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不同蛋白酶对豆粕抗原蛋白降解程度的研究表明经过发酵乳酸含量高,有益动物肠道健康,节约成本

2021-12-29 11:03:46      点击:

摘要:为提高豆粕蛋白质利用率和动物生产性能,分析了不同来源的蛋白酶对豆粕中抗原蛋白(大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白)含量的影响,将经过蛋白酶处理的豆粕进行聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)检测分析。结果表明,同等酶活的不同蛋白酶对豆粕中的抗原蛋白降解程度有较大差别。经过发酵条件的优化,最终选择酸性蛋白酶、中性蛋白酶、乳酸菌和枯草芽孢杆菌混合发酵方式,最终使得发酵豆粕乳酸含量达到2.76%,酸溶蛋白含量14.76%,大豆球蛋白含量降低至25.3 mg/g。

豆粕作为优质的植物性蛋白质,是目前饲料工业应用最广泛的原料之一。豆粕的氨基酸组成较为合理,可满足动物营养需要,但存在抗营养因子种类多、含量高的缺陷,使得其作为动物饲料的消化利用率偏低,造成浪费的同时也引起腹泻等诸多的动物疾病。其中大豆球蛋白(Glycinin)和 β-伴大豆球蛋白(β-congly⁃cinin)这两种抗原蛋白致敏性最强,占大豆总蛋白的65%以上。因此,如何降低饲料的抗原蛋白从而提升豆粕利用价值是饲料企业和养殖者亟需解决的问题。

抗原蛋白可以通过微生物发酵及利用蛋白酶酶解进行消除。实际生产中往往两者同时进行。蛋白酶制剂主要根据其最适pH值分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶及碱性蛋白酶。尽管豆粕的pH值在6.4~6.8的近中性范围,但在微生物发酵过程中发酵豆粕的pH值逐渐降至4.5~5之间。另外在微生物发酵过程中的体系温度也与酶制剂的最适温度有差异。因此,选用适于微生物发酵条件的酸性蛋白酶及中性蛋白酶,并调节二者的剂量比例对提升发酵豆粕的抗营养因子降解效率十分重要。本研究通过调研部分市售蛋白酶产品,检测其在微生物发酵条件下对豆粕抗原蛋白的降解能力,为工业生产过程中挑选适合的发酵剂提供参考。

1、材料与方法

1.1 试验材料

46% 豆粕;

MRS 培养基及 LB 培养基;

大豆球蛋白定量测定试剂盒;

其他化学试剂,

植物乳杆菌 GJ25 及枯草芽孢杆菌BS01均为实验室保藏菌株。

通过市场调研,分别采购 12 种市售酸性及中性蛋白酶,厂家信息略。

1.2 试验方法

1.2.1 检测酸性蛋白酶降解豆粕抗原蛋白

根据市售发酵豆粕产品的实际情况,在利用酸性蛋白酶降解抗原蛋白时,体系中添加 2% 的乳酸。即分别在 200 ml 无菌水中加入称取的 0.2 g 酶制剂(50 000 U/g)及 2 g 乳酸,混匀后加入到 100 g 豆粕中,搅拌均匀后置于 37 ℃恒温 24 h,酶解完成后按王寅等报道的方法提取蛋白质,选用12%分离胶进行SDS-PAGE检测,分析大豆球蛋白及β-伴大豆球蛋白的含量变化。

1.2.2 检测中性蛋白酶降解豆粕抗原蛋白

由于豆粕的pH值为6.5左右,因此无额外条件更改。即分别在200 ml无菌水中加入称取的0.2 g酶制剂(50 000 U/g),混匀后加入到 100 g豆粕中,搅拌均匀后置于 37 ℃恒温 24 h,发酵完成后提取蛋白质,选用12%分离胶进行SDS-PAGE检测,分析大豆球蛋白及β-伴大豆球蛋白的含量变化。

