復(fù)合酶與酵母菌協(xié)同發(fā)酵葡萄皮渣生產(chǎn)豬飼料
摘要:研究了以纖維素酶和木聚糖酶與酵母菌協(xié)同發(fā)酵葡萄皮渣生產(chǎn)豬飼料的方法。根據(jù)豬飼料的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)飼料中豆粕、麩皮、玉米面、葡萄皮渣等主要組分,利用正交試驗(yàn)確定了最佳配比:葡萄皮渣、豆粕、麩皮、玉米面質(zhì)量比為2:2:1:2;酶的最適條件:纖維素酶3U/g,木聚糖酶5U/g,作用溫度50℃,時(shí)間72h。產(chǎn)品的粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.42(干基),低于加酶前4.83。
葡萄酒工廠將葡萄壓榨后會(huì)產(chǎn)生大量皮渣,通常有兩種處理方法:一是作為粗飼料出售,不做加工,其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比較低;二是作肥料傾倒或掩埋,但容易滋生病菌,污染環(huán)境。葡萄皮渣中含有較多的纖維物質(zhì),能快速通過(guò)豬的胃腸,導(dǎo)致養(yǎng)分的吸收利用率降低,因此會(huì)降低飼料利用效率。纖維素酶和木聚糖酶等組成的復(fù)合酶不但能降低粗纖維的含量,還能消除抗氧化因子,有效提高飼料的適口性和飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,對(duì)仔豬的生長(zhǎng)也具有較大的促進(jìn)作用。飼料中添加酵母菌已被廣泛的應(yīng)用,酶解后所產(chǎn)生的糖可用于酵母菌的生長(zhǎng),不僅可以提高飼料蛋白的品質(zhì),還能產(chǎn)生香味物質(zhì),促進(jìn)豬的食欲增加葡萄皮渣在配合飼料中所占的比例能降低飼料的成本,增加效益;但是比例過(guò)大,也會(huì)降低營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的均衡以及飼喂的效果,所以選擇合適的配合比例至關(guān)重要。本研究將葡萄皮渣與輔助農(nóng)副產(chǎn)品豆粕、麩皮和玉米面等配合,經(jīng)由復(fù)合酶降解和酵母發(fā)酵獲得多量的細(xì)胞蛋白,依據(jù)豬飼料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制成配合飼料。
材料與方法
1 材料
葡萄皮渣,遼寧某酒業(yè)有限公司;
豆粕、麩皮,大連某食品集團(tuán)調(diào)味食品廠;
玉米面,市售;復(fù)合酶(纖維素酶和木聚糖酶等),黑龍江肇東某有限公司;
釀酒酵母,廣東某有限公司。
2 試驗(yàn)方法
2.1 葡萄皮渣飼料發(fā)酵工藝
原料→篩選→混合→加水→潤(rùn)料→滅菌→冷卻→加酶→翻拌→降溫→接種酵母→發(fā)酵→干燥→粉碎→成品。
2.2 操作要點(diǎn)
原料處理:剔除葡萄皮渣中的土塊、石頭等雜物。
原料混合:將原料葡萄皮渣、豆粕、麩皮和玉米面等按一定比例混合。
潤(rùn)料:原料與水按照質(zhì)量比2:1充分潤(rùn)透,混合均勻,要求散而不凝,沒(méi)有結(jié)團(tuán)。
滅菌條件:121℃蒸汽滅菌60min。加入復(fù)合酶:將滅菌后的原料冷卻至室溫,于無(wú)菌室中加入復(fù)合酶。
加酶量分別為:纖維素酶2.0、2.5、3.0U/g;木聚糖酶5、6、7U/g。
酶解:在50℃下恒溫72h,每日晃瓶2次,使發(fā)酵物松散、均勻。
接種活化酵母:活性干酵母按0.05%加入,使用前取適量無(wú)菌水,25℃活化2h。
酵母發(fā)酵:在30℃培養(yǎng)箱內(nèi)發(fā)酵96h。
熱風(fēng)干燥:將發(fā)酵飼料攤于淺盤(pán)中,50℃熱風(fēng)風(fēng)干12~24h。
3 檢測(cè)方法
3.1 水分的測(cè)定
根據(jù)GB/T 6435—2006采用直接干燥法。
3.2 蛋白質(zhì)的測(cè)定
采用微量凱式定氮法。
3.3 粗纖維的測(cè)定
根據(jù)GB/T 6434—2006采用過(guò)濾法。
3.4 灰分的測(cè)定
根據(jù)GB/T 6438—2007采用灼燒法。
3.5 還原糖得率
采用DNS法。測(cè)定水解液中還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù):將試樣放置在50℃的烘箱中12h,粉碎均勻后精確稱取1.0000g,加入適量去離子水,50℃水浴30min,待溶液冷卻后定容至100mI,再3000r/min離心5min,取上清液1mI進(jìn)行DNS法檢測(cè),根據(jù)葡萄糖溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線確定還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
