高蛋白基料水平上的固态发酵

从基料蛋白水平上分类，我认为可把固态发酵分为低蛋白基料水平上的发酵和高蛋白水平基料上的发酵。低蛋白水平基料上的发酵包括中国传统酒曲、活性酵母添加剂、固态发酵复合酶制剂、益生素及其它。

国外固态发酵酵母生产基料配方以碳水化合物为主，基料蛋白水平在15~20%，基工艺目的是以大量增殖酵母细胞，产生生物活性物质为主，以及生产有特殊功能的发酵物如日粮特异性活性酵母（用于反刍动物瘤胃微生物区系的调节，以适应不同日粮组成）。故基料中作为微生物生命活动的能量物质比例大。

固态发酵复合酶制剂如山东济宁化工研究院的HF复合酶，基工艺目的是酶活性的大量诱导产生，基料蛋白水平在25~30%，以兼顾蛋白酶的诱导产生。

高蛋白基料水平上的发酵包括中国酱曲、活性酵母饲料、棉菜籽饼的脱毒发酵、本公司的复合酵素蛋白饲料等。

国内固态发酵产品大多为高蛋白基料水平上的发酵产品，这种技术由于基料中的碳水化合物相对要少

，所以推测发酵中产生的生物活性物质及细胞数也会减少，同时高蛋白中的氨基酸也将受到损失，从而对此技术的现实意义产生了不同的看法。

经过多年的研究，我们认为：1）高蛋白基料水平上的发酵还是能产生较强的生物活性的，尤其是高蛋白的诱导作用，可使蛋白酶活力高达5942U/g的水平；若接入酵母菌，其细胞数也能达到36亿个/克，同时产生丰富的B族维生素。2）基料的物性发生了质的变化，原料味消失殆尽，代之以浓郁的酱香味；物料变得柔软蓬松，并可产生粘性；适口性更强了等。3）最重要的莫过于蛋白质的变化，总蛋白和氨基酸总量增加，可溶性蛋白大增，蛋白消化率得以提高，针对我国蛋白质资源短缺的现实来说，这正是主要的工艺目的。

本文主要阐述高蛋白基料水平上的固态发酵在饲料工业中的应用。

1、应以可溶性蛋白为指标确定发酵原料

发酵过程中，蛋白质得到分解，小部分转化为菌体蛋白，大部分则酶解为可溶性蛋白、多肽、寡肽、二肽及游离氨基酸等并留在基料中，这是我们希望达到的目的。

但是不是每种原料在发酵中均能产生这些变化，或变化程度不一，除了与菌种子关外，产生这种区别的原因还不能确定，但我们可通过检测发酵过程中的这种变化，来确定哪些原料更适合于固态发酵，对于那些不适于发酵的原料，建议取缔停用。

取待测样品200克，加水160毫升，搅拌均匀后，用蒸汽蒸30分钟，摊冷后接入复合曲种2克，于白瓷盘中摊平，在30度温度下进行培养，每12小时取样分析。粗蛋白含量用凯氏定氮法，水溶性粗蛋白、水溶性非蛋白则用西南农大叶元土的茚三酮法测定，水溶性纯蛋白为水溶性粗蛋白减去水溶性非蛋白而得，结果见表一：

由表一可见，豆粕和玉米蛋白粉在发酵中各指标呈一直增长趋势，60小时时粗蛋白增加率，分别为13.61%和9.43%；水溶性粗蛋白增加率分别为118%和134%。

菜粕在发酵中则在36小时时呈现一最佳发酵期，此时粗蛋白增加率为17.97%，水溶性粗蛋白增加率为1949%。

酒糟则各项指标基本保持不变，表明它不适合于固态发酵 。

试验证明，菜粕是一种较适合于固态发酵的好原料，发酵周期短，约为36~40小时，36小时时，菜粕的水溶性粗蛋白值、水溶性纯蛋白值显著高于其它物料发酵60小时时的含量，而水溶性非蛋白值仅略小于玉米蛋白粉60小时时的含量。各项指标的增加率也显著优于其它物料。

表一：物料在不同发酵时间条件下营养物质的变化比较

注：1）菜粕经预先物理化学脱毒处理。2）各组均加了3%的玉米面作为发酵能源。

需要指出的是，表中数据也表明水溶性非蛋白也大幅度增加，如菜粕在36小时时比发酵前增加了6.76个百分点，增加率为1108%，但这并不意味着蛋白质受到了破坏，相反地，这完全是由检测方法所致，即将水浸提液用三氯乙酸TCA处理，使蛋白质沉淀并离心去除，剩下的上清液用来测非蛋白氮，而实际上一些可溶性低肽和全部的游离氨基酸并不因为TCA处理而沉淀，它们仍留在上清液中被当作非蛋白氮而测定了。所以实际上，水溶性非蛋白这个数据中，包含了不能被TCA沉淀的溶性低肽和游离氨基酸，它们是更富有营养的活性蛋白质。

