棉粕的生物脱毒方法

摘要

一种棉粕的生物脱毒方法，该方法是在粉碎的棉粕中加入七水硫酸亚铁、40000-60000U/g的中性木聚糖酶、及微生物菌种等，搅拌均匀后，在45℃-55℃下利用微生物和中性木聚糖酶的共同作用4-5d，然后烘干粉碎即为产品。所得产品游离棉酚含量低于饲料规定的安全指标，其营养价值高于未经发酵的棉粕，产品蛋白质含量达到45%-50%，游离氨基酸含量达到15%以上，可直接作为蛋白饲料使用。较好地解决了现有技术存在的棉籽中脱毒不完全及化学去毒法使蛋白质变性和饲料二次污染的问题，是一种脱毒效果好、工艺能耗低，能提供达到饲料标准要求的无毒棉粕的生产方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种棉粕的脱毒方法，具体涉及一种棉粕的生物脱毒方法。

背景技术

我国是一个产棉大国，每年可提供棉籽600万吨左右，棉籽饼粕（棉粕）总产量约300万吨,约占各类植物饼粕产量的30%。棉籽饼粕是提取棉籽油后的副产品，利用其作为饲料，即具有蛋白饲料的特性又具有能量饲料的特性。棉籽饼粕粗蛋白含量较高，达34%以上，棉仁饼粕粗蛋白质可达41%-60%。从棉籽饼粕的氨基酸含量来看，具备8种必需的氨基酸，赖氨酸高达6%，胱氨酸和色氨酸的含量相对较丰富；精氨酸含量远高于豆粕，是菜籽饼粕的2倍，仅次于花生饼粕，精氨酸与赖氨酸比达2.7以上。此外，棉籽饼粕中还含有丰富的维生素E和B族维生素等。但因棉粕含有毒性物质棉酚，而使其利用受到限制，大部分游离棉酚含量高的棉粕仅作为肥料使用，浪费了宝贵的蛋白质资源。

对于棉粕的脱毒，国内外已进行了大量的研究工作，概括起来主要有物理脱毒法、化学钝化法、溶剂浸出法和生物脱毒法等。物理脱毒法：主要利用棉酚在高温、高水分作用下与氨基酸或蛋白质反应，使游离棉酚由游离态转变为结合态，以降低棉酚的毒性。由于物理脱毒法存在营养物质的降低和结合棉酚在肠道微生物的作用下仍会分解出游离棉酚，并且脱毒过程中能耗高、饲料适口性差，难以工业化生产。化学钝化法：是在棉粕中添加一定量的化学试剂，并在一定条件下使游离棉酚变性或转化为结合态棉酚。该法包括添加硫酸亚铁、尿素、碱、石灰水、甚至氨水和硫酸铵等。苏联专利SU1221231公开了在棉粕中2.5%-3.2%重量比的25%浓氨水，用105℃-110℃蒸汽水处理进行脱毒；UzbekChemicalJournal1983(6):52-55文献公开了在含有0.18-0.23%游离棉酚的棉籽饼中添加4-7Kg/t的33%的H₂O₂，在105℃-110℃下处理30-60min，可使游离棉酚降至0.009-0.013%，但由于成本、设备要求和技术方面的原因，在国内还没有进行商业化生产。溶剂浸出法：主要是利用棉酚易溶于极性溶剂的特点，对棉粕中的游离棉酚进行提取。美国专利US293442、US2950198公开了利用轻汽油和丙酮两种不同溶剂分别从棉籽中萃取棉油和棉酚，使棉粕中棉酚含量减少，达到饲用标准。虽然该法能有效地去除棉酚，且棉籽蛋白质量较好，但一般需要多次提取，设备投资大，溶剂价格高，操作过程中棉粕易形成粉末状，具有与溶剂难分离及溶剂残留的问题。生物脱毒法：该法是我国从事棉粕脱毒研究方面的独特的方法，也是棉粕脱毒最有效、最经济的方法。尽管采用生物脱毒法取得了较好的效果，但也存在脱毒效果不稳定、工艺较复杂和微生物适应性差等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种棉粕的生物脱毒方法，其工艺简单、成本和能耗低、适应性强、易于批量生产、脱毒效果稳定且效果好，为微生物与化学方法相结合的棉粕脱毒方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种棉粕的生物脱毒方法，该方法包括以下几个步骤：