式中:m1為酶解后的還原糖的質(zhì)量,g;m0。為初始還原糖的質(zhì)量,g;m2為50℃烘干試樣的質(zhì)量,g;W為50℃烘干試樣的含水率%。
3.6 總糖的測(cè)定
精確稱取原料試樣,經(jīng)過(guò)酸水解、堿中和后定容,離心,采用DNS法測(cè)定。
3.7 酵母菌數(shù)的測(cè)定
稱取10.00g發(fā)酵后飼料,加入50mI去離子水浸泡2min,上清液定容至250mL,采用血球計(jì)數(shù)板直接計(jì)數(shù)法測(cè)定。
結(jié)果與討論
1 原料主要成分
葡萄皮渣由于加工的方式不同,其化學(xué)組分含量也會(huì)有所差別。根據(jù)豬飼料的國(guó)家(行業(yè))標(biāo)準(zhǔn),飼料配伍中必須兼顧碳水化合物、有機(jī)氮、粗纖維物質(zhì)等主要成分的比例,以及在飼料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)用的葡萄皮渣來(lái)自冰葡萄酒的壓榨原料。測(cè)定的主要成分結(jié)果見(jiàn)表1。表中也給出了豆粕、玉米面以及麩皮等擬配合農(nóng)副產(chǎn)品的檢測(cè)結(jié)果。
由表1可見(jiàn),葡萄皮渣中總氮含量較少,糖含量偏低,需采用其他農(nóng)副產(chǎn)品補(bǔ)充其不足部分。玉米面含糖量較高,豆粕含氮量最高,麩皮的含氮量和含糖量適中,都是很好的營(yíng)養(yǎng)源。
2 飼料配比
根據(jù)表1中原料的主要營(yíng)養(yǎng)成分以及各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)搭配的原則,在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)成3種飼料配合比例,見(jiàn)表2。
配比的設(shè)計(jì)要考慮到盡可能多地利用葡萄皮渣,同時(shí)還要兼顧總氮等其他因素。由表2可知,雖然3個(gè)配比中粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小值是13.15,卻仍然達(dá)不到國(guó)家(行業(yè))標(biāo)準(zhǔn)粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤11.77(絕干)的要求,因此需要復(fù)合酶降解一部分粗纖維以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
3 葡萄皮渣配合飼料的干燥溫度
制成的葡萄皮渣豬飼料需經(jīng)過(guò)干燥,然后粉碎并取樣檢測(cè)。為了減少干燥時(shí)被檢測(cè)組分的損失,同時(shí)保證取樣均勻一致,采取風(fēng)干方式。將發(fā)酵飼料在不同溫度下熱風(fēng)干燥12h,檢測(cè)其中還原糖的變化。試驗(yàn)從30~100℃,間隔10℃為一個(gè)梯度。結(jié)果見(jiàn)圖1。
在30~50℃時(shí),美拉德反應(yīng)速度緩慢,飼料中還原糖損失比較少;超過(guò)50℃則糖的損失明顯加快。所以本試驗(yàn)確定熱風(fēng)干燥條件為50℃、12h。此時(shí)水分已較低,可以方便地進(jìn)行粉碎、取樣。50℃熱風(fēng)干燥溫度也比較容易控制,具有能耗少、時(shí)問(wèn)短、營(yíng)養(yǎng)成分保留完好的優(yōu)點(diǎn),適宜在生產(chǎn)中應(yīng)用。
4 復(fù)合酶酶解工藝
影響復(fù)合酶水解的主要因素,包括底物配比、加酶量、作用溫度和時(shí)間等。在葡萄皮渣配合飼料的3種配比中,粗纖維含量各不相同,因而酶解的底物量也不同。纖維素酶和木聚糖酶的比例直接影響復(fù)合酶的酶解效率。最佳工藝條件采取正交試驗(yàn)法確定,選擇正交表L9(34)。根據(jù)表2和圖1的結(jié)果,因素水平表如表3所示。
按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案L9(34)進(jìn)行飼料(配比)中的粗纖維降解試驗(yàn),分別檢測(cè)9組試驗(yàn)組合中的還原糖并計(jì)算得率,結(jié)果列于表4中。
將表4中極差分析結(jié)果最次要的因素B作為空列,進(jìn)行方差分析,結(jié)果見(jiàn)表5。因素A影響較顯著,因素C和D均為影響顯著。因素作用的主次作用順序是D>C>A,最優(yōu)水平組合為A2C3D3復(fù)合酶的3種配比水平影響不大,因此考慮到復(fù)合酶的成本因素,因素B選擇B1,則最優(yōu)組合為A2B1C3D3,即酶解最優(yōu)條件為:配比二——葡萄皮渣、豆粕、麩皮、玉米面質(zhì)量比為2:2:1:2,纖維素酶加入3U/g原料,木聚糖酶加入5U/g原料,酶解溫度為0℃,時(shí)間72h。
