蛋白酶提升发酵豆粕关键指标

 

  豆粕是大豆提取豆油后得到的一种副产品,其蛋白质、必需氨基酸含量较高,组成合理、平衡,是畜牧业中的优质植物蛋白原料[1-2]。由于豆粕中含有多种抗营养因子,降低了禽畜对营养成分的消化、吸收和利用,甚至对动物的生长发育和健康造成不良影响[3-4]。发酵豆粕是以优质豆粕为原料,采用微生物发酵和蛋白酶解相结合的方式将豆粕中的多种抗营养因子去除,同时在发酵过程产生一些香醇、乳酸等风味物质,提高了豆粕的营养价值和适口性[5]

 

蛋白酶提升发酵豆粕关键指标

 

1 料水比、温度和发酵时间对发酵豆粕小肽含量的影响

  发酵豆粕运用微生物发酵和酶工程等生物技术,以豆粕为原料,在固态发酵过程添加酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌和蛋白酶,降低豆粕中粗纤维、非淀粉多糖和抗原蛋白含量,进而提高豆粕品质[6]。本实验通过33正交实验,研究了料水比、温度和发酵时间对发酵豆粕高小肽的影响。


表一:正交试验因素水平表

试验号

料水比(A)

温度(B)

发酵时间(C)

1

1:0.4

33℃

48h

2

1:0.6

37℃

60h

3

1:0.8

41℃

72h

 

表二:实验结果

试验号

料水比(A)

温度(B)

发酵时间(C)

小肽含量(%)

1

1

1

1

11.194

2

2

2

2

18.261

3

3

3

3

16.048

4

1

2

3

15.967

5

2

3

1

12.935

6

3

1

2

19.571

7

1

3

2

12.898

8

2

1

3

18.565

9

3

2

1

15.968

K1

40.059

49.330

40.097

 

K2

49.761

50.169

50.730

 

K3

51.587

41.881

50.580

 

R

11.528

8.288

10.483

 

k1

13.353

16.443

13.366

 

k2

16.587

16.722

16.910

 

k3

17.196

13.960

16.860

 

r

3.840

2.763

3.494

 

最优水平

A3

B2

C2

 

影响因素

A>C>B

 

 

 结果表明,最佳组合为A3B2C2,三大因素对发酵产物的影响为:料水比>发酵时间>温度。由于1:0.6和1:0.8的料水比对结果并无显著性影响,33℃与37℃的发酵温度对结果没有显著性差异,60h和72h的发酵时间对结果也没有显著性影响,所以采用A2B2C2为性价比高和适合规模化生产控制的培养条件,即料水比为1:0.6,发酵温度为37℃,发酵时间为60h。

 

2蛋白酶在发酵豆粕中的应用研究

  豆粕中的抗营养因子分为两类:热稳定性抗营养因子,主要包括大豆抗原蛋白(球蛋白和β-伴球蛋白)和大豆寡糖(主要为水苏糖和棉子糖)等;热敏性抗营养因子,包括胰蛋白酶抑制因子、脲酶和凝集素等[7]。热敏性抗营养因子通过加热的方法就能使其钝化失活,但球蛋白、β-伴球蛋白、棉子糖和水苏糖等热稳定性抗营养因子在一般饲料加工过程不易被破坏[8]。本实验在料水比为1:0.6,反应温度37℃,发酵时间60h条件下,研究了安琪酸性蛋白酶AP-10、碱性蛋白酶AP-20及其组合物在发酵豆粕中的应用。

 

2.1 酸性蛋白酶在发酵豆粕中的应用研究

  本文研究了不同浓度梯度的安琪酸性蛋白酶AP-10在发酵豆粕中的应用,结果表明随着酶添加量的增加,发酵豆粕小肽含量逐渐增加,其小肽含量大于12%,粗蛋白含量大于50%,碱溶性蛋白70%左右,各项指标满足并优于发酵豆粕平均行业指标。

安琪酸性蛋白酶AP-10在发酵豆粕中的应用指标

图1:安琪酸性蛋白酶AP-10在发酵豆粕中的应用指标

 