a、制备液体菌种：将枯草芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌各1株分别接种一环斜面菌种细胞于液体扩大肉汤营养培养基中，在30℃-37℃，180r/min-220r/min条件下，摇床振荡培养24-36h，使该种子培养液中各菌体浓度分别达到10⁸-10⁹cfu/mL；将1株酵母菌属酵母接种一环斜面菌种细胞于酵母液体培养基中，在28℃-30℃，180r/min-220r/min条件下，摇床振荡培养24-36h，使该种子培养液中菌体浓度达到10⁸-10⁹cfu/mL，将该两种种子培养液按1：1混合即得液体菌种，作为固体菌种的生产菌种；

b、制备固体菌种：按重量百分比取麦麸50%-60%、油糠30%-40%、葡萄糖2%-3%、硫酸铵1.5%-2.0%、碳酸钙0.4%-0.5%、及棉粕5.0%-6.5%混匀，调节含水重量为45%-50%制成固体菌种培养基，120-130℃灭菌55-65min，冷却至35-45℃，按1.0%-1.5%接种重量接种液体菌种，于35-45℃恒温堆积培养5-6天后于50℃干燥制得；

c、棉粕发酵脱毒：按重量百分比取棉粕80%-85%、麦麸12%-18%、葡萄糖1.0%-2.5%、尿素0.6%-1.0%、七水硫酸亚铁0.1%-0.15%、及浓度为40000-60000U/g的中性木聚糖酶0.125%-0.15%混匀，调节含水重量为50%-55%制成棉粕发酵脱毒培养基；再将b步骤的固体菌种以1%-3%的接种重量接种到该棉粕脱毒发酵培养基中，混合均匀，堆积成高0.6-0.8m，长度不限的条垛，上面覆盖草帘，45℃-55℃下发酵4-5天，干燥后即得脱毒棉粕。

上述步骤a中的液体扩大肉汤营养培养基是按1000mL水加10-20g葡萄糖、5-10g蛋白胨、3-5g牛肉膏、及3-5g氯化钠的比例，于水中加入葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏、及氯化钠，搅匀，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃而成。

上述步骤a中的酵母液体培养基是按1000mL水加入20-40g葡萄糖、1.5-2.0g酵母浸膏、1.0-1.5g氯化钾、及8.0-9.0g醋酸钠的比例，于水中加入葡萄糖、酵母浸膏、氯化钾、及醋酸钠，搅匀，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃而成。

本发明中用到的菌种均为现有技术，保藏号分别为：枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）：ACCC11062、CGMCC2548、或CGMCC1222；侧胞芽孢杆菌（Bacilluslateraporus）：CGMCC1755或CGMCC9701；纳豆芽孢杆菌（Bacillussubtilisnatto）：CCTCCM207147、CGMCC0724或ATCC6051；蜡状芽孢杆菌（Bacilluscereus）：CGMCC0759或CCTCCM209096；酵母属酵母菌（Saccharomyces）：CGMCC1147、CGMCC0702或CGMCC0133。

本发明提及的斜面菌种细胞中的菌种分别是与本发明中用到的枯草芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌和酵母菌相对应的，即枯草芽孢杆菌所接种的斜面菌种细胞中的菌种为枯草芽孢杆菌，其它类推。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）在本发明方法的处理过程中，选用芽孢杆菌作为主要发酵脱毒菌种。因为发酵脱毒菌种的芽孢具有极强的抗逆性，选用的菌种在生长过程中不仅可以降低棉粕中的游离棉酚，还可产生各种各样的代谢产物和促生长物质，并可解决饲料在干燥过程中存在的一些问题，达到良好的稳定性和促进动物肠道有益微生物生长的作用。

