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CN116200443B - 一种植物乳杆菌及其在制备低植酸高酸溶蛋白高有机酸的芝麻粕中的应用 - Google Patents

一种植物乳杆菌及其在制备低植酸高酸溶蛋白高有机酸的芝麻粕中的应用 Download PDF

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CN116200443B CN202211702924.7A CN202211702924A CN116200443B CN 116200443 B CN116200443 B CN 116200443B CN 202211702924 A CN202211702924 A CN 202211702924A CN 116200443 B CN116200443 B CN 116200443B
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Abstract

本发明公开了一种植物乳杆菌及其在制备低植酸高酸溶蛋白高有机酸的芝麻粕中的应用，本申请的发酵芝麻粕是由碱性蛋白酶、植酸酶及植物乳杆菌菌酶协同发酵，经高温干燥粉碎制得，得到的发酵酶解芝麻粕产品，植酸降解率含量≥65％，酸溶蛋白占比≥50％，乳酸含量≥42g/kg，本方法可提高芝麻粕饲用营养价值，降低饲料配方中豆粕使用量，提高饲料消化率，在蛋鸡日粮中适量等氮替代豆粕，可显著降低料蛋比和日均耗料。

Description

一种植物乳杆菌及其在制备低植酸高酸溶蛋白高有机酸的芝 麻粕中的应用
技术领域
本发明属于生物饲料技术领域，具体涉及一种植物乳杆菌及其在制备低植酸高酸溶蛋白高有机酸的芝麻粕中的应用。
背景技术
中国作为世界上最大的饲料生产国，饲料资源严重匮乏，人畜争粮日益严重，尤其是在推广玉米-豆粕型饲料之后，导致豆粕、鱼粉等优质蛋白饲料资源严重依赖进口；人民对美好生活的向往、饲料产业转型升级需求、环保压力的不断增加等诸多因素交织，为生物饲料产业的发展创造了绝无仅有的历史机遇期；加上生物技术的突破性进展、动物营养、饲养管理、发酵工艺和设备等多学科的技术集成和融合，科学家之间的跨界融合和协同研究，为开发利用杂粕类蛋白质源饲料提供了一种新的思路和技术路线。
芝麻粕是芝麻取油后的副产物，主要成分是芝麻蛋白质，芝麻粕中含粗蛋白质45％以上，氨基酸组成类似于等蛋白质含量的豆粕，且富含多种动物机体必需氨基酸，是一种高营养的植物蛋白资源。在豆粕价格居高的当下，由于芝麻粕价格低廉，越来越受到饲料厂家的青睐。但由于其赖氨酸含量较低，在使用时要注意额外添加赖氨酸，以平衡氨基酸，提高饲料消化利用率。另外，由于芝麻粕的用量受到其外观、气味、含有一些抗营养因子(植酸和草酸)等因素的影响，限制了其在家禽中的应用。
现存技术中已有通过酶解作用或微生物发酵的工艺制备的发酵芝麻粕产品，已有的方法发酵周期短，导致酶解效果差及发酵不充分，芝麻粕的营养价值不能充分利用，同时生产工艺复杂和生产成本高，不利于推广。因此，亟待解决一种发酵酶解芝麻粕的制备方法，既能够充分利用芝麻粕的营养价值，又能够降低发酵酶解芝麻粕的植酸含量，提高酸溶蛋白含量及有机酸含量，提高饲料消化率。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种发酵酶解芝麻粕的制备方法及其应用，本发明可有效降低芝麻粕中的植酸含量，提高酸溶蛋白和有机酸含量，提高芝麻粕饲用营养价值，降低饲料配方中豆粕使用量，提高饲料消化率。
为达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕，其由碱性蛋白酶、植酸酶及植物乳杆菌(Lactobacillus Plantarum)BFC1602菌酶协同发酵，经高温干燥粉碎制得。
所述植物乳杆菌(Lactobacillus Plantarum)BFC1602已于2016年10月21日保藏与中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.13132。
