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固态发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制

放大字体  缩小字体 发布日期:2010-04-22   浏览次数:309
1 多肽饲料的概述 1.1 多肽饲料 我国蛋白质资源不足,每年都要大量进口植物蛋白类如大豆及其粕类和动物蛋白如鱼粉等[1].据预计,在2010年、2020年、2030年我国将用于生产饲料的粮食约占总量的38%、43%、50%,蛋白饲料缺口仍然将有3000万吨以上[2].因而极需开发新的蛋白

    1  多肽饲料的概述

    1.1 多肽饲料

    我国蛋白质资源不足,每年都要大量进口植物蛋白类如大豆及其粕类和动物蛋白如鱼粉等[1].据预计,在2010年、2020年、2030年我国将用于生产饲料的粮食约占总量的38%、43%、50%,蛋白饲料缺口仍然将有3000万吨以上[2].因而极需开发新的蛋白质源,生产出更多的蛋白饲料。

    蛋白质被动物摄取后,经肠道多种蛋白水解酶的作用,不是仅以氨基酸的形式吸收的,更多的是以小肽的形式被直接吸收。而且,二肽和三肽的吸收速度比同组成的氨基酸要快。其中,某些小肽不仅具有营养功能,而且具有多种生理功能,这是肽理论研究和实践应用中的重大突破[3].此研制的发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料将是新一代蛋白饲料,其蛋白质经过水解后是以具有生理功能的、超吸收的多肽形式存在。

    1.2 利用生物技术增加蛋白质和多肽的新资源

    为了将大量的棕榈仁粕(palm kernel cake,简称PKC,下同)利用成为可广泛应用的多肽饲料,是将其粗大纤维变成动物可食用的纤维,增加其适口性。其次,通过发酵增加产品中单细胞蛋白质,开辟了蛋白质来源新途径,不与人类争资源。第三,利用微生物发酵生长中产生的蛋白质水解酶将蛋白质水解为多肽,最终研制出具有生物活性的多肽饲料产品。利用组合发酵棕榈仁粕后干料的蛋白质含量为35%~40%.多肽分子量为1000~2000道尔顿的组分。也可以利用植物的根、茎、叶等纤维基质和使用受限制的植物粕经组合菌发酵生产出高含量蛋白质和多肽的饲料。因而,生物技术在生产高蛋白质饲料中将大有可为,越来越显示它的强大生命力。

    2  棕榈仁粕多肽饲料

    2.1 科学利用棕榈仁粕,走绿色、环保、可持续发展的经济模式

    棕榈仁粕中含有粗蛋白15%~20%,蛋氨酸0.312%、赖氨酸0.528%、苏氨酸0.526%、色氨酸0.12%、精氨酸2.064%、组氨酸0.264%、胱氨酸0.228%、缬氨酸0.84%、苯丙氨酸0.624%;粗脂肪11.13%、粗纤维18.90%、水分9.80%、粗灰分4.68%、钙0.15%、磷0.41%、总能17.15MJ/kg、无氮浸出物64.8%等一般动物生长所必须的所有营养物质。但棕榈仁粕只以少量饲喂反刍动物,且适口性差。通过微生物发酵的方法首先降低其粗纤维含量增加适口性;其次将其蛋白含量提高到30%以上;第三,将植物蛋白转化为菌体蛋白,改善其氨基酸组成,更加符合动物蛋白质生理模式,从而增加蛋白质的消化吸收和利用率,有利于动物的生长需要。

    随着全球棕榈油产能的增大,其副产物棕榈仁粕的产量不断的增加,马来西亚2006年的棕榈仁粕产量就已达220万吨,其周边国家如印尼、泰国等近几年大力扩大油棕榈种植面积,棕榈仁粕产量几乎与马来西亚相当[4].长期以来,如何科学有效处理棕榈仁粕一直困扰着棕榈油生产国和企业,如今,棕榈仁粕的产量达到历史最高水平,更加剧了棕榈仁粕对生态环境的污染。《发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制》项目就致力于棕榈仁粕的综合利用,为棕榈仁粕寻找到了一条有效的、绿色环保、可持续发展的利用途径。既能减轻或消除由现有处理棕榈仁粕方法所造成的环境污染,又能带来巨大的社会经济效益。

