发酵豆粕.pptx

发酵豆粕 前言 豆粕为什么要发酵 豆粕发酵后会有什么样的变化 发酵豆粕对猪有哪些好处 发酵豆粕的技术要点和工艺流程发酵豆粕如何在我们公司开展 豆粕中的抗营养因子 豆粕的抗营养因子 蛋白类 发胰蛋白酶抑制因子 TI 大豆中最重要蛋白类抗营养因子 主要存在于大豆籽实的子叶中 尤其以子叶外侧部分含量丰富 约占大豆蛋白6 对胰蛋白酶有特异性的抑制作用 每克分子TI能够钝化1分子的胰蛋白酶 TI对多数动物均可引起生长抑制胰腺肥大和胰腺增生 甚至产生腺瘤 KTI对热 酸和胃酶不稳定 大豆凝集素 SBA SBA是一种能够凝集动物和人红细胞的蛋白质 含4 5 甘露糖和1 氨基葡萄糖的糖蛋白 脱脂大豆粕中约含3 SBA 难以完整吸收进入血液 引起红细胞凝集 能凝集细胞 多糖或糖复合物的糖蛋白 在消化道中损坏小肠壁粘膜结构 影响多种酶的分泌 对肠道的消化和吸收功能有严重的抑制作用 凝集素也对动物的免疫系统产生不良影响 抑制动物生长 对热不稳定 豆粕的抗营养因子 非蛋白类 非淀粉多糖 NSP 是植物细胞壁物质主要成分 NSP是植物组织中除了淀粉以外所有碳水化合物的总称 由纤维素 半纤维素 果胶类物质和抗性淀粉四部分组成 前三者由多种单糖和糖醛酸经糖苷键连接而成 大多数有分支结构 常与蛋白质和无机离子等结合 是植物细胞壁主要成分 一般难以被单胃动物自身分泌的消化酶水解 其中一些NSP 主要是 葡聚糖 阿拉伯木聚糖 果胶 甘露聚糖等 以氢键松散地和纤维素 木质素及蛋白结合 溶于水 称水溶性非淀粉多糖 SNSP SNSP具有明显抗营养作用 能在消化道形成粘性食糜 降低饲料脂肪 淀粉和蛋白等养分营养价值 豆类原料中的非淀粉多糖主要是果胶 甘露聚糖和纤维素 玉米 豆粕型日粮中的主要抗营养因子是非淀粉多糖 豆粕的抗营养因子 非蛋白类 植酸 与饲料原料中的磷结合 形成难于被动物消化吸收的植酸磷 降低动物对磷的消化吸收 酚类化合物 酚类化合物是一族结构中含有酚的化合物 广泛存在于植物食品中 大豆中酚类化合物如单宁可以与蛋白质如赖氨酸 甲硫氨酸相结合 使蛋白质的利用率降低 豆粕的抗营养因子 非蛋白类 胃肠胀气因子 豆类种子容易产生肠胃胀气 这是由于存在棉子糖与水苏糖的缘故 由于肠道中缺乏半乳糖苷酶 人和动物不能消化这些低聚糖 结果这些半乳糖苷进入结肠被细菌发酵产生大量二氧化碳和氢 少量甲烷 从而引起肠道胀气 并导致腹痛 腹泻 肠鸣等 胃肠胀气因子耐高温 但可溶于水和80 的酒精 脲酶 生大豆中脲酶活性很高 一般说来 脲酶对动物生产性能无影响 但若和尿素等非蛋白氮同时使用 用于饲喂反刍家畜 则可能加速尿素分解而引起氮中毒 脲酶不耐热 豆粕的抗营养因子 非蛋白类 大豆抗原 大豆蛋白中的抗原有四种 大豆球蛋白 和 伴大豆球蛋白伴大豆球蛋白 其中大豆球蛋白占40 伴大豆球蛋白占30 伴大豆球蛋白占15 而 伴大豆球蛋白仅占3 作为大豆的主要球蛋白 大豆球蛋白和 伴大豆球蛋白提供大豆饲料中65 80 的蛋白质 大量的研究表明 断奶仔猪饲粮中的抗原引起肠道的短暂过敏反应是断奶后腹泻的决定因素 大豆中存在的抗原物质能引起仔猪肠道过敏 损伤 进而引起腹泻 已证实 