生物發(fā)酵法制備大豆多肽菌種的篩選及大豆多肽在飼料配方中的應(yīng)用

1、新方法小肽與氨基酸具有相互獨立的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,小肽的吸收耗能底、不易飽和且不同的肽之間轉(zhuǎn)運(yùn)無競爭性與抑制性,同時小肽本身對肽和氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)具有促進(jìn)作用,動物對小肽的吸收比氨基酸更迅速、更有效。此外,小肽在加強(qiáng)動物機(jī)體的免疫功能、促進(jìn)組織蛋白質(zhì)的沉積與提高動物的生產(chǎn)性能上都比游離氨基酸的效率高。以這一先進(jìn)理論為指導(dǎo),江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院與江西核工業(yè)天地和藥業(yè)有限公司應(yīng)用生物發(fā)酵技術(shù)降解大豆蛋白,生產(chǎn)出功能大豆多肽飼料。制備功能大豆多肽飼料的工藝目標(biāo)是:一方面培養(yǎng)微生物產(chǎn)生非淀粉多糖(NSP酶,淀粉酶,糖化酶等消化酶,破壞植物細(xì)胞壁以提高消化率和分解利用導(dǎo)致幼齡動物腸道病原微生物生長的不良寡糖、大豆

2、凝集素、非淀粉多糖、胰蛋白酶抑制因子與大豆抗原等抗?fàn)I養(yǎng)因子,對豆粕進(jìn)行“解毒”;另一方面培養(yǎng)微生物產(chǎn)生蛋白酶,降低豆粕蛋白的大分子豐度,產(chǎn)生多肽(含寡肽。同時采用低溫脈沖干燥工藝保留產(chǎn)品中益生菌、消化酶、乳酸和多種生物活性因子。現(xiàn)就生物發(fā)酵法生產(chǎn)大豆多肽的菌種選育及其發(fā)酵工藝與大豆多肽飼料的應(yīng)用前景作一概述。1 生物發(fā)酵法高效制備大豆多肽菌種的選育1.1 菌種的篩選及其優(yōu)化組合初步挑選的菌種再經(jīng)過富集培養(yǎng)基的多次復(fù)選、多種不同分離培養(yǎng)基(如粗篩產(chǎn)纖維素酶菌株分離培養(yǎng)基與初篩產(chǎn)蛋白酶菌株分離培養(yǎng)基等、斜面培養(yǎng)基的篩選以及發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基的豆粕發(fā)酵試驗,定向篩選出復(fù)合菌生物發(fā)酵法制備大豆多肽菌種的篩

3、選及大豆多肽在飼料配方中的應(yīng)用系。該復(fù)合菌系組成為乳酸菌、枯草芽孢桿菌、糞鏈球菌、黑曲霉與酵母菌。乳酸菌為乳酸球菌與植物乳酸菌,前者篩選自酸奶,后者篩選自青貯飼料堆,用途為生產(chǎn)乳酸?？莶菅挎邨U菌篩選自豬糞堆,作為益生菌和生產(chǎn)外切蛋白酶。糞鏈球菌篩選自動物腸道,作為益生菌同時生產(chǎn)乳酸。黑曲霉篩選自橘子皮,生產(chǎn)果膠酶,纖維素酶、內(nèi)切蛋白酶。酵母篩選自豆制品廠的污泥,與黑曲霉協(xié)同作用,利用黑曲霉的分解產(chǎn)物,同時作為益生菌。所篩選出的菌種,再經(jīng)多代分離純化,然后接種發(fā)酵豆粕。1.2 生物發(fā)酵生產(chǎn)大豆多肽工藝參數(shù)的優(yōu)化工藝參數(shù)的優(yōu)化是生物發(fā)酵生產(chǎn)大豆多肽技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。發(fā)酵工藝參數(shù)主要包括發(fā)酵時間、

