植酸酶體外降解米糠粕中植酸的研究結(jié)果表明可提高消化率提升飼料利用率等

2022-06-15 12:46:38 點擊：

摘要：

為研究米糠粕中植酸體外降解的最適酶解條件，本試驗以植酸降解率為考察指標(biāo)，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用四因素三水平的正交試驗，研究了植酸酶對米糠粕中植酸降解的工藝條件。結(jié)果表明：3 種植酸酶中，植酸酶3 對米糠粕中植酸的降解效果最好，酶解pH、酶解溫度、酶解時間均是影響植酸降解率的極顯著因素，酶添加量是影響植酸降解率的顯著因素。植酸酶3 體外降解米糠粕中植酸的最適條件為：酶解pH 4.7、酶解溫度50 ℃、植酸酶添加量1.8%、酶解時間3.5 h。在此條件下，米糠粕中植酸降解率為94.2%，肌醇生成量為1.9%。

引言：

為適應(yīng)大宗飼料原料供需趨緊的形勢，提升原料利用效率，立足國情構(gòu)建新型日糧配方結(jié)構(gòu)，加快推進(jìn)玉米、豆粕減量替代，開發(fā)非常規(guī)性飼料資源已成為當(dāng)前研究的熱點。米糠粕是大米加工的副產(chǎn)品，資源豐富，價格低廉，含有較高的營養(yǎng)成分，可以作為玉米豆粕減量替代的原料之一。但是由于米糠粕中非淀粉多糖和植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子含量較高，用量過高往往會影響飼糧整體養(yǎng)分消化，導(dǎo)致畜禽生產(chǎn)性能下降，在應(yīng)用時比例受到限制。

植酸是米糠粕中重要的抗?fàn)I養(yǎng)因子，比例高達(dá)8%。由于植酸化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，難以通過加熱等物理處理方法破壞，在動物體內(nèi)也沒有相應(yīng)的酶系能消化降解。目前主要是通過在飼料中添加植酸酶，在動物體內(nèi)對植酸進(jìn)行降解，而且得到了極廣泛的應(yīng)用。然而，酶制劑在體內(nèi)的作用效果只能通過飼養(yǎng)試驗生產(chǎn)性能的表現(xiàn)來反向評估。研究表明，隨著植酸酶的添加，雖然在豬的糞便中，植酸的回收率很低，但豬的平均磷消化率穩(wěn)定在65%，并且在高水平添加植酸酶的情況下，豬全腸道磷消化率也不超過60%。因此，有必要尋求獲得更高磷消化率的處理技術(shù)。

飼料預(yù)消化技術(shù)是為了提高飼料原料的消化吸收率，在動物體外，根據(jù)不同原料的具體特性，模擬動物的消化過程，進(jìn)行的特定化處理的生物飼料加工技術(shù)。酶解預(yù)消化是將原料、酶制劑、水混合，在一定的作用條件下，對目的物進(jìn)行處理的一種飼料預(yù)消化手段，過程可控制，結(jié)果更明確，在原料預(yù)處理方面受到普遍關(guān)注。本試驗采用酶解的手段，用植酸酶體外酶解米糠粕，通過單因素和正交試驗觀察植酸的降解程度，以期為后續(xù)的研究提供參考。

1、材料與方法：

1.1 試驗材料與試劑

供試材料：米糠粕，含粗蛋白質(zhì)16.9%、粗脂肪1.38%、粗灰分11.9%、總磷1.55%、粗纖維8.0%、中性洗滌纖維33.3%、酸性洗滌纖維10.4%、酸性洗滌木質(zhì)素3.3%。植酸酶1、植酸酶2、植酸酶3（活力均為1.0×104U/g）。

供試試劑：濃鹽酸、硫酸鈉、磺基水楊酸、三氯化鐵、氫氧化鈉；植酸鈉標(biāo)準(zhǔn)品，純度98%。

1.2 主要儀器

UV-1700 型紫外可見分光光度計；HJ-M6 型水循環(huán)磁力攪拌水浴鍋；STARTER 3100 型pH 計、CP 214 型電子天平；SHA-B 型水浴恒溫振蕩器；FW177 型中草藥粉碎機；SC-3614 型低速離心機；101FA-0型電熱鼓風(fēng)干燥箱。