引起断奶仔猪过敏反应的主要抗原是大豆球蛋白和 伴大豆球蛋白 发酵豆粕及豆粕发酵理论 发酵豆粕的概念 发酵豆粕指利用有益微生物发酵低值豆粕 去除多种抗营养因子 同时产生微生物蛋白质 丰富并平衡豆粕中的蛋白质营养水平 最终改善豆粕的营养品质 提高饲料效率 发酵豆粕含益生菌 酶制剂 肽等功能成分 生物发酵法处理生豆粕 相对物理 化学 作物育种等方法具有成本低 无化学残留 应用较安全 对饲料营养成分的影响较小 且能使营养物质更易被动物吸收等优点 是目前减少抗营养因子的影响 提高豆粕蛋白质的消化利用率的有效方法 发酵豆粕已成为豆粕开发生产的热点 豆粕发酵技术 发酵方式 固态 复合 联合 混菌 多菌发酵菌种 霉菌 酵母 细菌发酵目的 1 营养目的 降解蛋白质 增加有益AA和肽类物质 平衡AA 减少抗营养因子 提高原料利用率 2 安全目的 饲料用抗生素替代技术的物质基础 3 安全 营养目的 多功能添加剂 益生菌 复合酶 抗氧化成分 酵母培养物 发酵混合物 未知生长因子 4 原料目的 优质乳猪料蛋白原料 替代鱼粉 豆粕发酵的两个阶段 好氧发酵 在发酵前期采用好氧发酵 促使芽孢杆菌 酵母菌等好氧微生物繁殖生长 同时芽孢杆菌 酵母菌分泌产生大量酶类 维生素等活性产物促进乳酸菌的生长 厌氧发酵 后期的厌氧发酵 促进乳酸菌的增殖 由于乳酸菌属厌氧菌 在无氧条件下产生大量乳酸 微生物在无氧条件下发生强制自溶 细胞中的胞内酶及其他生物活性成分分泌出来 厌氧发酵时蛋白酶发生酶解反应 并产生香味物质 豆粕发酵技术 豆粕发酵主要功能 增加肠道内不能生存的微生物种群 将动物不能利用的物质转化为动物能利用的营养素 提高抗营养素的处理效率 使原来有限的肠道内部处理能力在体外人工条件控制下大幅度提高 增加微生物源性营养素 豆粕发酵技术 微生物发酵法是降解豆粕中抗营养因子的主要途径发酵过程微生物的大量繁殖消耗利用非蛋白类抗营养因子 如植酸 低聚糖 致甲状腺肿素等 微生物会分泌一些蛋白酶对豆粕中的蛋白类抗营养因子进行降解 如大豆抗原蛋白 胰蛋白酶抑制剂 大豆凝集素 脲酶 脂肪氧化酶 肽营养学理论 小肽的水溶性原理 蛋白质酶解后由一较长的链分解成许多短链的肽类物质 使游离出亲水的氨基酸结构的数量大大增多 促进了肽的水溶性 小肽的产生及营养作用 动物体内的蛋白质消化酶对蛋白质分解 其中小肽能直接由消化道吸收 并重新合成机体组织蛋白 小肽能促进矿物质微量元素在动物消化道中的消化吸收作用 金属矿物质元素在动物胃酸作用下溶解成离子 与水溶性的小肽 氨基酸结合 形成水溶性的 动物易吸收的金属 有机物的鳌合物 在碱性的小肠环境中不会形成金属沉淀物 易在消化道内吸收 金属矿物质 胃酸 溶解成金属离子 酸性胃 碱性小肠 水溶性小肽 水溶性鳌合物 消化道吸收 不沉淀 碱性小肠 金属离子重新沉淀 排泄 不吸收 发酵豆粕的生产 成品 计量秤 豆粕 除杂 除铁 原料仓 水微生物制剂其他物料 发酵工艺流程 影响发酵豆粕的三个因素 所采用的发酵剂 就是用来发酵的微生物菌种 使用不同的微生物发酵 其代谢功能不同 产品的质量也必然有所不同 发酵工艺 如浅层发酵 深层发酵 批次式发酵或连续式发酵 发酵容器 发酵容器与发酵工艺相适应 发酵剂的种类和剂型 