一种发酵菜粕及其制备方法与应用

本发明涉及动物饲料，尤其涉及一种发酵菜粕及其制备方法与应用。

背景技术：

1、饲料中最常用的植物源性蛋白饲料是豆粕，但随着近年来豆粕价格大幅上涨，在动物养殖中亟需其它蛋白饲料替代豆粕以降低饲料成本。菜粕是从油菜籽中提取油脂的副产物，蛋白质水平为35%～40%，氨基酸种类齐全、比例均衡，其中必需氨基酸占比37%～38%，必需氨基酸水平与非必需氨基酸的比值在0.56～0.61（石桉宁, 王亚军. 发酵菜粕在水产养殖中的应用研究进展[j]. 科学养鱼, 2023, (06): 74-76；彭双, 向倩, 宋金秋. 发酵菜籽粕对生长猪营养物质消化率、生长性能及血清参数的影响[j]. 中国饲料, 2020,(08): 116-120.），作为蛋白饲料替代豆粕是一种高性价比的选择。但是，菜粕中含有酚类化合物、单宁、植酸、硫代葡萄糖苷（以下简称硫苷）及其衍生物等抗营养因子，这些抗营养因子会影响动物的生产性能和健康状况，严重制约了菜粕在动物养殖中的应用。

2、现有研究中，菜粕的处理方式主要有物理、化学和生物三种处理方式。物理方式包括：高温灭菌、蒸汽汽提、水提、挤压及烘烤等。其中，高压灭菌可有效降低菜粕中的噁唑烷硫酮水平；使用双螺杆挤出机进行高硫苷菜粕的挤压，可以将菜粕中硫苷的浓度降低到较低水平。物理处理方式虽然能够有效降低菜粕中的硫苷含量，但会导致赖氨酸、蛋氨酸等氨基酸遭到破坏以及固体物流失等问题，造成菜粕营养价值降低。在化学处理中，硫苷通过与铁、铜或镍的盐类物质反应，通过加热来催化分解。然而在分解产物中，有毒的1-氰基-2-羟基-3-丁烷仍有残留。化学处理还包括乙醇处理、碳酸钠处理等方法。将菜粕用碳酸钠或高压灭菌处理，添加在甲醇中加入0.10 mol/l naoh，醇油摩尔比为180:1，在40℃下反应3h，转化率可达98%，硫苷含量降至0.07%（qian j, yang q, sun f, et al. cogeneration ofbiodiesel and nontoxic rapeseedmeal from rapeseed through in-situ alkalinetransesterification [j]. bioresource technology, 2013,128: 8-13.）。然而，化学处理方法易造成菜粕的氨基酸水平降低、化学物质残留等问题。物理和化学处理方法均难以保证或提高菜粕的营养价值。

3、生物处理方式主要指固体发酵技术。固体发酵模拟了大多数微生物的自然环境，不易受细菌污染，而且由于不易受底物抑制，微生物的产酶效率更高。现有的菜粕固体发酵技术主要采用菜籽粕或向其中按比例添加玉米面、麸皮等作为原料，将复合菌种（酵母菌、黑曲霉、米曲霉等）溶于水制成悬液并加入其中，添加糖蜜、蔗糖等为菌种提供能量，装入密封袋恒温发酵4~40h不等，制得发酵菜粕（专利申请cn113073056a、cn104397347a、cn108260710a、cn109452449a、cn106819359a；吴莹,樊振,马贵军.发酵蛋白饲料在畜牧养殖行业中的研究应用进展[j].饲料研究,2018(06):1-3.）。

4、已有研究表明，在肉鸡饲料中添加发酵菜粕，可以提高其生产性能，增加体重（konkol, d., jonuzi, e., popiela, e., sierżant, k., korzeniowska, m., leicht,k., gumowski, m., krasowska, a., łukaszewicz, m.,&korczyński, m. 2023.influence of solid state fermentation with bacillus subtilis 67 strain on thenutritional value of rapeseed meal and its effects on performance and meatquality of broiler chickens. poultry science, 102(7), 102742.）。用11.00%的发酵菜粕替代8.50%的豆粕，对育肥猪的生产性能不但没有造成负面影响，反而在一定程度上促进育肥猪的生长和提高饲料转化率（专利申请cn106819359a）。在尼罗罗非鱼、南美白对虾、异育银鲫和红鲷日粮中用发酵菜粕替代一定量的豆粕，经过一段时间饲喂，发现菜粕经发酵脱毒后用于部分替代豆粕作为水产动物的蛋白质饲料原料是完全可行的（石桉宁, 王亚军. 发酵菜粕在水产养殖中的应用研究进展[j]. 科学养鱼, 2023, (06): 74-76.）。然而，现有的菜粕生物发酵技术大多应用于猪、家禽、水产等单胃动物，极少有作为反刍动物饲料的研究与应用。

