添加大米蛋白质渣的豆粕固体发酵工艺条件优化

葛 青，沈 炜，章亭洲,2*

（1.浙江科峰生物科技有限公司，浙江 海宁 314400；2.浙江工商大学，杭州 310000）

豆粕是目前饲料工业、养殖业使用量很大的一种优质蛋白质饲料[1-2]。与菜籽粕、棉籽粕、花生粕相比，豆粕具有氨基酸平衡（赖氨酸含量高、接近理想氨基酸模式）、消化率高、适口性好等特点；与动物源性蛋白质饲料（如鱼粉、肉骨粉、血浆蛋白质粉等）相比，豆粕具有货源充足、不易被病原菌污染或氧化腐败、安全系数高等特点[3-4]。但是，豆粕中也含有一些抗营养因子，如胰蛋白质酶抑制因子、β球蛋白质等[5]。这些抗营养因子对断奶仔猪的肠道结构具有很大的破坏作用，并易引起仔猪腹泻。因此，开发廉价的优质蛋白质源对饲料工业、畜牧业具有重要意义。

大米蛋白质渣的蛋白质含量高于大豆，品质优良，氨基酸组成合理，赖氨酸含量高于其他谷类，生物价（BV）和蛋白质效用比率（PER）高，且具有低过敏性，对固态发酵生产动物饲料具有重要意义[6]。此外，大米蛋白质渣资源丰富、价格低廉[7]。本试验研究添加不同比例的大米蛋白质渣对发酵豆粕品质的影响，通过对固态发酵条件的控制和粗蛋白质等指标的跟踪检测，探讨发酵过程的规律，从而优化发酵工艺，为进一步提高发酵豆粕品质提供参考[8-9]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大米蛋白质渣：桐乡市康源生物制品有限公司提供。豆粕：中海粮油集团有限公司提供。假丝酵母、乳酸菌、枯草芽孢杆菌：浙江科峰生物科技有限公司提供。

氢氧化钠、亚硝酸钠、乙醇、浓硫酸、三氯乙酸、硫酸铜、硫酸钾、甲基红、溴甲酚绿、硼酸等均为分析纯。

1.2 主要仪器

PTX-FA210 电子天平：福州华志科学仪器有限公司；紫外分光光度计（UV-5500PC 型）：上海市元析仪器有限公司；KQ-300E 型超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；SW-CJ-1Bu 型单人单面净化工作台：苏州净化设备有限公司；GZX-9140MBE 电热恒温鼓风干燥箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；Allegra X-12R 离心机：贝克曼库尔特有限公司；SPX-B-Z 生化培养箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；DF-101S磁力加热搅拌器：巩义市予华仪器有限责任公司；MB45 型水分测定仪：美国奥豪斯仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 大米蛋白质渣发酵菌株的筛选

取大米蛋白质渣100 g 放置于托盘中，105 ℃灭菌15 min，按接种量10%分别加入枯草芽孢杆菌、假丝酵母、乳酸菌的种子液，同时加入灭菌水至饲料总含水量为40%，搅拌均匀后于30 ℃恒温培养，进行固态发酵，发酵48 h，每组3 个重复。发酵结束后，将发酵饲料于60 ℃烘干，粉碎过60目筛后，测定发酵饲料中粗蛋白质、中性洗涤纤维、酸溶蛋白质、乳酸以及水分含量。

1.3.2 粗蛋白质的测定

粗蛋白质含量的测定参照国标GB/T 6432-94。

1.3.3 水分的测定

取1.5 g样品，通过MB45型水分测定仪，测定其含水率。

1.3.4 酸溶蛋白质的测定

试样用一定浓度的三氯乙酸溶液提取，经离心分离后，用凯氏定氮法测定上清液中粗蛋白质的含量。

1.3.5 粗纤维的测定

粗纤维含量的测定参照国标GB/T 6434-2006。

1.3.6 发酵条件优化

单因素发酵条件优化实验：采取单因素试验法分别对大米添加量（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%）、发酵温度（26、28、30、32、34 ℃）、接种量（6%、8%、10%、12%、14%、16%）和发酵时间（30、36、42、48 、54、60 h）等不同的条件因子进行了研究。

正交实验优化：根据单因素的实验结果，对筛选得到的4 个因素（A-大米添加量，B-发酵温度，C-接种量，D-发酵时间），每个因素设3个水平，即采用L9（34）正交实验，对发酵条件组合进行优化。

2 结果与分析

2.1 不同菌株对大米蛋白质发酵饲料成分的影响

不同菌株对大米蛋白质发酵饲料成分的影响结果见表1。

由表1 可知，本试验中假丝酵母对大米蛋白质发酵饲料中粗蛋白质的提高程度最大，其次为枯草芽孢杆菌，最后是乳酸菌。假丝酵母对饲料中纤维的降解程度也高于其他菌株，对中性洗涤纤维的降解率达到19.46%。相较于枯草芽孢杆菌和酵母菌，乳酸菌的产乳酸能力较强，发酵48 h后饲料中乳酸含量达到101.08 mmol·kg-1。为实现降低饲料抗营养因子，提高饲料中蛋白质含量的效果，本研究采用假丝酵母进行发酵试验。

