CN107173534A - 一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，包括以下主要步骤：将能产角蛋白酶的耐高温兼性厌氧菌甲基营养型芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）HL‑4进行培养得到微生物菌剂备用；将绞碎的水产蛋白与水解羽毛粉混合，并添加营养物和水混匀，得到发酵培养基；往发酵培养基中加入Bacillus methylotrophicus菌剂和蛋白酶，并混匀建堆进行发酵；发酵采取自然静置方式，发酵时间为48h～72h；发酵后的产物经干燥、粉碎和包装后制备成一种鱼粉替代蛋白成品。本发明制备的鱼粉替代蛋白可用于水产饲料中大幅度替代进口优质鱼粉，明显降低饲料成本，有良好的应用前景和现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，属于水产品加工与利用的技术领域。
背景技术
鱼粉因适口性佳、营养丰富，尤其是氨基酸组成平衡及未知生长因子的含量丰富，一直以来是水产饲料中不可缺少的优质蛋白源。水产饲料中鱼粉的用量通常占配方的30%～60%，是其成本中最大的组成部分。随着世界范围内水生动物饲养规模的不断扩大，全球对鱼粉的需求量持续增长。目前，全球每年鱼粉供应量约为700万吨。但由于不良气候影响，过度捕捞和海洋环境的污染，生态环境的破坏等多种原因，渔业资源受到严重破坏导致全球鱼粉供应量持续下降，难以满足整个水产业对鱼粉的巨大需求。故近年来鱼粉价格一路上扬，进而导致养殖成本相对升高。然而激烈的市场竞争，水产品的市场价格却不断下降，直接导致经济效益下降，极大地影响了养殖者的生产积极性。在海洋渔业资源日益紧张的状况下寻找替代鱼粉的蛋白质原料是维系水产养殖业的可持续发展的关键。
羽毛粉由家禽肉制品生产的副产品羽毛加工而成，而羽毛占成年家禽体重的5%～7%左右，具有广泛而丰富的资源以供加工生产，所以羽毛粉是一种很有开发前途的动物性蛋白质资源。羽毛粉其主要成分是角蛋白，粗蛋白含量为80%～85%，是目前已知的饲料原料中最高的。然而角蛋白结构非常致密，不易溶于水，很难被胃蛋白酶和胰蛋白酶降解，其很难直接应用于饲料工业。目前，饲料工业主要采取水解技术将羽毛粉加工成水解羽毛粉来使用。水解羽毛粉主要依靠水解过程中时间、压力、温度的控制。其加工过程为：收集羽毛除尘清洗后，入水解罐中，在高温高压的条件下水解。工艺相对先进，突出特点是彻底破坏羽毛角蛋白质稳定的空间结构，从而使它变成畜禽可消化吸收的可溶性蛋白，消化率可达75%。但水解羽毛粉的消化率仍远不及鱼粉，并且必需氨基酸含量不足，例如其赖氨酸和蛋氨酸这两种必需氨基酸含量分别相当于鱼粉的25%和35%左右，因而现有技术制备的水解羽毛粉很难在水产饲料中大规模替代优质进口鱼粉。
近年来，酶解和发酵的生物法处理羽毛粉得到了关注。专利201110231644.8“利用地衣芽胞杆菌降解羽毛制备菌肽复合蛋白饲料添加剂的方法”公开了一种通过液态发酵的方式生物处理羽毛粉。文献《羽毛粉麸皮混合固态发酵条件的优化》（畜牧与兽医，2014年第3期）公开了一种通过固态表面发酵的方式生物处理羽毛粉。然而，现有的生物处理羽毛粉的方法很难在我国饲料工业得到大规模的应用。液态发酵的方法虽容易大规模的生产，但是需购买发酵罐等相关设备投入成本高，并且发酵生产过程的能耗大，因而，用液态发酵的方式处理的羽毛粉很难在饲料工业大规模的应用。固态表面发酵的方式虽不用投入购买昂贵的发酵设备，但很难进行大规模的生产。
发明内容
本发明针对现有技术处理羽毛粉所存在的问题，本发明提供了一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法。本发明的主要目的是提供一种成本低廉和易大规模生产的发酵处理羽毛粉的方法。本发明的另一目的是将低值水产蛋白进行发酵高值化利用。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，包括如下步骤：
（1）将斜面保藏的能产角蛋白酶的耐高温兼性厌氧菌甲基营养型芽孢杆菌（Bacillusmethylotrophicus）HL-4接入到灭菌后冷却的LB液体培养基中，于55 ℃、150r/min培养12h，制备成Bacillus methylotrophicus HL-4种子液备用；
