對蝦蒸煮廢水和豆粕混合發(fā)酵制備發(fā)酵飼料蛋白的工藝研究

黃志誠 劉喚明 夏杏洲 陳康健

摘要 [目的]研究對蝦蒸煮廢水和豆粕混合發(fā)酵制備發(fā)酵飼料蛋白的工藝。[方法]以對蝦蒸煮廢水和豆粕為主要原料，以水解度為指標(biāo)，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用正交試驗優(yōu)化發(fā)酵飼料蛋白的發(fā)酵工藝。[結(jié)果]最佳發(fā)酵工藝如下：對蝦蒸煮廢水與豆粕的比例為0.8∶1，接種量為0.2%，蛋白酶添加量為0.03%，纖維素酶添加量為0.03%。在此條件下，發(fā)酵后產(chǎn)品的水解度達(dá)26.88%。[結(jié)論]研究結(jié)果可為對蝦蒸煮廢水和豆粕混合發(fā)酵制備發(fā)酵飼料蛋白提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞 對蝦蒸煮廢水；水解度；發(fā)酵飼料蛋白

中圖分類號 TS209文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 0517-6611（2018）16-0085-03

Abstract [Objective] To study the preparation technology of fermented feed protein by mixed fermentation of shrimps cooking wastewater and soybean cake. [Method] Taking shrimps cooking wastewater and soybean as raw material，using degree of hydrolysis as research index，the fermentation process of fermented feed protein was optimized by orthogonal design based on single factor test. [Result] The optimum fermentation process was as follows： the ratio of shrimps cooking wastewater to soybean cake of 0.8∶1， the inoculation amount of 0.2%， the addition amount of protease of 0.03%， the addition amount of cellulase of 0.03%. Under the above fermentation conditions， the hydrolysis degree of fermented products was up to 26.88%. [Conclusion] The research results could provide technical support for preparing fermented feed protein by mixed fermentation of shrimps cooking wastewater and soybean cake.

Key words Shrimps cooking wastewater；Degree of hydrolysis；Fermented feed protein

我國自2002 年以來對蝦產(chǎn)量一直居全球首位。目前我國對蝦加工產(chǎn)品仍以冷凍蝦仁為主，但近年來，連頭熟蝦、熟去頭蝦和熟鳳尾蝦等系列熟蝦休閑食品在市場中的比例越來越大。熟蝦在加工過程中需要進行蒸煮。與傳統(tǒng)的對蝦加工廢水不同，這些對蝦蒸煮廢水的蛋白含量和COD含量高，難以對其進行處理。目前，絕大多數(shù)的水產(chǎn)品加工廠的對蝦蒸煮廢水直接排放，這不僅造成了許多物質(zhì)的浪費，而且還會帶來嚴(yán)重的環(huán)保問題。

發(fā)酵豆粕是以優(yōu)質(zhì)豆粕為主要原料，在多菌種混合發(fā)酵下將豆粕中的多種抗?fàn)I養(yǎng)因子去除，同時其在發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量益生菌、乳酸等物質(zhì)，是一種優(yōu)質(zhì)的多功能飼料蛋白。研究表明，在不影響喂養(yǎng)效果的情況下，發(fā)酵豆粕能部分代替飼料配方中進口優(yōu)質(zhì)魚粉和乳清粉[1-5]，顯著降低飼料生產(chǎn)成本。筆者將對蝦蒸煮廢水和豆粕混合發(fā)酵制備發(fā)酵飼料蛋白，直接將對蝦蒸煮廢水變廢為寶，這不僅低成本地解決了對蝦蒸煮廢水的環(huán)保問題，而且會進一步提高發(fā)酵豆粕的營養(yǎng)品質(zhì)。筆者對用對蝦蒸煮廢水和豆粕混合發(fā)酵制備發(fā)酵飼料蛋白的工藝進行研究，旨在為對蝦蒸煮廢水和豆粕混合發(fā)酵制備發(fā)酵飼料蛋白提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 主要原料與試劑。 對蝦蒸煮廢水：熟蝦加工過程的蒸煮廢水，由湛江恒興水產(chǎn)科技有限公司提供，將運回的廢水（初始蛋白含量約3%）置于-20 ℃冰箱中保藏備用。脫脂豆粕購于中紡糧油有限公司，將其粉碎后過60 目篩備用。復(fù)合發(fā)酵菌種包含枯草芽孢桿菌（≥2×1010 CFU/g）、酵母菌（≥1×109 CFU/g）和乳酸菌（≥1×109 CFU/g），由北海群林生物工程有限公司生產(chǎn)。