表1 不同菌株对大米蛋白质发酵饲料成分的影响

2.2 发酵对添加大米粉豆粕感官指标的影响

2.2.1 颜色和物理形态

与对照组相比，添加大米蛋白质渣可使发酵豆粕颜色加深，呈红黄色，并可使发酵豆粕物理性状偏紧密，可能是因为大米蛋白质渣发黏，透气性不好导致的。

2.2.2 气味

与对照组相比，添加大米蛋白质渣以后可以改善发酵豆粕的气味。添加大米蛋白质渣组有一些淡淡的清香味。各处理组相比，豆粕与大米蛋白质渣质量比为7：3组气味较好。

2.3 添加大米蛋白质渣对发酵豆粕品质的影响

2.3.1 添加大米蛋白质渣对发酵豆粕粗蛋白质含量的影响

大米蛋白质渣添加量对粗蛋白质的影响见图1。

图1 大米蛋白质渣对粗蛋白质含量的影响

由图1 可知，大米蛋白质渣添加量对粗蛋白质的影响不是很显著，相对而言，大米蛋白质渣添加量为30%时，粗蛋白质含量较高，这可能是由于添加适量的大米蛋白质渣，可促进酵母菌的增殖，进而促进菌体蛋白质的合成。因此，选择大米蛋白质渣添加量为30%。

2.3.2 添加大米蛋白质渣对发酵豆粕酸溶蛋白质的影响

在发酵温度30 ℃、发酵时间48 h、接种量10%的条件下，研究大米蛋白质渣添加量（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%）对发酵豆粕酸溶蛋白质含量的影响，结果见图2。

图2 大米蛋白质渣对酸溶蛋白质含量的影响

由图2 可知，大米蛋白质渣添加量为30%时，酸溶蛋白质含量最高，显著高于对照组以及10%、20%、60%、70%处理组（P＜0.05）。

2.3.3 添加大米蛋白质渣对发酵豆粕粗纤维的影响

在发酵温度30 ℃，发酵时间48 h，接种量10%的条件下，研究大米蛋白质渣添加量（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%）对发酵豆粕酸溶蛋白质含量的影响，结果见图3。

图3 大米蛋白质渣对粗纤维含量的影响

由图3 可知，随着大米蛋白质渣的增加，粗纤维的含量逐渐下降。大米蛋白质渣添加量为0、10%、20%、30%时差异不显著（P＞0.05）。

2.3.4 发酵温度对添加大米蛋白质渣发酵豆粕粗蛋白质含量的影响

在大米蛋白质渣添加量20%、发酵时间48 h、接种量10%的条件下，研究发酵温度（26、28、30、32、34 ℃）对发酵豆粕粗蛋白质含量的影响，结果见图4。

图4 发酵温度对粗蛋白质含量的影响

由图4 可知，随着发酵温度的提高，粗蛋白质含量先增加再下降，发酵温度30 ℃时粗蛋白质含量最高。

2.3.5 接种量对添加大米蛋白质渣发酵豆粕粗蛋白质含量的影响

在大米蛋白质渣添加量20%，发酵时间48 h，发酵温度30 ℃的条件下，研究接种量（6%、8%、10%、12%、14%、16%）对发酵豆粕粗蛋白质含量的影响，结果见图5。

图5 接种量对粗蛋白质含量的影响

由图5 可知，随着接种量的增加，粗蛋白质含量先增加再下降，接种量为10%时粗蛋白质含量最高。

2.3.6 发酵时间对添加大米蛋白质渣发酵豆粕粗蛋白质含量的影响

在大米蛋白质渣添加量20%，接种量10%，发酵温度30 ℃的条件下，研究发酵时间（30、36、42、48、54、60 h）对发酵豆粕粗蛋白质含量的影响，结果见图6。

图6 发酵时间对粗蛋白质含量的影响

由图6 可知，随着发酵时间的增加，粗蛋白质含量先增加再下降，发酵时间48 h 时粗蛋白质含量最高。

2.4 正交实验

根据单因素实验的结果，采用L9（34）的正交实验，以粗蛋白质为参考指标，研究大米蛋白质渣添加量、发酵时间、发酵温度、接种量对发酵豆粕的影响，每个试验进行3次。正交实验因素水平表见表2。

添加大米蛋白质渣对发酵豆粕粗蛋白质含量的影响的正交实验结果及极差分析见表3，数据处理采用直观分析方法，以极差大小确定因素主次顺序。

从表3 中极差分析可知，影响粗蛋白质含量的主要因素是大米蛋白质渣添加量，其次是发酵温度和接种量，发酵时间对粗蛋白质的含量的影响最小。最佳发酵条件组合为A2B3C3D2，即大米蛋白质渣添加量为30%、发酵温度30 ℃、接种量10%、发酵时间48 h。

在最佳条件下进行验证实验，平行实验3 次，测得粗蛋白质含量59.23%，该结果高于单因素实验最佳条件的得率。说明各因素间相互作用可以提高发酵粗蛋白质含量，达到更好的发酵效果。

表2 正交实验因数水平表L9（34）

表3 正交实验结果

4 结论

本试验研究了添加大米蛋白质渣对发酵豆粕品质的影响，采用单因素实验和正交实验对发酵条件进行了优化。优化后的最佳发酵条件为：大米蛋白质渣添加量为30%、发酵温度30 ℃、接种量10%、发酵时间48 h。在此最佳发酵条件下测得粗蛋白质含量59.23%。本研究以农产品加工副产品为主要原料固体发酵生产动物饲料，可为农业废弃物的饲料化进一步扩大应用范围。