高蛋白基料水平上的固態(tài)發(fā)酵

lig1974

高蛋白基料水平上的固態(tài)發(fā)酵

早在商朝我國(guó)人民就已知道人工制曲蘗釀酒，并發(fā)展創(chuàng)造了我國(guó)獨(dú)特的固態(tài)發(fā)酵法。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)和規(guī)模工業(yè)的發(fā)展，尤其是生物反應(yīng)器技術(shù)、傳感器技術(shù)、自控技術(shù)的發(fā)展，使勞動(dòng)密集型的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)日益受到?jīng)_擊，而與此同時(shí)，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)在飼料工業(yè)中的應(yīng)用卻異軍突起，規(guī)模日漸擴(kuò)大。

從基料蛋白水平上分類(lèi)，我認(rèn)為可把固態(tài)發(fā)酵分為低蛋白基料水平上的發(fā)酵和高蛋白水平基料上的發(fā)酵。低蛋白水平基料上的發(fā)酵包括中國(guó)傳統(tǒng)酒曲、活性酵母添加劑、固態(tài)發(fā)酵復(fù)合酶制劑、益生素及其它。

國(guó)外固態(tài)發(fā)酵酵母生產(chǎn)基料配方以碳水化合物為主，基料蛋白水平在15~20%，基工藝目的是以大量增殖酵母細(xì)胞，產(chǎn)生生物活性物質(zhì)為主，以及生產(chǎn)有特殊功能的發(fā)酵物如日糧特異性活性酵母（用于反芻動(dòng)物瘤胃微生物區(qū)系的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同日糧組成）。故基料中作為微生物生命活動(dòng)的能量物質(zhì)比例大。

固態(tài)發(fā)酵復(fù)合酶制劑如山東濟(jì)寧化工研究院的HF復(fù)合酶，基工藝目的是酶活性的大量誘導(dǎo)產(chǎn)生，基料蛋白水平在25~30%，以兼顧蛋白酶的誘導(dǎo)產(chǎn)生。

高蛋白基料水平上的發(fā)酵包括中國(guó)醬曲、活性酵母飼料、棉菜籽餅的脫毒發(fā)酵、本公司的復(fù)合酵素蛋白飼料等。

國(guó)內(nèi)固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品大多為高蛋白基料水平上的發(fā)酵產(chǎn)品，這種技術(shù)由于基料中的碳水化合物相對(duì)要少

，所以推測(cè)發(fā)酵中產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)及細(xì)胞數(shù)也會(huì)減少，同時(shí)高蛋白中的氨基酸也將受到損失，從而對(duì)此技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義產(chǎn)生了不同的看法。

經(jīng)過(guò)多年的研究，我們認(rèn)為：1）高蛋白基料水平上的發(fā)酵還是能產(chǎn)生較強(qiáng)的生物活性的，尤其是高蛋白的誘導(dǎo)作用，可使蛋白酶活力高達(dá)5942U/g的水平；若接入酵母菌，其細(xì)胞數(shù)也能達(dá)到36億個(gè)/克，同時(shí)產(chǎn)生豐富的B族維生素。2）基料的物性發(fā)生了質(zhì)的變化，原料味消失殆盡，代之以濃郁的醬香味；物料變得柔軟蓬松，并可產(chǎn)生粘性；適口性更強(qiáng)了等。3）最重要的莫過(guò)于蛋白質(zhì)的變化，總蛋白和氨基酸總量增加，可溶性蛋白大增，蛋白消化率得以提高，針對(duì)我國(guó)蛋白質(zhì)資源短缺的現(xiàn)實(shí)來(lái)說(shuō)，這正是主要的工藝目的。

本文主要闡述高蛋白基料水平上的固態(tài)發(fā)酵在飼料工業(yè)中的應(yīng)用。

1、應(yīng)以可溶性蛋白為指標(biāo)確定發(fā)酵原料

發(fā)酵過(guò)程中，蛋白質(zhì)得到分解，小部分轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，大部分則酶解為可溶性蛋白、多肽、寡肽、二肽及游離氨基酸等并留在基料中，這是我們希望達(dá)到的目的。