（2）本发明方法使用的化学物质七水硫酸亚铁中的Fe²⁺能与双醛式游离棉酚反应生成变性棉酚，从而使棉粕脱毒。在棉粕利用微生物发酵脱毒过程中，加入七水硫酸亚铁，可利用微生物发酵产生的热量，促进游离棉酚的转化，同时，还可改善由于七水硫酸亚铁的加入导致棉粕适口性不好的问题。

（3）本发明方法使用的中性木聚糖酶，能有效地降低棉粕中游离棉酚和结合棉酚的含量，从而协同微生物和七水硫酸亚铁发酵棉粕，达到快速脱毒的目的。

（4）本发明具有生产工艺简单、能耗低、无三废、投资小、易于规模化生产等特点。

（5）以我国现有工艺生产的未脱毒棉粕为原料棉粕，采用本发明方法进行脱毒，其游离棉酚含量可降低95%以上，游离氨基酸总量提高15%以上，总蛋白质含量提高10%以上，可作为畜禽和水产动物蛋白饲料使用。

具体实施方式：

以下实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例1所用的菌种为枯草芽孢杆菌1株、侧胞芽孢杆菌1株、侧胞芽孢杆菌1株、纳豆芽孢杆菌1株、蜡状芽孢杆菌1株以及酵母属酵母菌1株。其步骤为：

（1）液体菌种制备：取10g葡萄糖、5g蛋白胨、3g牛肉膏、3g氯化钠和1000mL自来水（pH7.2）搅匀，组成枯草芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌菌种的液体扩大肉汤营养培养基，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃后接入培养成熟的斜面菌种，分别于37℃、180r/min下，摇床培养24h；取20g葡萄糖、1.5g酵母浸膏、1g氯化钾、8g醋酸钠和自来水1000mL（pH5.5）搅匀，组成酵母液体培养基，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃后接入培养成熟的斜面菌种，分别于28℃、180r/min下,摇床培养24h；取上述两种种子培养液按1：1混合得液体菌种，作为固体菌种的生产菌种。

（2）固体菌种制备：取50kg麦麸、40kg油糠、2kg葡萄糖、1.5kg硫酸铵、0.4kg碳酸钙、6.1kg棉粕混匀，用自来水调节含水重量为45%，制成棉粕发酵脱毒培养基，120℃灭菌65min，冷却至37℃后，按重量接入1%的液体菌种（各菌种的比例为1：1），37℃恒温培养5天，50℃条件下干燥，作为发酵脱毒固体菌种。

（3）取棉粕80kg、麦麸17kg、葡萄糖1.9kg、尿素0.87kg、七水硫酸亚铁0.1kg、及中性木聚糖酶（40000U/g）0.13kg混匀，调节含水重量50%制成棉粕发酵脱毒培养基。于100kg该培养基（培养基中含有0.198%游离棉酚）中加入1kg发酵脱毒固体菌种，混合均匀，堆成高0.6m，长度不限的条垛，上面覆盖草帘，45℃温度下发酵4d，干燥后即得脱毒棉粕。取样分析棉粕中游离棉酚含量为0.0081%，脱毒率为95.9%，蛋白质含量42.7%（提高11.5%），游离氨基酸含量提高16.2%。

实施例2：

本实施例中所用菌种为枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）1株、侧胞芽孢杆菌（Bacilluslateraporus）1株、纳豆芽孢杆菌（Bacillussubtilisnatto）1株、蜡状芽孢杆菌（Bacilluscereus）1株以及酵母属酵母菌（Saccharomyces）1株。其步骤为：