1.2.3 蛋白酶解与微生物发酵同时进行的情况分析

接种 GJ25乳酸菌种子于 MRS培养基,37 ℃过夜静置培养,使其活菌数达到 1×109 CFU/ml 以上;接种BS01枯草芽孢杆菌种子于LB培养基,37 ℃过夜振荡培养,使其活菌数达到1×106CFU/ml以上。以上两类菌液各取 1 ml 加入到 200 ml 无菌水中,按试验比例(酸性蛋白酶与中性蛋白酶的比例为10 :1、5 :1、1 :1、1 :5、1 :10)称取不同质量的两类蛋白酶并接入水中,保证两种蛋白酶酶活总值为 50 000 U/g,称取混合酶制剂的质量为 0.4 g。充分混合后加入到 100 g豆粕中,搅拌均匀后置于 37 ℃恒温 48 h,发酵完成后提取蛋白质,选用12%分离胶进行SDS-PAGE检测,分析大豆球蛋白及β-伴大豆球蛋白的含量变化,从而选出最优酶制剂比例。

1.2.4 发酵时间的确定

按照所选择的酶制剂比例重复进行 1.2.3节的试验,并在0、1、3、16、24、48、72 h取样并提取蛋白质,进行电泳检测并利用胶图分析软件UVP-VisionWorks对电泳结果中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的条带进行定量分析:将未经处理的豆粕对照样品中的对应条带设定为 100%,计算其他各试验组相关条带的相对含量,从而挑选出最合适的发酵时长。

1.2.5 乳酸含量测定

取 10 g样品,加入 100 ml煮沸过的去离子水,振荡溶解10~20 min,取样离心取上清,利用生物传感分析仪(型号SBA-40E,)测定乳酸含量并换算样品中乳酸含量。

1.2.6 大豆球蛋白含量测定

利用大豆球蛋白定量测定试剂盒进行测定。

1.2.7 粗蛋白含量测定

依据国家标准《饲料中粗蛋白的测定,凯氏定氮法》(GB/T 6432—2018)进行测定。

2、试验结果

2.1 不同酸性蛋白酶对豆粕中抗原蛋白降解效果的比较

利用不同酸性蛋白酶对豆粕进行处理,通过对其产物进行蛋白质电泳检测各酸性蛋白酶对豆粕中两类抗原蛋白的降解效果,结果如图1所示,在实验设定条件下(试验方法1.2.1),各酸性蛋白酶酶制剂对豆粕的抗原蛋白降解程度具有差异,5号酸性蛋白酶在此条件下对抗原蛋白降解效率较高,其工作浓度为0.2%(m/m)。

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2.2 不同中性蛋白酶对豆粕中抗原蛋白降解效果的比较

利用不同中性蛋白酶对豆粕进行处理,通过对其产物进行蛋白质电泳检测各中性蛋白酶对豆粕中两类抗原蛋白的降解效果,结果如图2所示,在实验设定条件下(试验方法1.2.2),各中性蛋白酶酶制剂对豆粕的抗原蛋白降解程度具有差异,5号中性蛋白酶在此条件下对抗原蛋白降解效率较高,其工作浓度为0.2%(m/m)。

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2.3 不同蛋白酶配比剂量对豆粕抗原蛋白降解程度的比较

将上文挑选出的两种蛋白酶按照如图 3 所示的质量比例进行混合,在微生物存在条件下(试验方法1.2.3,GJ25 及 BS01 在达到菌液浓度要求后,每 100 g豆粕添加1 ml菌液)发酵48 h后提取蛋白质进行电泳检测,结果如图3。

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通过胶图分析软件UVP-VisionWorks对图3(a)中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的条带进行定量分析,并将未经处理的豆粕对照样品中的对应条带设定为100%,计算其他各试验组相关条带的相对含量,得到图3(b)的结果。结果显示,酸性蛋白酶与中性蛋白酶的混合作用可降解豆粕中大于60%的两类抗营养因子。其中,酸性蛋白酶与中性蛋白酶的比例在1:1至1:5内降解效果达到最优,最终确定比例为1:1时较为合理,两者工作浓度均为0.2%。