（2）将麸皮和水按质量比为1：1的比例混合，并混匀制备成麸皮培养基，麸皮培养基于121℃灭菌30min后备用；
（3）将步骤（1）制备的Bacillus methylotrophicus HL-4种子液接入到步骤（2）得到的灭菌后冷却的麸皮培养基中并混匀，然后将接入菌种的麸皮培养基分装在已消毒的发酵浅盘中，装料厚度为4cm，浅盘中发酵培养基表面覆盖灭菌的湿纱布，再将浅盘置于已灭菌的固体发酵房内的搁架上发酵，控制环境温度在55℃，发酵时间为48h，发酵结束后的发酵产物经干燥和粉碎后制备成Bacillus methylotrophicus菌剂备用；
（4）将水产蛋白绞碎后备用；
（5）将步骤（4）制备的绞碎的水产蛋白和水解羽毛粉按质量比为0.5～1.5：1的比例混合，然后添加营养物和水混匀得到含水量为40%～85%范围内的发酵培养基；
（6）往步骤（5）制备到的发酵培养基中添加蛋白酶和步骤（3）制备的Bacillusmethylotrophicus菌剂，并混匀；
（7）将步骤（6）得到的加入蛋白酶和Bacillus methylotrophicus菌剂的发酵培养基堆积在一起，物料的厚度控制在50cm～150cm，并将建堆的发酵物料用塑料薄膜盖上密封好，静置发酵48 h～72h；
（8）成品处理：发酵结束，将发酵后获得的产物经干燥、粉碎和包装后，即制得了一种鱼粉替代蛋白成品。
所述步骤（1）中所用的能产角蛋白酶的耐高温兼性厌氧菌甲基营养型芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）HL-4已于2016年1月18日保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏编号为GDMCC No：60002，保藏地址为广州市先烈中路100号大院59号楼5楼广东省微生物研究所。
所述步骤（3）中所用的Bacillus methylotrophicus HL-4种子液的接种量以接入种子液的质量占麸皮培养基总质量百分比计，为0.1%～5%。
所述步骤（4）中所用的水产蛋白为罗非鱼下脚料、南极磷虾、虾头、扇贝裙边、鳕鱼下脚料、鱿鱼下脚料、青鳞鱼下脚料、青鱼下脚料、鲢鱼下脚料、草鱼下脚料和鲣鱼下脚料中的一种。
所述步骤（5）中所用的营养物为玉米粉、氯化钙、氯化锌、氯化亚铁和磷酸氢二钾所组成的混合物。所述步骤（5）中所用的营养物的添加量以加入营养物的质量占发酵培养基总质量的百分比计，分别为：玉米粉0.01%～5%，氯化钙0.01%～5%，氯化锌0.01%～5%，氯化亚铁0.01%～5%，磷酸氢二钾0.01%～5%。
所述步骤（6）中蛋白酶的加入量以添加的蛋白酶的质量占发酵培养基总质量百分比计，为 0.01%～1%。所述步骤（6）中Bacillus methylotrophicus菌剂的加入量以添加的菌剂的质量占发酵培养基总质量百分比计，为 0.01%～1%。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和特点。
（1）易大规模生产。现有的降解羽毛粉多为常温的好氧菌，而本发明采用的是耐高温兼性厌氧菌Bacillus methylotrophicus HL-4作为发酵菌种，该菌有比较宽的发酵温度，在10 ℃～70℃之内都可发酵，最佳发酵温度为50℃～55℃。该菌种是一种兼性厌氧菌，因而可以进行大规模的深层发酵；另外该菌是耐高温菌种，其最佳发酵温度为50℃～55℃，故固态发酵过程的产热升温反而有利于菌种的发酵，因而发酵过程不用降温，采取直接的静置发酵。综上所述，本发明通过耐高温的兼性厌氧菌来发酵羽毛粉，可以直接采取静置的自然发酵方式，易于大规模生产。
（2）成本低。液态好氧发酵虽也能大规模生产，但是需进行投入昂贵的发酵，并且整个发酵过程的动力消耗和人工成本方面的成本高，再加上后处理成本也高。因而，现有的通过液态发酵的方式生物处理羽毛粉成本太高，很难在饲料工业大规模的应用。而本发明采用静置的固态深层发酵的方式处理羽毛粉，从发酵设备投入、人工、动力消耗和后处理这几个方面综合起来考虑，生产成本与液态发酵相比，大大降低。
（3）水产蛋白与羽毛粉的混合发酵。羽毛粉的蛋白质含量虽然高于鱼粉，但是其氨基酸分布不均衡，必需氨基酸含量不足。将水产蛋白和羽毛粉进行混合发酵，可使得最终制备的发酵饲料蛋白的必需氨基酸含量要高于羽毛粉，从而提高其营养品质。另外，水产蛋白中含有内源蛋白酶，可有助于原料蛋白的进一步降解。