茚三酮，分析純，購自汕頭市西隴化工有限公司；甘氨酸，分析純，購自山東佰仟化工有限公司；中性蛋白酶，由南寧龐博生物工程有限公司公司生產(chǎn)，酶活力為200 000 U/g；纖維素酶，由黑龍江肇東市日成酶制劑有限公司生產(chǎn)，酶活力為50 000 U/g。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備。 MJX-160B-Z 恒溫培養(yǎng)箱，為上海博迅實業(yè)有限公司產(chǎn)品； UV-210PC 分光光度計，為上海森超貿(mào)易有限公司產(chǎn)品； GZX-9070MB 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，為上海博迅實業(yè)有限公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 發(fā)酵飼料蛋白的制備。將對蝦蒸煮廢水和豆粕按0.6∶1～1.1∶1 的比例混合，接入復(fù)合發(fā)酵菌種混勻，裝入300 mL 的發(fā)酵瓶中，于37 ℃下恒溫培養(yǎng)72 h 后，取出在50 ℃下烘干、粉碎至80目。

1.2.2 發(fā)酵豆粕的制備。將水和豆粕按0.8∶1 的比例混合，接入0.1%復(fù)合發(fā)酵菌種混勻，裝入300 L 的發(fā)酵瓶中，于37 ℃下恒溫培養(yǎng)72 h 后，取出在50 ℃下烘干、粉碎至80目。

1.2.3 水解度的測定。 發(fā)酵后產(chǎn)品水解度的測定采用茚三酮顯色法[6]。

1.2.4 常規(guī)營養(yǎng)成分的測定。粗蛋白的測定按GB/T 6432—1994的方法[7]進行；氨基酸的測定按GB/T 18246—2000的方法[8]進行；水分的測定按GB/T 6435—2014的方法[9]進行。

1.2.5 單因素試驗優(yōu)化發(fā)酵工藝。 ①對蝦蒸煮廢水與豆粕的比例。稱取100 g豆粕，分別加入60、70、80、90、100和110 mL對蝦蒸煮廢水，再接種0.1%的復(fù)合菌種，于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h后測定發(fā)酵后產(chǎn)品的水解度。②接種量的優(yōu)化。稱取100 g豆粕和80 mL對蝦蒸煮廢水5份，分別接種0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的復(fù)合菌種，于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h后測定發(fā)酵后產(chǎn)品的水解度。③中性蛋白酶添加量的優(yōu)化。稱取100 g豆粕和80 mL對蝦蒸煮廢水6份，分別接種0.1%的復(fù)合菌種，再分別加入0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.05%的中性蛋白酶，于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h后測定發(fā)酵后產(chǎn)品的水解度。④纖維素酶添加量的優(yōu)化。稱取100 g豆粕和80 mL對蝦蒸煮廢水各6份，均接種0.1%的復(fù)合菌種，再分別加入0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.05%的纖維素酶，于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h后測定發(fā)酵后產(chǎn)品的水解度。