1.3 植酸的測定

稱取1 g 米糠粕、酶解米糠粕樣品，精確至0.0001g，置于100 mL 具塞三角瓶中，加入40 mL 的1.2% HCl·10%Na2SO4溶液，于室溫下振蕩2h，4000 r/min 離心20 min，上清液于4 ℃冰箱中備用待測。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：精確吸取0.1 mg/mL 植酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL 于6 支25 mL具塞試管中，用蒸餾水補足至5 mL，混勻后，加入4mL0.3%磺基水楊酸、0.03%FeCl3·6H2O溶液，搖勻，放置15min 后，于500 nm 處測定吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)，植酸含量為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并計算回歸方程及相關(guān)系數(shù)。

取稀釋到一定濃度的植酸提取液5 mL 于25 mL 具塞試管中，其余步驟同標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作，測其吸光度，并從回歸方程計算出試液中植酸含量。

植酸降解率/%=（m1-m0）/m1×100；

式中：m1 為酶解前米糠粕中植酸的百分含量；m0為酶解后米糠粕中植酸的百分含量。

1.4 試驗設(shè)計

能夠準(zhǔn)確測定米糠粕酶解pH的最低加水量為：料水比1：3（g/mL），本試驗固定酶解反應(yīng)的料水比為1：3，首先研究不同pH條件下3 個植酸酶的酶解效果，在此基礎(chǔ)上探究不同酶解溫度、酶添加量、酶解時間對米糠粕中植酸的降解效果。在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用正交試驗優(yōu)化酶解條件，從而確定植酸酶體外酶解的工藝條件。

1.5 單因素試驗

1.5.1 植酸酶在不同pH 條件對米糠粕中植酸降解率的影響

稱取30.00 g 米糠粕若干份于250 mL燒杯中，加蒸餾水90 mL，用1 mol/L 的HCl 調(diào)pH為3.9、4.3、4.7、5.1、5.5，植酸酶1、2、3添加量均為1.2%（酶質(zhì)量/米糠粕質(zhì)量），50 ℃酶解2.0 h。反應(yīng)結(jié)束后，沸水浴滅酶，樣品85 ℃烘干，粉碎后提取植酸，測定植酸含量并計算植酸降解率。

1.5.2 酶解溫度對米糠粕中植酸降解率的影響

料水比1：3，酶解pH 4.7，植酸酶3 添加量1.2%，酶解時間2.0 h，酶解溫度40、45、50、55、60 ℃，其余操作同1.5.1。

1.5.3 酶添加量對米糠粕中植酸降解率的影響

料水比1：3，酶解pH 4.7，酶解溫度50 ℃，酶解時間2.0 h，植酸酶3 添加量0.3%、0.6%、0.9% 、1.2%、1.5%、1.8%、2.1%、2.4%，其余操作同1.5.1。

1.5.4 酶解時間對米糠粕中植酸降解率的影響

料水比1：3，酶解pH 4.7，酶解溫度50 ℃，植酸酶3 添加量1.8%，酶解時間0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h，其余操作同1.5.1。

1.6 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以植酸降解率為指標(biāo)，對植酸酶3 酶解pH、酶解溫度、酶添加量以及酶解時間設(shè)計四因素三水平L9（34）正交優(yōu)化試驗，以確定植酸酶3 體外酶解米糠粕的工藝條件。

1.7 植酸降解驗證試驗

對正交試驗獲得的最佳酶解條件進(jìn)行驗證試驗，并參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品中肌醇的測定GB 5009.270-2016 檢測肌醇含量。

1.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010 進(jìn)行整理后，采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析方法（one-way ANOVA），并利用Duncan’s 法進(jìn)行多重比較，P< 0.05 為差異顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1 植酸標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制以吸光度為縱坐標(biāo)，植酸含量為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