具体的，本申请提供一种低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕的制备方法，步骤如下：
步骤1将芝麻粕粉碎，过筛，按0.5％～2.0％添加量(w/w)添加碱性蛋白酶，与筛后芝麻粕混合均匀；
步骤2将步骤1的混合物料与水按3:(1-3)的重量比混合均匀，调节pH，使其控制在9.5～11.5；
步骤3控制物料温度在45℃～60℃，酶解2～8h，酶解过程不断搅拌；
步骤4将步骤3酶解后的物料pH调整至5.5～7.0；
步骤5将植酸酶按0.01％～0.03％(w/w)和植物乳杆菌BFC1602按0.1％(w/w)溶解于水溶液中，加入步骤4所得物料中混合均匀，水分控制在50％～80％，温度控制在35-45℃厌氧发酵3d；
步骤6发酵后的物料高温干燥至水分含量≤12％；粉碎过筛即得到低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵酶解芝麻粕产品。
进一步的，所述步骤1的碱性蛋白酶活性单位为200000U/g，按1.0-2.0％添加量添加；所述步骤5的植酸酶活性单位为10000U/g，所述植物乳杆菌(LactobacillusPlantarum)BFC1602，保藏编号为CGMCC No.13132，活菌数≥2.0×1010CFU/g。
进一步的，所述步骤2的料水比3:2，pH值10.5-11.5。
进一步的，所述步骤3酶解时的物料温度55-60℃，酶解时间4h。
进一步的，所述步骤5的水分50％，发酵温度35℃，时间3d。
本申请还保护一种由上述的生产方法制得的低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕。
本申请还保护一种由上述低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕制得的蛋鸡饲料，具体发酵酶解芝麻粕等氮替代豆粕5％的日粮。
本申请的有益效果：
1.本发明生产工艺简单，生产设备投入少，生产成本低。本发明可有效降低芝麻粕中的植酸含量，提高酸溶蛋白和有机酸含量，提高芝麻粕饲用营养价值，降低饲料配方中豆粕使用量，提高饲料消化率；其中，本发明制备的发酵酶解芝麻粕，植酸降解率≥65％，酸溶蛋白占比≥50％，乳酸含量≥42g/kg。
2.本发明采用市售碱性蛋白酶和植酸酶即可实现抗营养因子有效降低，提高酸溶蛋白和有机酸含量。本发明提供的发酵酶解芝麻粕，可以降低豆粕使用量，提高饲料利用率，降低生产成本，较少环境污染。在蛋鸡日粮中适量等氮替代豆粕，可显著降低料蛋比和日均耗料。
3.本发明通过对比试验得出酶解芝麻粕的最佳反应工艺，其中单因素对比得出，当提高酶解温度，酸溶蛋白占粗蛋白比缓慢提升，当酶解温度为50-60℃条件下的酶解效果较优；当提高碱性蛋白酶添加量，酸溶蛋白占粗蛋白比缓慢提升，当碱性蛋白酶的添加量为1-2％条件下的酶解效果较优；当提高pH值，酸溶蛋白占粗蛋白缓慢提升，当酶解pH值为10.5-11.5时的酶解效果佳。
4.本发明通过对比试验筛选得出了两步酶解发酵芝麻粕的最佳反应条件和菌酶配比。其中采用了本申请的两步反应试验效果最优，即使用碱性蛋白酶进行第一步酶解芝麻粕，植酸酶和植物乳杆菌BFC1602联合第二步酶解发酵芝麻粕的酸溶蛋白含量、乳酸含量及植酸降解率效果最优。通过对照组可以看出，单一使用上述任何一步酶解或发酵芝麻粕时的效果均没有联合使用效果好，说明本申请的菌酶组合应用于发酵芝麻粕方法上具有协同增效的技术效果。
5.通过对照组将两种酶互换，步骤一使用植酸酶进行酶解，步骤二使用的是碱性蛋白酶与植物乳杆菌配合使用发酵，其效果显著低于先使用碱性蛋白酶酶解，后使用植酸酶和植物乳杆菌联合发酵芝麻粕，说明本申请的两步法，即先采用碱性蛋白酶酶解反应后，再进行植酸酶与植物乳杆菌配合使用发酵，其在生产低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕效果最好。
