發(fā)酵蛋白技術(shù)背景

固態(tài)法微生物發(fā)酵蛋白飼料技術(shù)背景及必展望固態(tài)法微生物發(fā)酵蛋白飼料近年因生物工程技術(shù)的進(jìn)步，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，西北地區(qū)以2008年前僅以西安漢寶生物科技公司為主，現(xiàn)已發(fā)展到寧夏、甘肅、陜西均有生產(chǎn)企業(yè)存在情況；西安漢寶集團(tuán)也是以年產(chǎn)3000噸，發(fā)展到24萬(wàn)噸的大型企業(yè)。固態(tài)法發(fā)酵蛋白的幾個(gè)相關(guān)產(chǎn)品：一、發(fā)酵豆粕豆粕中的大豆蛋白含量很高，在43.0%-55.0%之間，而且其中80.0%以上都是水溶，性蛋白。其中賴氨酸2.5%一3.0%、色氨酸0.6%—0.7%、蛋氨酸0.5%一0.7%、胱氨酸0.5%一0.8%、胡蘿卜素每千克0.2毫克一0.4毫克、硫胺素每千克3毫克6毫克、核黃素每千克3毫克6毫克、煙酸每千克15毫克30毫克、膽堿每千克2200毫克一2800毫克。1、 固態(tài)發(fā)酵豆粕的工藝流程微生物發(fā)酵豆粕采用生物發(fā)酵工程技術(shù)，通過發(fā)酵過程中微生物分泌的酶將豆粕中的部分蛋白酶解為分子量3000以上的大豆肽。2、 發(fā)酵選用菌種：乳酸菌、酵母菌、芽匏桿菌等。研究者利用乳酸鏈球菌發(fā)酵豆粕。豆粕經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后有酸甜芳香的氣味，pH值下降，能有效改善豆粕的適口性，促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)，同時(shí)可以降低抗生素、酸化劑的添加量，降低飼料成本。除此之外，霉菌也經(jīng)常被研究人員用于固態(tài)發(fā)酵豆粕的生產(chǎn)，且常常與其他菌種混合發(fā)酵。研究者采用米曲霉和啤酒酵母混合菌株固態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)發(fā)酵豆粕，利用霉菌產(chǎn)生的多種酶系，降解其中的纖維素及蛋白質(zhì)等物質(zhì)，利用酵母菌合成菌體蛋白。得到的發(fā)酵豆粕中粗蛋白含量可達(dá)49.10%，比原料中增加12.1%。而用米曲霉菌和酵母菌以麩皮和豆餅粉為主要底物，30C混合固態(tài)發(fā)酵36小時(shí)。獲得了酸性蛋白酶活力達(dá)1440U/克、酵母菌數(shù)6.29義09個(gè)/克、粗蛋白質(zhì)高達(dá)70.56%（其中小肽10.12%）、還原糖8%的新型蛋白飼料。從而獲得一項(xiàng)富含小肽的新型蛋白飼料生產(chǎn)工藝。3、 固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)豆粕過程發(fā)酵過程中分為好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵。在發(fā)酵前期采用好氧發(fā)酵，促使芽匏桿菌、酵母菌等好氧微生物繁殖生長(zhǎng)，同時(shí)芽匏桿菌、酵母菌分泌產(chǎn)生大量酶類、維生素等活性產(chǎn)物促進(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)。后期的厭氧發(fā)酵，促進(jìn)乳酸菌的增殖，并產(chǎn)生大量乳酸。微生物在無(wú)氧條件下發(fā)生強(qiáng)制自溶，細(xì)胞中的胞內(nèi)酶及其他生物活性成分分泌出來(lái)。厭氧發(fā)酵時(shí)蛋白酶發(fā)生酶解反應(yīng)，并產(chǎn)生香味物質(zhì)。綜合好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)，將兩者結(jié)合起來(lái)用于發(fā)酵豆粕基本可以達(dá)到以下指標(biāo)：發(fā)酵酶解產(chǎn)生的小肽占豆粕中粗蛋白含量的30%，占成品的10%。發(fā)酵豆粕與酶解相比風(fēng)味得到極大改善，且產(chǎn)生大量生物活性成分，但分子量多在5000—1萬(wàn)之間，屬于多肽范疇，離大豆寡肽、小肽的生理活性、易吸收性距離很大，所以成本相對(duì)也比較低。