发酵豆粕品质判定 香红星 2014.10.29 致谢： o 本报告内容实际上汇聚了实验人员陈婧、张玲 、干霞、乐山恒峰华邦品管人员、国家饲料工 程中心等的心血与研究成果。本人并无实际亲 自操作。在此申明并致谢！ o 同时，很多饲料企业交流中也提供了很多值得 借鉴的思路与建议，并提供过检测支持等，一 并致谢！ 报告提纲 o 豆粕及其发酵处理理由 o 发酵豆粕介绍 o 发酵豆粕菌种、工艺、生产 o 发酵豆粕品质判定 o 掺假分析 o 发酵豆粕采购建议及品控量化指标 o 发酵原料技术应用拓展 豆粕 o 豆粕是大豆提取豆油后得到的一种副产品 o 豆粕是棉籽粕、花生粕、菜籽粕等12种动植物油粕饲 料产品中产量最大，用途最广的一种 o 豆粕是高蛋白饲料，氨基酸组成和动物蛋白质近似，其 中氨基酸比较接近人体需要的比值，所以容易被消化吸 收 o 豆粕中含有丰富的钙、磷、镁、钾等无机盐，还含有铜 、铁、锌、碘、钼等微量元素 中国市场/行业需求 o 总体趋势 近2年国内饲料企业应用微生物制剂及发酵原料越 来越普遍，并能确认其价值；应用范围和使用量逐年递 增；养殖场也接受了生物预处理饲料的技术与产品。 o 客户需求 在乳猪饲料以发酵豆粕取代大豆浓缩蛋白、鱼粉、 血浆蛋白、肠膜蛋白、豆粕方面有成熟经验；水产饲料 、特种皮毛动物饲料也得到应用。 中国发酵豆粕概况 o 生产地域：台湾、内蒙（赤峰）、吉林（四平）、辽宁 （沈阳）、天津、北京、河南（汝州、周口）山东（青 岛德州、日照）、湖北（武汉、汉川、荆州、黄石）、 江苏（溧阳、盐城、南通、台州）浙江（杭州、金华） 、河北（邯郸）、安徽（蚌埠）、福建（龙岩、漳州） 、广东（肇庆、东莞、茂名）、湖南（岳阳）、江西（ 南昌）、四川（乐山、邛崃）广西（钦州、贵港）等。 o 主流生产企业：北京金泰德、武汉邦之德、上海源耀、 天津全能、福建闽雄、深圳荣华、浙江科峰、乐山恒峰 华邦、东莞银华、广东希普、山东根源、山东和实、南 昌惠德等。 发酵豆粕解决什么问题？ o 膨化大豆解决了什么？发酵豆粕重点解决什么？ o （尽量）消除抗营养因子（以抗原蛋白、脲酶活性、胰蛋白酶 抑制因子、水苏糖、棉子糖为重点）； o 通过发酵尽量增加低分子肽、有机酸等含量； o 通过菌种调配及发酵，增强诱食功能，（酸、香）； o 具有微生物益生功效，微生态调节功能。 o 发酵豆粕指标衡量是一个系统工程。 豆粕抗营养因子分类 o 根据对饲料营养价值和动物生物学反应，分为以下六类： o 降低蛋白质消化率和利用率的因子（胰蛋白酶抑制因子、 糜蛋白酶抑制因子等）； o 降低碳水化合物消化率因子（单宁和寡糖等）； o 影响矿物质利用率的因子（植酸）； o 影响维生素活性或增加动物维生素需求量的因子（抗维生 素A、维生素D、维生素E和维生素B12等因子）； o 刺激免疫体系的因子（抗原蛋白）以及其它一些抗营养因 子（致甲状腺肿因子、皂甙、异黄酮和生氰糖甙等）； o 饲料中具有毒素作用的因子（植物凝集素） 抗营养因子抗营养因子 9 豆粕抗营养因子的热敏感性 o 抗原蛋白（7s，11s亚基为代表）、胰蛋白酶抑制因子 、糜蛋白酶抑制因子、凝集素、脲酶、致甲状腺肿因子 及抗维生素因子具有对湿热敏感； o 皂甙、单宁、异黄酮、寡糖、致过敏反应蛋白及植酸等 对热较稳定； o 热处理对抗原蛋白、蛋白酶抑制因子、凝集素、脲酶等 热敏性抗营养因子有很好的钝化效果。但是对豆粕蛋白 溶解度的影响不容忽视！ 一步步认识发酵豆粕？ o 理论层面的把握（工艺设计、科学检测方法的建立）； o 技术层面的把握（基础性现场控制与一级品控）； o 品控层面的把握（把关性二级品控与法规遵守）； o 采购层面的把握（保真-性价比） o 核心问题：掌握豆粕与发酵豆粕的关键差别点，才知道怎 么去把握。粗蛋白、水分、灰分、氨基酸等不能让你辨识 优劣。 