2 高蛋白基料水平上的发酵的菌种选用

引进高酶活的菌种是明智这举，这有别于国内大多采用纯酵母发酵生产活性酵母饲料。因为酵母菌产生蛋白酶的活力极弱，对基料中的蛋白质几乎没有分解作用，对于高蛋白基料水平上的发酵是最大的缺陷。另一方面，高蛋白基料中碳水化合物有限，酵母产淀粉酶能力也有限，从而产生生物活性和增殖细胞数均受到限制。基料中如果不补充糖类或淀粉物质，则根本不能完成良好的发酵。

本公司经三年来的努力，筛选出八株菌的优化组合。包括高蛋白酶曲菌、高淀粉酶曲菌、产植酸酶曲菌、及五株营养互补的酵母菌。发酵过程中，曲菌大量分解基料中的蛋白质和淀粉质，达到提高蛋白消化率的工艺目的；同时又为酵母菌提供可利用的低肽、氨基酸和葡萄糖，使酵母得以大量繁殖，酵母的作用则在于增加产品的生物活性、B族维生素、免疫和未知生长因子，并平衡营养。另外由于高蛋白基料的诱导作用，曲种产生和分泌大量的蛋白酶，产品实际上可作为蛋白酶制剂使用。可谓一举多得。

另外还可引入产生特殊营养物质的菌种。

3、 培养基的组成

首先不要指望通过发酵能使基料蛋白的氨基酸成分得以平衡，发酵中菌体蛋白的合成是较少的，必需氨基酸的提高仅为5~10%，我们的注意力应集中到最大限度地提高蛋白消化率和产生消化酶及其它生物活性物质上来。

所以除了按前述考虑各原料是否适于固态发酵外，要特别注意各原料的氨基酸互补性，首先考虑基料配方是否平衡。以菜粕为主的基料中应考虑赖氨酸的平衡，方法有：配以血粉平衡；或添加外源赖氨酸，同时注意加入相应的保护性NH2—基物质或市售复合氨基酸，使赖氨酸与之同步同化，避免损失；或引进赖氨酸产生菌，生产出赖氨酸发酵液后，杀菌并浓缩加入到基料。

配方中含少量的无氮和少量麦芽糖化液，可缩短发酵初始的廷滞期，为曲种的发芽提供易于吸收的氮碳源，同时为发酵中期酵母的增殖奠定基础，产品生物活性更强。

4、 采用BPC综合发酵技术进行生产

4.1 生产原料：预脱毒菜粕、预分解处理动物蛋白悬液、玉米粉、麦芽粉、磷酸、维C稀土、营养盐、促溶剂、复合氨基酸，为我公司HT—4配方。

4.2 用组装式强制充气发酵器发酵，40小时后进行强制自溶，进入酶分泌和进一步酶解过程，发酵结果见表二，从36到48小时，水溶性非蛋白从8,32%剧增到15.13%，经检测其中真蛋白为12.01%，非蛋白仅为3.125%，强制自溶的目的还在于使微生物细胞中的胞内酶及其它生物活性成分大量分泌出来，并产生粘性及类似鱼腥的香味，口感更鲜等。有点类似于酱油生产中的盐渍过程。

表二：HT—4号配方发酵结果

4.3 与山东济宁的HF复合酶相比，HF的蛋白酶活力为4300U/克，而本发酵物为5942U/克，大于HF是因为高蛋白的诱所致；HF的淀粉酶活力为8000U/克，而本发酵物的淀粉酶活力为2112U/克，远低于HF是因为本试验为低碳水化合物基料配方。

4.4 由于高酶曲种的参与发酵，促进了酵母细胞的繁殖，试验在自溶前检测细胞数，典型的酵母细胞可稳定在36~90亿个/克之间，达到了饲料酵母之产品标准。

故本品集酶制剂与酵母饲料的特点于一身，同时具有粘性，高可溶性蛋白，活性稀土，应激免疫，调香调味，等多个特性，同时为替代鱼粉而设计，考虑了钙磷和赖氨酸的平衡等。

有趣的是，本品密封保贮后，越贮越香，是畜禽喜爱的香味蛋白饲料。

5、 大规模固态发酵设施设备的开发前景广阔

纵观国内活性酵母饲料生产现状，存在着产品质量与产量之间的日益尖锐化的矛盾，生产规模不断扩大，生产方式却一直沿用古老的劳动密集型方式，主要表现为在发酵设施设备上，通风发酵池、浅盘上架发酵等均已不适应大规模的生产，劳动强度之大可想而知，稍有不慎便会影响产品质量，开发大规模而劳动强度小，自动化程度高的发酵设施设备应具有无比的市场和魁力。