2.2 單因素試驗

2.2.1 植酸酶在不同pH 條件對米糠粕中植酸降解率的影響

本試驗首先研究了不同pH 條件下3 種植酸酶的酶解效果，結(jié)果如圖2 所示。植酸酶1、植酸酶2、植酸酶3 對米糠粕中植酸的降解率均是隨著pH 的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在pH 為4.7 時，米糠粕中植酸的降解率最高，分別為86.9%、89.4%、92.8%。pH 3.9 時的植酸降解率均高于pH 5.5，表明只有當(dāng)酶解體系酸性降低到一定程度時，植酸酶對米糠粕中植酸的降解效果才更優(yōu)。植酸酶3 不僅酶解效果最好，且對酸性環(huán)境的耐受力也最強，因此選擇該酶進(jìn)行后續(xù)試驗。

2.2.2 酶解溫度對米糠粕中植酸降解率的影響

由圖3可知，隨著酶解溫度的升高，植酸降解率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在50 ℃時，植酸降解率最高，低于50 ℃時的酶解效果優(yōu)于高于50 ℃的酶解效果，結(jié)合多重比較分析結(jié)果，選取40、45、50 ℃三個水平進(jìn)行正交試驗。

2.2.3 酶添加量對米糠粕中植酸降解率的影響

由圖4可知，當(dāng)植酸酶3添加量從0.3%增加到1.2%時，植酸降解率差異顯著，隨著酶量繼續(xù)增加到1.8%，植酸降解率沒有繼續(xù)升高，當(dāng)酶量增加到2.1%時，植酸降解率開始出現(xiàn)下降趨勢，為了進(jìn)一步考察最適酶添加量，選取1.2%、1.5%、1.8%三個水平進(jìn)行正交試驗。

2.2.4 酶解時間對米糠粕中植酸降解率的影響

由圖5 可知，當(dāng)酶解時間從0.5 h 增加到1.5 h時，植酸降解率差異顯著，隨著酶解時間繼續(xù)延長，植酸降解率開始有下降趨勢，當(dāng)酶解時間增加到3.5 h 時，植酸降解率達(dá)到最大值，之后又出現(xiàn)下降趨勢，為了進(jìn)一步考察最適酶解時間，選取1.5、2.0、3.5 h 三個水平進(jìn)行正交試驗。

2.3 正交試驗結(jié)果分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交試驗，試驗設(shè)計和結(jié)果見表1，方差分析結(jié)果見表2。由表1、表2 數(shù)據(jù)可知，酶解pH（P＜ 0.001）、酶解溫度（P＜ 0.001）、酶解時間（P＜0.001）均是影響植酸降解率的極顯著因素，酶添加量（P＜ 0.05）是影響植酸降解率的顯著因素。植酸酶3 體外降解米糠粕中植酸的最適條件是A2B3C3D3，即酶解pH 4.7、酶解溫度50 ℃、植酸酶添加量1.8%、酶解時間3.5 h。

2.4 酶解驗證試驗結(jié)果

將米糠粕與水按照1：3（g/mL）的比例混合，用1 mol/L 的HCl 調(diào)pH為4.7，加入1.8%（酶的質(zhì)量/米糠粕質(zhì)量）的植酸酶3，50 ℃酶解3.5 h，反應(yīng)結(jié)束后，沸水浴滅酶，樣品85 ℃烘干，測定植酸降解率為94.2%，肌醇含量為1.9%。表明米糠粕中85%以上的植酸均轉(zhuǎn)化為肌醇，本研究確定的酶解工藝在顯著降解米糠粕中植酸抗?fàn)I養(yǎng)因子的同時，提高了米糠粕的營養(yǎng)價值。

3、結(jié)論:

本研究通過單因素和正交試驗，確定了米糠粕中植酸體外降解的最優(yōu)酶解條件為：植酸酶3添加量1.8%、酶解pH 4.7、酶解溫度50 ℃、酶解時間3.5 h。該條件下，米糠粕中植酸降解率為94.2%，肌醇生成量為1.9%。

實戰(zhàn)操作技術(shù)——棉菜籽餅脫毒變身優(yōu)質(zhì)飼料替代豆粕操作新技術(shù)

當(dāng)前豆粕價格很高有些地方貨源緊缺，而棉菜籽餅（棉籽粕、菜籽粕）價格相對便宜，棉菜籽餅是棉子、油菜籽榨油后剩下的餅狀殘渣，蛋白質(zhì)含量較高，含有各種氨基酸成分。但由于棉菜籽餅中含有植酸、芥子堿等物質(zhì)，這些物質(zhì)含有一定的毒性，還會影響動物的消化吸收，不能大量使用，因此不建議直接飼喂給動物！

