添加大米蛋白質渣的豆粕固體發酵工藝條件優化

葛 青，沈 煒，章亭洲,2*

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

豆粕是目前飼料工業、養殖業使用量很大的一種優質蛋白質飼料[1-2]。與菜籽粕、棉籽粕、花生粕相比，豆粕具有氨基酸平衡（賴氨酸含量高、接近理想氨基酸模式）、消化率高、適口性好等特點；與動物源性蛋白質飼料（如魚粉、肉骨粉、血漿蛋白質粉等）相比，豆粕具有貨源充足、不易被病原菌污染或氧化腐敗、安全系數高等特點[3-4]。但是，豆粕中也含有一些抗營養因子，如胰蛋白質酶抑制因子、β球蛋白質等[5]。這些抗營養因子對斷奶仔豬的腸道結構具有很大的破壞作用，并易引起仔豬腹瀉。因此，開發廉價的優質蛋白質源對飼料工業、畜牧業具有重要意義。

大米蛋白質渣的蛋白質含量高于大豆，品質優良，氨基酸組成合理，賴氨酸含量高于其他谷類，生物價（BV）和蛋白質效用比率（PER）高，且具有低過敏性，對固態發酵生產動物飼料具有重要意義[6]。此外，大米蛋白質渣資源豐富、價格低廉[7]。本試驗研究添加不同比例的大米蛋白質渣對發酵豆粕品質的影響，通過對固態發酵條件的控制和粗蛋白質等指標的跟蹤檢測，探討發酵過程的規律，從而優化發酵工藝，為進一步提高發酵豆粕品質提供參考[8-9]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米蛋白質渣：桐鄉市康源生物制品有限公司提供。豆粕：中海糧油集團有限公司提供。假絲酵母、乳酸菌、枯草芽孢桿菌：浙江科峰生物科技有限公司提供。

氫氧化鈉、亞硝酸鈉、乙醇、濃硫酸、三氯乙酸、硫酸銅、硫酸鉀、甲基紅、溴甲酚綠、硼酸等均為分析純。

1.2 主要儀器

PTX-FA210 電子天平：福州華志科學儀器有限公司；紫外分光光度計（UV-5500PC 型）：上海市元析儀器有限公司；KQ-300E 型超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；SW-CJ-1Bu 型單人單面凈化工作臺：蘇州凈化設備有限公司；GZX-9140MBE 電熱恒溫鼓風干燥箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；Allegra X-12R 離心機：貝克曼庫爾特有限公司；SPX-B-Z 生化培養箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；DF-101S磁力加熱攪拌器：鞏義市予華儀器有限責任公司；MB45 型水分測定儀：美國奧豪斯儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 大米蛋白質渣發酵菌株的篩選

取大米蛋白質渣100 g 放置于托盤中，105 ℃滅菌15 min，按接種量10%分別加入枯草芽孢桿菌、假絲酵母、乳酸菌的種子液，同時加入滅菌水至飼料總含水量為40%，攪拌均勻后于30 ℃恒溫培養，進行固態發酵，發酵48 h，每組3 個重復。發酵結束后，將發酵飼料于60 ℃烘干，粉碎過60目篩后，測定發酵飼料中粗蛋白質、中性洗滌纖維、酸溶蛋白質、乳酸以及水分含量。

1.3.2 粗蛋白質的測定

粗蛋白質含量的測定參照國標GB/T 6432-94。

1.3.3 水分的測定

取1.5 g樣品，通過MB45型水分測定儀，測定其含水率。

1.3.4 酸溶蛋白質的測定

試樣用一定濃度的三氯乙酸溶液提取，經離心分離后，用凱氏定氮法測定上清液中粗蛋白質的含量。

1.3.5 粗纖維的測定

粗纖維含量的測定參照國標GB/T 6434-2006。

1.3.6 發酵條件優化

單因素發酵條件優化實驗：采取單因素試驗法分別對大米添加量（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%）、發酵溫度（26、28、30、32、34 ℃）、接種量（6%、8%、10%、12%、14%、16%）和發酵時間（30、36、42、48 、54、60 h）等不同的條件因子進行了研究。

正交實驗優化：根據單因素的實驗結果，對篩選得到的4 個因素（A-大米添加量，B-發酵溫度，C-接種量，D-發酵時間），每個因素設3個水平，即采用L9（34）正交實驗，對發酵條件組合進行優化。

2 結果與分析

2.1 不同菌株對大米蛋白質發酵飼料成分的影響

不同菌株對大米蛋白質發酵飼料成分的影響結果見表1。

由表1 可知，本試驗中假絲酵母對大米蛋白質發酵飼料中粗蛋白質的提高程度最大，其次為枯草芽孢桿菌，最后是乳酸菌。假絲酵母對飼料中纖維的降解程度也高于其他菌株，對中性洗滌纖維的降解率達到19.46%。相較于枯草芽孢桿菌和酵母菌，乳酸菌的產乳酸能力較強，發酵48 h后飼料中乳酸含量達到101.08 mmol·kg-1。為實現降低飼料抗營養因子，提高飼料中蛋白質含量的效果，本研究采用假絲酵母進行發酵試驗。

