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[饲料] 新型蛋白源饲料开发与应用

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发表于 2019-4-15 09:33:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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国家粮食和物资储备局科学研究院 首席研究员  李爱科

国家粮食和物资储备局科学研究院粮食营养领域首席研究员,中国科学院博士生导师。主要从事粮油营养与安全、动物营养与饲料研究开发。长期从事粮油蛋白质资源及乳酸菌开发利用技术研究,参与 10 多本专著编写。主持的“蛋白质饲料资源开发利用技术及应用”项目获得 2009 年国家科技进步二等奖,参加的“畜禽氮磷代谢调控及安全型饲料”项目获得 2008 年国家科技进步二等奖。主持的“饲用抗生素及其替代产品开发利用关键技术”获2011 年大北农科技奖一等奖,主持的“发酵饲料产业化开发利用关键技术及应用”获 2017 年中国粮油学会科技奖一等奖。

一、蛋白质饲料资源概况

1、我国养殖业面临的突出问题

我国饲料资源尤其优质饲料原料严重短缺。粮油饲料资源年需求量达 3.5 亿 t 左右,年进口达 1 亿 t 以上,大豆和鱼粉进口量居世界第一,严重影响了饲料业和养殖业的发展!

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2、现有蛋白饲料资源尤其是棉籽粕、菜籽粕没有得到有效利用

我国有大量的杂粕资源,棉籽粕、菜籽粕年产量为1 300 万 t,其他杂粕超过 800 万 t,总量占世界第一。其他可开发的蛋白资源,如水产、畜禽、轻工下脚料等种类很多,但是饲用效价低。由于近些年豆粕价格略低,因此应用豆粕比较多,杂粕等蛋白资源未得到有效利用。

3、饼粕饲料原料的营养特性

饼粕类饲料原料的营养特性见表 1。应该注意的是,含有的抗营养因子及内源毒素较多,如果不经过有效地处理,应用起来会存在较多问题。

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4、饼粕饲料原料应用的限制因素

饼粕饲料原料的应用存在一些限制因素:有效能量低、消化利用率低、蛋白质含量变异大、氨基酸组成不理想、棉菜粕纤维含量较高。此外,含有较多的内源毒素和抗营养因子,比如游离棉酚、硫甙及分解产物、胰蛋白酶抑制因子、抗原蛋白、植物凝集素、胃胀气因子、植酸、单宁等。

5、解决途径

我国如此大量的杂粕资源,解决杂粕的应用问题具有重要意义。解决途径有 :①物理脱毒法。具有暂时性、脱毒率低、破坏营养成分的缺点 ;②化学脱毒法。具有化学残留,而且范围小、成本高;③酶解法。酶解具有专一性,钝化效果不一致 ;④培育新品种。比如双低菜粕等 ;⑤微生物发酵法。脱毒率高,明显改善营养品质 ;⑥与制油工艺相匹配的脱毒方法。制油的同时脱除毒素,不影响制油生产。

二、传统工艺饼粕营养价值改善技术

粮食部门一直在从事通过工艺技术改善饼粕营养价值的研究。从粮油饲料原料营养 ( 饲用价值 ) 提高及品质 ( 外观色泽等 ) 改善入手,改变传统工艺,建立畜、禽、水产动物的低 ( 无 ) 豆粕日粮新技术,减少大豆进口。“蛋白质饲料资源开发利用技术及应用”项目曾荣获 2009 年国家科技进步二等奖。

棉籽、菜籽首先脱皮脱壳,进行仁壳分离,经过了几十年的改进,这个工艺已经非常先进,脱皮的菜籽粕已经投向市场,并且改进了传统的制油工艺,增加了脱毒工艺,从而提升杂粕的营养价值。

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菜籽颗粒很小,传统制油工艺中脱皮、脱壳难度均非常大,造成粗纤维含量很高,达 14% 以上,使菜籽饼粕的粗蛋白质只有 30%~37%,明显低于豆饼 ( 粕 ) ;菜粕的能值也很低,噁唑烷硫酮 (OZT)、异硫氰酸酯 (ITC) 及腈类等物质含量高 ;菜籽饼粕由于含皮壳多,造成颜色发黑,严重影响其在工业化饲料中的商业价值,降低了菜粕的使用比例 ;菜籽全籽中 90% 以上的植酸、色素、单宁、皂素等抗营养因子都存在于种皮之中,能显著降低营养物质利用率及适口性。

