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酶解与发酵马铃薯渣生物bob电竞登录的营养价值及其应用研究进展

畜牧人网站2020-04-15 22:17:42


我国bob电竞登录工业起步较早,但从20世纪70年代以来才开始迅速发展,这期间我国的bob电竞登录工业的产业结构进行了调整,产业逐步集中,科技含量稳步提升。然而在这背后仍然存在着很多问题,诸如bob电竞登录原料供应存在缺口;科技创新能力不强,国际竞争力较弱;bob电竞登录产品质量良莠不齐,市场竞争秩序混乱等。其中,bob电竞登录原料的短缺已经成为制约我国bob电竞登录工业发展的瓶颈,因此微生物酶解发酵制备生物bob电竞登录逐渐被应用于生产实践中。


我国是世界马铃薯生产第一大国。由于产量和种植面积的大幅增长,促使马铃薯深加工产业开始发展,也由此产生了大量的马铃薯废渣。鲜马铃薯渣由马铃薯的细胞碎片、细胞壁残余物、残余淀粉颗粒及细胞壁、薯皮细胞、细胞结合物构成,是生产淀粉过后的主要副产品。在我国生产淀粉后产生的马铃薯渣主要以掩埋的方式处理,有些甚至直接丢弃,大量的马铃薯渣没有得到合理利用,且马铃薯渣中的水分含量高达80%,不易储存和运输,极易造成环境的污染和资源的浪费。2011年在兰州召开的“中国马铃薯学术年会”上,将马铃薯渣的综合利用问题列为今后马铃薯加工业重点解决的问题。据研究马铃薯渣具有丰富的粗纤维、果胶、淀粉等可利用资源,具有很高的重新利用的价值。因此,对马铃薯渣的重新利用具有良好的经济和社会效应,并且对于因生产淀粉而造成的环境污染与资源浪费问题也可以起到一定程度的缓解作用。



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马铃薯渣的主要营养成分


新鲜马铃薯渣的化学成分主要包括:淀粉、半纤维素、纤维素、果胶、游离氨基酸、灰分、多肽、寡肽等。其各成分的含量在各文献中均略有不同,F.Mayer在1998年的测定结果见表1。


据F.Mayer等的研究显示,马铃薯渣中的自带菌种数量多达15类33种,其中细菌多达28种,还有4种霉菌和1种酵母菌。


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对马铃薯渣的处理


2.1 马铃薯渣的脱水处理


马铃薯渣中含有高达80% 左右的水分,这些水分被嵌入在残余的完整的细胞内,在常温常压下很难去除,呈现出典型的胶体特性。目前对于马铃薯渣的脱水常利用烘干设备直接烘干,但是这种方法能耗较大,因此在生产实践中不提倡使用。近年来,我国众多学者设计了多种马铃薯渣脱水设备,例如陈阳明在2009 年发明了一种螺旋式淀粉渣压榨机,其两端及内壁设有多个出水口,压榨过程中通过摩擦、压缩等方法脱水,此设备结构简单、造价低。


另外,利用L16( 215 ) 的正交试验,在含水量为88.91% 的马铃薯渣中添加1.770% 的氧化钙、0.035%的氢氧化钠、0.880% 的氯化钠,经自然干燥和压滤,可使马铃薯渣的水分含量降低到70% 以下。


2.2 马铃薯渣中果胶的提取


果胶的本质是一种多糖聚合物,是植物细胞壁的组成成分之一,一般为白色或淡黄色,或浅灰色、浅棕色,口感黏滑。其可以形成具有弹性的凝胶,耐热性强,呈弱酸性。果胶是一种天然的高分子化合物,目前已经广泛应用于诸如食品、日化等行业中,成为人们日常生活中的必需品。