現(xiàn)在通過微生物飼料發(fā)酵劑的除毒脫毒技術(shù)，可以成功將菜籽餅變?yōu)閮?yōu)質(zhì)添加飼料，直接按照1公斤發(fā)酵的棉菜籽餅（發(fā)酵前的重量）代替約0.85公斤豆粕進(jìn)行使用。飼料發(fā)酵劑中的有益微生物，在發(fā)酵過程中分泌的代謝產(chǎn)物，可將棉菜籽餅中的毒性物質(zhì)等有效分解。

豆粕、菜粕、棉粕成分對比

1.豆粕是一種高蛋白原料，無需脫毒即可用作飼料。其中蛋白質(zhì)含量為40%-48%，賴氨酸含量為2.5%-3.0%，色氨酸含量為0.6%-0.7%，蛋氨酸含量為0.5%-0.7%。2020年11月12日報價每噸在3500元左右。

2.菜粕的粗蛋白含量在34%-38%之間，特點是蛋氨酸含量高（僅次于芝麻餅、粕），賴氨酸含量亦高。而精氨酸含量低，是餅、粕飼料中含量最低的。菜籽粕的有效能值偏低（淀粉含量低、菜籽殼難以消化利用）。礦物質(zhì)中，鈣和磷的含量均高，硒和錳的含量亦高。特別是硒的含量是常用植物飼料中最高的。2020年11月12日報價每噸在2900元左右。

3.棉粕蛋白質(zhì)含量一般為44.32%，僅次于豆粕的蛋白質(zhì)含量48%，而高于菜籽粕的蛋白質(zhì)含量36.04%。精氨酸含量高達(dá)3.6%-3.8%，而賴氨酸含量僅有1.3%-l.5%，只有豆粕的一半。2020年11月12日報價每噸在3000元左右。

是否需要脫毒處理

1.豆粕無需經(jīng)過脫毒即可用作飼料。而且豆粕中富含蛋白質(zhì)和多種氨基酸，在不需要額外加入動物性蛋白的情況下，僅豆粕中含有的蛋白質(zhì)和氨基酸足以平衡家禽和豬的食譜，促進(jìn)它們的營養(yǎng)吸收。只有當(dāng)其他粕類單位蛋白成本遠(yuǎn)低于豆粕時，豆粕才有可能被替代。

2.菜粕菜籽中含有硫葡萄糖苷、芥酸、單寧、皂角苷等不良成分，其中主要是硫葡萄糖苷。硫葡萄糖苷本身無毒，但在一定溫度和水分條件下，經(jīng)過菜籽本身含有的芥子酶的酶解作用而產(chǎn)生異硫氰酸酯、唑烷硫酮和腈類等有害物質(zhì)。這些物質(zhì)可引起甲狀腺腫大，從而造成動物生長速度下降，繁殖力減退。單寧則妨礙蛋白質(zhì)的消化，降低適口性。而芥酸阻撓脂肪代謝，造成心臟脂肪蓄積及生長受到抑制。。使用前需進(jìn)行一定的脫毒處理，并且使用時要加以限制，具體喂量應(yīng)根據(jù)菜粕中有害成分含量而定。經(jīng)過脫毒處理的菜籽粕喂量可以加大，而“雙低”油菜籽生產(chǎn)的菜粕喂量要受限制。同時，應(yīng)結(jié)合菜粕的氨基酸組成特點，適當(dāng)搭配其它餅粕。

