发酵豆粕.ppt

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1、课程名称：发酵豆粕,主讲：程彬,行动电话：15981970849,2023/2/25,蛋白饲料的来源,饲料蛋白来源动物源性因其蛋白结构及氨基酸组成优于植物源性，所以动物蛋白优于植物蛋白。但动物源性蛋白来源有限制性 1、饲用的安全性。饲料的变质、霉变、脂肪的氧化酸败；易受细菌感染；加工过程导致的有毒有害物质超标；同源性动物蛋白的隐患等 2、货源受国外控制，价格居高不下，使其使用量受限随着养殖的不断发展，植物性蛋白原料的开发利用越来越迫切。,2023/2/25,豆粕的使用,我国养殖业消费豆粕的比重：猪料用豆粕比例约29%，肉禽料约30%，蛋禽料约22%，合计52。豆粕因其蛋白质含量丰富、氨基酸较平

2、衡，成为植物蛋白的首选原料。其货源保障也优于其他饼粕。,2023/2/25,大豆的抗营养因子,2023/2/25,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，

3、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。,2023/2/25,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

4、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。,2023/2/25,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。,2023/2/25,豆粕的抗营养因子非蛋白类

5、,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。,2023/2/25,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

6、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。,2023/2/25,发酵豆粕及豆粕发酵理论,技术研究,2023/2/25,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

7、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。,2023/2/25,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

8、/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。,2023/2/25,2023/2/25,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

9、；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。,2023/2/25,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)。,2023/2/25,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

10、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,2023/2/25,发酵豆粕的生产,生产应用,2023/2/25,发酵工艺流程,成品,计量秤,豆粕,除杂、除铁,原料仓,水微生物制剂其他物料,2023/2/25,

11、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),2023/2/25,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

12、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。,2023/2/25,发酵工艺,浅层发酵:浅层发酵的发酵物料厚度一般在5 cm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100 cm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。,2023/2/2

13、5,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。,2023/2/25,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

14、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。,2023/2/25,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

15、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)。,2023/2/25,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20 t)，则开始接种到接种完毕至少需要5 h，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。,2023/2/25,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

16、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。,2023/2/25,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。,2023/2/25,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

17、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。,2023/2/25,发酵豆粕的研究基本是在实验里用玻璃瓶小批量（50500g)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,2023/2/25,发酵容器质地对发酵豆粕质量

18、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。,2023/2/25,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

19、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。,2.2.1 微生物发酵豆粕常用菌种:乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌等。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

20、反应,并产生香味物质。,2023/2/25,菌种选择,所用菌种需具有以下几个特性：1、对大豆抗营养因子的消除；“对大豆蛋白的有效降解，即降解为小肽而不是转化为氨类；#有利于动物肠道微生态平衡的建立；2、有利于饲养环境卫生改善及水生动物水质的维护。所用菌种涉及3大种类：酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌。符合我国饲料添加剂管理规范允许使用的菌种范围。,2023/2/25,芽孢杆菌是一类好氧生长，具有抗逆性强、耐高温、易存储等独特的生物学特性，且能长生多种酶类。实验证明枯草芽孢杆菌产蛋白酶可以钝化大豆中的胰蛋白酶抑制因子。目前利用乳酸菌发酵豆粕已有研究，豆粕经乳酸菌发酵后能有效改善其适口性，促进畜禽生长、提

21、高饲料转化率和生产性能。料水比1:1接种量越高越好9%枯草芽孢杆菌、啤酒酵母菌、乳酸杆菌3大菌种进行混合固体静止发酵，在发酵前期，枯草芽孢杆菌类好氧菌可以进行生长繁殖，产生丰富的酶类，由于氧气的逐渐缺乏，中期兼性好氧菌酵母菌可以进行生长繁殖，得到菌体蛋白质的同时，分泌的一些产物可以促进后期乳酸菌的生长繁殖，乳酸菌可以失活如大豆寡糖、非淀粉多糖类抗营养因子的活性，生产乳酸等有益产物。单纯用枯草芽孢杆菌进行发酵，发酵产物有一股豆酱臭味，而啤酒酵母由于厌氧条件下可以生成酒精，故有酒精香味，乳酸菌发酵则具有某种酸香味。,2023/2/25,理论最佳发酵条件：豆粕粒度40目、温度40、料水比1:1、初始

22、ph值为7、糖蜜添加1%,装料量：500Ml广口瓶中装50g（厚度约3.5cm）,2023/2/25,水解度是食品行业评价蛋白酶水解大豆能力的常用指标，近期在饲料行业也已经被专业人士所引用。随着发酵时间的延长水解度变化呈接近线性上升趋势。测定其中三点（24h、36h、48h）水解度可以反映各菌株在发酵48h过程中对豆粕的水解情况，因此水解度指标能较好反映菌株降解豆粕的能力。也是豆粕降解过程中监控蛋白质水解程度的重要参数。水解度（DH%）是水解程度的表示方法，其通常定义为被水解的肽键数占原料中的总肽键数的百分比。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，

23、起始pH自然；接种量发酵菌株1为 0005；发酵茵株2为05；发酵周期为5 d，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45以上，烧干后发酵物的酸度在8以上。,2023/2/25,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 0.81.0,p H7.0 0.2,温度25 5 接种量芽孢杆HO426 2.5%,酵母菌HC2 2%、HC5 2.5%,乳酸菌HZ-13 2.0%发酵48 h 翻料1 次,终止时间为72 h,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。,2023/2/25,