技术实现思路

1、本发明提供一种发酵菜粕及其制备方法与应用。

2、牛等反刍动物的消化系统结构与猪等单胃动物明显不同，这使得其对饲料的消化以及营养物质的吸收和利用也与单胃动物存在明显差异，因此适用于猪等单胃动物的饲料和营养物质并不一定能够很好地被反刍动物利用，经常存在营养物质吸收利用率较低的问题。现有技术中少有针对反刍动物胃消化特点开发的菜粕发酵方法，更少见关注发酵菜粕在反刍动物特殊的胃结构中的消化吸收效率。本发明针对反刍动物开发发酵菜粕的制备方法，在保证发酵菜粕中毒素和抗营养因子的含量有效降低的同时，显著提高反刍动物对发酵菜粕中蛋白等营养物质的消化效率以及其中可代谢蛋白的含量。

3、具体地，本发明提供以下技术方案。

4、本发明提供一种发酵菜粕的制备方法，所述方法包括：将含有菜粕的发酵原料与酶制剂和第一发酵菌剂混合后进行有氧发酵，在有氧发酵结束后，添加第二发酵菌剂进行无氧发酵；

5、所述第一发酵菌剂包含黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌；

6、所述第二发酵菌剂包含产朊假丝酵母和植物乳杆菌。

7、现有技术中的菜粕发酵多采用一步发酵方法，本发明发现，针对反刍动物胃消化特点，将菜粕先进行有氧发酵再进行无氧发酵，并且在有氧发酵和无氧发酵中分别使用上述经筛选和优化确定的特定菌种组成的发酵菌剂，有氧发酵阶段和无氧发酵阶段能够很好地协同配合作用，不仅能够显著降低发酵菜粕中毒素和抗营养因子的含量、显著提高发酵菜粕中粗蛋白的含量，而且制得发酵菜粕特别适应反刍动物的瘤胃消化，其中所含蛋白质和干物质具有明显提高的瘤胃消化效率，同时可代谢蛋白的含量显著提高。

8、以上所述的第一发酵菌剂中，黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的有效活菌数之比为（1.5-20）：（0.96-1.6）：3：30。

9、将黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的接种量控制在上述范围内更有利于降低发酵菜粕中毒素和抗营养因子的含量、提高发酵菜粕中粗蛋白的含量、发酵菜粕的瘤胃消化效率以及可代谢蛋白的含量。

10、优选地，在有氧发酵阶段，第一发酵菌剂的添加量为36-54亿cfu/kg发酵菜粕。

11、以上所述的第二发酵菌剂中，产朊假丝酵母和植物乳杆菌的有效活菌数之比为1：（1.2-1.8）。

12、为使得有氧发酵阶段与无氧发酵阶段更好地配合作用，在无氧发酵阶段通过添加上述配比的产朊假丝酵母和植物乳杆菌，能够最大限度地抑制杂菌和有氧发酵阶段加入的好氧菌生长，更好地保留有氧发酵后制得发酵菜粕中的营养成分；此外，经上述无氧发酵制得的发酵菜粕还具有酸香味，可以增加动物的适口性，具有诱食的效果。

13、优选地，在无氧发酵阶段，第二发酵菌剂的添加量为7.5-8亿cfu/kg发酵菜粕。

14、以上所述的酶制剂包含：纤维素酶2100-2200 u/g，木聚糖酶1400-1500 u/g，β-甘露聚糖酶1200-1300 u/g，果胶酶5400-5500 u/g，淀粉酶320-330 u/g，糖化酶8100-8200u/g，菠萝蛋白酶3450-3550 u/g，木瓜蛋白酶3550-3650 u/g，酸性蛋白酶1700-1800 u/g。

