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多菌混合固态发酵豆粕的工艺研究

2019-02-16 10:16:28      点击:

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导读

豆粕是大豆经提取豆油后得到的副产品,营养成分齐全且均衡。发酵豆粕是通过微生物发酵,去除豆粕中的抗营养因子,提高豆粕的营养性能和使用价值,扩大豆粕的使用范围。

目前对豆粕固态发酵较多的研究了单菌发酵和两种细菌混合发酵。吴定等研究了少孢根霉RT-3制备菌丝碎片发酵剂,固态发酵豆粕生产饲料,提高了发酵豆粕蛋白质消化率;刘唤明等研究了由枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌混合发酵生产发酵豆粕的发酵工艺,提高了发酵豆粕的水解度;季伟等利用产Nisin 的乳酸链球菌WX506固态发酵豆粕,使发酵粕的生物量达到1.03g/kg ,Nisiin效价达到997 IU/g ;原海兵等采用黑曲霉和米曲霉复合菌株固态发酵法生产豆粕饲料,研究了发酵培养基和发酵条件对固态发酵的影响,得到了最佳工艺条件;王哲奇等采用枯草芽孢杆菌和米曲霉混合固态发酵豆粕,研究发酵产物中多肽的含量;尹慧君等采用不同种微生物,在适宜条件下对豆粕进行固态发酵,有效的消除或降低了豆粕中的抗营养因子。本试验参照行业标准,选择可溶性蛋白质和大豆球蛋白为指标,考核豆粕发酵后可利用蛋白质的增加量和抗营养蛋白的减少量。采用枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、植物乳杆菌混合固态发酵豆粕,以弥补单菌发酵的不足,更好的提高豆粕的营养和降低生长抑制因子;优化工艺条件,为发酵豆粕的应用提供参考。

1材料与方法

1.1  材料

豆粕:益海嘉里公司购得,化学试剂采用国产分析纯。

菌种:枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、植物乳杆菌。保存于吉林工商学院食品学院微生物实验室。菌种含量为1ⅹ 108 CFU/ml ,菌种比例为1:1:1 ,接种量15% 。

设备:SKD‐2000型凯氏定氮仪,SPH2102C 型立式恒温培养振荡器,101-2 型干燥箱,SPX‐150B‐Z 型生化培养箱,YXQ .SG46-280S 型灭菌锅,BCD‐271 海尔冰箱,SW‐CJ‐2FD 超净工作台。


1.2  方法

1.2.1  豆粕发酵工艺

采用张雁平等豆粕发酵工艺方法进行研究。


1.2.2  可溶性蛋白质的测定

按照中华人民共和国国家标准GB/T 19541-2004 获得上清液,通过茚三酮比色法测定上清液中游离氨基的含量。


1.2.3 大豆球蛋白的测定

采用文献中的酶联免疫吸附方法进行测定。


1.2.4 单因素试验

根据预试验,在pH7.2环境下,初步确定发酵时间6d 、发酵温度40℃ 、初始水分40% 、含糖量2% 、外源酶(中、酸性蛋白酶)的添加量0.3% 以及中、酸性蛋白酶的比例3:1 等6个因素,以可溶性蛋白质和大豆球蛋白为指标,进行单因素试验。


1.2.5 正交试验

根据单因素试验结果,确定对蛋白质含量影响较大的4个因素,进行正交试验,优化发酵条件。

2结果与分析

2.1  单因素试验结果

2.1.1  发酵时间对蛋白质的影响试验结果

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由图1 可知,随着发酵时间的延长,可溶性蛋白质的曲线呈现急速上升、较为平缓、再明显上升的趋势。1 ~ 3 d上升明显可能是在多种酶的作用下,大分子蛋白质的降解速度较快,而酶量减少造成了3 ~ 5 d曲线的平缓,5 d 以后,可溶性蛋白质急剧增多,说明在微生物的作用下,大分子蛋白质开始全面降解;大豆球蛋白随发酵时间的延长总体呈下降趋势,2 ~ 4 d是大豆球蛋白降解高峰期,4 d 以后,大豆球蛋白含量相对稳定,发酵时间延长,对大豆球蛋白影响不大,说明大豆蛋白已经降解完毕。综合可溶性蛋白质和大豆球蛋白含量来看,发酵时间5 ~ 7 d 较为理想。


2.1.2  发酵温度对蛋白质的影响试验结果

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由图2 可知,可溶性蛋白质曲线呈现先上升、后下降的趋势,30 ℃ ~ 55 ℃ 时变化幅度不大,蛋白质含量在110 μmol/g 左右, 40 ℃ 时最高, 为128.3 μmol/g 。大豆球蛋白的曲线是先下降、后上升的趋势,25 ~ 35℃ 时,下降明显,45~ 55 ℃ 时,上升明显,而35 ~ 45 ℃ 时,曲线相对平缓,说明温度对大豆球蛋白含量的影响较大,综合来看,35 ~ 45 ℃ 范围内,两种蛋白质含量较为理想。