    2.2 产品特色

    发酵法生产棕榈粕多肽饲料是以预处理后的PKC为唯一碳源,通过高产纤维素酶的丝状真菌、蛋白质含量为50%以上的酿酒酵母[5]和高产蛋白酶的枯草芽孢杆菌的组合发酵,使产品中的粗纤维含量降低、纤维长度变短、蛋白质含量增加,不但增加了营养,而且提高适口性。尤其是产品中的蛋白质由发酵中的微生物产生的蛋白酶水解为有活性的多肽。众所周知,活性多肽是一类易被动物机体吸收和发挥功能的物质,因而是一种高定位的全发酵的多肽饲料。

    《发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制》项目是一项填补世界棕榈仁粕利用技术的空白,具有自主知识产权和重大的创新性;以价格低廉的PKC为原料,经过微生物发酵转变成高附加值、高营养的多肽饲料,成本低、回报高、适用广、具有广阔的市场前景。特别是蛋白质被水解成活性多肽后,动物极易吸收、生物利用率高、生物效价高,具有调节免疫、防病抗病等作用。

    2.3 产品研制

    2.3.1 高产纤维素酶菌株的分离、筛选

    2.3.1.1 分离

    从国内外采集的土样、腐烂的树枝叶、堆积的棕榈仁粕等70个样品中,经过5种不同的培养基分离及鉴别染色处理,获得142株丝状真菌。

    2.3.1.2 初筛

    经CMC-Na-刚果红法、PKC-刚果红法和滤纸条利用法从142株菌种选出19株有效菌,菌株编号为:3-CMC-②、213-B、623-2、911、1011-1、1042-2、1633、2111、2122-2、2221-P、2616、4341、4632、6612、6922、7022、13001和13005.再经过不同配比的培养基筛选出产纤维素酶活性较高的213-B、623-2、912-2、1042-2、1633、2221-P、6612、6922和13005共9株菌进入下一轮筛选。

    2.3.1.3复筛  将9株菌经以PKC为原料的液体摇瓶培养,检测其CMC酶活和FPA酶活,从中选出1042-2、2221-P和13005三株高产纤维素酶菌株。其酶活结果如表1.

    表1  1042-2、2221-P和13005液体产酶试验结果

    菌 株       滤纸酶活         CMC酶活

    (μg/ml.min-1)       (μg/ml.min-1)

    1042-2    140.3     2660.0

    2221-P      58.7     1747.0

    13005     57.7     1063.3

    2.3.2 高产纤维素酶菌株的生物学特性

    形态学特征:①13005为我公司所保藏的里氏木霉,菌丝白色、匍匐生长;产绿色孢子,随着培养时间的延长,孢子颜色由浅绿色变为墨绿色。②10042-2菌丝白色,气生菌丝直立生长、菌丝短而细;孢子较小,呈棕色,易脱落。③2221-P菌丝白色,气生菌丝直立生长、菌丝短而粗;孢子较大,呈黑色,易脱落。

    2.3.3 固态发酵

    2.3.3.1浅盘式发酵试验  以预处理后的PKC作为主要基料,并添加部分营养成分配制成固体培养基,灭菌后,在无菌环境中按10%的接种量接入1042-2、2221-P和13005于28℃下培养5~9d.测定其纤维素酶活、还原糖含量、氨基氮含量、粗蛋白含量等。其间1042-2在培养8d时其CMC酶活高达24892U,滤纸酶活高达1302U,粗蛋白含量达39.8% .2221-P在培养8d时,其CMC酶活高达23410U,滤纸酶活达1286U,粗蛋白含量高达40.09% .这组数据说明在利用PKC作为培养基发酵,其纤维素酶酶活和粗蛋白含量都达目前的最高水平。