马铃薯渣中果胶占有很大的比例,约为15% ~30%。利用马铃薯渣提取果胶,不仅提高了马铃薯渣的附加值,同时也丰富了果胶的来源。通过酒精沉淀法虽可得到纯度较高、色泽较好的果胶,但是酒精消耗过大,不提倡在生产实践中使用。而通过铝盐沉淀法,50 g 马铃薯渣可以得果胶11.5g,并且比酒精沉淀法节约70% 的酒精。以水法、酸法、酸法加微波三种方法提取果胶并进行对比分析,可发现,只有水法提取的果胶是高酯果胶,而且三种工艺提取出的马铃薯果胶产品的凝胶强度都相对较低。


2.3 马铃薯渣中残余淀粉的处理


淀粉是葡萄糖分子聚合物,是细胞中碳水化合物最普遍的储藏形式。马铃薯中提取出来的淀粉质地洁白细腻,有光泽,较为常用。马铃薯中淀粉的制取过程首先是对马铃薯进行清洁和磨碎,再进行平遥式和离心式筛选,在筛选的过程中需要不断加水洗涤,最后筛下来的就是淀粉成分,经过脱水干燥处理就可以得到干淀粉。在工艺条件、破碎颗粒的几何状态、筛分级数等因素的影响下,在马铃薯渣中不可避免地会有淀粉残余,处理这些残余淀粉在马铃薯渣的重复利用中也是十分重要的一项课题。经过耐高温α - 淀粉酶处理,马铃薯渣结构变松散,表面产生孔洞,纤维素转化率提高,可以为肠道提供有利的消化环境,同时也可作为bob电竞登录添加组分。


2.4 马铃薯渣的酶解与发酵处理


马铃薯渣的酶解与发酵主要是运用微生物发酵,以马铃薯渣为底料,通过不断筛选适宜的时间、温度、料层厚度等条件,降解马铃薯渣中的粗纤维、淀粉等,同时提高粗蛋白的含量,从而提高马铃薯渣的重复利用价值。


粗纤维是植物细胞壁的主要组成部分,少量的粗纤维可以帮助肠胃蠕动,促进消化,但是粗纤维也会在一定程度上阻碍消化,降低养分的消化率。因此,若想利用马铃薯渣,必须对马铃薯渣中的粗纤维进行降解。选取10 种菌种( 产朊假丝酵母、酿酒酵母、扣囊复膜酵母、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、米曲霉、黑曲霉、绿色木霉、植物乳杆菌和X 霉菌) 进行发酵试验,试验证明,10 种菌种均能对马铃薯渣中的粗纤维进行一定的降解,其中植物乳杆菌、黑曲霉、康宁木霉对粗纤维的降解率超过了50%。组合菌种中,酿酒酵母+ 黑曲霉的组合以及扣囊复膜酵母+ 康宁木霉的组合对粗纤维的降解率超过了50%。另外,国内学者曾使用黑曲霉HF3、Z9 发酵马铃薯渣,在得到的产物中粗纤维的含量大幅下降,这与一些国外学者的研究成果一致。同时,多菌种按比例发酵时,黑曲霉Z9 和啤酒酵母PJ 组合且比例为1∶1时,粗纤维含量下降较为明显。


蛋白质bob电竞登录资源的短缺是当今bob电竞登录行业不容小觑的问题。据统计,蛋白质资源的不足将成为全球性问题。蛋白质bob电竞登录的来源主要是各种植物饼粕,如大豆、菜籽等,还有动物的血粉和鱼粉等。新鲜的马铃薯渣水分含量高,粗纤维含量高,适口性差,不适合动物直接食用,但是经过发酵处理后的马铃薯渣不仅粗纤维含量低,同时蛋白质含量也得到了大大的提高。