1.2.6 正交試驗優(yōu)化發(fā)酵工藝。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取接種量、蛋白酶添加量和纖維素酶添加量進行正交試驗。正交試驗因素和水平如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 對蝦蒸煮廢水與豆粕的比例對發(fā)酵產(chǎn)品水解度的影響 從圖1可以看出，當(dāng)對蝦蒸煮廢水含量為80 g，即對蝦蒸煮廢水與豆粕的比例為0.8∶1時，發(fā)酵后產(chǎn)品的水解度達(dá)到最大值（13.16%）。隨著對蝦蒸煮廢水比例的增加，發(fā)酵培養(yǎng)基的含水量不斷增加，這既不利于微生物的生長，又不利于實際生產(chǎn)操作，因此選擇對蝦蒸煮廢水與豆粕的比例為0.8∶1。

2.2 接種量對發(fā)酵產(chǎn)品水解度的影響

從圖2可以看出，隨著菌種接種量的增加，發(fā)酵產(chǎn)品的水解度先升高后降低。當(dāng)接種量為0.3%時，發(fā)酵產(chǎn)品的水解度達(dá)到最大值，為14.82%。

2.3 蛋白酶添加量對發(fā)酵產(chǎn)品水解度的影響

由圖3可知，添加蛋白酶可顯著增加發(fā)酵產(chǎn)品的水解度，但當(dāng)?shù)鞍酌柑砑恿看笥?.04%時，發(fā)酵產(chǎn)品水解度的增加變得不明顯。

2.4 纖維素酶添加量對發(fā)酵產(chǎn)品水解度的影響

由圖4可知，添加纖維素酶可增加發(fā)酵產(chǎn)品的水解度。當(dāng)纖維素酶的添加量大于0.02%時，發(fā)酵產(chǎn)品的水解度基本沒有增加。這可能是因為纖維素酶可破壞豆粕細(xì)胞壁，這有利于豆粕中蛋白和蛋白酶的接觸，從而增加發(fā)酵產(chǎn)品的水解度。這與劉喚明等[10]研究結(jié)果相一致。

2.5 正交試驗優(yōu)化發(fā)酵工藝 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用正交試驗對發(fā)酵工藝進行了優(yōu)化，結(jié)果見表2。由表2可知，各因素的最佳水平為A2B2C3，即接種量為0.2%，蛋白酶添加量為0.03%，纖維素酶添加量為0.03%。在以上條件下，發(fā)酵后產(chǎn)品的水解度高達(dá)26.88%；從R值的大小可以看出，蛋白酶添加量的影響最大，其次是纖維素酶添加量，而接種量的影響最小。

2.6 發(fā)酵產(chǎn)品的蛋白質(zhì)和氨基酸含量與發(fā)酵豆粕的比較

對正交優(yōu)化后的發(fā)酵產(chǎn)品進行蛋白質(zhì)含量測定及氨基酸分析，并將其發(fā)酵豆粕進行對比，結(jié)果見表3。由表3可知，與發(fā)酵豆粕相比，發(fā)酵飼料蛋白的蛋白質(zhì)含量從49.42%提高到52.01%，氨基酸總量由47.45%提高到48.19%，且每種氨基酸的含量都有所提高。由此可見，對蝦蒸煮廢水和豆粕混合發(fā)酵制備的發(fā)酵飼料蛋白進一步提高了發(fā)酵豆粕的營養(yǎng)品質(zhì)。

3 結(jié)論

通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化，確定了對蝦蒸煮廢水和豆粕混合發(fā)酵制備發(fā)酵飼料蛋白的最佳工藝為：對蝦蒸煮廢水與豆粕的比例為0.8∶1，接種量為0.2%，蛋白酶添加量為0.03%，纖維素酶添加量為0.03%。在此工藝條件下，發(fā)酵后產(chǎn)品的水解度達(dá)26.88%。

與發(fā)酵豆粕相比，該研究中的發(fā)酵飼料蛋白的蛋白質(zhì)含量由49.42%提高到52.01%，氨基酸總量由47.45%提高到48.19%，且每種氨基酸的含量都有所提高。對蝦蒸煮廢水和豆粕混合發(fā)酵制備的發(fā)酵飼料蛋白進一步提高了發(fā)酵豆粕的營養(yǎng)品質(zhì)。

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