发酵豆粕之典型问题 o 品质不稳定；（蛋白溶解度、粗蛋白、电泳、抗原含 量、寡糖、VBN、灰分存在变数） o 小肽（酸溶蛋白）、有机酸含量偏低； o 收率偏高（收率与寡糖彻底消除的基本算法）； o 烘干设备选型不当，造成成本偏高； o 菌种组合不合理、培养活化环节复杂； o 工艺流程设计及发酵形式存在问题； o 品控问题（检测项目不齐全-检验方法简单模仿，基 本原理不清楚，被牵着鼻子走，品管检测忌照搬）。 发酵用菌种介绍 形形色色的微生物类群 微生物简介 o 微生物作为生物的一大类 ，具有其本身的特点及其独 特的生物多样性，可以简要概括成以下几句话： o 个体小、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养 、数量大、分布广、种类多、级界宽、变异易、抗性 强、休眠长、起源早、发现晚。 微生物个体大小简介 o 微生物的个体极其微小，一般要借助于光学显微镜或 电子显微镜才能观察到它们。 o 例如杆形细菌的宽度只有 0.52 m ，长度也只有 1几个 m ， 1500个杆菌首尾相连= 一粒芝麻的 长度； 10-100亿个细菌加起来重量 =1毫克；面积/ 体积比：人 = 1，大肠杆菌 = 30万；这对于微生物 与环境的物质、能量和信息的交换极为有利。 微生物强大的繁殖性能 o 微生物繁殖速度很快，例如一头500kg的食用公牛，24 小时生产 0.5kg蛋白质，而同样重量的酵母菌，以糖液 （如糖蜜）和氨水为原料，24小时可以生产 50T优质蛋 白质。 o 微生物尤其以二裂法繁殖的细菌具有惊人的繁殖速率。 如大肠杆菌 37时世代时间为 18分钟，每 24小时可 分裂 80 次，每 24小时增殖数为 1.2 x 10 24 个。枯 草芽孢杆菌30时的时代时间为 31分钟，每 24小时可 分裂 46次，增殖数为 7.0 x 10 13 个。 微生物极强的耐受力 现在已从近于 100条件下的温泉中分离到了高温芽 孢杆菌，并观察到在 105时还能生长。甚至有报导，有 人从太平洋 25000m深处分离到的高温菌，在 265atm和 250下，经过 40分钟的培养，细菌数量增加 1倍，几小 时后增加了 100倍。甚至升温到 300时仍在生长。 微生物在不良条件下很容易进入休眠状态，某些种类 甚至会形成特殊的休眠构造，如芽孢、分生孢子、孢囊等 。有些芽孢在休眠了几百年，甚至上千年之后仍有活力。 甚至报导过 3 000 4 000年前埃及金字塔中的木乃尹上 至今仍有活的病原菌。 惊人的微生物分布 自然界中微生物存在的数量往往超出一般人们的预 料。土壤中细菌可达几亿个/g，放线菌孢子可达几千万 个/g。人体肠道中菌体总数可达 100万亿左右。新鲜叶 子表面可附生 100 多万个/g 微生物。全世界海洋中微 生物的总重量估计达 280亿吨。 从这些数据资料可见微生物在自然界中数量之巨。 实际上我们生活在一个充满着微生物的环境中。 微生物与饲料工业 有益： 代谢产物的直接利用与延伸（发酵单体氨基酸、发酵 类抗生素、维生素、有机酸、生物酶、多糖、色素、 生物碱、酶工程衍生产品、饲料原料发酵等）。 微生物的直接利用（微生物制剂、疫苗、饲料及原料 发酵等）。 有害： 饲料或原料的病原菌感染、发霉变质、动物疾病、生 产环境污染等。 微生物 微生物在饲料工业中的角色 新功能？ 微生态态 制剂剂 原料体外 预预消化 ERG、GSH 、 SODSOD等 活性肽肽、防 御素、细细菌 素等 饲饲用酶 制剂剂 饲饲用维维生素 、色素等 氨基酸、有机 酸、核酸等 原料发酵的微生物常见类群 乳酸菌类:非分类学概念。乳酸菌是一类能利用可发酵性糖为原料 ，并能产生大量乳酸的细菌的通称。乳酸菌 1小时可分解其体重 1000至10000倍乳糖。 酵母菌类：非分类学概念，在偏酸性且含糖较多的环境中生长的 单细胞真核微生物。