发酵剂的种类 包括细菌类和真菌类 细菌类主要有芽孢杆菌 乳酸菌 真菌类主要有酵母菌和霉菌 以上采用的发酵剂都是纯培养菌种 或单一菌种和复合菌种 此外 还有一类非纯培养发酵剂 曲种 该发酵剂的制作是采用传统制曲技术制作的 发酵剂的剂型 主要有液体和固体两种 一般来说 大多数纯培养的发酵剂采用液体剂型 菌种的生产是从保存斜面 菌种活化 三角瓶 小型种子罐到大型种子罐 然后用于生产性接种 液体剂型的发酵剂比较适用于批量式生产 固体剂型的发酵剂主要是曲种 按传统固体制曲技术制作 固体剂型的发酵剂适用于连续发酵生产线使用 发酵工艺 浅层发酵 浅层发酵的发酵物料厚度一般在5cm以下 适用于纯好氧发酵 由于物料的厚度对物料的通气性能有影响 物料厚度高不利于氧气的扩散 由于浅层发酵需要大量发酵面积 只能采用浅盘架式生产 因此 难以机械化生产 大多数采用手工操作 深层发酵 深层发酵的物料一般在3Ocm以上 有的高达100cm以上 主要适用前期好氧 中后期兼性厌氧发酵 因此适用于复合菌种 曲种发酵 发酵容器 发酵容器本质上与发酵工艺相适应 一般来说 豆粕发酵目前使用的发酵容器主要有 地板 堆式发酵 水泥池 槽 池式或槽式 以及箱式 箱式发酵也可以是手工式 半机械化和机械化加自动化 由于容器的质地不同 对发酵过程有一定的影响 但有关发酵容器的质地对发酵物的影响未见任何研究报道 发酵工艺与品质的关系 发酵豆粕的生产几乎都是不经过 熟化 处理的 生料发酵 没有消毒灭菌 因此 在发酵过程中 物料自身携带的微生物 环境中的微生物都会在一定程度上起作用 自然微生物的贡献越大 发酵系统的可控性 稳定性也就越小 固体发酵不能随时搅拌 发本地体系内部温度 pH值 水分 氧气压都分布不均匀 无法随时调控 另外 大多数固体发酵都采用批次发酵而不是连续发酵 因而批次之间存在着种种差异 导致产品的稳定性难以控制 作为商品 品质的稳定性比品质本身更重要 发酵剂对发酵豆粕质量的影响 发酵剂微生物种类对发酵豆粕质的影响不同微生物对物料的各种理化因子要求不同 而发酵过程中又难以维持某一个理化条件 因此 决定了豆粕发酵是由多种微生物共同协同或按顺序进行的 例如 当低温好氧微生物繁殖起来后 导致温度的上升和氧气的减少 使嗜温兼性厌氧微生物有机会大量繁殖 兼性厌氧微生物往往产酸 发酵物料的pH值下降 又引起嗜酸性微生物生长 所以 发酵豆粕产品质量 单菌不如多菌 纯培养 多菌种的纯培养物之间的相容性不一定协调 不如曲种 曲种中的微生物是天然组合的 相互之间互补性强 发酵剂对发酵豆粕质量的影响 发酵剂微生物剂型对发酵豆粕质量的影响液体发酵剂往往是一次性制作的 当发酵剂培养到微生物适用于接种时 对数生长期 开始接种 如果发酵批量大 如一个批量为20t 则开始接种到接种完毕至少需要5h 造成菌种的种龄不一致 影响发酵效果 但固体发酵剂由于其中的微生物处于休眠状态 只有接种后才活化 因此 接种时间对发酵剂的种龄没有影响 发酵批量大小对发酵豆粕质量稳定性的影响 发酵批量与搅拌批量不一致对发酵豆粕品质的影响 在实际生产中 生产一批次发酵往往要分多次搅拌 由于搅拌时间的不一致 造成一个发酵批次中的物料发酵时间不一致 