因此越來(lái)越多的學(xué)者及研究人員研究固態(tài)發(fā)酵法發(fā)酵豆粕。固態(tài)發(fā)酵豆粕的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景將豆粕通過生物發(fā)酵處理后，使豆粕中的各種抗原成分、抗?fàn)I養(yǎng)因子被有效降低去除，豆粕中的蛋白質(zhì)被分解成大量的植物小肽。這種無(wú)抗原的植物小肽吸收率高，可作為斷奶子豬、幼禽，尤其是許多高檔經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的優(yōu)良蛋白質(zhì)來(lái)源。這一產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，將大大降低飼料工業(yè)對(duì)魚粉等動(dòng)物性飼料的依賴，性，為我國(guó)節(jié)省大量用于進(jìn)口魚粉的外匯，推動(dòng)飼料工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，同時(shí)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。4、 發(fā)酵前后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化豆粕經(jīng)過微生物發(fā)酵脫毒，可將其中的多種抗原進(jìn)行降解，使各種抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量大幅度下降。發(fā)酵豆粕中胰蛋白酶抑制因子一般三200tiu/g凝血素三6g/g，寡糖三1%，脲酶活性三0.1mg/gmin而抗?fàn)I養(yǎng)因子、植酸、伴豆蛋白，致甲狀腺腫素可有效去除，使大豆蛋白中的抗?fàn)I養(yǎng)因子的抗?fàn)I養(yǎng)作用。IRENE等（1977）研究表明，豆粕經(jīng)過乳酸發(fā)酵，其VB12會(huì)大大提高，由原來(lái)的不足1ng/g升高到148ng/g馬文強(qiáng)等利用枯草芽匏桿菌（bacillussub）i釀酒酵母菌、乳酸菌對(duì)豆粕進(jìn)行發(fā)酵，并對(duì)發(fā)酵后豆粕的營(yíng)養(yǎng)特性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：發(fā)酵后豆粕中粗蛋白的含量比發(fā)酵前提高了13.48%,同時(shí)發(fā)現(xiàn)，粗脂肪的含量比發(fā)酵前提高了18.18%，磷的含量比發(fā)酵前提高了55.56%（p<0.01，氨基酸的含量比發(fā)酵前提高了11.49%。其中胰蛋白酶抑制因子和豆粕中的其他抗?fàn)I養(yǎng)因子得到了徹底消除。5、 發(fā)酵豆粕在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果發(fā)酵豆粕在豬上的應(yīng)用效果報(bào)道比較多。利用發(fā)酵豆粕替代部分魚粉可以降低仔豬腹瀉率，提高仔豬日采食量和平均日增重。劉欣等（2007）在28日齡斷奶仔豬飼糧中以發(fā)酵豆粕部分替代進(jìn)口魚粉和乳清粉，結(jié)果表明飼喂微生物發(fā)酵豆粕使仔豬料重比降低5.56%(p<0.05)血清IgG降低21.43%(p<0.05,腸系膜淋巴結(jié)系數(shù)提高2.08%(p<0.05。用曲霉發(fā)酵豆粕喂雞，通過收集糞便測(cè)定其磷含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)磷的含量大大減少。此試驗(yàn)說明通過發(fā)酵可以提高植酸磷的利用率。柯祥軍(2007)在玉米-豆粕基礎(chǔ)日糧上添加5%、10%、15%三種不同水平的發(fā)酵豆粕飼喂肉雞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組與對(duì)照組相比日增重、日采食量提高，料肉比下降，差異均極顯著。