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废渣固态发酵生产酵母蛋白质饲料及其产业化发展措施

   日期:2020-01-09     来源:互联网    编辑:admin    浏览:23    评论:0    
核心提示:江南大学生物工程学院/赵建国 原刊于《新饲料》杂志2006年第11期 摘要文章综述了近几年来采用废渣固态发酵技术生产酵母蛋白质饲
江南大学生物工程学院/赵建国
原刊于《新饲料》杂志2006年第11期
摘要文章综述了近几年来采用废渣固态发酵技术生产酵母蛋白质饲料的研究进展,对其应用前景和产业化发展措施进行了探讨,并提出制订固态发酵产的酵母粉的质量评估指标与质量标准,以规范该产品的生产、品管和销售市场。
传统的饲料生产是在优化饲料配方的基础上,将饲料添加剂、蛋白质饲料原料和能量饲料原料按一定比例配混而成的一定料型饲料,本质上是饲料原料的选择及其优化组合,忽略了饲料原料的处理技术。当今要解决饲料资源短缺、粮食危机、蛋白不足、养殖业排泄物环境污染问题,生物技术具有不可替代的重要作用。解决的办法必须采用生物技术:一是开发非常规饲料资源,二是提高现有常规饲料原料的营养价值及其利用率。因此,生物技术在饲料工业全面渗透和应用的范围涉及到饲料原料抗营养因子钝化或脱除技术。饲料原料防霉和脱毒技术,饲料原料发酵生产生物饲料添加剂技术,新型饲料添加剂营养价值评定,质量标准制订及其应用技术等方方面面,标志着我国饲料工业的发展正进入一个求变创新的历史转折时期。
国内市场对生物饲料添加剂的市场需求与日俱增,按全国配合饲料产量1亿吨计,年需酵母蛋白饲料500万吨以上,饲用复合酶10万吨,益生菌微生态制剂1万吨,目前,国内的生产能力与市场需求量相差甚远;另一方面,生物添加剂的生产具有投资少,生产效率高,原料来源广泛,产品营养丰富,应用范围广,成本低、收益高,不受气侯条件限制和节省耕地面积的特点。一座年产10万吨含50%蛋白的酵母厂所产出的蛋白质相当于150万亩土地产出的大豆中所含的蛋白质,节约相应的耕地面积十分可观。因此,发展潜力巨大。
发展酵母单细胞蛋白产业是提供优质蛋白和解决蛋白不足的一条重要途径。
全球蛋白短缺2亿吨/年,我国年缺口蛋白2000吨,每年还进口鱼粉160万吨左右,目前进口鱼粉价格暴涨,每吨突破1万元。蛋白资源长期短缺态势已成人们共识,联合国蛋白质咨询小组曾召开过三次国际单细胞蛋白会议专题讨论研究,开发生产酵母单细胞蛋白已被世界公认为是解决饲料蛋白紧缺的主要途径。目前,全世界酵母单细胞蛋白年产量达200万吨。
在单细胞蛋白菌体蛋白中,酵母SCp(单细胞蛋白)与丝状类菌、细菌、藻类等微生物蛋白相比,产品质量更具竞争力。酵母蛋白质含量丰富,必赢齐全,配此组成合理、且含丰富B族维生素VD2源,矿物元素、微量元素、酶、碳水化合物、生理活性物质及未明生长促进因子,是一种营养价值高且能替代鱼粉的优质蛋白,具有营养、诱食及其益生多种功能。促进畜禽新陈代谢、增强禽畜抗病能力、提高禽畜生长速度、繁殖能力、肉质和皮毛质量,特别适宜以气味觅食的鱼虾喂养酵母粉其营养。我国水产养殖每年需饲料酵母1.5万吨,其营养价值能大幅度地提高,在配合饲料中使用,每吨酵母粉可多产猪肉0.8吨,家禽2.5吨,鸡蛋3万只,牛奶4500升。
按GB596-82标准,饲料酵母应是深层液态培养的酵母经高速离心分离后干燥而成的纯真酵母粉,外观黄褐色,具有酵母特殊的香味,水分<9%,灰分<9%,粗纤维<1%,粗蛋白含量≥35-55%。分成优级,一级和二级饲料酵母。
 