在发酵中间翻料过程中 批量过大 无法完全混合 也是物料发酵不均匀的一个问题 发酵批量大小对发酵豆粕质量稳定性的影响 发酵批量与干燥速度不一致对发酵豆粕品质的影响 干燥是终止发酵的唯一办法 发酵豆粕一般采用烘干机 如果一个批次的发酵批量过大 同一个批次的物料干燥时间过长 就完全有可能造成同一批次的发酵物发酵时间不一样 引起品质差异 发酵批量大小对发酵豆粕质量稳定性的影响 如果采用小批量生产 接种批量等于发酵批量 等于翻动批量 等于干燥批量 同批次物料生产周期基本相同 则可以保证产品品质的一致性 但这种生产方式会影响产量 生产企业要投入大量的生产设备和生产用场地 发酵容器质地对发酵豆粕质量的影响 发酵豆粕的研究基本是在实验里用玻璃瓶小批量 50 500g 进行 发酵温度靠恒温箱提供 发酵过程中的容器 物料和环境温度一一致 不会产生水蒸气将信将疑现象 不会积温 对发酵物的水分均匀度没有影响 一般生产企业的发酵容器为直接建在地面上的水泥地面或地池 一年四季温差较大而无法控制 物料的体积大 体系温度呈一定的梯度 即中心高 55 60 四周和表面低 接近环境温度 导致发酵不均匀 发酵容器质地对发酵豆粕质量的影响 生产中物料的温度和湿度都高于环境 热量的扩散使水分凝结在非吸水性材料的容器壁上 形成液态水 并吸附于四周的发酵物料中 造成与发酵容器接触的物料水分含量远高于内部物料 引起局部发酵异常 进而影响发酵豆粕品质均匀性 有些甚至腐败霉烂 影响质量 发酵体系水分含量对发酵豆粕质量的影响 生产中 豆粕不经过灭菌处理 其自身及环境中 有大量不确定的微生物 在开放体系下 如果原料配制的水分与所使用的发酵剂微生物类型不协调 必然造成发酵物中大量繁殖的不是目标微生物 而是豆粕自身的微生物 这些微生物的种类 数量及不同原料批次的差异 尽然影响产品质量的稳定性 生产中 水分含量对后烘干工序影响很大 高水分增加物料粘性 在烘干机内难以分散 因结块而影响干燥均匀度 高水分也会增加干燥成本 所以厂家会尽量降低发酵物料水分 从而使目标微生物和自然微生物的繁殖生长无法控制 最终影响产品质量 发酵案例和参考参数 利用多种微生物混合发酵法分解破坏豆粕中抗营养因子 对发酵条件进行探究 得到最佳发酵条件为 基础发酵料为豆粕 料水比为1 0 8 1 0 pH7 0 0 2 温度25 5 接种量芽孢杆HO4262 5 酵母菌HC22 HC52 5 乳酸菌HZ 132 0 发酵48h翻料1次 终止时间为72h 翻料料温60 在以上条件下发酵豆粕其抗营养因子被分解去除 较佳的发酵工艺是固体密闭无氧静止发酵 基质为豆粕 料水比为3 2 起始温度为40 起始pH自然 接种量发酵菌株1为0 005 发酵茵株2为0 5 发酵周期为5d 底物中不必添加发酵助剂G 发酵后的水解度达5 以上 鲜发酵物的酸度在4 5以上 烧干后发酵物的酸度在8 以上 理论最佳发酵条件 豆粕粒度40目 温度40 料水比1 1 初始ph值为7 糖蜜添加1 装料量 500Ml广口瓶中装50g 厚度约3 5cm 在我公司发展发酵豆粕的思路 一 菌种问题1 可以直接到农科院农业微生物保藏中心购买 同时会得到一套细菌扩繁技术 效率高出效果快 