕脱毒发酵培养基中，混匀，在45℃下发酵5天，干燥，即得脱毒菜籽饼粕。取样分析菜籽饼粕中硫甙脱毒率为95.87%，蛋白质含量42.9%，游离氨基酸含量提高11.52%。
实施例3：
于上述固体菌种培养基中按10%接种重量接入液体菌种，于40℃培养4d，制得固体菌种，再将固体菌种以4%的接种重量接种到由菜籽饼粕8.45吨、米糠1.29吨、葡萄糖0.075吨、（NH4）2SO40.17吨、白芥子0.01吨及黑芥子0.005吨，含水重量为52%组成的菜籽饼粕脱毒发酵培养基中，混匀，在55℃下发酵4天，干燥，即得脱毒菜籽饼粕。取样分析菜籽饼粕中硫甙脱毒率为97.16%，蛋白质含量44.05%，游离氨基酸含量提高13.71%。
Claims (2)
1.一种菜籽饼粕的微生物发酵脱毒方法，其特征在于：该方法是按重量百分比取菜籽饼粕82%-85%、米糠12%-15.5%、葡萄糖0.5%-1.0%、（NH4）2SO41.5%-2%、脱毒增效剂0.1%-0.15%，混合均匀，调节含水重量为50%-55%，制成菜籽饼粕脱毒发酵培养基；将固体菌种以2%-4%的接种重量接种到该菜籽饼粕脱毒发酵培养基中，混合均匀，在45℃-55℃下发酵4-5天，干燥，即可；
上述固体菌种是于固体菌种培养基中按5%-10%接种重量接入液体菌种，于35℃-40℃培养4-5天，即得；该液体菌种为按体积比为1：1：1：1混合的枯草芽孢杆菌种子培养液、丁酸梭状芽孢杆菌种子培养液、嗜酸乳杆菌种子培养液及酿酒酵母种子培养液；
上述脱毒增效剂为粉碎至80-100目的白芥子或黑芥子中的一种或两种混合物。
2.根据权利要求1所述的菜籽饼粕的微生物发酵脱毒方法，其特征在于：所述固体菌种培养基是按重量百分比取麦麸60%-70%、米糠15%-20%、葡萄糖2%-3%、豆饼粉10%-15%、（NH4）2SO41.5%-2%及KH2PO40.2%-0.3%，混合均匀，调节含水量为50%-60%，制得。
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