但是不是每種原料在發(fā)酵中均能產(chǎn)生這些變化，或變化程度不一，除了與菌種子關(guān)外，產(chǎn)生這種區(qū)別的原因還不能確定，但我們可通過(guò)檢測(cè)發(fā)酵過(guò)程中的這種變化，來(lái)確定哪些原料更適合于固態(tài)發(fā)酵，對(duì)于那些不適于發(fā)酵的原料，建議取締停用。

取待測(cè)樣品200克，加水160毫升，攪拌均勻后，用蒸汽蒸30分鐘，攤冷后接入復(fù)合曲種2克，于白瓷盤(pán)中攤平，在30度溫度下進(jìn)行培養(yǎng)，每12小時(shí)取樣分析。粗蛋白含量用凱氏定氮法，水溶性粗蛋白、水溶性非蛋白則用西南農(nóng)大葉元土的茚三酮法測(cè)定，水溶性純蛋白為水溶性粗蛋白減去水溶性非蛋白而得，結(jié)果見(jiàn)表一：

由表一可見(jiàn)，豆粕和玉米蛋白粉在發(fā)酵中各指標(biāo)呈一直增長(zhǎng)趨勢(shì)，60小時(shí)時(shí)粗蛋白增加率，分別為13.61%和9.43%；水溶性粗蛋白增加率分別為118%和134%。

菜粕在發(fā)酵中則在36小時(shí)時(shí)呈現(xiàn)一最佳發(fā)酵期，此時(shí)粗蛋白增加率為17.97%，水溶性粗蛋白增加率為1949%。

酒糟則各項(xiàng)指標(biāo)基本保持不變，表明它不適合于固態(tài)發(fā)酵
。

試驗(yàn)證明，菜粕是一種較適合于固態(tài)發(fā)酵的好原料，發(fā)酵周期短，約為36~40小時(shí)，36小時(shí)時(shí)，菜粕的水溶性粗蛋白值、水溶性純蛋白值顯著高于其它物料發(fā)酵60小時(shí)時(shí)的含量，而水溶性非蛋白值僅略小于玉米蛋白粉60小時(shí)時(shí)的含量。各項(xiàng)指標(biāo)的增加率也顯著優(yōu)于其它物料。

表一：物料在不同發(fā)酵時(shí)間條件下?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化比較

發(fā)酵時(shí)間（小時(shí)）		0	12	24	36	48	60
粗蛋白	菜粕 豆粕 玉米蛋白粉 酒糟	35.61 43.12 64.91 10.98	37.25 43.28 65.51 12.01	39.90 44.74 67.01 12.51	42.01 47.03 68.82 12.50	40.12 48.02 70.22 12.49	39.76 48.99 71.03 12.53
水溶粗蛋白	菜粕 豆粕 玉米蛋白粉 酒糟	1.57 7.9 5.61 0.71	2.91 7.34 5.55 0.78	10.23 8.61 6.52 0.79	32.17 10.07 8.98 0.81	17.11 12.91 10.23 0.80	14.26 17.28 13.12 0.77
水溶純蛋白	菜粕 豆粕 玉米蛋白粉 酒糟	0.93 5.03 3.84 0.40	1.20 5.63 3.83 0.42	8.25 5.16 4.42 0.43	24.80 6.06 4.87 0.42	13.90 8.29 5.22 0.44	11.49 12.25 5.24 0.40
水溶非蛋白	菜粕 豆粕 玉米蛋白粉 酒糟	0.61 2.88 1.77 0.38	1.71 1.71 1.72 0.39	1.98 3.45 2.10 0.37	7.37 4.01 4.11 0.39	3.21 4.62 5.01 0.40	2.77 5.03 7.88 0.41