2.4 发酵时间的确定

利用 5 号酸性蛋白酶与 5 号中性蛋白酶 1:1 配比的酶制剂,在微生物存在条件下(试验方法1.2.4)对豆粕进行处理,在72 h内不同时间点采集样品并进行对应的电泳检测,结果如图4。

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图4可见,豆粕中两种抗营养因子的降解效果随时间增长而提高,在 48 h时达到最高,与 72 h发酵效果无明显差异,因此选定利用上文所述两种酶制剂1 :1配比的菌酶协同发酵时间为48 h。

2.5 发酵效果评价

依据上述结果,参考本试验所用条件(试验方法1.2.3 及 1.2.4)最终确定了发酵条件为:5 号酸性蛋白酶0.2%,5号中性蛋白酶0.2%,1%(v/m)枯草芽孢杆菌BS01(菌液浓度为1×106 CFU/ml),1%(v/m)植物乳杆菌 GJ25(菌液浓度为 1×109 CFU/ml),发酵时间 48 h。对在该条件下得到的发酵豆粕进行部分指标测定,结果如表1所示。

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表1结果表明,本文确定的发酵剂及发酵条件下,发酵豆粕的粗蛋白及其中酸溶蛋白含量较高,提示其营养价值高。大豆球蛋白含量较低,提示该产品对豆粕中抗营养因子降解效果较好。产品pH值较低,乳酸含量较高可帮助维持动物肠道环境。另外,该产品还对水苏糖和棉籽糖两类抗营养因子降解效果明显。

3、讨论

发酵豆粕是解决豆粕在动物饲喂过程中消化利用率低下的重要手段之一,生产发酵豆粕需要根据原料特点选择适合的条件及发酵剂。目前发酵豆粕生产所采用的发酵剂包含酶制剂和微生物。其中针对蛋白质降解起主要作用的是蛋白酶制剂。目前市

场上酶制剂种类繁多,但是大部分酶制剂的最适条件与实际生产条件存在差异。在对酶制剂进行选择的时候不能仅凭酶活力大小作为判断依据,而应重点关注针对目标底物的特异性效果。

本试验针对降解豆粕中主要的抗营养因子大豆球蛋白及 β-伴大豆球蛋白这一目的,从挑选在非最适条件下适于降解豆粕的酶制剂入手,通过调整菌剂及酶制剂的配比,实现了较小成本下生产具有较高品质的发酵豆粕。依据蛋白酶制剂的国家标准(GB/T23527—2009),固体蛋白酶产品的活力单位定义为:1 g固体酶粉,在一定温度和pH值条件下,1 min水解酪蛋白产生 1 μg 酪氨酸,即为一个酶活力单位,以U/g 表示。在发酵豆粕生产过程中,为保证益生菌的增殖及活性,其发酵过程中的温度变化及 pH 值变化很难保证蛋白酶处在其最适条件。因此酶制剂产品所标示的酶制剂活力并不能反映出其对不同底物如豆粕中大豆蛋白的降解程度。本研究结果表明,不同来源的酶制剂在酪蛋白水解能力一致的条件下,针对特定原料豆粕的降解效果存在差异。同时中性蛋白酶对豆粕的降解起到更主要的作用,这一结果也同前人研究结果一致,综合考虑成本因素和豆粕降解效果,本研究最终确定了上述酶制剂配比比例及发酵条件。需要说明的是,由于是随机盲选,酸性蛋白酶和中性蛋白酶的最优组编号均为 5号,但是两者并不来自同一厂家。另外,本试验所用豆粕均为自然颗粒大小,没有经过粉碎处理,也没有灭菌处理,这些条件也是考虑到目前大部分发酵豆粕生产厂家的实际情况,尽量简化发酵的条件控制,具体发酵条件在实际生产中也可根据实际情况进行微调。同时,本研究针对特定原料进行酶制剂筛选的思路和方法,也为实际生产中如何选择合适的发酵剂产品提供了新的参考方案。