国外如加拿大、瑞典等对“双低”油菜籽的深加工都采用了脱皮等工艺,但这类设备价格昂贵、机型较大,并不适应我国几千家传统制油企业。

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通过国家“九五”科技攻关,菜籽脱皮装置脱皮率达90%,仁中含壳小于 5%,壳中含仁小于 1%,达到在日处理 100 t 菜籽油厂进行配套应用,菜籽粕粗蛋白质含量达到40%~44%。国家粮食局科学研究院等单位通过国家“八五”及“九五”科技攻关,开发了通过制油工艺脱除菜籽饼粕中有毒有害物质的新方法,使菜粕中硫甙含量降到 0.42% 以下,腈含量 <150 mg/kg,接近国外“双低”菜籽粕的质量标准,同时制油工艺及饼粕质量不受化学脱毒剂影响。

表4  新型菜籽粕营养成分

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三、发酵酶解植物蛋白饲料资源研究进展

并非所有的粮油加工工艺都能生产出优质的饼粕,尤其是对加热不敏感的抗营养因子,在低温的制油工艺中是解决不了问题的,另外有些抗营养因子在高温下也难以被破坏,需要通过其他途径来解决,生物技术就是一种有效的途径。

1、粮油饲料资源营养价值益生菌改善技术

益生菌可以通过营养调控和功能提升营养物质的利用效率以及动物肠道健康。近年来,益生菌的抗逆性、功能稳定化和效果评价研究取得很大的进展,促进了抗生素减量技术应用。

农业部第 1126 号公告《饲料添加剂品种目录》规定可以使用的微生物饲料添加剂有 16 种,美国在饲料中允许使用的微生物种类有 46 种。

2、益生菌发酵改善粮油资源营养价值

发酵饲料开发首先就是菌种的问题,目前菌种方面还是存在许多问题,如何保证菌种的安全性、有效性还需要我们后续做很多工作。在优良菌种的基础上,再经过液态发酵、固态发酵或者多菌种的协同发酵以及低温发酵等工艺,形成产品。由我们主持的 2017 年中国粮油学会科技奖一等奖项目——发酵饲料产业化开发利用关键技术及应用,建立了多菌种协同发酵、全程无高温的液 - 固发酵酶解饲料新工艺。结合国家高技术产业化示范工程、农业部农业技术试验示范项目,进行系统的低毒、低抗营养因子、高蛋白质含量的优质发酵饲料产业化技术。

01、发酵饲料产业化开发利用关键技术

在新菌种资源方面,建立了菌种高通量筛选方法和菌种资源库 (2 000 多种 ),获得可定向降解游离棉酚、ITC 和OZT 和大豆抗原蛋白等的系列高效菌种 ( 航天选育乳酸菌 4株、芽孢菌 5 株、酵母菌 4 株、丝状真菌 6 株等 )。在新工艺方面,建立了多菌种协同发酵、全程无高温的液 - 固发酵酶解饼粕饲料新工艺。结合国家高技术产业化示范工程、农业部农业技术试验示范项目,进行系统的低毒、低抗营养因子、高蛋白质含量的优质发酵饲料产业化技术。开发了一系列高活性、高品质的新型发酵饲料原料产品。

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01、新型发酵棉籽蛋白

发酵棉粕如果做得好,游离棉酚可以达到 200~400 mg/kg,降低 70% 左右。目前,在新疆低温生产的棉粕中游离棉酚含量甚至高于国家标准,非常有必要通过发酵的方法来降低游离棉酚含量。

另外,通过发酵还可以提高棉粕的小肽含量以及氨基酸的消化率。

02、新型发酵菜粕

发酵菜粕真蛋白、小肽分别提高11%、88%,噁唑烷硫酮和异硫氰酸酯、植酸、单宁含量分别下降了 96.20%、83.13%、36.36% 和 19.13%。

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03、发酵豆粕

不同工艺处理发酵豆粕的各项指标变化很大,发酵豆粕的抗原蛋白含量可下降 90% 以上,并且会提高小肽含量。我们和山东农业大学合作试验,用 7% 的小肽含量比较高的发酵豆粕替代 4% 的血浆蛋白完全可以实现,不仅能替代,而且还可以提高猪的采食量。

04、发酵戊聚糖浆

使小麦淀粉加工副产物戊聚糖浆1.6% 的难消化戊聚糖转化成含量 2.02 mg/mL 的功能性低聚木糖。产品中低聚木糖含量 21.3%,主要由木二糖、木三糖、木四糖组成 ( 占 63%)。