2.1.3 初始水分对蛋白质的影响试验结果

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由图3 可知,随着初始水分的增加,可溶性蛋白质含量呈上升趋势,水分在30% ~ 60% 时,可溶性蛋白质含量增加明显,之后曲线平缓。说明可溶性蛋白质含量与初始水分具有相关性,而水分达到一定值以后,水分的增加对可溶性蛋白质含量影响不大,因为水分的增加促进水解酶的扩散,造成发酵底物多孔性的降低。大豆球蛋白的含量前期呈骤然下降趋势,水分达40% 以后,大豆球蛋白的含量不再变化。综合两个因素,初始水分在40% ~ 60% 较为理想。


2.1.4  含糖量对蛋白质的影响试验结果

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由图4 可知,在含糖量0.5% ~ 2% 时,可溶性蛋白质含量接近,都比未添加糖时明显升高,说明糖对可溶性蛋白质含量影响较大,但是糖的含量对可溶性蛋白质影响不明显。含糖量对大豆球蛋白的影响微乎其微,在糖含量2% 时,大豆球蛋白含量最低,为15.9 μmol/g 。综合两种蛋白质含量看,含糖量2% 时较为理想。


2.1.5  外源酶的添加量对蛋白质的影响试验结果

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由图5 可知,随着酶添加量的增加,可溶性蛋白质的含量呈上升趋势,酶添加量在0.15% ~ 0.3%时,曲线上升明显,0.3% ~ 0.6% 时,上升趋势稍缓,到0.75% 时基本变化不大。说明酶的添加量对可溶性蛋白质的影响较大,但是添加量超过0.6% 以后,对可溶性蛋白质的含量影响不大。大豆球蛋白的含量随着酶添加量的增加,呈现先下降后上升的趋势,酶添加量在0.3% 时,大豆球蛋白含量最低。综合两种蛋白质的变化情况,0.3% ~0.6% 的酶添加量,较为理想。


2.1.6 中、酸性蛋白酶对蛋白质的影响试验结果

由图6 可知,可溶性蛋白质含量随着中、酸性蛋白酶比例的增大,曲线呈上升趋势,开始曲线较为平缓,由2:1到3:1时,曲线上升明显。大豆球蛋白的含量总体变化不大,基本处于16 μmol/g 附近,说明中、酸性蛋白酶比例的变化对球蛋白的影响不大。综合两种蛋白质的含量,中、酸性蛋白酶比例确定为3:1较为理想。

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2.2 发酵条件优化结果

根据单因素的实验结果,确定含糖量为2% 、中、酸性蛋白酶比例为3:1,选定发酵时间、发酵温度、初始水分、外源酶添加量4个因素,进行4因素、3水平的正交试验,因素水平表见表1,正交试验结果见表2。

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由表2 可知,对可溶性蛋白质含量影响因素顺序为:B > A > D > C 。即主要因素是发酵温度,次主要因素是发酵时间,初始水分与外源酶的添加量为次要因素。最佳组合为A3 B2 C1 D2 。即:发酵时间为7 d 、发酵温度40 ℃ ,初始水分为40% 、外源酶添加量为0.45% 。

对大豆球蛋白含量影响因素顺序为:B > A >C = D 。即:主要因素为发酵温度、次主要因素为发酵时间,初始水分与外源酶的添加量为次要因素,且二者数值相同。最佳组合为A3 B2 C3 D2 ,即发酵时间为7d 、发酵温度40 ℃ ,初始水分为60% 、外源酶添加量为0.45% 。

因此,总的影响因素顺序为B > A > D > C ;从最佳组合上看,初始水分差别较大,考虑到水分过高,会增加较大的干燥成本,确定初始水分为40% 。因此总的最佳组合为A3 B2 C1 D2


2.3  验证试验结果

根据正交试验结果,确定含糖量为2% 、中、酸性蛋白酶比例为3 ∶ 1 、发酵时间为7 d 、发酵温度40 ℃ ,初始水分为40% 、外源酶添加量为0.45% ,进行验证实验,实验结果为可溶性蛋白的含量为165.8 μmol/g ,大豆球蛋白的含量为11.4 μmol/g ,效果理想。

3结论

研究了多菌混合固态发酵的工艺条件,以可溶性蛋白质和大豆球蛋白含量为评价指标,通过单因素试验,确定了发酵工艺的含糖量为2% ,中、酸性蛋白酶比例为3:1 。做了发酵时间、发酵温度、初始水分、外源酶添加量的四因素三水平的正交试验,得出:发酵温度为主要因素,发酵时间为次主要因素,初始水分、外源酶添加量为次要因素;最佳组合为A3 B2 C1 D2,即发酵时间为7d 、发酵温度40 ℃ ,初始水分为40% 、外源酶添加量为0.45% 。该条件下发酵豆粕的可溶性蛋白质含量为165.8μmol/g ,大豆球蛋白的含量为11.4μmol/g 。

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