4、pH 值、發(fā)酵溫度、菌液接種量、底物水分含量、底物組分比例等,不同的微生物有其特定的適宜發(fā)酵條件。本研究采用一次發(fā)酵設(shè)置一個變量的試驗技術(shù),對生物發(fā)酵生產(chǎn)大豆多肽工藝參數(shù)予以優(yōu)化。經(jīng)研究,得出了對多菌種組合發(fā)酵條件下的工藝參數(shù),并就多菌種組合生物發(fā)酵生產(chǎn)大豆多肽技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)行了研究,適合產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。1.2.1 發(fā)酵時間發(fā)酵時間是多菌種組合對豆粕發(fā)酵的主要參數(shù),也是影響發(fā)酵效果的重要因素,其長短取決于發(fā)酵所產(chǎn)微生物的數(shù)量、微生物本身的特性及微生物所分泌酶的酶解效率。發(fā)酵時間短,則發(fā)酵不徹底,效果差,不能去除豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子及生成足量的多肽。發(fā)酵時間過長,則營養(yǎng)損失大,主要是由于微生物自身新陳

5、代謝,需要消耗營養(yǎng)物質(zhì),特別是碳水化合物。本研究結(jié)果表明,摘 要 該文介紹了生物發(fā)酵法高效制備大豆多肽飼料復(fù)合菌種的篩選及其發(fā)酵工藝、大豆多肽飼料在動物日糧配方中的地位與作用及其營養(yǎng)功能。關(guān)鍵詞 發(fā)酵;大豆多肽;菌種;選育江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所/張吉鹍 劉林秀 鄒志恒 儲怡士 江西核工業(yè)天地和藥業(yè)有限公司/李龍瑞 多菌種組合發(fā)酵生產(chǎn)大豆多肽的適宜時間為48h。1.2.2 pH值產(chǎn)纖維素酶菌種適宜在中性環(huán)境中生活,所分泌的纖維素酶活性最高,產(chǎn)果膠酶、蛋白酶菌種較適應(yīng)在偏酸性環(huán)境中生活,但混合菌種在pH6.08.0范圍內(nèi)生長良好,所分泌的酶系,其活力未受到酸堿環(huán)境的影響,復(fù)合菌種發(fā)酵基礎(chǔ)培

6、養(yǎng)基的適宜pH6.08.0。1.2.3 發(fā)酵溫度試驗中發(fā)現(xiàn),在3540時,微生物所分泌的纖維素酶和果膠酶活性最高,但不利于蛋白酶的分泌。在2025的溫度范圍內(nèi),微生物所分泌的蛋白酶的量多,但菌種生長緩慢,且微生物的“解毒”效果差。實驗證明,開始培養(yǎng)時溫度設(shè)定在301,24h后培養(yǎng)溫度設(shè)定為281能獲得好的“解毒”效果與高的大豆多肽生產(chǎn)效率。1.2.4 菌液接種量給底物提供適宜的接種量對生物發(fā)酵生產(chǎn)大豆多肽飼料具有重要意義。接種量低,則微生物在規(guī)定時間內(nèi)生長量不足,相關(guān)酶系的分泌不足。接種量過高,則微生物生長過度,導(dǎo)致相關(guān)酶系的分泌的抑制。本研究發(fā)現(xiàn),菌液接種量為5%(v/w,“解毒”與大豆蛋白

7、水解效果最好。1.2.5 底物水分含量試驗中發(fā)現(xiàn),含水量在10.610.9(底物水范圍時,含水量高不利于微生物纖維素酶的分泌,而有利于微生物淀粉酶、蛋白酶的分泌。但若底物含水量大于10.9時,則培養(yǎng)基板結(jié),減少底物的通透性,從而限制了氧氣的傳遞,不利于菌絲體的生長。但若底物含水量小于10.6,發(fā)酵底物營養(yǎng)物的溶解度與底物顆粒的膨脹程度均降低,從而影響發(fā)酵效果。在含水量為10.7時,大豆蛋白水解效果最好。1.2.6 底物組成豆粕中含有較高的粗蛋白,可發(fā)酵糖類物質(zhì)含量較少,影響發(fā)酵效果。因而,在底物中添加一定量的可發(fā)酵碳水化合物,如小麥麩、玉米粉等物質(zhì),有利于提高發(fā)酵效率。在試驗中,曾分別以豆腐渣