例如面包酵母、海洋红酵母等。 芽孢杆菌类：能够产生芽孢的细菌。（芽孢则是某些细菌在其生 长发 育后期,可在细胞内形成的一个圆形或椭圆 形、厚壁、含水量 低、抗逆性强的休眠构造) 真菌类：非分类学概念。通常指菌丝体发达而又不产生大型子实 体的真菌。例如霉菌类，假丝酵母等。 微生物菌落及显微图片 酵母菌 芽孢菌 乳酸菌 发酵菌种抗逆性分析 o 芽孢杆菌：形成芽孢后储藏、耐温、耐压等稳定性非常 好。枯草、地衣、凝结、巨大、侧孢等。 o 乳酸菌类：微生物发酵首选菌种。抗逆性和储藏稳定性 是最大阻碍。代谢产物的利用。例如：有机酸、抗菌素 等。 o 酵母菌类：耐高渗，耐温差。发酵改善适口性，促消化 ，代谢产物营养丰富。 微生物营养的特殊性 o 微生物：与环境进行物质、能量、基因的交换。最高效 ，适应性最强。 o 植物：光合作用与根系吸收。 o 动物：主动摄食，体内转化。 o 结论：生物级别越高，其营养需求及转化越低效。其生 存力更多依赖于智慧、体能。构成食物链与生态系统。 微生物生长曲线示意图 微生物生理代谢阶段及特点 微生物营养代谢分析 o微生物的代谢产物名目繁多，从来源上考虑，可区分为初级代谢产 物，次级代谢产物和转化产物，三者之间的关系如图所示： 微生物 初级代谢产物（I） （氨基酸、核苷酸、植物多糖、 维生素、有机酸等） 次级代谢物（） （抗生素、菌素、植物碱等） 菌体、诱导型酶（）外源物质转化产物（） 外源物质 （甾体、烷烃、芳烃、 杂化合物） 发酵产品设计要求 o 微生物选择符合法规，生物安全性保障； o 应用的有效性必须保证； o 生产实现的难易程度，工艺设计及设备； o 合理的利润保证，市场接受程度； o 知识产权的保护问题； o 需要饲料行业共同推进与认可。 发酵用菌种及原理 o 分解蛋白（抗原蛋白）的芽孢杆菌类 o 分解寡糖的乳酸菌（正型乳酸发酵为主） C6H12O6+2ADP 2CH3CHOHCOOH+2ATP C6H12O6+ADP CH3CHOHCOOH+C2H5OH+CO2+ATP o 脱除单分子糖及增加适口性的酵母菌 o 三者协同作用才可以完成发酵使命，并保护蛋白质很少 被降解。 乳酸菌发酵类型 o 从生化机制来看，乳酸发酵分为两大类型：若发酵产物 中只有乳酸的（达到80以上），称为正型乳酸发酵 ，如乳酸链球菌（Streptococcus lactis）、乳酪链 球菌（Streptococcus cremoris）、干酪乳杆菌（ Lactobacillus easei）等。 o 若发酵产物中除乳酸之外还有乙酸、乙醇、CO2、H2 的，称为异型乳酸发酵。如一些明串珠菌（ Leuconostoc）、乳酸杆菌（Lactobacillus）。 发酵菌种产生的有机酸、维生素含量分析 小 结 o 掌握微生物生理特性，驾驭它为我们服务； o 所开发的品种应符合法规，生物安全第一； o 产品作用应该可以量化，动物营养效果明确； o 在动保方面，微生物产品应该有更加广阔的应用，例如 母猪泌乳、便秘方面、乳猪肠道驯化、治疗腹泻、环境 改良； o 原料（三大营养物）的生物预消化，结构脂肪（pop） 构建、人工乳仿生、营养型抗菌肽等。 发酵豆粕工艺和生产 图示流程 关键设备 o 原料前处理及设备 o 发酵装置及设备讨论 o 混合设备 o 菌种培养设施及配套 o 烘干物料的冷却 o 粉碎 干燥设备 o 烘干设备是最大制约因素。搅拌式流化床、振动式流化 床、管束式烘干机、滚筒干燥机、圆盘干燥机、网带式 烘干机、气流干燥机等。 o 热源：木柴、生物质颗粒、燃煤、蒸汽、电加热辅助、 燃油、天然气等。 o 成本分析和烘干设备选择原则（阐述）。 生产成本构成 o 原材料采购 o 损耗 o 菌种 o 烘干 o 水电能耗、包装、车间转运 o 运输 o 管理、折旧、工资、