（3）与物理和化学作用的协同处理。本发明的发酵原料是水解羽毛粉而不是直接以羽毛粉。水解羽毛粉是羽毛粉在高温和高压的情况下水解的产物，它在一定程度上破坏了角蛋白胱氨酸之间的双硫键。这有助于后面的生物处理，不但缩短了后面发酵处理的时间，而且还提高了发酵效果。
（4）蛋白酶和角蛋白酶的协同作用。本发明通过角蛋白酶和蛋白酶的协同作用，充分将羽毛粉蛋白降解。本发明制备的发酵饲料蛋白胃蛋白消化率可达到90%以上，而水解羽毛粉的胃蛋白消化率只有70%。
本发明提供了一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法。本发明得到的鱼粉替代蛋白在华南地区的对虾、军曹鱼和罗非鱼等水产动物的养殖试验表明，用本发明制备的鱼粉替代蛋白可大幅度替代优质进口鱼粉，明显降低饲料成本，取得显著的经济效益。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面就水产蛋白的种类、发酵参数和发酵方式的选择结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：将斜面保藏的能产角蛋白酶的耐高温兼性厌氧菌Bacillusmethylotrophicus HL-4接入到灭菌后冷却的LB液体培养基中，于55 ℃、150r/min培养12h，制备成Bacillus methylotrophicus HL-4种子液备用；将麸皮和水按质量比为1：1的比例混合，并混匀制备成麸皮培养基，麸皮培养基于121℃灭菌30min后备用；将制备的Bacillus methylotrophicus HL-4种子液接入到灭菌后冷却的麸皮培养基中并混匀，然后将接入菌种的麸皮培养基分装在已消毒的发酵浅盘中，装料厚度为4cm，浅盘中发酵培养基表面覆盖灭菌的湿纱布，再将浅盘置于已灭菌的固体发酵房内的搁架上发酵，控制环境温度在55℃，发酵时间为48h，发酵结束后的发酵产物经干燥和粉碎后制备成Bacillusmethylotrophicus制剂备用。将南极磷虾绞碎后备用；将1吨绞碎的南极磷虾和1吨水解羽毛粉混合，并添加50公斤玉米粉、2公斤氯化钙、2公斤氯化锌、1.8公斤氯化亚铁、2公斤磷酸氢二钾和50公斤水进行混匀，得到发酵培养基；往发酵培养基中加入1公斤蛋白酶和8公斤Bacillus methylotrophicus菌剂，并混匀；加入Bacillus methylotrophicus菌剂和蛋白酶的发酵培养基进行建堆，建堆的物料厚度为120cm，并将建堆的发酵物料用塑料薄膜盖上密封好，静置发酵66h；发酵结束后，发酵结束后，将发酵产物经干燥、粉碎和包装后即可制备成一种鱼粉替代蛋白成品。
实施例2：将斜面保藏的能产角蛋白酶的耐高温兼性厌氧菌Bacillusmethylotrophicus HL-4接入到灭菌后冷却的LB液体培养基中，于55 ℃、150r/min培养12h，制备成Bacillus methylotrophicus HL-4种子液备用；将麸皮和水按质量比为1：1的比例混合，并混匀制备成麸皮培养基，麸皮培养基于121℃灭菌30min后备用；将制备的Bacillus methylotrophicus HL-4种子液接入到灭菌后冷却的麸皮培养基中并混匀，然后将接入菌种的麸皮培养基分装在已消毒的发酵浅盘中，装料厚度为4cm，浅盘中发酵培养基表面覆盖灭菌的湿纱布，再将浅盘置于已灭菌的固体发酵房内的搁架上发酵，控制环境温度在55℃，发酵时间为48h，发酵结束后的发酵产物经干燥和粉碎后制备成Bacillusmethylotrophicus菌剂备用。将罗非鱼下脚料绞碎后备用；将1.1吨绞碎的罗非鱼下脚料和1吨水解羽毛粉混合，并添加50公斤玉米粉、2公斤氯化钙、2公斤氯化锌、1.8公斤氯化亚铁、2公斤磷酸氢二钾和50公斤水进行混匀，得到发酵培养基；往发酵培养基中加入2公斤蛋白酶和8公斤Bacillus methylotrophicus菌剂，并混匀；加入Bacillus methylotrophicus菌剂和蛋白酶的发酵培养基进行建堆，建堆的物料厚度为130cm，并将建堆的发酵物料用塑料薄膜盖上密封好，静置发酵70h；发酵结束后，将发酵产物经干燥、粉碎和包装后即可制备成一种鱼粉替代蛋白成品。