8、、玉米粉、玉米干酒糟、醋渣替代基礎(chǔ)培養(yǎng)基中的麩皮,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)酶效果都不如麩皮?？赡苁躯熎ぶ械拇掷w維對纖維素酶及果膠酶有一定的誘導(dǎo)作用,且麩皮“膨松”,提高通透性,更有利于菌絲體生長。同時發(fā)現(xiàn)小量的玉米粉能促進(jìn)菌體的生長,并能刺激淀粉酶的形成。最終確定復(fù)合發(fā)酵底物的適宜組成比例為豆粕70%、麩皮27%、玉米粉3%。1.3 影響復(fù)合菌對豆粕發(fā)酵生產(chǎn)大豆多肽的因素本研究將多菌種組合對豆粕進(jìn)行固體發(fā)酵,然后通過測定發(fā)酵底物中抗?fàn)I養(yǎng)因子、蛋白質(zhì)(CP含量、低分子(14.4kDa20.1kDa蛋白含量(隆丁法、底物蛋白酶活性和底物菌量等方法,研究營養(yǎng)鹽、重金屬離子、天然高蛋白物質(zhì)及表面活性劑等因素對生物發(fā)酵生

9、產(chǎn)大豆多肽效果的影響。1.3.1 營養(yǎng)鹽對產(chǎn)酶的影響將本試驗所用營養(yǎng)鹽配制成水溶液,每1l溶液中所含0.5gNH4H2PO4,2.0gK2HPO4,0.3gNaCl,2.0gMgSO4,2.5mgMnSO4H2O,7.5mgFeSO47H2O,0.4gCuSO45H2O。營養(yǎng)鹽中的磷酸鹽對培養(yǎng)基有重要的緩沖作用。磷元素是核酸、磷脂和一些輔酶的組成成分。鉀離子和鈉離子可改變細(xì)胞滲透壓,鉀離子還是細(xì)胞內(nèi)的主要陽離子,尤其是磷酸己糖激酶的輔助因子。Cu2+, Mn2+, Fe2+以及 Mg2+都是相關(guān)酶的輔助因子。添加營養(yǎng)鹽有利于復(fù)合菌對豆粕的發(fā)酵。1.3.2 金屬離子對產(chǎn)酶的影響在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中(不

10、含營養(yǎng)鹽,添加0.01%各種金屬鹽,發(fā)現(xiàn)Ca2+對纖維素酶、蛋白酶的分泌有促進(jìn)作用, Zn2+對果膠酶的分泌有促進(jìn)作用,Mg2+對蛋白酶的分泌有促進(jìn)作用,K+對酶活無影響。低濃度的Hg2+、Cr3+、Mn2+對蛋白酶的的分泌促進(jìn)作用,但對纖維素酶、果膠酶活性影響不大。1.3.3 天然高蛋白物質(zhì)對產(chǎn)酶的影響添加適量的天然高蛋白物質(zhì)A、B、C均能促進(jìn)底物菌量的增長及蛋白酶的分泌,其中添加適量的天然高蛋白物質(zhì)A經(jīng)濟(jì)效果最佳。此外,還發(fā)現(xiàn)一定濃度的特定表面活性劑有利于產(chǎn)纖維素酶細(xì)菌的生長及其分泌,但對產(chǎn)蛋白酶的生長及其分泌效果不顯著。2 生物發(fā)酵酶解大豆多肽飼料在配方中的地位與作用2.1 多菌種組合發(fā)

11、酵豆粕的必要性2.1.1 多菌種組合發(fā)酵豆粕的零抗原豆粕是最常用的植物性蛋白質(zhì)飼料原料,盡管其蛋白含量較高、氨基酸組成較合理、能為動物較好地消化新方法吸收,但其所含的胰蛋白酶抑制因子、大豆抗原以及其它抗?fàn)I養(yǎng)因子如大豆凝集素、非淀粉多糖(木聚糖、果膠、甘露聚糖、植酸、酚類化合物、胃腸脹氣因子、脲酶等限制了其在部分養(yǎng)殖對象或養(yǎng)殖對象的特定養(yǎng)殖階段中的應(yīng)用。多菌種組合對豆粕復(fù)合發(fā)酵,可以將絕大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子予以清除,實現(xiàn)“零”抗原。本研究生產(chǎn)的大豆多肽飼料不良寡糖(蜜三糖、水蘇四糖小于1%,抗胰蛋白酶含量小于1mg/g蛋白,凝血素小于6mg/kg,脲酶活性小于0.1mg/gmin,致甲狀腺腫素、大豆

