组合微生物发酵提高豆粕品质的方法与优化工艺研究_李文立

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中国粮油学报
2013 年第 1 期
2 结果与讨论
2． 1 接种量对发酵豆粕中胰蛋白酶抑制剂含量的影响
接种量直 接 影 响 发 酵 效 果，适 宜 的 接 种 量 是 保
证发酵豆粕品质的基础。本试验研究结果（ 表 2） 表
明，3 种菌株发酵豆粕，对胰蛋白酶抑制剂的灭活效
果，按影响力 大 小 的 次 序 为 枯 草 芽 孢 杆 菌 ﹥ 酵 母 菌
关键词：豆粕 发酵参数 胰蛋白酶抑制剂 粗蛋白质 氨基酸 中图分类号：S816． 34；S816． 6 文献标识码：A 文章编号：1003 － 0174（2013）01 － 0088 － 05
豆粕是以大豆子实为原料采用浸提法提取脂肪 后，经适当 热 处 理 与 干 燥 制 得 的 产 品。 由 于 其 适 口 性好，蛋白质质量分数高达 43% 以上，氨基酸组成比 较合理，消化利用率高，是饲料工业中重要的蛋白质 饲料资源，广 泛 应 用 于 畜 禽 及 水 产 动 物 的 配 合 饲 料 中。然而，由于豆粕中含有胰蛋白酶抑制剂（ Trypsin Inhibitors，简称 TI） 、大豆凝集素、抗原蛋白、脲酶等 多种抗营养因子，尤其是 TI 含量高，在动物消化道中 可抑制胰蛋白酶的活性，降低饲料蛋白质消化率，引 起动物胰腺肥大，影响动物的生长发育，降低了其饲 用价值［1 － 3］。
2013 年 1 月 第 28 卷第 1 期
中国粮油学报
Journal of the Chinese Cereals and Oils Association
Vol． 28，No． 1 Jan. 2013
组合微生物发酵提高豆粕品质的方法与优化工艺研究
李文立1 孙振钧2 任慧英1
（ 青岛农业大学动物科技学院1 ，青岛 266109） （ 中国农业大学资源与环境学院2 ，北京 100193）
豆粕→预处理（ 粉碎，过 40 目筛） →加水，配制
发酵基础 培 养 基 → 灭 菌 → 接 种 → 发 酵 → 干 燥 → 粉
碎。其中，接种的枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌均
为在种子培养基中培养 24 h 后的培养液。
1． 2． 3 不同条件对发酵的影响
在基础发 酵 培 养 基 上，研 究 不 同 发 酵 条 件 对 豆
枯草芽 试验号 孢杆菌 /%
酵母菌 /%
乳酸菌 /%
TIA / mg·g － 1
1
2
3
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37． 25
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35． 80
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21． 07
6
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12． 59
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28． 34
8
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8． 51
9
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k1
32． 97
29． 24
19． 45
k2
粕发酵的影响。
1． 2． 3． 1 接种量对豆粕发酵的影响。采用枯草杆
菌、酵母菌和乳酸菌混合发酵，通过正交试验筛选 3 种 菌株的适宜接种量。根据马文强等［8］和姚晓红等［14］
研究资料确定接种量。试验因素和水平见表 1。
水平 1 2 3
表 1 菌株接种量正交试验设计
枯草杆菌 /%
酵母菌 /%
2
3
3
均设 3 个重复，结果取平均值。
1． 3． 3 氨基酸含量的测定
豆粕中氨基 酸 含 量 的 测 定 参 考《饲 料 中 氨 基 酸
的测定，GB / T 18246—2000》，采用氨基酸自动分析
仪测定。其中，含硫氨基酸的测定采用氧化酸解法， 色氨酸的测定采用碱解法［17］。所有测定样品均设 3
个重复，结果取平均值。
收稿日期： 2012 － 04 － 13 作者简介： 李文立，男，1965 年出生，博士，教授，动物营养与饲料 通讯作者： 孙振钧，男，1956 年出生，博士，教授，动物营养生态
以被微生物 产 生 的 蛋 白 酶 分 解 为 小 肽，易 于 被 动 物 消化吸收，从而提高了利用率和营养价值，改善了适 口性。目前，用 于 豆 粕 发 酵 的 微 生 物 菌 种 主 要 有 酵 母菌、芽孢杆菌、米曲霉、乳酸菌等，有的采用单菌发 酵，有的采 用 多 菌 种 混 合 发 酵。 由 于 影 响 豆 粕 发 酵 的因素很多，而 国 内 有 关 豆 粕 发 酵 的 适 宜 菌 种 选 择 及发酵工艺 参 数 的 研 究 刚 刚 起 步，尤 其 是 在 菌 种 选 择、发酵的工 艺 参 数 及 对 豆 粕 营 养 价 值 影 响 的 研 究 结果差异较 大［11 － 13］。为 了 进 一 步 了 解 微 生 物 发 酵 对豆粕品质的影响，本文采用枯草芽孢杆菌、酵母菌 和乳酸菌作 为 发 酵 菌 株，主 要 以 豆 粕 中 最 主 要 的 抗 营养因子—胰蛋白酶抑制剂为指标，研究了接种量、 料水 比、发 酵 时 间、发 酵 温 度 等 对 发 酵 豆 粕 的 影 响， 旨在确定豆粕适宜的发酵参数以及发酵对豆粕品质 的影响，为生产实践中豆粕的发酵及应用提供依据。