注：1）菜粕經(jīng)預(yù)先物理化學(xué)脫毒處理。2）各組均加了3%的玉米面作為發(fā)酵能源。

需要指出的是，表中數(shù)據(jù)也表明水溶性非蛋白也大幅度增加，如菜粕在36小時(shí)時(shí)比發(fā)酵前增加了6.76個(gè)百分點(diǎn)，增加率為1108%，但這并不意味著蛋白質(zhì)受到了破壞，相反地，這完全是由檢測(cè)方法所致，即將水浸提液用三氯乙酸TCA處理，使蛋白質(zhì)沉淀并離心去除，剩下的上清液用來(lái)測(cè)非蛋白氮，而實(shí)際上一些可溶性低肽和全部的游離氨基酸并不因?yàn)?/font>TCA處理而沉淀，它們?nèi)粤粼谏锨逡褐斜划?dāng)作非蛋白氮而測(cè)定了。所以實(shí)際上，水溶性非蛋白這個(gè)數(shù)據(jù)中，包含了不能被TCA沉淀的溶性低肽和游離氨基酸，它們是更富有營(yíng)養(yǎng)的活性蛋白質(zhì)。

2高蛋白基料水平上的發(fā)酵的菌種選用

引進(jìn)高酶活的菌種是明智這舉，這有別于國(guó)內(nèi)大多采用純酵母發(fā)酵生產(chǎn)活性酵母飼料。因?yàn)榻湍妇a(chǎn)生蛋白酶的活力極弱，對(duì)基料中的蛋白質(zhì)幾乎沒(méi)有分解作用，對(duì)于高蛋白基料水平上的發(fā)酵是最大的缺陷。另一方面，高蛋白基料中碳水化合物有限，酵母產(chǎn)淀粉酶能力也有限，從而產(chǎn)生生物活性和增殖細(xì)胞數(shù)均受到限制。基料中如果不補(bǔ)充糖類(lèi)或淀粉物質(zhì)，則根本不能完成良好的發(fā)酵。

本公司經(jīng)三年來(lái)的努力，篩選出八株菌的優(yōu)化組合。包括高蛋白酶曲菌、高淀粉酶曲菌、產(chǎn)植酸酶曲菌、及五株?duì)I養(yǎng)互補(bǔ)的酵母菌。發(fā)酵過(guò)程中，曲菌大量分解基料中的蛋白質(zhì)和淀粉質(zhì)，達(dá)到提高蛋白消化率的工藝目的；同時(shí)又為酵母菌提供可利用的低肽、氨基酸和葡萄糖，使酵母得以大量繁殖，酵母的作用則在于增加產(chǎn)品的生物活性、B族維生素、免疫和未知生長(zhǎng)因子，并平衡營(yíng)養(yǎng)。另外由于高蛋白基料的誘導(dǎo)作用，曲種產(chǎn)生和分泌大量的蛋白酶，產(chǎn)品實(shí)際上可作為蛋白酶制劑使用。可謂一舉多得。

另外還可引入產(chǎn)生特殊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的菌種。

3、培養(yǎng)基的組成

首先不要指望通過(guò)發(fā)酵能使基料蛋白的氨基酸成分得以平衡，發(fā)酵中菌體蛋白的合成是較少的，必需氨基酸的提高僅為5~10%，我們的注意力應(yīng)集中到最大限度地提高蛋白消化率和產(chǎn)生消化酶及其它生物活性物質(zhì)上來(lái)。

所以除了按前述考慮各原料是否適于固態(tài)發(fā)酵外，要特別注意各原料的氨基酸互補(bǔ)性，首先考慮基料配方是否平衡。以菜粕為主的基料中應(yīng)考慮賴(lài)氨酸的平衡，方法有：配以血粉平衡；或添加外源賴(lài)氨酸，同時(shí)注意加入相應(yīng)的保護(hù)性NH2—基物質(zhì)或市售復(fù)合氨基酸，使賴(lài)氨酸與之同步同化，避免損失；或引進(jìn)賴(lài)氨酸產(chǎn)生菌，生產(chǎn)出賴(lài)氨酸發(fā)酵液后，殺菌并濃縮加入到基料。

配方中含少量的無(wú)氮和少量麥芽糖化液，可縮短發(fā)酵初始的廷滯期，為曲種的發(fā)芽提供易于吸收的氮碳源，同時(shí)為發(fā)酵中期酵母的增殖奠定基礎(chǔ)，產(chǎn)品生物活性更強(qiáng)。