12、抗原(-大豆伴球蛋白與大豆球蛋白等與植酸均未檢出。經(jīng)多菌種組合發(fā)酵的豆粕,其中的抗?fàn)I養(yǎng)因子大部分被分解和轉(zhuǎn)化,因此它沒有一般植物蛋白的過敏原性問題,能完全取代畜、禽日糧中的動物源性蛋白原料。在配方中的配比可以根據(jù)營養(yǎng)的需要不受限制。即使幼齡動物(如斷乳仔豬也不會因過量使用出現(xiàn)腹瀉、生長遲緩等營養(yǎng)性疾病,這對幼齡動物而言,意義重大。發(fā)酵豆粕已成為一種在配方設(shè)計時可任意選用的無抗原新型常規(guī)蛋白原料。2.1.2 動物源性蛋白原料短缺、價高且存在著安全隱患由于大豆蛋白中的存在著過敏源、抗?fàn)I養(yǎng)因子以及所含的蛋白80%以上為大分子蛋白(分子量超過100kDa,使得大豆蛋白的溶解性低、消化率和生物學(xué)效價遠(yuǎn)不

13、及牛乳、雞蛋與魚粉等動物源性蛋白質(zhì)。所以,人們習(xí)慣使用價格昂貴的動物源性蛋白配制高檔飼料。然而,我國動物蛋白原料資源非常短缺,優(yōu)質(zhì)魚粉、乳清粉等動物制品貨源大多依賴進(jìn)口。近年來,隨著市場需求的增大和相關(guān)資源的逐步枯竭,優(yōu)質(zhì)動物源性蛋白供應(yīng)十分緊張,價格不斷攀升,已嚴(yán)重影響我國養(yǎng)殖業(yè)的利潤水平。另一方面,瘋牛病的蔓延使人們認(rèn)識到在飼料中使用動物源性蛋白(如肉骨粉存在嚴(yán)重的安全性問題,且動物源性蛋白還有個科學(xué)使用問題如魚粉在雞日糧中配比使用不當(dāng)就會引起胃腸組織糜爛,嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致死亡。為了飼料工業(yè)、畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,在飼料配方中完全或者大部分取代高價的魚粉、乳清粉等動物制品是廣大配方師必須面對的

14、現(xiàn)實問題。大豆多肽飼料正是因應(yīng)這一問題而被研制出來,是配制畜、禽、水產(chǎn)、特種養(yǎng)殖等各種功能性飼料,尤其是配制幼齡動物和特殊水產(chǎn)飼料的優(yōu)質(zhì)蛋白原料。近年來隨著市場上,同類產(chǎn)品的不斷推出,生物發(fā)酵豆粕已成為營養(yǎng)師的首選原料。2.2 多菌種組合發(fā)酵大豆多肽飼料的營養(yǎng)價值2.2.1 多菌種組合發(fā)酵大豆多肽飼料的高品質(zhì)大豆多肽飼料是豆粕在特定的環(huán)境條件下,經(jīng)過多種益生菌組合發(fā)酵降解大豆蛋白所得。本研究所用的益生菌主要為乳酸菌、枯草芽孢桿菌、糞鏈球菌、黑曲霉與酵母菌。這些通過專業(yè)手段誘導(dǎo)、篩選、純化的復(fù)合益生菌在生長繁殖過程中會產(chǎn)生大量的消化酶,如非淀粉多糖(NSP酶、淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維

15、素酶、植酸酶等,這些消化酶不僅能去除豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子,破除植物細(xì)胞壁、提高蛋白的消化利用率,同時將大分子蛋白降解成小分子蛋白質(zhì)和部分寡肽,使得大豆多肽飼料具有獨特的寡肽功能特性。而且隨著大豆多肽飼料作為原料在配合飼料中的添加,這些消化酶作為動物體內(nèi)外源酶的大量補(bǔ)充,又可提高配合飼料中其它營養(yǎng)物質(zhì)的消化率與利用率。微生物在發(fā)酵過程中還會產(chǎn)生大量的有機(jī)酸如乳酸、乙酸、小分子脂肪酸等,配合飼料中使用發(fā)酵豆粕可以明顯降低飼料的系酸力,減少酸化劑的用量。發(fā)酵底物中存留有許多其它酶類、維生素、氨基酸以及一些促生長的活性因子,大大提高了大豆多肽飼料的價值,因而受到了廣泛重視。2.2.2 生物發(fā)酵大豆多肽飼