保藏说明
中文名：植物乳杆菌
拉丁名：Lactobacillus Plantarum
菌株编号：BFC1602
保藏机构：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏机构简称：CGMCC
地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号
保藏日期：2016年10月21日
保藏中心登记入册编号：CGMCC No.13132。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
本申请实施方式中的芝麻粕为市售，应符合GB/22477-2008芝麻粕要求，碱性蛋白酶和植酸酶为市售，碱性蛋白酶活性单位为200000U/g，植酸酶活性单位为10000U/g，植物乳杆菌BFC1602活菌数≥2.0×1010CFU/g。试验过程中的酸溶蛋白检测方法参考：GB/T22492-2008B.4.1；粗蛋白检测方法参考：GB/T 6432-2018
实施例1
一种低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕的制备方法，步骤如下：
步骤1将芝麻粕粉碎，95％过40目标准筛，按1％添加量(w/w)添加碱性蛋白酶，与筛后芝麻粕混合均匀；
步骤2将步骤1的混合物料与水按3:2的重量比混合均匀，调节pH，使其控制在10.5；
步骤3控制物料温度在55℃，酶解4h，酶解过程不断搅拌；
步骤4将步骤3酶解后的物料pH调整至6.0；
步骤5将植酸酶按0.03％(w/w)和植物乳杆菌BFC1602按0.1％(w/w)溶解于水溶液中，加入步骤4所得物料中混合均匀，水分控制在50％，温度控制在35℃厌氧发酵3d；
步骤6发酵后的物料高温干燥至水分含量12％；粉碎过40目筛即得到低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵酶解芝麻粕产品。
实施例2
一种低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕，其由碱性蛋白酶、植酸酶及植物乳杆菌(Lactobacillus Plantarum)BFC1602菌酶协同发酵，经高温干燥粉碎制得，具体制备方法步骤同实施例1。
实施例3
一种由低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕制得的蛋鸡饲料，具体发酵酶解芝麻粕具体制备方法步骤同实施例1，饲料是等氮替代豆粕5％的日粮。
试验一酶解温度对发酵芝麻粕中酸溶蛋白含量的影响
参考实施例1的步骤1-3，仅进行一步酶解反应。将碱性蛋白酶A、B及C按1％的添加量，以不添加碱性蛋白酶为对照，与40目筛后芝麻粕混合均匀，料水比为3:2，pH9.5，其中，仅将酶解温度分别设置45℃、50℃、55℃及60℃不同条件下，酶解4h。碱性蛋白酶A为山东隆大生物工程有限公司产品，碱性蛋白酶B为北京挑战生物技术有限公司产品，碱性蛋白酶C为邢台思倍特生物科技有限公司产品,酶活单位均为200000U/g，每组试验重复3次。
表1发酵芝麻粕中酸溶蛋白占粗蛋白比结果
由表1分析表明：在相同条件下，提高酶解温度，酸溶蛋白占粗蛋白比缓慢提升，当酶解温度为60℃条件下的酶解效果较优，此后再提高温度，酶解效果差异不显著。横向对比不同种类的碱性蛋白酶55-60℃的酶解效果差异不显著。出于节省成本考虑，我们在工业化生产过程中，可使用55℃的酶解。
试验二碱性蛋白酶的添加量对发酵芝麻粕中酸溶蛋白含量的影响
参考实施例1的步骤1-3，仅进行一步酶解反应。将碱性蛋白酶A、B及C分别按0.5％、1.0％、1.5％及2.0％的添加量，以不添加碱性蛋白酶为对照，与40目筛后芝麻粕混合均匀，料水比为3:2，pH9.5，在55℃条件下，酶解4h。碱性蛋白酶A为山东隆大生物工程有限公司产品，碱性蛋白酶B为北京挑战生物技术有限公司产品，碱性蛋白酶C为邢台思倍特生物科技有限公司产品，酶活单位均为200000U/g，每组试验重复3次。
