本发明涉及微生物发酵,尤其涉及一种羽毛降解剂及其制备方法与应用。
背景技术:
1、羽毛是禽类表皮细胞衍生的角质化产物,是养殖业固废的治理难点之一。家禽羽毛由角蛋白为主的蛋白质组成,蛋白质含量高达80%以上,此外还含有富含多种氨基酸微量、b族维生素及生长因子,然而由于羽毛角蛋白具有非常稳定的结构,很难在水、稀酸及盐溶液中溶解,因此动物对其消化率几乎为零。即使羽毛具有难以降解的特点,但因其丰富的蛋白质及氨基酸,也使其具有极大的饲用潜力,在进行适当加工后可替代传统动物性蛋白质饲料,比如鱼粉、肉粉等。高效开发利用羽毛资源,不但有利于解决养殖业固废污染难题,更有利与解决饲料蛋白资源不足的问题。
2、目前常见的羽毛处理方法包括基于物理方法的高温高压水解法和膨化法,基于化学方法的酸碱处理法和基于生物技术的酶解法和微生物发酵法。这些方法不仅能耗高、工艺复杂、容易污染环境,而且会破坏部分氨基酸,而造成营养的损失。微生物法和酶法是两种新兴降解羽毛的方法,其降解废弃羽毛的过程温和、环境友好、不破坏氨基酸结构,生产的氨基酸产品可广泛应用于肥料、医药、饲料等行业。然而酶法降解存在生产工艺复杂、成本高等的问题,现阶段酶法降解羽毛完全无法满足工业需求。微生物降解羽毛存在的主要问题包括羽毛降解不完全、氨基酸产量较低,发酵法的生产水平高低主要取决于菌种和发酵工艺条件,因此急需对样品前处理和发酵工艺优化,进一步提高氨基酸转化率。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种提高羽毛降解过程中氨基酸转化率的羽毛降解剂及其制备方法与应用。
2、为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
3、第一方面,本发明提供了一种羽毛降解剂,其包括以下重量份的组分:米曲霉发酵产物10-25份和生物酶制剂1-15份。
4、本发明通过特定配比范围下的米曲霉发酵产物与生物酶制剂搭配为羽毛降解剂,能够将羽毛中的角蛋白充分降解为小肽和可溶性蛋白,同时使羽毛粉中的大分子营养成分如粗蛋白、粗纤维、非淀粉多糖等有效降解,提高了羽毛的降解率,综合提高了发酵后羽毛粉作为畜禽饲料的应用性能。
5、米曲霉发酵产物中含有多种蛋白酶能够降羽毛粉的角蛋白,并将直链和支链淀粉降解为糊精及各种低分子糖类(如麦芽糖、葡萄糖等),同时将羽毛中不易消化的大分子蛋白质降解为蛋白胨、多肽等小分子蛋白或氨基酸。
6、生物酶制剂中含有多种蛋白酶,能够精准、快速降解羽毛粉中的角蛋白,提高羽毛的降解率。
7、作为本发明所述羽毛降解剂的优选实施方式,所述米曲霉发酵产物主要由米曲霉与发酵基质在28-30℃下有氧固态发酵36-40h得到;所述米曲霉发酵产物中蛋白酶的酶活力为1800-2000u/g。
8、米曲霉是一类产复合酶的菌株,除产蛋白酶外,还可产氨基酰化酶、淀粉酶、脂肪酶、木聚糖酶等,米曲霉所产的蛋白酶能将不易消化的大分子蛋白质降解为蛋白胨、多肽及各种氨基酸,可为第二次发酵菌株的生长和代谢提供营养物质,而且还可以使辅料中的粗纤维、植酸等难吸收的物质降解,提高营养价值、保健功效和消化率。
9、作为本发明所述羽毛降解剂的优选实施方式,包括如下(ⅰ)~(ⅲ)中的至少一种:
10、(ⅰ)所述米曲霉发酵产物中的发酵基质包括以下重量份组分:豆粕30-70份、麸皮10-40份、玉米粉5-10份和大豆糖蜜5-20份;
11、(ⅱ)所述米曲霉发酵产物中的米曲霉为米曲霉孢子悬液,所述米曲霉孢子悬液中的孢子浓度为(0.1-10)×109cfu/g;