2.2 碱性蛋白酶在发酵豆粕中的应用研究

  本文研究了不同浓度梯度的安琪碱性蛋白酶AP-20在发酵豆粕中的应用,结果表明随着酶添加量的增加,发酵豆粕小肽含量逐渐增加,其小肽含量大于16%,粗蛋白含量大于50%,碱溶性蛋白大于70%,适用于生产酸溶性蛋白含量高的高小肽类发酵豆粕。

安琪碱性蛋白酶AP-20在发酵豆粕中的应用指标

图2:安琪碱性蛋白酶AP-20在发酵豆粕中的应用指标

 

2.3 蛋白酶组合物在发酵豆粕中的应用研究

  安琪酸性蛋白酶AP-10酶解后发酵豆粕物料粘度小,易于干燥,且产品适口性好,小肽含量12-15%,能够满足大众发酵豆粕质量要求。安琪碱性蛋白酶AP-20酶解后发酵豆粕小肽含量高达16-21%,适合高质量的高小肽类发酵豆粕的生产应用。本文结合AP-10和AP-20产品特点,将它们组合应用于发酵豆粕的制备,在相同产品指标要求下,减少了酶制剂的用量,可有效降低发酵豆粕的生产成本。

安琪蛋白酶组合物在发酵豆粕中的应用指标

图3:安琪蛋白酶组合物在发酵豆粕中的应用指标

 

3、蛋白酶在发酵豆粕中应用效果的探讨

3.1 蛋白酶应用于发酵豆粕中酸溶性蛋白和碱溶性蛋白肽分布的探讨

    安琪酸性蛋白酶AP-10酶解后的发酵豆粕,小肽含量合适,酸溶性蛋白95%以上180Da,碱溶性蛋白分布于5000-10000Da之间和180Da以下。安琪碱性蛋白酶AP-20酶解后的发酵豆粕,小肽含量高,酸溶性蛋白95%以上180Da,碱溶性蛋白大于5000Da的很少,基本在2000Da以下均匀分布。


安琪蛋白酶应用于发酵豆粕中的肽分布指标

图4:安琪蛋白酶应用于发酵豆粕中的肽分布指标

 

3.2蛋白酶应用于发酵豆粕中抗原蛋白去除率的探讨

  安琪酸性蛋白酶AP-10和碱性蛋白酶AP-20应用于发酵豆粕的制备,大豆球蛋白和β-大豆伴球蛋白去除率分别都达到80%和60%以上。AP-10和AP-20组合应用于发酵豆粕的制备,大豆球蛋白和β-大豆伴球蛋白去除率分别为94.7%和70.5%,抗原蛋白含量显著降低,有利于禽畜尤其是幼猪仔的消化吸收[9],极大地提高了豆粕的营养价值。

安琪蛋白酶酶解豆粕抗原蛋白含量

图5:安琪蛋白酶酶解豆粕抗原蛋白含量

 

参考文献

[1] 姚琨,李富伟,李兆勇.发酵豆粕概述[J].蛋白饲料研究.2011,12:32-39.

[2] 陈广信,曹赞,高振华.不同发酵豆粕营养价值及应用[J].中国畜牧兽医.2014,41(2):111-115.

[3] 熊智辉,过玉英,陈丽玲,徐淑玲.微生物发酵处理对豆粕抗营养因子的影响[J].大豆科学. 2007,26(3):396-399

[4] 杨玉娟,姚怡莎,秦玉昌等.豆粕和发酵豆粕中主要抗营养因子调查分析[J].中国农业科学. 2016,49(3):573-580.

[5] 胡瑞,陈艳,王之盛等.复合益生菌发酵豆粕生产工艺参数的优化及酶菌发酵对发酵豆粕品质的影响[J].动物营养学报.2013,25(8):1896-1903.

[6] 马成,张克顺,王文博.发酵过程中添加复合酶对发酵大豆产品的影响[J].中国饲料.2017, 23:42-45.

[7] 李旺军,方华.豆粕发酵蛋白中抗原蛋白和不良寡糖的检测[J].粮食与饲料工业.2013,4:61-65.

[8] 刘海燕,邱玉朗,魏炳栋等.微生物发酵豆粕研究进展[J].动物营养学报.2012,24(1):35-40.

[9] 王晓翠,王浩,李杰.发酵豆粕在断奶猪仔生产中的应用研究[J].动物营养学报.2011,23(6): 919-923.

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