試驗(yàn)II與對(duì)照組比較粗蛋白的表觀消化率提高12.20;試驗(yàn)I、I、III組與對(duì)照組比較鈣的表觀消化率分別提高5.67%，但差異性均不顯著(p>0.05)。Feng等(2007),用米曲霉菌發(fā)酵豆粕替代豆粕飼喂肉雞。結(jié)果表明，在0?21d，處理組腸道內(nèi)的胰蛋白酶、脂肪酶、蛋白酶活性都得到了升高(p<0.05)，十二指腸絨毛高度也明顯增加，21?42d，蛋白酶活性仍顯著升高。整個(gè)生長(zhǎng)過程中處理組空腸絨毛的高度增加，隱窩的深度減小。胡夢(mèng)紅等報(bào)道，發(fā)酵豆粕富含的小肽能直接被動(dòng)物吸收，參與機(jī)體的生理活動(dòng)，很好的促進(jìn)氨基酸吸收，提高蛋白質(zhì)合成利用率，促進(jìn)魚類的生長(zhǎng)；還能改善飼料風(fēng)味和提高飼料適□，性，增強(qiáng)魚類免疫能力，提高成活率，從而促進(jìn)動(dòng)物生產(chǎn)性能的提高。二、發(fā)酵棉粕棉籽粕是一種蛋白質(zhì)含量較高的飼料，粗蛋白含量為36%?42%左右，各氨基酸組成較好，但由于棉籽餅粕中含有0.12%?0.28%游離棉酚，對(duì)畜禽有毒害作用。棉酚中毒的原因棉酚與蛋白質(zhì)分子中的游離氨基酸各賴氨酸中的￡-氨基結(jié)合，直接降低了蛋白質(zhì)和賴氨酸的利用率，使消化道中的酶活性降低而影響整個(gè)消化過程，因而限制了其在畜牧飼養(yǎng)中的應(yīng)用。1、棉粕發(fā)酵的脫毒效果棉粕經(jīng)過微生物發(fā)酵以后，其所含的棉酚、環(huán)丙烯脂肪酸、植酸及植酸鹽、a-半乳糖苷、非淀粉多糖等抗?fàn)I養(yǎng)因子就會(huì)降低或消除，飼喂效果大大增加。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后的棉籽粕的粗蛋白質(zhì)提高10.92%，必需氨基酸除精氨酸外均增加，賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸分別提高12.73%，22.39%和52.00%。施安輝等利用4種酵母混合發(fā)酵，使棉酚得到高效降解，脫毒率高達(dá)97.45%。2、發(fā)酵棉粕在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果何濤等(2008)研究表明，處理組分別添加發(fā)酵棉粕15%、20%、30%替代部分豆粕，試驗(yàn)為時(shí)6周。結(jié)果顯示，發(fā)酵棉籽處理組的肉仔雞生產(chǎn)性能、肉品質(zhì)，免疫器官指數(shù)和表觀蛋白代謝值與對(duì)照組相比未有顯著差異(P<0.05)，但飼料成本有不同程度的下降。張維德等(1999)在飼料中添加了6.5%、7.66%,10%的發(fā)酵棉粕，雞的產(chǎn)蛋率提高了0.03%、1.71%和4.03%;試驗(yàn)組和對(duì)照組血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性、總蛋白含量、白蛋白和球蛋白的相對(duì)含量、白蛋白和球蛋白之比差異不顯著。說明飼喂發(fā)酵棉粕的雞，其肝臟和其他組織的功能仍正常。張國(guó)民等(2004)利用微生物發(fā)酵棉粕代替豆粕進(jìn)行飼喂?fàn)倥Ｔ囼?yàn)，經(jīng)過17d的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)1組與實(shí)驗(yàn)2組與對(duì)照組相比，在生產(chǎn)性能上沒有顯著，性差異，但是飼料成本分別降低了36.84%和21.37%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，棉粕經(jīng)過發(fā)酵后適口性提高了，糞尿中的nh3、H2S等有害氣體大大降低，生態(tài)環(huán)境得到改善。三、發(fā)酵菜籽粕和其他的蛋白源相比，菜籽餅粕是一種比較廉價(jià)的蛋白質(zhì)飼料資源，其含有較豐富的蛋白質(zhì)與氨基酸組成，但因?yàn)椴俗哑芍泻写罅康亩舅丶翱範(fàn)I養(yǎng)因子，限制了其作為飼料的利用。