12、(ⅲ)所述米曲霉发酵产物中的米曲霉孢子悬液与发酵基质的比例为米曲霉孢子悬液:发酵基质=(6-9)ml:(8-12)mg。
13、在优选参数条件下,本发明的米曲霉发酵产物在特定的发酵基质下能够获得更多的代谢产物、米曲霉孢子浓度更高。
14、作为本发明所述羽毛降解剂的优选实施方式,所述生物酶制剂包括以下重量份的组分:复合生物酶40-55份、营养基质62-85份和混合菌剂8-17份。
15、羽毛粉中含有大量的角蛋白,因此采用角蛋白酶降解羽毛粉是本领域常用的技术手段,然而市售的大部分精制角蛋白酶的酶系成分单一,主要活性成分是二硫键还原酶,而多肽水解酶含量甚微。本发明利用角蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶在特定的比例范围下组合为复合酶制剂能够快速降解角蛋白,尤其是木瓜蛋白酶具有的巯基蛋白酶活性起到了羽毛降解作用,羽毛经过复合酶酶解效果比单酶处理的要突出。
16、本发明羽毛降解剂中的生物酶制剂含有复合酶制剂、营养基质和混合菌剂,三者具有较好的协同作用。复合酶制剂酶解羽毛的角蛋白所生产的小分子肽、氨基酸和寡糖等多种营养混合物是混合菌剂中的微生物快速生长的增殖剂,通过酶解后的多种营养混合物可以显著提高混合菌剂中微生物的活菌浓度,同时保证发酵时间尽可能缩短,产生大量有机酸,抑制杂菌的生长,保证了发酵的风味。
17、作为本发明所述羽毛降解剂的优选实施方式,包括如下(ⅳ)~(ⅵ)中的至少一种:
18、(ⅳ)所述生物酶制剂中的复合生物酶包括以下重量份的组分:角蛋白酶40-60份、木瓜蛋白酶18-25份和胰蛋白酶15-25份;
19、(ⅴ)所述生物酶制剂中的营养基质包括以下重量份的组分:碳酸钙20-40份、琼脂培养基22-27份、大豆糖蜜30-50份和麸皮10-15份;
20、(ⅵ)所述生物酶制剂中的混合菌剂包括地衣芽孢杆菌和巴斯德毕赤酵母;所述地衣芽孢杆菌的活菌浓度为≥6×108cfu/g,所述巴斯德毕赤酵母的活菌浓度为≥1×109cfu/g。
21、本发明选取生存能力强的地衣芽孢杆菌和巴斯德毕赤酵母,以活性最强的菌株作为母株,加上复合酶制剂和营养基质的配合,使混合菌剂的菌群可以对羽毛进行强而有力的降解,使菌、酶协同提高角蛋白的降解率,产生可被动物直接吸收利用的小肽和氨基酸。在优选的条件下,地衣芽孢杆菌的活菌浓度≥6×108cfu/g、巴斯德毕赤酵母的活菌浓度为≥1×109cfu/g即可能够为复合生物酶提供较好的羽毛降解效果,且当地衣芽孢杆菌的活菌浓度为108-1010cfu/g、巴斯德毕赤酵母的活菌浓度为109-1011cfu/g时效果最佳。
22、第二方面,本发明提供了上述羽毛降解剂在降解羽毛中的应用。
23、第三方面,本发明提供了一种降解羽毛的方法,其包括以下步骤:
24、(1)将羽毛粉与上述羽毛降解剂中的米曲霉发酵产物混合,有氧发酵,得到羽毛发酵湿基;
25、(2)将步骤(1)所得羽毛发酵湿基与上述羽毛降解剂中的生物酶制剂混合,调整羽毛发酵湿基的水含量为25-35%,密封发酵,得到降解后的羽毛粉。
26、本发明采用两级分步发酵,能够在协调好厌氧菌和好氧菌的生长、保障羽毛降解率的前提下,降低发酵过程物料的有氧降解的损耗,发酵后的产品不需要烘干就可以直接用于配料,生产成本低;厌氧发酵时间长,发酵充分且安全性高,羽毛粉品质改善明显,不会造成污染,利于大规模使用。本发明的第一步发酵在利用米曲霉发酵产物降解羽毛的过程中,能够产生各种低分子糖类、蛋白胨、多肽、氨基酸等小分子营养物质,可为第二步发酵中的微生物生长和代谢提供营养物质,还能够使敷料中粗纤维、植酸等难吸收的物质降解,提高营养价值、保健功效和消化率。