;1981年在巴黎召开的第三次国际SCp会议上提出淀粉质原料是生产酵母SCp的主要原料以后,我国开始采用豆粕,麸皮等农副产品下脚料,小麦、玉米等原料以及食品发酵工业废渣为原料,经固态发酵富集酵母后干燥、粉碎而成的一种产品,本质上是降解基质原料中淀粉和纤维素等碳水化合物及同化尿素或硫酸铵等非蛋白氮后,转化为酵母蛋白的一个生物化学过程,产品中酵母数量、酵母在产物中的质量分数以及真蛋白的增幅是重要的转化指标。与饲料酵母SCp的区别一是粗纤维含量>1%,相对较高;二是产品集植物蛋白与酵母蛋白于一体,故平湍傅鞍姿橇稀2吠夤刍坪稚薪湍柑厥庀阄叮胖实慕湍傅鞍姿橇暇哂型空娼湍窼Cp相同的饲养功效。目前,国内对这类产品的生产监管、营养价值评定,质量标准制订,检测标准及检测程序尚不完善,国内市场上流通的这类产品质量参差不齐,更不乏假冒伪劣产品,极待规范,加强监管。
1固态发酵是用饲料原料生产酵母蛋白饲料的首选方法
传统的酵母SCp是以糖蜜,硫酸纸废液,木材水解液、石煤油或发酵工业废水为原料,采用深层液态培养法生产。前苏联用亚硫酸纸浆废液和木材水解液生产的酵母SCp年产量达到150万吨,英国帝国化学企业用甲醇原料年产酵母SCp7万吨,原东德司威特石油酵母厂以液态石蜡油为原料年产石油酵母4万吨,缺点是环境污染严重,设备投资大能耗大、生产成本高,高速离心机分离酵母损失大。
固态发酵特别适宜于发酵废糟,淀粉质原料等饲料的发酵已成为生产酵母蛋白饲料的首选方法。与液态培养法相比具有以下优点:设备投资少、工艺简单、生产成本低;生产过程中无废水产生,无二次污染;发酵产物中活性细胞比例高;发酵产物免疫活性高;产品质量好。
目前生产上应用的固态发酵反应器有传统的曲池式反应器、圆磐式隧道式和射鼓式反应器。
2固态发酵饲料原料的选择
2.1固态发酵饲料原料的选择标准
饲料原料的化学组成性状及其价格对固态发酵产品质量及其成本的影响较为显著,选用原则:原料来源广泛;价格便宜;淀粉和蛋白质含量较高,粗纤维含量相对较低,安全无毒性的可发酵性饲料原料。
2.2固态发酵饲料原料的选用及其依据
2.2.1废渣
我国糟渣资源十分丰富,种类多、数量大、仅酿造调味品味精、柠檬酸、淀粉、淀粉糖、白酒、黄酒、啤酒、生物农药、果品加工工业部门每年度可产生的糟渣约6000万吨,这类糟渣资源综合利用能高效地转化为营养价值高、附加值高的优质酵母白饲料并有利于国内相关产业部门资源节约型工业体系和循环经济的建立和发展。
从表1可见,各种糟渣都含有一定数量未被解利用的淀粉、糖、蛋白质、脂肪、维生素、纤维素、钙、磷等营养物质及残留的产量代谢产物是一种安全性高的可利用的宝贵再生源。目前这类糟渣直接喂养动物或经脱水干燥后出售,存在着粗纤维高,营养价值差,易腐败变质,污染环境以及干燥脱水能耗大等种种弊端。
2.2.2玉米芯类木质纤维素原料
我国玉米年产量1.5亿吨,占全球总产量的25%,年产玉米芯量10万吨。其中,纤维素占干重的32%~36%,半纤维素占干重的35%~40%,木质素占干重的23%,目前利用率仅10%~15%,对这类非常规饲料资源开发生产酵母SCp受

到世界各国的重视。编辑以同化木糖能力强的酵母为供试菌株,采用玉米芯稀酸水解液为原料30℃液态培养18~20h,酵母的发酵产率20g/l;玉米芯水解渣配混其它辅料后用酵母米曲霉混种发酵68h,得到含酶蛋白饲料。产物每克酵母数高达110亿,粗蛋白27.58%,粗蛋白增幅50%,蛋白酶488u/g,纤维素酶516u/g。
2.2.3、常规饲料原料
对豆粕、麸皮、小麦、玉米、米糠等常规饲料原料开发生产酵母蛋白饲料具有针对性强的特点,试验表明经固态发酵后能显著提高相关原料的营养价值及其原料利用率。
菜粕有毒性,低质羽毛粉蛋白含量虽然很高,但消化吸取率极低,可发酵性很差,甚至影响酵母的生长富集,不宜作为固态发酵的饲料原料。目前,国内有些缺失诚信,一味追求盈利,不顾质量的厂商为片面追求粗蛋白指标,在酵母蛋白饲料中掺入低质的羽毛粉、红霉素药渣,以及大量尿素或硫酸铵非蛋白,严重影响了酵母蛋白饲料的使用效果,也影响了酵母蛋白饲料的声誉,极待拨乱反正。