16、料的肽營養(yǎng)大豆多肽飼料中的寡肽(210個氨基酸殘基組成的寡肽具有多種生理功能,如能直接通過動物腸道黏膜吸收,還能有效促進(jìn)動物對飼糧中氨基酸的平衡吸收并顯著提高飼糧中礦物元素的吸收與利用率。此外,大豆寡肽還可促進(jìn)消化道中雙歧桿菌和乳酸菌的增殖,具有抗氧化的功能,并能顯著提高動物免疫功能。2.2.3 生物發(fā)酵大豆多肽飼料安全性高產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中沒有產(chǎn)生化學(xué)污染和病源菌污染的機(jī)會,相比動物源性蛋白,植物源性蛋白的品質(zhì)更穩(wěn)定,更安全,更可靠。3 營養(yǎng)功能動物采食添加大豆多肽的飼料后,消化道內(nèi)補(bǔ)充大量益生菌、乳酸和消化酶,能抑制腸道中有害菌的繁殖,保持腸道健康的微生態(tài)環(huán)境,改善動物小腸機(jī)能,產(chǎn)品中蛋白質(zhì)

17、消化率高達(dá)95%,飼料轉(zhuǎn)化率和氮的利用率大幅提高,營養(yǎng)性腹瀉減少,大腸中的異常發(fā)酵大大減少,動物排泄物中氨和吲哚類化合物大幅減少,直接表現(xiàn)為養(yǎng)殖欄舍內(nèi)臭味大大減輕。由于產(chǎn)品的肽營養(yǎng)特點, 它能提高飼糧中氨基酸和礦物元素的吸收利用率,減少環(huán)境污染。在反芻動物中應(yīng)用,還可促進(jìn)瘤胃微生物生長。產(chǎn)品中具有生物活性的小肽能顯著提高血液中胰島素水平,促進(jìn)淋巴細(xì)胞增生,提高動物免疫功能。最后,在水產(chǎn)飼料上添加大豆多肽的飼料后,由于其溶解性好,黏度低,抗凝膠形成性好等優(yōu)良的物理特性,能減少水產(chǎn)飼料的腐敗,保護(hù)水質(zhì)。4 結(jié)束語總之,本研究開發(fā)出了一套新的多益生菌種組合發(fā)酵生產(chǎn)大豆多肽的技術(shù),發(fā)酵水平(乳酸含量、

18、益生菌數(shù)、蛋白分解率跟市場同類產(chǎn)品相當(dāng),并經(jīng)動物飼養(yǎng)試驗證實其效應(yīng)。同時對多菌種組合、發(fā)酵條件等進(jìn)行了工業(yè)化研究,適合產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。采用該技術(shù)既可有效去除植物蛋白中的抗?fàn)I養(yǎng)因子,又可降解蛋白生產(chǎn)大豆多肽。通過產(chǎn)生小肽的技術(shù)提高植物蛋白的品質(zhì),使得用植物蛋白原料代替配合飼料中的動物蛋白原料成為可能,符合中國植物餅粕多的國情,符合綠色、環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策,又符合世界飼料工業(yè)發(fā)展的趨勢,且在產(chǎn)品的安全性、性價比方面具有很大優(yōu)勢,市場前景廣。(參考文獻(xiàn)略新華揚(yáng)集團(tuán)2008年人才招聘計劃新華揚(yáng)集團(tuán):公司地址:武漢市東湖開發(fā)區(qū)凌家山南路5號 郵 編:430074電 話:027-* 傳 真:027-* E-MAIL:hr如果您對以上職位感興趣,請將您的資料E-MAIL、郵寄或傳真至我公司,資料保密,恕不退回。合乎條件者公司統(tǒng)一安排面試。技術(shù)營銷經(jīng)理(海外 2任職要求:男性,動物營養(yǎng)相關(guān)專業(yè)碩士以上學(xué)歷,英語口語流利,思維敏捷,專業(yè)知識扎實,能適應(yīng)長期出差技術(shù)服務(wù)經(jīng)理(國內(nèi) 5任職要求:男女不限,飼料、動物營養(yǎng)相關(guān)專業(yè)碩士及以上學(xué)歷,副高級以 上職稱,熟悉飼料配方技術(shù)及飼料企業(yè)管理流程,熟悉電腦技 能,能長期出差。有2年以上相關(guān)技術(shù)服務(wù)或技術(shù)營銷經(jīng)驗或飼料企業(yè)技術(shù)工作經(jīng)驗者優(yōu)先。動物營養(yǎng)研究專員 1任職要求:男性,畜牧相關(guān)專業(yè)大專以上