Claims (8)
1.一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）将斜面保藏的能产角蛋白酶的耐高温兼性厌氧菌甲基营养型芽孢杆菌（Bacillusmethylotrophicus）HL-4接入到灭菌后冷却的LB液体培养基中，于55 ℃、150r/min培养12h，制备成Bacillus methylotrophicus HL-4种子液备用；
（2）将麸皮和水按质量比为1：1的比例混合，并混匀制备成麸皮培养基，麸皮培养基于121℃灭菌30min后备用；
（3）将步骤（1）制备的Bacillus methylotrophicus HL-4种子液接入到步骤（2）得到的灭菌后冷却的麸皮培养基中并混匀，然后将接入菌种的麸皮培养基分装在已消毒的发酵浅盘中，装料厚度为4cm，浅盘中发酵培养基表面覆盖灭菌的湿纱布，再将浅盘置于已灭菌的固体发酵房内的搁架上发酵，控制环境温度在55℃，发酵时间为48h，发酵结束后的发酵产物经干燥和粉碎后制备成Bacillus methylotrophicus菌剂备用；
（4）将水产蛋白绞碎后备用；
（5）将步骤（4）制备的绞碎的水产蛋白和水解羽毛粉按质量比为0.5～1.5：1的比例混合，然后添加营养物和水混匀得到含水量为40%～85%范围内的发酵培养基；
（6）往步骤（5）制备到的发酵培养基中添加蛋白酶和步骤（3）制备的Bacillusmethylotrophicus菌剂，并混匀；
（7）将步骤（6）得到的加入蛋白酶和Bacillus methylotrophicus菌剂的发酵培养基堆积在一起，物料的厚度控制在50cm～150cm，并将建堆的发酵物料用塑料薄膜盖上密封好，静置发酵48 h～72h；
（8）成品处理：发酵结束，将发酵后获得的产物经干燥、粉碎和包装后，即制得了一种鱼粉替代蛋白成品。
2.根据权利要求1所述的一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，其特征在于：所述步骤（1）中所用的产角蛋白酶的耐高温兼性厌氧菌Bacillusmethylotrophicus HL-4在广东省微生物菌种保藏中心的保藏编号为GDMCC No：60002。
3.根据权利要求1所述的一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，其特征在于：所述步骤（3）中所用的Bacillus methylotrophicus HL-4种子液的接种量以接入种子液的质量占麸皮培养基总质量百分比计，为0.1%～5%。
4.根据权利要求1所述的一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，其特征在于：所述步骤（4）中所用的水产蛋白为罗非鱼下脚料、南极磷虾、虾头、扇贝裙边、鳕鱼下脚料、鱿鱼下脚料、青鳞鱼下脚料、青鱼下脚料、鲢鱼下脚料、草鱼下脚料和鲣鱼下脚料中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，其特征在于：所述步骤（5）中所用的营养物为玉米粉、氯化钙、氯化锌、氯化亚铁和磷酸氢二钾所组成的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，其特征在于：所述步骤（5）中所用的营养物的添加量以加入营养物的质量占发酵培养基总质量的百分比计，分别为：玉米粉0.01%～5%，氯化钙0.01%～5%，氯化锌0.01%～5%，氯化亚铁0.01%～5%，磷酸氢二钾0.01%～5%。
7.根据权利要求1所述的一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，其特征在于：所述步骤（6）中蛋白酶的加入量以添加的蛋白酶的质量占发酵培养基总质量百分比计，为 0.01%～1%。
8.根据权利要求1所述的一种利用水产蛋白和羽毛粉发酵制备鱼粉替代蛋白的方法，其特征在于：所述步骤（6）中Bacillus methylotrophicus菌剂的加入量以添加的菌剂的质量占发酵培养基总质量百分比计，为 0.01%～1%。
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