3淀粉质原料固态发酵工艺路线及关键技术
3.1淀粉质原料固态发酵工艺路线
淀粉质原料固态发酵是指酵母菌在无游离水的固态基质培养基上生长富集的发酵过程,国内外工艺路线有3种。
3.1.1采用化学方法或酶法降解淀粉底物培养非淀粉分解酵母(酿酒酵母产脱假丝酵母,热带假丝酵母等)。
3.1.2同化淀粉酵母(异常汉逊酵母、扣囊拟内孢毒、粉化酵母)平菌株纯种发酵。
3.1.3同化淀粉酵母与产生纤维素酶,半纤维素酶的丝状真菌(绿色术霉、里氏木霉,或米曲霉、里曲霉)混株发酵,可得到含酶酵母蛋白饲料。
3.2固体发酵关键技术
3.2.1生产菌种性能优良
选育的生产菌种必须具备碳源利用广谱性强,耐酸,耐高温,生长速度快,繁殖力强,蛋白质合成能力强,抗污染能力强,分散性好的优良特性,并含有乙硫氨酸抗性标记以增加酵母胞内蛋氨酸含量,使酵母蛋白饲料中必赢组成更加合理。
3.2.2高密度种子扩培技术,以获得10亿以上/ml的理想菌液。
3.2.3发酵周期缩短,避免杂菌污染。
3.2.4含水量控制在50%~60%左右,无游离水溢出,工厂经验是“手握成团,落地能散”。
3.2.5培养基碳氮比合理,料层厚度控制适当,铺料均匀。
3.2.6避免固态发酵不均匀性。固态发酵传质、传热及氧传逆率都较慢,主发酵期间会产生大量发酵热,二氧化碳,局部温度过高,水分活度下降以及溶氧不够时有发生,适时采用通风,搅拌与补水调湿相耦合的方法能有效地解决固态发酵的不均匀性。
3.2.7建立定期清洁与消毒灭菌制度,维持车间清洁生产环境。
4固态发酵废糟生产酵母蛋白饲料的研究进展
编辑采用糖化酵母,绿色木霉、米曲菌为生产菌株,高密度种子扩培技术、酵母片种或混株固态发酵工艺优化控制组合生物技术,先后对各类废糟,常规饲料原料及非常规饲料原料进行了较为深入的小试研究或中试生产放大研究,取得了可喜的研究结果,为产业化奠定了扎实的基础。
注:1.固态发酵产物酵母香味浓郁

,糟渣发酵产物每克酵母数达48-266亿;常规饲料原料发酵产物每克酵母数达25.4~120亿。
2.糟渣原料经固态发酵后提高粗蛋白达9.5%~21.11%,提高的真蛋白达9.5%~17.1%。
3.啤酒糟经酵母,米曲霉混株发酵后得到含酶酵母蛋白饲料每克产物酵母数达266亿,中性蛋白酶901u/g干曲,纤维素酶1824u/g干曲,粗蛋白36.08%。
4.豆粕采用固态发酵,发酵周期仅18h,粗蛋白44.45%,每克产物酶母数68亿。
5.黄酒糟中试放大生产产物粗蛋白47.21%,表观增幅47.90%,真蛋白41.10%,表观增幅40.10%,每克产物酵母数109亿,粗纤维14.12%,灰分4.62%,B族维生素和微量元素丰富,高于鱼粉和豆粕,必赢总量33.89%,除胱氨酸和蛋必赢外,其余必需氨酸均达到或超过FAO规定值。
发酵产物中,VB1是鱼粉的34.6倍,VB2是鱼粉的1.7~3.3倍,是豆粕的4.7倍,VB3是鱼粉、豆粕的2.2倍,VB6是鱼粉的5倍,是豆粕的3.3~4倍,VB11是鱼粉的13.75~55倍,是豆粕的3.1~8.5倍,Vpp是鱼粉的9.1~15.4倍,是豆粕的29.2~38.5倍。
用发酵产物进行养殖试验,在小麦、玉米、豆粕、麸皮和米糠配伍的饲粮中添加7%发酵产物,猪育肥期日增重为1000克。
5.酵母蛋白饲料的营养价值及其评定指标
5.1固态发酵酵母蛋白饲料与深层培养酵母SCp(饲料酵母)的比较