由于最優(yōu)工藝條件組合沒(méi)有含在表4的9組試驗(yàn)中,需要進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果還原糖得率為4.70%,高于表4中最好的A1B3C3D3組合的結(jié)果。
5 發(fā)酵過(guò)程中還原糖含量的變化
通過(guò)酵母菌發(fā)酵可以進(jìn)一步軟化飼料,同時(shí)產(chǎn)生酒香和酯香氣味,提高飼料的適口性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。將3種飼料配比(表2)分別經(jīng)過(guò)酶解以后,接種0.05活性干酵母,從72h開(kāi)始發(fā)酵至168h,共計(jì)4d,發(fā)酵溫度為30℃。降糖曲線見(jiàn)圖2。
6 發(fā)酵過(guò)程中酵母數(shù)量的變化
酵母菌發(fā)酵從72h開(kāi)始。3種飼料配比中酵母菌生長(zhǎng)過(guò)程曲線見(jiàn)圖3。
由圖3可見(jiàn),3組配比中的酵母數(shù)量在72~96h增長(zhǎng)很快,而后逐漸緩慢。組二和組三的酵母生長(zhǎng)比較旺盛,至168h時(shí)達(dá)到1.6×106個(gè)細(xì)胞,是發(fā)酵前的8倍左右而組l中的酵母菌生長(zhǎng)緩慢。發(fā)酵后期,由于還原糖被消耗,產(chǎn)物不斷生成,酵母生長(zhǎng)速率降低。
7 發(fā)酵前后飼料中主要成分含量的變化
葡萄皮渣、豆粕、麩皮和玉米面按一定的比例配合,經(jīng)復(fù)合酶酶解和酵母菌發(fā)酵后,粗纖維含量明顯降低,酒味和酯味比較突出。表6為發(fā)酵前后配合飼料中總氮和粗纖維含量的變化數(shù)據(jù)。將較優(yōu)的第2組配比飼料制成后,經(jīng)過(guò)50℃熱風(fēng)干燥24h后測(cè)定總氮和粗纖維含量,結(jié)果見(jiàn)表6所示。
由表6可見(jiàn),配比二在發(fā)酵前后總氮含量變化不大,一部分飼料的蛋白質(zhì)在酵母發(fā)酵過(guò)程中轉(zhuǎn)變成菌體蛋白,提高了飼料蛋白的品質(zhì)。發(fā)酵后粗纖維降低了4.83,低于飼料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);消化能值根據(jù)化學(xué)成分和總能計(jì)算為13.53MJ/kg,略高于飼料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)論
葡萄皮渣配合飼料最適配合比例:葡萄皮渣、豆粕、麩皮、玉米面質(zhì)量比為 2:2:1:2。復(fù)合酶的最佳配比為:纖維素酶3U/g,木聚糖酶5U/g,作用溫度為50℃,時(shí)間為72h。發(fā)酵后的飼料成品中總氮18.81,粗纖維11.42,消化能值13.53MJ/kg,均達(dá)到了國(guó)標(biāo)(行業(yè))妊娠豬飼料要求。
研究發(fā)現(xiàn),葡萄皮渣含有少量的糖分,氮含量偏低。脫水可以提高氮的含量,但同時(shí)也會(huì)增加粗纖維的含量。將豆粕、麩皮、玉米面與葡萄皮渣配合可以彌補(bǔ)葡萄皮渣的不足,但是粗纖維含量稍高于飼料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。以纖維素酶和木聚糖酶為主的復(fù)合酶可以降解飼料粗纖維。試驗(yàn)中,復(fù)合酶將葡萄皮渣占27.2的配比二中的粗纖維降低了4.83,使之符合飼料標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),最優(yōu)的酶解條件A2B1C3D3將還原糖得率提高至4.70,為酵母菌生長(zhǎng)和發(fā)酵提供了良好條件。
發(fā)酵飼料經(jīng)過(guò)50℃熱風(fēng)干燥后,主要營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)基本無(wú)損失,產(chǎn)品中有少量還原性糖,其中的酵母菌也是優(yōu)良的蛋白質(zhì)資源,蛋白質(zhì)含量大為提高。干燥的葡萄皮渣飼料成品有酒香、酯香和原料香味,提高了飼料的適口性。
葡萄皮渣配合飼料較普通配合飼料節(jié)約了成本,增加了經(jīng)濟(jì)效益。飼料中還可加入乳酸菌,有助于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收,提升飼料的品質(zhì)。飼料中賴氨酸的含量和磷、鈣的含量也是影響飼料品質(zhì)的因素,有待于進(jìn)一步研究。
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