    2.3.3.2 组合菌种发酵试验  为了达到降低木质纤维含量,提高蛋白质含量,并将蛋白质降解为多肽,采用组合菌种发酵工艺。接入霉菌目的在于降解PKC中的木质纤维含量;接入酵母目的是让其将培养基中的氮源的转化为自身的菌体蛋白,从而增加物料的蛋白质含量。接入芽孢杆菌目的是产生大量的蛋白质水解酶,将基料中的蛋白质尽量的分解为小分子多肽,增加产品的营养性、功能性和适口性。目前研究表明,PKC物料的木质纤维含量降低30%以上,粗蛋白含量平均能达到35%以上,其中多肽含量已经超过80%,目前正在进一步优化培养条件,以便得到各项指标更优的产品。

    2.3.4 制剂安全性试验  为了确保发酵制剂的安全性进行了小鼠急性毒理试验。

    昆明种小白鼠20只,雌雄各半,体重20~22g随机分成4组,禁食不禁水12h .按8g/kg.dw的量以食用油作为溶剂配制成适当体积的制剂液,一日内完成灌胃,连续观察14d,记录受试小鼠期间的活动、摄食量、体重、粪便、死亡等情况,未死亡小鼠2周后用颈椎脱臼法处死进行尸检。

    整个观察期间没有小鼠死亡,20只小鼠活动、精神状态、摄食、粪便等正常,两周后增重均超过10%,最高增重达24% ,可以认为本发酵制剂安全无毒。

    3  小结

    3.1棕榈仁粕的综合利用状况

    棕榈仁粕历来是棕榈油生产企业的重大负担,也是马来西亚政府极需解决的生态环境的重点问题之一。因为棕榈仁粕中较高的木质纤维含量和适口性较差等,使得其只有极少部分的棕榈仁粕作为反刍动物的饲料添加剂使用。绝大部分都是烧毁或让其腐烂作为肥料,这样不但严重浪费资源,而且严重污染环境。为此,相关企事业科研单位合作,展开了《发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制》项目研究,并取得可喜的成果。2009年3月24日,《发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制》项目进行了中期评审,与会专家给予了高度评价,认为该项目具有独立自主的知识产权和创新性,现阶段取得的技术成果达到了国内外先进水平。

    3.2 发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的可行性

    棕榈仁粕含纤维素、半纤维素、木质素约70%,而且多为粗纤维、大纤维,要将其变成可利用的碳水化合物,首先要将他们分解,为此,采用筛选高产纤维素酶的菌株(1042-2、2221-P两株)发酵PKC,使其还原糖增加,分析结果表明纤维素变短、变薄、变小,在不增加外源糖的情况下,酿酒酵母、枯草芽孢杆菌能生长良好,使发酵产品的蛋白质含量增加30%以上,由于丝状真菌和枯草芽孢杆菌产生的多种酶系能使蛋白质酶解为多肽(MW5000道尔顿以下),而使产品成为多肽产品。

    3.3 棕榈仁粕多肽饲料的市场前景

    3.3.1 棕榈仁粕多肽饲料的经济分析  根据研究预算,每吨棕榈仁粕多肽饲料的生产成本为2300元/t,目前,我国饲料中蛋白质含量定价为8.00~9.00元/kg蛋白质。如果以蛋白质含量30~40%计,棕榈仁粕多肽饲料定价为3200~3600元/t饲料。调查发现,我国市场上的微生物发酵(包括微生物酶处理)的生物饲料价格范围为3000~6000元/t.因而,我们生产的棕榈仁粕多肽饲料的价格很有提升空间。

    3.3.2 市场前景

    《发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制》是废物利用、变废为宝的社会公益项目,其技术又填补国内外的空白,具有自主知识产权;产品的市场需求巨大,属于卖方市场,在市场上具有较强的竞争能力。随着生活水平的不断提高,畜牧业的不断发展,国内外蛋白饲料的缺口越来越大;作为多肽饲料的产品相比于植物蛋白饲料具有更高的营养价值,更具功能性。综观分析可以预料,发酵生产棕榈仁粕多肽饲料具有丰厚的经济效益和重大的生态环境、社会效益。

 
  
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