（1）液体菌种制备：取15g葡萄糖、5g蛋白胨、5g牛肉膏、3g氯化钠和1000mL自来水（pH7.5）搅匀，组成枯草芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌菌种的液体扩大肉汤营养培养基，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃后接入培养成熟的斜面菌种，分别于30℃、220r/min下，摇床培养36h；取30g葡萄糖、1.7g酵母浸膏、1g氯化钾、8.5g醋酸钠和自来水1000mL（pH5.0）搅匀，组成酵母液体培养基，在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃后接入培养成熟的斜面菌种，分别于30℃、220r/min下,摇床培养36h；取上述两种种子培养液按1：1混合得液体菌种，作为固体菌种的生产菌种。

（2）固体菌种制备：取60kg麦麸、30kg油糠、3kg葡萄糖、1.5kg硫酸铵、0.4kg碳酸钙、5.1kg棉粕混匀，按重量比用自来水调节其含水量为50%，125℃灭菌60min，冷却至35℃后，按重量接入1.2%的液体菌种（各菌种的比例为1：1），35℃恒温培养6天，50℃条件下干燥，作为发酵脱毒固体菌种。

（3）取棉粕85kg、麦麸12kg、葡萄糖2kg、尿素0.75kg、七水硫酸亚铁0.1kg、及中性木聚糖酶（50000U/g）0.15kg混匀，调节培养基含水重量55%制成棉粕发酵脱毒培养基。于100kg该培养基（培养基中含有0.198%游离棉酚）中加入2kg发酵脱毒固体菌种，混合均匀，堆成高0.6m，长度不限的条垛，上面覆盖草帘，50℃温度下发酵5d，干燥后即得脱毒棉粕。取样分析棉粕中游离棉酚含量为0.0074%，脱毒率为96.3%，蛋白质含量47.3%（提高13.1%），游离氨基酸含量提高18.9%。。

实施例3：

本实施例所用菌种为枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）1株、侧胞芽孢杆菌（Bacilluslateraporus）1株、纳豆芽孢杆菌（Bacillussubtilisnatto）1株、蜡状芽孢杆菌（Bacilluscereus）1株以及酵母属酵母菌（Saccharomyces）1株。其步骤为：

（1）液体菌种制备：由20g葡萄糖、10g蛋白胨、4g牛肉膏、4g氯化钠和1000mL自来水（pH7.4）组成枯草芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌和蜡状芽孢杆菌菌种的液体培养基；取40g葡萄糖、2.0g酵母浸膏、1.5g氯化钾、9g醋酸钠、自来水1000mL（pH4.5）组成酵母菌液体培养基。在0.1MPa压力下灭菌25min，冷却至30℃后接入培养成熟的斜面菌种，分别于28℃（酵母菌）、35℃（细菌）温度下，200r/min，摇床培养28h，作为固体菌种的生产菌种。

（2）固体菌种制备：取55kg麦麸、35kg油糠、2.5kg葡萄糖、2.0kg硫酸铵、0.5kg碳酸钙、5.0kg棉粕混匀，按重量比用自来水调节其含水量为45%，130℃灭菌55min，冷却至45℃后，按重量接入1.5%的液体菌种（各菌种的比例为1：1），45℃恒温培养6天，50℃条件下干燥，作为发酵脱毒固体菌种。

（3）取棉粕84kg、麦麸13.6kg、葡萄糖1.5kg、尿素0.6kg、七水硫酸亚铁0.15kg、及中性木聚糖酶（60000U/g）0.15kg混匀，调节培养基含水重量55%制成棉粕发酵脱毒培养基。于100kg该培养基（培养基中含有0.167%游离棉酚）中加入3kg发酵脱毒固体菌种，混合均匀，堆成高0.8m，长度不限的条垛，上面覆盖草帘，55℃温度下发酵5d，干燥后即得脱毒棉粕。取样分析棉粕中游离棉酚含量为0.007%，脱毒率为95.8%，蛋白质含量41.7%（提高10.7%），游离氨基酸含量提高15.6%。