表2发酵芝麻粕中酸溶蛋白占粗蛋白比结果
由表2分析表明：在相同条件下，提高碱性蛋白酶添加量，酸溶蛋白占粗蛋白比缓慢提升，当碱性蛋白酶的添加量为2％条件下的酶解效果较优，此后再提高碱性蛋白酶的添加量，酶解效果差异不显著。横向对比不同种类的碱性蛋白酶1-2％添加量的酶解效果差异不显著。出于节省成本考虑，我们在工业化生产过程中，可使用1％添加量进行酶解。
试验三pH值对发酵芝麻粕中酸溶蛋白含量的影响
参考实施例1的步骤1-3，仅进行一步酶解反应。将碱性蛋白酶A、B及C按1.0％的添加量，以不添加碱性蛋白酶为对照，与40目筛后芝麻粕混合均匀，料水比为3:2，pH值分别调整为9.5、10.5及11.5，在55℃条件下，酶解4h。碱性蛋白酶A为山东隆大生物工程有限公司产品，碱性蛋白酶B为北京挑战生物技术有限公司产品，碱性蛋白酶C为邢台思倍特生物科技有限公司产品，酶活单位均为200000U/g，每组试验重复3次。
表3发酵芝麻粕中酸溶蛋白占粗蛋白比结果
由表3分析表明：在相同条件下，提高pH，酸溶蛋白占粗蛋白缓慢提升，当酶解pH值为11.5时的酶解效果最佳，此后再提高pH值，酶解效果不如pH值11.5时的酸溶蛋白占粗蛋白比高。横向对比不同种类的碱性蛋白酶pH10.5-11.5的酶解效果差异不显著。出于节省成本考虑，我们在工业化生产过程中，可使用pH10.5进行酶解。试验四菌酶协同对发酵芝麻粕中酸溶蛋白、乳酸及植酸含量的影响
本试验主要研究菌酶协同对发酵芝麻粕中酸溶蛋白、乳酸及植酸含量的影响，其中通过对比第一步酶解反应中的碱性蛋白酶的类型，第二步酶解发酵反应中的植酸酶类型及植物乳杆菌的联合使用，以及单独使用上述任何一步的反应对比，得出菌酶协同对发酵芝麻粕中酸溶蛋白、乳酸及植酸含量的影响。试验方案见表4。植酸酶A、B及C均市场上畅销单酶，活性单位均为10000U/g，A为武汉新华扬生物股份有限公司，B为北京挑战生物技术有限公司，C为广东溢多利生物科技股份有限公司。
表4试验方案
表5发酵芝麻粕中酸溶蛋白、乳酸及植酸降解率检测结果
由表5试验结果表明：采用了本申请的两步反应(参加处理组1-9)得出的酸溶蛋白占粗蛋白比≥50％，乳酸含量≥42g/kg，植酸降解率≥65％；其中，处理组1-6可知，不同植酸酶的酶解效果比较时，差异不显著，但是植酸酶的添加量变化会显著影响菌酶协同对发酵芝麻粕中酸溶蛋白、乳酸及植酸含量，其中0.03％的植酸酶加入量效果更好。植物乳杆菌BFC1602的添加量变化同样会影响发酵芝麻粕中酸溶蛋白、乳酸及植酸含量，其中，随着添加量的增加，酶解效果更好，当植物乳杆菌BFC1602的添加量分别为0.1％、0.2％时，差异不显著。因此，在生产过程中，植酸酶按0.03％(w/w)的量，植物乳杆菌BFC1602按0.1％(w/w)的量联合使用即可。在相同条件下，提高第二步反应的酶解温度，发酵芝麻粕中酸溶蛋白、乳酸及植酸含量缓慢提升，当酶解温度为35℃条件下的酶解效果较优，此后再提高温度45℃，酶解效果差异不显著。在相同条件下，延长第二步反应的时间，发酵芝麻粕中酸溶蛋白、乳酸及植酸含量缓慢提升，当酶解时间为3d的酶解效果较优，此后再延长发酵时间5d，酶解效果差异不显著。通过对照组可以看出，单一使用上述任何一步酶解或发酵芝麻粕时的效果均没有联合使用效果好，说明本申请的菌酶组合应用于发酵芝麻粕方法上具有协同增效的技术效果。即使用碱性蛋白酶进行第一步酶解芝麻粕，植酸酶和植物乳杆菌BFC1602联合第二步酶解发酵芝麻粕的酸溶蛋白含量、乳酸含量及植酸降解率效果最优。通过对照组5将两种酶互换，步骤一使用植酸酶进行酶解，步骤二使用的是碱性蛋白酶与植物乳杆菌配合使用发酵，其效果显著低于先使用碱性蛋白酶酶解，后使用植酸酶和植物乳杆菌联合发酵芝麻粕，说明本申请的两步法，即先采用碱性蛋白酶酶解反应后，再进行植酸酶与植物乳杆菌配合使用发酵，其在生产低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕效果最好。通过对照组6使用活菌数为2.0×1010U/g的另一种植物乳杆菌BFC190204菌株做对照，我们发现其与植酸酶联合发酵的效果没有本申请的植物乳杆菌BFC1602菌株效果好。