4、结论

本研究通过对酶制剂及酶制剂配比进行筛选,确定了菌酶协同发酵中一套最适的发酵条件,适合发酵豆粕生产。得到的发酵豆粕产品中,粗蛋白含量50.86%,酸溶蛋白 14.76%,大豆球蛋白 25.3 mg/g,pH 值 4.5,乳酸含量 2.76%,水苏糖含量 0.017%,棉籽糖含量 0.082%。该产品抗营养因子低、乳酸含量高,是有益动物肠道健康的发酵豆粕产品,并能较大程度节约成本。

豆粕发酵方法

1.准备优质豆粕1吨、99多功能饲料发酵剂1-2包(500克,市场售价25元左右,第一次制作和低温季节使用量大)、多糖性复合菌种培养基5公斤。

2.先将多糖性复合菌种营养基融入低于45℃的温水中再加入99多功能饲料发酵剂发酵剂,2小时以上后再与上述其它物料混合均匀后将含水量调节到50%-60%(手捏一把成团且没有水滴下为宜),本方法也用于发酵菜粕、棉粕脱毒代替豆粕。

3.最后压实密封装袋发酵7-10天即可打开使用,打开使用时切记要重新密封好,防止杂菌进入造成发霉。

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密封发酵中的豆粕

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多糖性复合菌种营养基产品说明书

本产品是针对复合微生物制剂产品(益生菌、菌种)进行激活、扩培、发酵等针对性设计的专用营养包(培养基),以菌种更喜欢的“食物”高浓度糖蜜为主要原料,再科学地添加氮源等原料,形成菌种“食物的全价饲料”,让激活、培养、扩培的菌种更健壮与密度更大,让发酵饲料效果与质量更好,让直接添加的益生菌产生效果更快更好。且运用成本低廉,本品1公斤使用效果多项指标比添加3公斤红糖、葡萄糖、白糖效果更好。在制作发酵饲料时本品1公斤可以直接代替20公斤左右的玉米粉等且在许多参数上发酵效果更好更快更香醇。

本产品符合饲料卫生标准

【适用对象】畜禽、水产养殖,环保

【原料组成】多糖性糖蜜、植物性蛋白胨、酵母膏、微量元素、维生素等。

【产品成分分析保证值】本品为黏稠液体,总糖分(蔗糖分+还原糖分)≥48%。 

【产品特点】

1.本品为运用在畜禽与水产养殖上、环保上经常使用的复合微生物(菌种)生长、繁殖、代谢的混合养料,含有微生物(菌种)所必需的碳源、氮源、微量元素、生长素等。

2.本品运用高浓度甘蔗糖蜜为主要原料,辅以低聚糖(益生元)等复合菌种所需的营养而设计,因此制作出的菌种健壮与密度更大、发酵饲料等气味甜香浓郁,对饲养动物而言适口性更好。

【产品使用方法】

一、制作加强型EM菌液上的使用

将本品先溶于5倍以上的温水中(温度不超过45℃),再另外添加菌种和实际用水量(按照EM菌种的产品说明书),按照本品1公斤代替约3公斤红糖的使用量,当然也可以少量另外添加少量红糖或者适当增加本品的使用量效果更好。

二、激活多种复合菌种的使用方法

将本品溶于少量低于45℃的温水中后再放入需要激活的菌种,然后再加入适量的水。适当增加本品的使用量会增加菌种的健壮程度与密度,且保存的时间也可以更长。本品1公斤可以兑水50公斤以上适合激活各种需要激活的复合菌种,广泛运用包括粪污处理菌种激活、环保处理菌种激活、动物饮水复合益生菌激活后使用等运用上。