05、真菌毒素污染控制技术

淀粉加工副产物经发酵后,AFB 1 含量降低了 56.6%,ZEN 含量降低了 64.5%,DON含量降低了 29.4%。

02、内源毒素及抗营养因子快速检测技术

发酵饲料涉及到的另一个关键问题就是检测问题,需要能够快速检测真菌含量和有毒有害物质含量。对此,我们开发了主要内源毒素及抗营养因子的低成本现场快速检测技术,包括游离棉酚酶联免疫试剂盒、大豆胰蛋白酶抑制因子、凝集素检测试纸条,以特定的单克隆抗体和多重胶体金免疫层析

技术建立了真菌毒素检测试纸条,可同时对谷物样品中20 种真菌毒素进行现场检测和快速初筛,技术灵敏度达0.2~10 μg/kg。此外,还建立了发酵饲料质量评价指标,主持、参加噁唑烷硫酮、异硫氰酸酯检测、饲料级棉籽蛋白、花生饼 ( 粕 )、粪肠球菌、屎肠球菌等 8 个国家标准、行业标准的制修订。

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03、发酵饲料自动化成套装备及生产工艺

针对发酵饲料长期难以实现规模化、自动化生产,造成产品质量变异大、稳定性差,产业发展几十年停滞不前的“瓶颈”难题,我们结合前期小试、中试工艺参数研究,开发了成套的产业化工艺装备。开发了单台年处理量 1 万 ~12 万 t 的发酵饲料装备生产线,发酵系统的自动化控制系统、安全保障控制系统以及配套的工艺装备。设计、开发、建设了 10 m 圆盘厌氧生物发酵装置和16 m圆盘好氧发酵装置各2 套,实现智能化控制,批次发酵产能分别达到300 t(厌氧发酵)、120 t( 好氧发酵)。该套系统是国内批次产能最大的固态发酵装置,属国内首套(泰安生力源生物工程有限公司建设完成)。

3、小麦酶解蛋白

小麦蛋白又称小麦面筋蛋白或谷朊粉,是小麦淀粉加工的副产物,其蛋白质含量在 70%~80%,无抗营养因子,是优质的植物性蛋白源。
小麦蛋白含有较多的谷氨酰胺 (Gln),小麦是已知植物中谷氨酰胺含量最高的粮食作物,谷氨酰胺为条件性必需氨基酸,在动物生产上有明显的效用。

谷氨酰胺是生理状态下小肠的主要供能物质,对维持肠道和免疫系统正常结构、形态和功能非常重要,尤其对幼龄哺乳动物的生长发育至关重要 ;谷氨酰胺还通过各种途径参与机体生物大分子的合成,调节机体酸碱平衡,发挥抗氧化、抗疲劳、抗应激等生物功能,是猪乳中含量最丰富的游离氨基酸,并在维持早期断奶仔猪肠道结构和功能方面起着重要的作用 (Wu,1994 ;Wu,1996)。

谷氨酰胺在酸性、加热等条件下不稳定,而含有谷氨酰胺的小肽稳定性非常好,并且功能与谷氨酰胺基本相同。

小肽类添加剂是一类绿色营养型饲料添加剂,具有特殊生物活性并可促进动物生长和健康。由小麦蛋白水解生产的小肽饲料添加剂,兼有小肽添加剂和谷氨酰胺的特点。

我国每年有大量的小麦蛋白低价出口,但又高价进口酶解后的小麦蛋白产品用于断奶仔猪的教槽料和保育料。添加 2% 小麦水解蛋白试验组与对照组断奶仔猪相比 ( 在断奶仔猪饲料中的应用研究 ),平均净增重高 2.7 kg,平均日增重高 96.4 g,平均日采食量高 60.6 g,料肉比低 0.29,死淘率为 0。

4、酶法提油技术

我国小油种油料资源丰富、营养价值高;传统的浸出、压榨工艺在小油种油料中应用局限性显著;新提油技术 ( 水酶法提油,以酶降解油料细胞 )。同步制取油和油籽原料中的蛋白质、低聚糖等,提高工艺整体经济效益,绿色提油。

设备投入少,安全性高,能耗低;毛油质量好,精炼成本低,精炼损失少。

(根据李爱科研究员在无血浆蛋白日粮系统解决方案研讨会同名报告整理)

来源:饲料技术汇
中国畜牧人网站微信公众号
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