有学者曾利用3 个试验选择出了最适宜马铃薯渣发酵的菌种、培养基以及工艺条件。首先,菌种的选择,他进行了单一菌种的发酵试验,发现白地霉的产蛋白能力最强,发酵后粗蛋白含量为31.30%,真蛋白含量为12.15%。混合菌种以酿酒酵母+ 白地霉+ 热带假丝酵母+ 植物乳杆菌组合产生蛋白质含量较高,粗蛋白含量为35.63%,真蛋白含量为14.05%,同时,混合菌种的发酵效果明显好于单一菌种发酵。其次,适宜的培养基方案: 80%的马铃薯渣,20.00% 的麸皮,1.50% 的尿素,1.50% 的硫酸铵,0.06% 的硫酸镁和0.40%的磷酸氢二钾。发酵后粗蛋白含量为36.52%,真蛋白含量为13.61%。第三,最佳的工艺方案: 发酵温度为32 ℃,时间为80 h,接种量为8%,料层厚度为4 cm,接种比例为1∶1∶1∶1。发酵后粗蛋白含量为36.96%,真蛋白含量为14.28%。以黑曲霉、白地霉、热带假丝酵母为发酵菌种,薯渣∶麸皮= 90∶10,自然pH 值,温度32 ℃,时间66 h 所得的发酵成果粗蛋白质含量高,且颜色洁白,有浓郁的酒香。同样是使用黑曲霉、白地霉、热带假丝酵母为发酵菌种,若添加0.60% 的磷酸二氢钾,1.50%的尿素,1.50%的硫酸铵,0.05%的硫酸镁,并进行灭菌处理,同样可以提高粗蛋白的含量,且灭菌后的发酵产物保留了酵母特有的香气。


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酶解与发酵后的马铃薯渣在动物饲养上的应用


3.1 在反刍动物及非反刍动物上的应用


反刍动物是指进食后经过一段时间再将胃中半消化的食物返回嘴里再次咀嚼的动物。常见的反刍动物有骆驼、牛、羊等。反刍动物的消化特点是: 瘤胃、网胃、瓣胃主要以微生物消化为主,并且消化活动主要在瘤胃中进行。反刍动物采食bob电竞登录时,先匆匆咽下使食物进入瘤胃,在休息时又会将未消化的部分返回口腔继续咀嚼并再次咽入瘤胃中。通过瘤胃中的微生物发酵,消化掉70% ~ 85% 的干物质和50% 的粗纤维,这就是反刍动物能大量利用粗bob电竞登录的营养的原因。利用芽孢杆菌LZ-1 和产朊假丝酵母按1∶1 发酵马铃薯渣,以玉米秸为辅料,尿素添加量为2%,发酵温度为30 ℃,接种量为10%,水分含量为70%,发酵48 h,既保存了对反刍动物有益的粗纤维,又改善了发酵产物的气味,提高了适口性和营养价值。另一个试验采用活力99 发酵菌剂发酵马铃薯渣,添加5% 的尿素,发酵温度为33 ℃,水分含量为55%,发酵7 d 后,得到粗蛋白含量高达13.50%的发酵产品,成为品质较好的bob电竞登录原料,可扩大在反刍动物饲养中的应用。当黑曲霉和白地霉比例为1∶10,料层厚度为6 cm,接种量为5%,发酵时间为60 h,发酵温度为28 ℃,水分含量自然的发酵条件下,pH 值降为4.09,可为马铃薯渣固态发酵生产奶牛bob电竞登录提供参考。


非反刍动物如猪、兔等,其消化特点主要是酶的消化,微生物消化较弱。采用坑贮池乳酸菌发酵的马铃薯渣喂猪,试验组比对照组每头猪平均日增重提高53.6 g,投入产出比试验组为1∶1.44,经t 检验,试验组增重显著。在菌种组合为黑曲霉、热带假丝酵母和枯草芽孢杆菌,其接种比例为2∶2∶1,添加2%的尿素,在料层厚度为30 cm,发酵温度为33 ℃,发酵时间为48 h,pH 值自然,水分含量自然的条件下发酵马铃薯渣,可得到粗蛋白含量为13.50% 的发酵产品,粗蛋白含量提高126%。通过喂猪试验,显示该发酵产品对猪有明显的增重效果,试验组的平均日增重为610.2 g,发酵产品不仅对组织器官有保健以及促进生长的功能,同时也提高了经济效益。因此,可知发酵马铃薯渣蛋白bob电竞登录对猪有良好的饲喂效果。