传统的饲料酵母生产采用深层液体发酵工艺,由于基础设备投资大,动力消耗大,成本高,环境污染严重及生产原料受到限制,我国液态培养的酵母SCp累计产量迄今不到1万吨。用废渣、常规农副产品下脚料固态发酵生产的酵母蛋白饲料累计产量达30万吨,产品问世以来,带来了一系列理论上、技术上、生产上和产品质量评定上的问题,在国内饲料界和微生物界引起广泛的关注。固态发酵产物酵母蛋白饲料与液态发酵产物酵母SCp(饲料酵母粉)饲用功效相同或接近,也是一种营养价值高,且能替代鱼粉的优质蛋白源。
5.2酵母蛋白饲料的质量评定指标
5.2.1GB596-82标准适用于饲料酵母质量评定
深层发酵法生产的原料主要是糖蜜低聚废液,木材水解液,其中主要碳源为蔗糖、五碳糖或六碳糖、粗纤维少、灰分多、生产工艺上发酵液经离心分离提取酵母后再干燥。产物主要是酵母,因此,饲料酵母产品中粗纤维<0.5%~1%,不列入质量评定指标;灰分指标严格限制要求<9%,并按粗蛋白≥45%、≥40%、≥35%将饲料酵母分成优级、一级和二级饲料酵母。
5.2.2GB596-82标准不适用于酵母蛋白饲料质量评定
固态发酵生产原料主要是废糟及农副产品下脚料,原料多样性使各种基质原料的淀粉,粗纤维及粗蛋白相对含量差异性十分显著,但相对于废水原料而言,植物蛋白、粗纤维及淀粉含量相对要高,而灰分相对要低些,因此,固态发酵产物酵母蛋白饲料相关质量指标上与饲料酵母有所区别。灰分:一般较低。如黄酒糟发酵产物灰分为4.92%;粗纤维,一般在10%以上,如黄酒糟发酵产物,粗纤维为14.12%;粗蛋白由表2可见,茅台大曲酒糟发酵转化指标表观粗蛋白增幅高达130.14%,每克产物酵母数80亿,但发酵前基质粗蛋白化为16.26%,发酵后粗蛋白为37.47%;井岗霉素废渣发酵转化指标表观粗蛋白增幅仅为42.1%,每克产物对母数为48亿,但发酵前基质粗蛋白高达32.1%,发酵后杂物粗蛋白为45.6%,显而易见,不宜以粗蛋白指标来评定酵母蛋白饲料的质量,

也并不是真正反映酵母蛋白饲料的品质状况。
5.2.3建议
以表观粗蛋白增幅、表观真蛋白增幅及产物酵母数作为固态发酵转化指标;以产物酵母数、必赢总量种类及其配比组成作为酵母蛋白饲料的质量评定指标。
6酵母蛋白饲料产业化发展措施
6.1建立酵母蛋白饲料产业化示范基地及其产品应用推广服务体系
酵母蛋白饲料是营养价值高且能替代鱼粉的优质蛋白源、必赢源和丰富B族维生素源。大规模产业化及其应用技术开发对饲料产品质量、饲料饲养效价及饲料工业整体水平的提高起着十分重要的作用。饲料原料组成与性状不同,生产菌种与工艺也有差异,应根据原料特点,分门别类,建立酵母蛋白饲料产业化示范基地及其产品应用服务体系,以加快酵母蛋白饲料产业发展。
6.2产学研相结合
以产学研合作形式,饲料添加剂生产企业加强与高等院校,研究所合作,以技术创新为主加快相关技术与装备的研究,以提高产品质量,降低生产成本,这对我国酵母蛋白饲料产业化及其推广起到很大的促进作用。安徽安加生物科技工业有限企业与江南大学合作一座年产30000吨酵母蛋白饲料车间即将投入运转。
6.3加强酵母蛋白饲料生产管理,规范酵母蛋白饲料的质量标准及其评估体系
目前,国内酵母蛋白饲料主要参照GB596-82标准按粗蛋白、水分和灰分的指标实行。在流通市场上出现了不少冠以“饲料酵母”名称的假冒伪劣产品,有的厂商在价格因素扭曲下,为片面追求粗蛋白指标,加入大量低质羽毛粉及非蛋白氨来冒充粗蛋白;有的厂商根本没有发酵车间,掺入少量啤酒酵母复配出售,这种低档次的畸形竞争很大程度上使国内酵母粉市场处于一种混乱无序的状态,不但严重影响了使用效果,而且败坏了酵母的声誉。为此,必须加强对生产企业监管,尽快建立规范的质量标准及其评估体系,以使我国酵母蛋白饲料产业健康有序发展。

 
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