27、本发明的降解方法通过羽毛降解剂完成,羽毛降解剂中的米曲霉、地衣芽孢杆菌和巴斯德毕赤酵母能够将不易消化的大分子蛋白质降解为蛋白胨、多肽及各种氨基酸,同时蛋白酶(木瓜蛋白酶、中性蛋白酶胰蛋白酶等)所具有的酶活性起到了降解羽毛氨基酸的作用,与直接添加蛋白酶、木聚糖酶等酶制剂相比,本发明的方法中产酶微生物分泌的消化酶对发酵底物更具有针对性、酶系更丰富,且不同的酶、菌之间具有协同效应,同时对羽毛角蛋白的降解效果优异。
28、作为本发明所述方法的优选实施方式,在步骤(1)中,所述羽毛粉与米曲霉发酵产物的重量比为羽毛粉:米曲霉发酵产物=(60-85):(10-25);
29、在步骤(2)中,所述羽毛发酵湿基中的羽毛粉与生物酶制剂的重量比为羽毛粉:生物酶制剂=(60-85):(1-15)。
30、作为本发明所述方法的优选实施方式,在步骤(1)中,所述有氧发酵的条件为在35-42℃下有氧发酵8-12h。
31、作为本发明所述方法的优选实时方式,在步骤(2)中,所述密封发酵为在呼吸袋中、25-37℃发酵3-10天。
32、与现有技术相比,本发明的有益效果为:
33、(1)本发明通过特定配比范围下的米曲霉发酵产物与生物酶制剂搭配为羽毛降解剂,能够将羽毛中的角蛋白充分降解为小肽和可溶性蛋白,同时使羽毛粉中的大分子营养成分如粗蛋白、粗纤维、非淀粉多糖等有效降解,提高了羽毛的降解率,综合提高了发酵后羽毛粉作为畜禽饲料的应用性能。
34、(2)本发明中的发酵方法采用两级分步发酵,可以协调好厌氧菌和好氧菌的生长,在保障羽毛降解率的前提下,降低发酵过程物料的有氧降解的损耗,发酵后的产品不需要烘干就可以直接用于配料,生产成本低;厌氧发酵时间长,发酵充分且安全性高,羽毛粉品质改善明显,不会造成污染,利于大规模使用。
1.一种羽毛降解剂,其特征在于,包括以下重量份的组分:米曲霉发酵产物10-25份和生物酶制剂1-15份。
2.如权利要求1所述的羽毛降解剂,其特征在于,所述米曲霉发酵产物主要由米曲霉与发酵基质在28-30℃下有氧固态发酵36-40h得到;所述米曲霉发酵产物中蛋白酶的酶活力为1800-2000u/g。
3.如权利要求2所述的羽毛降解剂,其特征在于,包括如下(ⅰ)~(ⅲ)中的至少一种:
4.如权利要求1所述的羽毛降解剂,其特征在于,所述生物酶制剂包括以下重量份的组分:复合生物酶40-55份、营养基质62-85份和混合菌剂8-17份。
5.如权利要求4所述的羽毛降解剂,其特征在于,包括如下(ⅳ)~(ⅵ)中的至少一种:
6.如权利要求1-5任一项所述的羽毛降解剂在降解羽毛中的应用。
7.一种降解羽毛的方法,其特征在于,包括以下步骤:
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述羽毛粉与米曲霉发酵产物的重量比为羽毛粉:米曲霉发酵产物=(60-85):(10-25);
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述有氧发酵的条件为在35-42℃下有氧发酵8-12h。
10.如权利要求7所述的方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述密封发酵为在呼吸袋中、25-37℃发酵3-10天。