试验五发酵酶解芝麻粕制得蛋鸡饲料对蛋鸡生产性能的影响
选取采食正常、体重相近、产蛋率一致、健康的产蛋期224日龄京粉1号蛋鸡1万只，随机分成两组即对照组和试验组，每组又分成5个处理组，每个处理组1000只。其中对照组饲喂基础日粮(见表6)，试验组饲喂用上述工艺制备的发酵酶解芝麻粕(发酵酶解芝麻粕制备方法同实施例1，)等氮替代豆粕5％的日粮，正试期为8周，试验在生物饲料开发国家工程研究中心蛋鸡养殖示范基地进行。饲养管理：试验鸡自由采食、饮水，饲养管理按照示范基地现行方案执行。统计试验期各组鸡产蛋数量、耗料量，平均蛋重、料蛋比及产蛋率等。测定指标：生产性能指标为产蛋率、平均蛋重、料蛋比、死淘率、耗料量等。数据处理：采用SAS统计软件ANOVA过程对结果进行统计分析和Duncan氏法进行多重比较。结果以平均值±标准差表示。以P<0.05为判断显著性的标准。
表6基础日粮
表7发酵酶解芝麻粕对蛋鸡生产性能的影响
注：同列数据肩标字母不同表示差异显著(P<0.05)，字母相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。
由表7试验结果表明：发酵酶解芝麻粕料蛋比和日均耗料影响显著(P<0.05)，其中试验组中，料蛋比降低了8.23％，日均耗料降低了7.86％；对产蛋率、平均蛋重和死淘率影响不显著(P>0.05)。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1将芝麻粕粉碎，过筛，按0.5%～2.0%（w/w）添加量添加碱性蛋白酶，与筛后芝麻粕混合均匀；
步骤2将步骤1的混合物料与水按3:（1-3）的重量比混合均匀，调节pH，使其控制在9.5～11.5；
步骤3控制物料温度在45℃～60℃，酶解2～8h，酶解过程不断搅拌；
步骤4将步骤3酶解后的物料pH调整至5.5～7.0；
步骤5将植酸酶按0.01%～0.03%（w/w）和植物乳杆菌（Lactobacillus Plantarum）BFC1602按0.1%（w/w）溶解于水溶液中，加入步骤4所得物料中混合均匀，水分控制在50%～80%，温度控制在35℃-45℃厌氧发酵3d；所述植物乳杆菌BFC1602保藏编号为CGMCC No.13132；
步骤6发酵后的物料高温干燥至水分含量≤12%；粉碎过筛即得到低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵酶解芝麻粕产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1的碱性蛋白酶活性单位为200000U/g，按1.0%-2.0%（w/w）添加量添加；所述步骤5的植酸酶活性单位为10000 U/g，所述植物乳杆菌（Lactobacillus Plantarum）BFC1602，活菌数≥2.0×1010CFU/g。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2的料水比3:2，pH值10.5-11.5。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3酶解时的物料温度55℃-60℃，酶解时间4h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5的水分50%，发酵温度35℃，时间3d。
6.一种由权利要求1所述的生产方法制得的低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕。
7.一种由权利要求6的低植酸高酸溶蛋白高有机酸的发酵芝麻粕制得的蛋鸡饲料，具体用发酵酶解芝麻粕等氮替代豆粕5%的日粮。
8.权利要求6所述的发酵芝麻粕和权利要求7所述的蛋鸡饲料在降低料蛋比、降低日均耗料方面的应用。
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