3.2 禽类上的应用


禽类对bob电竞登录的消化与非反刍动物的消化类似,不同的是禽类靠喙采食bob电竞登录,bob电竞登录在肠道中的停留时间不长,酶的消化及微生物发酵的消化都比猪弱,未消化的bob电竞登录残渣往往通过泄殖腔排出。鸡的消化代谢试验表明,鸡对发酵后马铃薯渣的消化率较发酵前,在粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、总能四个方面均有提高,分别提高了16.51%、89.64%、17.78% 和18.15%,同时各氨基酸的表观消化率也优于发酵前。马铃薯渣经过产朊假丝酵母液态纯种发酵后,在蛋鸡的日粮中添加30% 的发酵产物,虽能显著提高蛋鸡的蛋白质利用率,但是对干物质和脂肪的代谢率无显著影响,说明其中的蛋白质及脂肪等多种营养物质可被蛋鸡消化利用,对蛋鸡无害,可用作蛋鸡bob电竞登录。马铃薯渣发酵后用于饲喂肉仔鸡,试验组日增重提高了3.29%,料重比降低5.58%,且各项指标如肌肉组织弹性、pH 值等均无异常,虽检出有害微量元素,但是其含量不仅低于对照组,同时也在国家规定的范围内,说明发酵马铃薯渣用于饲喂肉仔鸡是安全有效的。


在肉鸡日粮中分别添加30% 的3 种菌种( 白地霉、热带假丝红酵母和啤酒酵母) 以及30%的5 种菌种( 白地霉、热带假丝酵母、啤酒酵母、产朊假丝酵母、异常汉逊酵母变种) 发酵的马铃薯渣蛋白bob电竞登录作为两个试验组,饲喂肉鸡。经过20 d 的饲喂,结果表明,马铃薯渣发酵蛋白bob电竞登录能降低肉鸡的料重比,提高bob电竞登录中蛋白质的利用效率,同时增加肉鸡鸡肉中蛋白质质量分数,降低脂肪质量分数。且在饲喂效果方面3 种菌种发酵的蛋白bob电竞登录优于5 种菌种发酵的蛋白bob电竞登录。


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结论


在我国马铃薯行业迅速发展的同时,对于马铃薯渣的利用研究也在日益增多,包括提取膳食纤维和果胶、制备燃料酒精等多个领域。在马铃薯渣的可发展领域中,生产蛋白bob电竞登录或配合bob电竞登录是其最有潜力的发展方向。在蛋白质bob电竞登录日益短缺的现状下,寻找新的高蛋白、低成本、易得来的bob电竞登录原料便成为当务之急。马铃薯渣在经过酶解与发酵后,不仅可以提高蛋白质的含量,同时还可以在一定程度上降低粗纤维的含量,有助于动物的消化吸收,同时对于多种动物的增重以及料重比的降低也有一定的帮助。然而,目前的马铃薯渣的利用中仍存在多种问题,例如如何降低马铃薯渣发酵的成本,让其在技术与经济效益间找到平衡点,争取做到“低投入,高回报”。同时,对马铃薯渣的利用对于环境保护也是十分有利的,因此如何做到既环保又有效地降低成本也将成为未来马铃薯渣综合利用的发展方向。


注:本文由生物bob电竞登录开发国家工程研究中心(BFC)小编整理发布,如有任何建议或意见及投稿等,请您加小编微信(13260429991)交流互动。

参考文献略

责编:马维军;审阅:刘晶晶 博士

来源:黑龙江畜牧兽医;作者:白梦娇,王思珍,牛化欣,李丹丹

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