表1 不同菌株對大米蛋白質發酵飼料成分的影響

2.2 發酵對添加大米粉豆粕感官指標的影響

2.2.1 顏色和物理形態

與對照組相比，添加大米蛋白質渣可使發酵豆粕顏色加深，呈紅黃色，并可使發酵豆粕物理性狀偏緊密，可能是因為大米蛋白質渣發黏，透氣性不好導致的。

2.2.2 氣味

與對照組相比，添加大米蛋白質渣以后可以改善發酵豆粕的氣味。添加大米蛋白質渣組有一些淡淡的清香味。各處理組相比，豆粕與大米蛋白質渣質量比為7：3組氣味較好。

2.3 添加大米蛋白質渣對發酵豆粕品質的影響

2.3.1 添加大米蛋白質渣對發酵豆粕粗蛋白質含量的影響

大米蛋白質渣添加量對粗蛋白質的影響見圖1。

圖1 大米蛋白質渣對粗蛋白質含量的影響

由圖1 可知，大米蛋白質渣添加量對粗蛋白質的影響不是很顯著，相對而言，大米蛋白質渣添加量為30%時，粗蛋白質含量較高，這可能是由于添加適量的大米蛋白質渣，可促進酵母菌的增殖，進而促進菌體蛋白質的合成。因此，選擇大米蛋白質渣添加量為30%。

2.3.2 添加大米蛋白質渣對發酵豆粕酸溶蛋白質的影響

在發酵溫度30 ℃、發酵時間48 h、接種量10%的條件下，研究大米蛋白質渣添加量（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%）對發酵豆粕酸溶蛋白質含量的影響，結果見圖2。

圖2 大米蛋白質渣對酸溶蛋白質含量的影響

由圖2 可知，大米蛋白質渣添加量為30%時，酸溶蛋白質含量最高，顯著高于對照組以及10%、20%、60%、70%處理組（P＜0.05）。

2.3.3 添加大米蛋白質渣對發酵豆粕粗纖維的影響

在發酵溫度30 ℃，發酵時間48 h，接種量10%的條件下，研究大米蛋白質渣添加量（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%）對發酵豆粕酸溶蛋白質含量的影響，結果見圖3。

圖3 大米蛋白質渣對粗纖維含量的影響

由圖3 可知，隨著大米蛋白質渣的增加，粗纖維的含量逐漸下降。大米蛋白質渣添加量為0、10%、20%、30%時差異不顯著（P＞0.05）。

2.3.4 發酵溫度對添加大米蛋白質渣發酵豆粕粗蛋白質含量的影響

在大米蛋白質渣添加量20%、發酵時間48 h、接種量10%的條件下，研究發酵溫度（26、28、30、32、34 ℃）對發酵豆粕粗蛋白質含量的影響，結果見圖4。

圖4 發酵溫度對粗蛋白質含量的影響

由圖4 可知，隨著發酵溫度的提高，粗蛋白質含量先增加再下降，發酵溫度30 ℃時粗蛋白質含量最高。

2.3.5 接種量對添加大米蛋白質渣發酵豆粕粗蛋白質含量的影響

在大米蛋白質渣添加量20%，發酵時間48 h，發酵溫度30 ℃的條件下，研究接種量（6%、8%、10%、12%、14%、16%）對發酵豆粕粗蛋白質含量的影響，結果見圖5。

圖5 接種量對粗蛋白質含量的影響

由圖5 可知，隨著接種量的增加，粗蛋白質含量先增加再下降，接種量為10%時粗蛋白質含量最高。

2.3.6 發酵時間對添加大米蛋白質渣發酵豆粕粗蛋白質含量的影響

在大米蛋白質渣添加量20%，接種量10%，發酵溫度30 ℃的條件下，研究發酵時間（30、36、42、48、54、60 h）對發酵豆粕粗蛋白質含量的影響，結果見圖6。

圖6 發酵時間對粗蛋白質含量的影響

由圖6 可知，隨著發酵時間的增加，粗蛋白質含量先增加再下降，發酵時間48 h 時粗蛋白質含量最高。

2.4 正交實驗

根據單因素實驗的結果，采用L9（34）的正交實驗，以粗蛋白質為參考指標，研究大米蛋白質渣添加量、發酵時間、發酵溫度、接種量對發酵豆粕的影響，每個試驗進行3次。正交實驗因素水平表見表2。

添加大米蛋白質渣對發酵豆粕粗蛋白質含量的影響的正交實驗結果及極差分析見表3，數據處理采用直觀分析方法，以極差大小確定因素主次順序。

從表3 中極差分析可知，影響粗蛋白質含量的主要因素是大米蛋白質渣添加量，其次是發酵溫度和接種量，發酵時間對粗蛋白質的含量的影響最小。最佳發酵條件組合為A2B3C3D2，即大米蛋白質渣添加量為30%、發酵溫度30 ℃、接種量10%、發酵時間48 h。

在最佳條件下進行驗證實驗，平行實驗3 次，測得粗蛋白質含量59.23%，該結果高于單因素實驗最佳條件的得率。說明各因素間相互作用可以提高發酵粗蛋白質含量，達到更好的發酵效果。

表2 正交實驗因數水平表L9（34）

表3 正交實驗結果

4 結論

本試驗研究了添加大米蛋白質渣對發酵豆粕品質的影響，采用單因素實驗和正交實驗對發酵條件進行了優化。優化后的最佳發酵條件為：大米蛋白質渣添加量為30%、發酵溫度30 ℃、接種量10%、發酵時間48 h。在此最佳發酵條件下測得粗蛋白質含量59.23%。本研究以農產品加工副產品為主要原料固體發酵生產動物飼料，可為農業廢棄物的飼料化進一步擴大應用范圍。