15、酶制剂的作用主要是将菜粕中的纤维素、多糖、蛋白质等大分子物质酶解为小分子物质，一方面为发酵菌种提供可利用的小分子营养物质，另一方面也可与发酵配合作用，增加发酵菜粕中可代谢吸收营养物质的含量。微生物摄取单糖的效率最高，本发明特异地引入了目前在发酵菜粕制备中极少使用的糖化酶，利用发酵时微生物分解碳水化合物产热，发酵体系内部温度升高，使温度接近糖化酶的最适反应温度，加速菜粕中的多糖向单糖转化，为微生物生长提供更多单糖底物，进而促进发酵菌种生长和发酵进程。上述酶制剂中的蛋白酶、纤维素酶、多糖水解酶等相互配合作用，能够更好地为发酵菌种提供可利用的小分子营养物质，促进发酵菌种的生长代谢，同时与发酵菌种配合作用，增加发酵菜粕中可代谢吸收营养物质的含量。

16、优选地，所述酶制剂的添加量为3-5g/kg发酵菜粕。

17、以上所述的有氧发酵为先在29-31℃条件下发酵20-28h，再在27-28℃条件下发酵44-52h。本发明发现，第一发酵菌剂中的菌种在29-31℃（尤其是30℃）条件下能够更快速地生长，而在27-28℃（尤其是28℃）条件下能够更高效地产酶。因此，将有氧发酵设置上述温度变化，先使第一发酵菌剂中的菌种在最适温度下生长，之后在最适温度下产酶。

18、以上所述的无氧发酵为在29-31℃条件下发酵90-110h。

19、在有氧发酵过程中，每6-10 h将发酵原料进行搅拌。在无氧发酵过程中，每6-10 h将发酵袋翻转摇匀。

20、本发明中，所述发酵为固体发酵。

21、以上所述的发酵原料除包含菜粕外，还包含营养助剂以及选自玉米面和麸皮中的一种或多种。

22、优选地，所述发酵原料包含菜粕、玉米面、麸皮以及营养助剂。

23、上述营养助剂包括助剂a以及助剂b，其中，助剂a包括如下组分：nh4cl 30-40 g/l，kh2po47-10 g/l，nah2po45-10 g/l，mgso45-10 g/l，mncl2·4h2o 0.1-0.4 g/l；助剂b包括如下组分：泛酸钙10-20 g/l，柠檬酸三钙60-80 g/l。

24、优选地，所述发酵原料中，菜粕、玉米面和麸皮的质量比为（1500-2500）：（50-100）：（50-100）；助剂a的添加量为18-22ml/kg发酵菜粕，助剂b的添加量为8-12ml/kg发酵菜粕。

25、优选地，所述发酵原料还包含水，水的添加量优选为与菜粕、玉米面和麸皮的总质量之比为（2-4）：7。

26、在发酵过程中，为保证菌体的水分供应，可根据需要再补充水分。

27、上述发酵菜粕的制备方法优选为反刍动物用发酵菜粕的制备方法。

28、基于上述方法，本发明提供一种发酵菜粕，其由以上所述的发酵菜粕的制备方法制备得到。

29、采用上述方法制得的发酵菜粕具有低毒素含量、低抗营养因子含量、高粗蛋白含量、瘤胃消化效率高、可代谢蛋白含量高、适口性好等特点，特别适用于作为反刍动物的蛋白饲料。

30、本发明还提供以上所述的发酵菜粕在反刍动物饲料制备或反刍动物养殖中的应用。

31、优选地，所述反刍动物为牛。

32、本发明提供一种反刍动物饲料，其包括以上所述的发酵菜粕。

33、本发明的有益效果至少包括：本发明提供的发酵菜粕的制备方法通过添加特定的发酵菌剂以及酶制剂并联合有氧发酵和无氧发酵，在有效降低菜粕中毒素和抗营养因子含量的同时，显著提高了制得发酵菜粕中的粗蛋白含量以及干物质、蛋白等营养物质在瘤胃中的消化效率和瘤胃消化后的可代谢蛋白含量，且发酵菜粕的适口性好，可作为良好的豆粕替代品；此外，该方法具有操作简单、成本低、效率高、安全、绿色、环保等优势，适于推广应用。