三、发酵饲料制作上的使用

先将本品融入低于45℃的温水中再加入发酵剂,2小时以上后再与饲料混合,能够大幅度提高发酵饲料的速度、质量、营养和适口性(包括青贮饲料),每吨发酵饲料添加本品推荐在750克以上,原则上本品使用量越大效果越好。本品1公斤可以代替20公斤左右的玉米粉制作发酵饲料且发酵效果更好更快更香醇(包括青贮饲料),运用本品后可以减少或不使用玉米粉,显著降低发酵饲料制作成本。

四、配合畜禽、水产养殖益生菌使用

先将本品融入低于45℃的温水中,再将运用在畜禽与水产养殖上的益生菌(不管是水剂还是粉剂)溶于其中2小时以上进行活化再使用(直接拌料或者饮水中添加),将可以明显提高使用效果。使用量按照每吨饲料或饮水使用本品200克以上进行,活化后要求在72小时内使用完。此项操作也适合动物因为换栏等因素导致的应激,能够让动物快速恢复食欲,减少肠道健康等问题。

五、改善草料、青料等适口性

稀释后(至少30倍)洒入一些动物饲料上(如草料、青绿饲料、适口性差的饲料等)能够明显改善采食量,提高营养和吸收等,稀释时加入对应动物的益生菌效果更好。

六、其它方面的使用

在畜禽与水产养殖上,可以将本品作为特殊的甜味剂,改善因为添加某些药物导致适口性差动物不吃的问题;直接将本品溶解稀释后洒入水产养殖水域能够促进微生物繁殖;洒入粪污处理中能够促进发酵等;洒入采用微生物处理的污水中能够加快处理速度等效果。

 

发酵豆粕的好处

1. 发酵豆粕彻底去除了大豆抗原和抗营养因子,解决幼龄动物的营养性腹泻问题;
2. 低温烘干或直接饲喂的湿润状态的发酵豆粕具有乳酸菌等益生菌功能,显著提高动物的健康水平,减少畜禽舍氨味臭味,提高饲料报酬;
3. 具有酸化剂的功能,可酸化肠道,激活幼龄动物消化酶活性,抑制有害细菌;
4. 含较高的活性小肽,可以通过肠道粘膜直接吸收,吸收耗能低,并显著提高植物蛋白的利用率;
5. 发酵后的豆粕适口性好,提高动物食欲,促进消化吸收,增进健康水平。

使用对象及用法用量

添加比例可以依据饲养对象、饲养阶段和生理状态的不同需求(泌乳,抗应激,促生长等),决定使用量:

1、全部替代乳清粉、代乳粉;

2、全部替代鱼粉,且无组胺、无肌胃糜烂素;无高酸价;无高过氧比值;

3、全部取代肠膜蛋白粉及40%的血浆蛋白粉,且无病菌污染的危险;

4、优于豆粕等所有的植物性蛋白源。

动物用量:乳猪10%-25%;中大猪5%-8%;种蛋禽10%-20%;淡水鱼5%-15%;仔猪5%-15%;哺乳母猪5%-10%;肉小禽5%-10%;鳜鳖海水鱼10%-20%;怀孕母猪5%-8%;牛羊5%-15%;虾蟹鳗10%-25%。

【视频】部分发酵饲料养鸡效果好,节约饲料鸡场不臭肉质好








综上所述,发酵豆粕作为一种优质的植物蛋白质饲料,可改善大豆的营养品质,降低抗营养因子和抗原蛋白的水平,且富含生物活性物质,具有促进生长、增强免疫力和抑制消化道疾病、减少抗生素用量等功能,这对断奶仔猪而言十分重要,并有利于豆粕的高效利用,对缓解我国优质蛋白质饲料的不足、减少对动物蛋白质饲料的依赖及降低生产成本等具有重要意义。

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