但菌种不一定适合我们的猪群 2 从我猪群中的粪便中分离出更加适合我们猪群的有益菌 效率低效果慢 可以得到适合我们猪群的菌种 二 菌种的筛选和扩繁 微生物发酵工程上游技术 1 菌种分离 选育的原则与步骤2 产生目标物质的微生物选育3 自然选育4 诱变选育 菌种分离 选育的原则 1 菌种的分离选育原则 菌种的分离不仅是把混杂的各类微生物有效地分开 得到纯种 更重要的是依据生产实际的要求有的放矢 快速 准确地将能产生所需产物或具有某种生化反应性能的菌种从大量的微生物中挑选出来 为了使分离获得的菌种能满足某种生产目的的需要 需要考虑特殊的性能指标 如 1 菌种的营养特性 在发酵过程中能否利用廉价 来源丰富的培养基原料 2 菌的生长温度 尽可能选择生长温度高于40度的 以降低大规模发酵的冷却成本 3 菌的遗传特性能和生产能力稳定 4 菌的转化能力要高且易于累积产物 5 菌体容易从发酵液中分离 6 菌种本身无毒性 也不产生有毒产物 因此 菌种分离和筛选的方法和策略就十分重要 菌种分离 选育的步骤 1 采样2 富集与分离 采样 采样之前根据筛选目的 微生物的分布 特性及生态环境等进行综合考虑 确定采样方案 微生物的分布 1 动物胃肠道富含乳酸菌 双歧杆菌 芽孢杆菌 梭菌 肠杆菌等2 土壤中的微生物分布受土壤组成和含有的有机物的种类及数量 植被 季节 温湿度以及通风 养分 水分 酸碱度和光照以及土层的深浅等影响 菜园和农田的耕作层土壤的有机质较丰富 常以细菌和放线菌较多 果园树根土壤中酵母菌的含量较高 动植物残骸及腐质土种乳酸菌 酵母菌 真菌较多 采集土样的技巧 一般取离地面5 15cm处的土样 盛与预先灭菌的牛皮纸袋 大试管或塑料袋中扎紧或密闭 并标明取样时间 地点 植被等有关情况 也可以直接用灭过菌的玻璃试管 拨开表层土至一定深度 将试管插入土层中 取土后 塞上棉塞 富集与分离 富集 主要是利用不同微生物的生长增殖对环境和培养基的特殊要求进行富集培养和分离 分离 采取平板划线法 在培养皿的琼脂培养基上菌落互相充分分开 根据各种微生物菌落的不同外观 挑取单个菌落 再反复划线培养 就可得到纯种 培养方法可采用批式富集培养 摇瓶培养 也可采用恒化富集培养 连续培养 而后者所得的菌种更适合连续发酵生产 产生目标物质的微生物选育 采取随机分离菌种的方法 根据微生物次生代谢产物的特点 总结出了高产培养基成分的选择准则 以营养成分 C N P 为生长限制因子 采用单一或多种复合形式制备一系列培养基 避免使用易同化的碳 葡萄糖 或氮 铵盐 源 防止产生分解代谢阻遏 供给所需的辅助因子 使用缓冲液 减少ph变化 保持稳定的ph 抗生素和细菌素产生菌的筛选免疫增强剂产生菌的筛选酶产生菌的筛选 自然选育 利用微生物自然突变的进行的菌种选育过程自然选育的结果可能导致生产上不希望的菌种退化和产生不良物质 为了确保生产水平不下降 不断地对生产菌种进行分离纯化 淘汰衰退 保存优良的 会使生产菌种不断的优化 达到自然选育的目的 效率低 诱变选育 菌种的保藏 斜面保藏法 适合各种微生物的短期保藏石蜡油保藏法 适用于部分真菌 酵母菌和放线菌的保藏干燥保藏法 真空冷冻干燥保藏法 发酵工程的中游技术 是指微生物的发