4
4
5
乳酸菌 /% 2 3 4
1． 2． 3． 2 料水比对豆粕发酵的影响。不考虑豆粕本 身的含水量，料水比设定为 1∶ 0． 5、1∶ 0． 6、1∶ 0． 7、1∶ 0． 8、1∶ 0． 9、1∶ 1． 0、1∶ 1． 1、1∶ 1． 2。根据筛选的适宜接 种量，测定发酵初始温度为 30 ℃ ，发酵 72 h 后豆粕 中胰蛋白酶抑制剂含量［14］，确定适宜的料水比。 1． 2． 3． 3 温度对豆粕发酵的影响。发酵初期的温
度分别设定为 20、25、30、35、40 ℃ 。根据适宜的接种
量和料水比，测定发酵 72 h 后的胰蛋白酶抑制剂含 量［14］，确定适宜的发酵温度。
1． 2． 3． 4 发酵时间对豆粕发酵的影响。发酵时间
设定为 24、48、60、72、84、96 h。根据适宜的接种量、
料水比和发酵起始温度，确定适宜的发酵时间。
舟科技有限公司； UDK142 型全自动凯氏定氮仪： 意
大利 VELP 公司； 835 － 50 型氨基酸分析仪： 日本日
立公司培养基（ 牛肉膏
3． 0 g，蛋白胨 10． 0 g，氯化钠 5． 0 g，琼脂 15． 0 g，葡萄
糖 15． 0 g，蒸馏水 1 000 mL） ； 酵母菌培养基采用马铃
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李文立等 组合微生物发酵提高豆粕品质的方法与优化工艺研究
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大和科学株式会社； DU － 800 型紫外 － 可见分光光
度计： 美国 Beckman 公司； AR2140 型电子分析天平：
美国 Ohaus 公司； DD － 5 型离心机： 长沙湘麓离心机
仪器有限公司； pHS － 3C 型数字酸度计： 成都世纪方
豆粕中抗营养因子的去除方法主要包括物理、 化学和生物学方法。物理处理主要采用高温膨化， 尽管去除效果较好，但能源消耗较大，成本较高； 化 学处理主要 采 用 适 当 的 化 学 试 剂 处 理 豆 粕，也 有 一 定效果，但 容 易 导 致 化 学 物 质 残 留，且 工 艺 比 较 复 杂，易 污 染 环 境，其 中 的 氨 基 酸、矿 物 质 和 维 生 素 等 营养成分易被破坏，导致豆粕营养价值降低； 生物学 处理方法主要采用生物育种和各种生物学技术处理 豆粕，目前在国内外研究较多［4 － 8］。
微生物发 酵 豆 粕 作 为 生 物 学 处 理 方 法 之 一，已 被证明是 一 种 有 效 的 降 低 和 去 除 抗 营 养 因 子 的 方 法［9 － 10］。在豆粕发酵过程中，微生物不仅能产生多 种具有生物 学 活 性 的 酶 类，有 效 钝 化 其 中 的 胰 蛋 白 酶抑制剂等 抗 营 养 因 子，而 且 豆 粕 中 的 蛋 白 质 还 可
试验，通过测 定 豆 粕 胰 蛋 白 酶 抑 制 剂 活 性 及 营 养 成
分含量，验证发酵对豆粕品质的影响。
1． 3 豆粕成分分析测定
1． 3． 1 胰蛋白酶抑制剂活性测定
采用改进的 PAPNA 法［15］。准确称取 3 g 豆粕
样品于三角瓶中，加入 50 mL Tris 缓冲液，振荡 3 h
后，2 700 r / min 离心 10 min，取上清液按 20 ～ 30 倍稀
1 材料与方法
1． 1 材料 1． 1． 1 菌种和豆粕
枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌，青岛农业大学 微生 物 实 验 室 保 存。 豆 粕 为 市 售，国 产，含 水 量 12． 5% ，粗蛋白质量分数 42． 85% 。 1． 1． 2 主要仪器设备
超净工作台： 苏州佳宝净化工程设备有限公司； SPH － 200D 型恒温摇床： 上海世平实验设备有限公 司； LHS － 250SC 型恒温培养箱： 北京中科浩宇科技 发展有限公司； YAMATO sp300 型高压灭菌锅： 日本
薯葡萄糖培养基（ 马铃薯 20． 0 g，葡萄糖 2． 0 g，琼脂
2． 0 g，蒸馏 水 100 mL，自 然 pH） ； 乳 酸 菌 培 养 基 为
MRS 培养基（ 蛋白胨 10． 0 g，牛肉膏 10． 0 g，酵母膏
5． 0 g，葡萄糖 20． 0 g，柠檬酸氢二铵 2． 0 g，吐温 － 80
摘 要 采用枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌组合发酵豆粕，通过研究不同接种量、料水比、发酵时间、发 酵温度等对发酵豆粕中胰蛋白酶抑制剂活性的影响，旨在确定豆粕适宜的发酵参数以及发酵对豆粕品质的影 响。结果表明，理想的发酵条件为： 接种量枯草芽孢杆菌 4% 、酵母菌 5% 、乳酸菌 2% ，料水比 1∶ 0． 9，发酵的起 始温度为 30 ℃ ，发酵时间为 72 h，培养基的初始 pH 为自然（ 自来水） 。豆粕发酵后可有效去除胰蛋白酶抑制 剂。豆粕发酵后蛋白质含量提高 12． 12% ，而氨基酸态氮含量发酵后是发酵前的 10． 87 倍。发酵豆粕的必需 氨基酸和非必需氨基酸含量均显著提高，改善了豆粕品质。