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于菜籽粕脫毒的方法主要有：物理脫毒法，化學(xué)脫毒法及生物脫毒法3大類。生物學(xué)脫毒法主要有酶催化水解法，微生物發(fā)酵法。和其他脫毒方法相比，微生物發(fā)酵法具有條件溫和，工藝過程簡(jiǎn)單，干物質(zhì)損失小等優(yōu)點(diǎn)。1、 微生物發(fā)酵對(duì)菜籽粕的作用效果鐘世榮等(2001)利用曲霉菌將菜籽餅粕與醬油渣混合發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)提高16.9%，粗纖維下降。研究人員利用摸擬瘤胃技術(shù)對(duì)菜籽粕進(jìn)行發(fā)酵脫毒，試驗(yàn)表明，在菜籽粕發(fā)酵培養(yǎng)基含水60%的條件下，39C厭氧發(fā)酵4天，其嗯哩烷硫酮(OZT)和異硫氰酸酯(ITC)的總脫毒率可達(dá)82.7%和90.5%，單寧的降解率為48.3%。2、 發(fā)酵菜籽粕在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用效果劉清蘭等(2008)以玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧及用5%、10%和15%的固態(tài)發(fā)酵菜粕替代豆粕的日糧，以研究固態(tài)發(fā)酵菜粕對(duì)肉雞肝臟和甲狀腺的影響。結(jié)果表明，日糧中用15%以內(nèi)的固態(tài)發(fā)酵菜粕替代部分豆粕對(duì)肉雞的肝臟和甲狀腺指數(shù)沒有顯著影響，因此在日糧中使用15%以內(nèi)的固態(tài)發(fā)酵菜粕替代部分豆粕不會(huì)引起肉雞的表觀毒性反應(yīng)。四、 發(fā)酵血粉動(dòng)物血液是一種潛力很大蛋白質(zhì)資源。血液可直接干燥制成血粉，血粉的蛋白質(zhì)含量很高，但其最大的缺點(diǎn)是氨基酸組成不平衡，消化率低、適口性差。發(fā)酵血粉與其他原料相比，其維生素、促生長(zhǎng)因子以及游離氨基酸都增加了，各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量更全面、更平衡，是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)飼料。1、發(fā)酵血粉在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用楊遠(yuǎn)新等（2006）用發(fā)酵血粉代替豆粕對(duì)育肥豬進(jìn)行試驗(yàn)，3個(gè)試驗(yàn)組分別替代日糧中的豆粕50%、75%和100%，試驗(yàn)期60d。結(jié)果表明：與對(duì)照組相比，試驗(yàn)II組和試驗(yàn)III組的末重與日增重均有顯著提高（p<0.05），其中日增重分別提高11.33%和14.34%;同時(shí)，試驗(yàn)I組料重比顯著降低。劉定發(fā)（1998）用發(fā)酵血粉替代進(jìn)口魚粉觀察對(duì)肉雞生產(chǎn)性能的影響，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，0?4周、5~8周試驗(yàn)肉雞的日增重情況均較對(duì)照組略低，但差異不顯著。同時(shí)，作者也對(duì)三個(gè)試驗(yàn)組雞的健康狀況進(jìn)行了觀察，沒有發(fā)現(xiàn)傳染病、中毒和啄肛等現(xiàn)象，生長(zhǎng)發(fā)育均正常，說明發(fā)酵血粉替代部分魚粉制定飼料配方是切實(shí)可行的。五、 其他肉骨粉，羽毛粉等產(chǎn)量也很大，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。肉骨粉蛋白質(zhì)含量在45%?50%，礦物質(zhì)鐵、磷、鈣含量很高，但骨鈣大多以羥磷灰石形式存在，不利于吸收，微生物發(fā)酵產(chǎn)酸使羥磷灰石中磷酸鈣在酸的作用下生成可溶性乳酸鈣，有利于動(dòng)物吸收。家禽羽毛粉蛋白質(zhì)含量在85%?90%，胱氨酸含量高達(dá)4.65%。也含有維生素B和一些未知的生長(zhǎng)素；鐵、鋅、硒含量很高。羽毛粉經(jīng)過微生物發(fā)酵，羽