4、采用BPC綜合發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)

4.1 生產(chǎn)原料：預(yù)脫毒菜粕、預(yù)分解處理動(dòng)物蛋白懸液、玉米粉、麥芽粉、磷酸、維C稀土、營(yíng)養(yǎng)鹽、促溶劑、復(fù)合氨基酸，為我公司HT—4配方。

4.2 用組裝式強(qiáng)制充氣發(fā)酵器發(fā)酵，40小時(shí)后進(jìn)行強(qiáng)制自溶，進(jìn)入酶分泌和進(jìn)一步酶解過(guò)程，發(fā)酵結(jié)果見(jiàn)表二，從36到48小時(shí)，水溶性非蛋白從8,32%劇增到15.13%，經(jīng)檢測(cè)其中真蛋白為12.01%，非蛋白僅為3.125%，強(qiáng)制自溶的目的還在于使微生物細(xì)胞中的胞內(nèi)酶及其它生物活性成分大量分泌出來(lái)，并產(chǎn)生粘性及類(lèi)似魚(yú)腥的香味，口感更鮮等。有點(diǎn)類(lèi)似于醬油生產(chǎn)中的鹽漬過(guò)程。

表二：HT—4號(hào)配方發(fā)酵結(jié)果

發(fā)酵時(shí)間（小時(shí)）	0	12	24	36	48
粗蛋白 水溶性蛋白 水溶性純蛋白 水溶性非蛋白	46.48 9.751 4.821 4.93	48.91 13.97 9.56 4.41	51.85 18.91 13.73 5.18	52.97 27.28 18.96 8.32	53.43 37.21 22.07 15.13

4.3 與山東濟(jì)寧的HF復(fù)合酶相比，HF的蛋白酶活力為4300U/克，而本發(fā)酵物為5942U/克，大于HF是因?yàn)楦叩鞍椎恼T所致；HF的淀粉酶活力為8000U/克，而本發(fā)酵物的淀粉酶活力為2112U/克，遠(yuǎn)低于HF是因?yàn)楸驹囼?yàn)為低碳水化合物基料配方。

4.4 由于高酶曲種的參與發(fā)酵，促進(jìn)了酵母細(xì)胞的繁殖，試驗(yàn)在自溶前檢測(cè)細(xì)胞數(shù)，典型的酵母細(xì)胞可穩(wěn)定在36~90億個(gè)/克之間，達(dá)到了飼料酵母之產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

故本品集酶制劑與酵母飼料的特點(diǎn)于一身，同時(shí)具有粘性，高可溶性蛋白，活性稀土，應(yīng)激免疫，調(diào)香調(diào)味，等多個(gè)特性，同時(shí)為替代魚(yú)粉而設(shè)計(jì)，考慮了鈣磷和賴(lài)氨酸的平衡等。

有趣的是，本品密封保貯后，越貯越香，是畜禽喜愛(ài)的香味蛋白飼料。

5、大規(guī)模固態(tài)發(fā)酵設(shè)施設(shè)備的開(kāi)發(fā)前景廣闊

縱觀國(guó)內(nèi)活性酵母飼料生產(chǎn)現(xiàn)狀，存在著產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量之間的日益尖銳化的矛盾，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)方式卻一直沿用古老的勞動(dòng)密集型方式，主要表現(xiàn)為在發(fā)酵設(shè)施設(shè)備上，通風(fēng)發(fā)酵池、淺盤(pán)上架發(fā)酵等均已不適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度之大可想而知，稍有不慎便會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，開(kāi)發(fā)大規(guī)模而勞動(dòng)強(qiáng)度小，自動(dòng)化程度高的發(fā)酵設(shè)施設(shè)備應(yīng)具有無(wú)比的市場(chǎng)和魁力。   

吉斯羽

蛋白飼料固態(tài)發(fā)酵前景很好，最好繼續(xù)介紹一些固態(tài)發(fā)酵飼料提高消化利用率，減少氮排泄方面的資料。