3.棉籽中含有對動物有害的棉酚及環(huán)丙烯脂肪酸，尤其是棉酚的危害很大。在制油過程中，由于蒸炒，壓榨等熱作用，大部分棉酚與蛋白質(zhì)、氨基酸結(jié)合而變成結(jié)合棉酚，結(jié)合棉酚在動物消化道內(nèi)不被動物吸收，故毒性很小。另一部分棉酚則以游離形式存在于餅、粕及油品中，這部分游離棉酚對動物毒性較大，尤其單胃動物過量攝取或攝取時間較長，可導(dǎo)致生長遲緩、繁殖性能及生產(chǎn)性能下降，甚至導(dǎo)致死亡。幼小動物對棉酚的耐受能力更低。由于棉籽餅、粕中游離棉酚對動物有害，因此，在使用棉餅、粕時，要根據(jù)飼喂對象及餅粕中游離棉酚的含量加以限量。反芻家畜在有優(yōu)質(zhì)粗料及多汁青料的情況下，棉籽餅、粕的用量不受限制，不會造成中毒。對單胃動物要限制喂量，最好使用經(jīng)過脫毒處理的棉籽餅粕。同時，使用棉籽餅、粕配制飼糧要注意氨基酸平衡，尤其是棉籽餅、粕的賴氨酸含量低，且利用率差，應(yīng)注意添加賴氨酸。

發(fā)酵操作技術(shù)

發(fā)酵棉菜籽餅其實也是一個脫毒技術(shù)，具體操作如下：

1.仔細(xì)檢查棉菜籽餅，剔除棉菜籽餅中嚴(yán)重變質(zhì)發(fā)霉的部分，輕度發(fā)霉的原料可以忽略，因為微生物發(fā)酵能夠脫霉。

2.將棉菜籽餅粉碎并添加適量的玉米粉淀粉類的能量飼料等，調(diào)節(jié)飼料營養(yǎng)比例。

3.每噸棉菜籽餅加入2公斤食鹽、玉米粉（其它淀粉、面粉次粉等也可以，或者粉碎的生紅薯300公斤也可以）100公斤、“99多功能飼料發(fā)酵劑”1包（500g/包，市場售價約25元，以高濃度乳酸菌、酵母菌、復(fù)合酶制劑的專業(yè)發(fā)酵劑）。

4.在混合物料中添加適量水分，使混合物料含水量保持在55%左右，以“手抓一把并緊握，無水滴落，松手后輕觸即散”為宜，一般上述配方中需要加入清水約500-600公斤。

5.發(fā)酵方式根據(jù)實際環(huán)境條件各異，在桶、缸、塑料袋等容器中發(fā)酵均可。

6.發(fā)酵時要盡可能排盡空氣進(jìn)行密封發(fā)酵。如果使用的發(fā)酵容器有密封不嚴(yán)實的隱患，要在一開始就在其外層包裹一層塑料袋并扎緊。發(fā)酵過程中不能啟封。

7.發(fā)酵時間受環(huán)境溫度影響，通常夏季發(fā)酵2-3天，冬季發(fā)酵5-7天即可完成。發(fā)酵完成后，有較為強烈的酸香味，ph值在3-4。

規(guī)模運用混合發(fā)酵現(xiàn)場

塑料缸、飼料袋（有內(nèi)膜）均可做發(fā)酵飼料

采用池子發(fā)酵

發(fā)酵完成的棉菜粕飼喂動物技術(shù)

需要注意的是，發(fā)酵后的飼料酸度較低，不可以取代禽畜全部日糧。其他類發(fā)酵飼料同理。飼喂時根據(jù)不同情況，將發(fā)酵飼料按照一定比例添加到日糧中，發(fā)酵完成的棉菜粕為濕料，具體使用量每大概1.5-2公斤發(fā)酵棉菜粕（濕料）代替動物日糧配方中1公斤豆粕的使用量進(jìn)行代替使用，與其它飼料混合后直接飼喂，由于棉菜籽粕蛋白較高，最高使用量不要超過禽畜日糧飼喂量的40%（濕料重量）。如果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵飼料過酸適口性變差，可在飼喂前在陽光下曬1-2小時，或添加適量的碳酸氫鈉（小蘇打）即可改善。

發(fā)酵過程中與發(fā)酵后使用過程中，發(fā)酵的容器要一直保持密封狀態(tài)，可以長時間保存（一年左右）。

當(dāng)前養(yǎng)殖業(yè)成本高居不下，而飼料成本是其中最高的，利用廉價原料發(fā)酵飼料（包括一些輕度發(fā)霉的粕類低價收回）是極佳解決辦法。通過微生物飼料發(fā)酵劑的發(fā)酵作用，可以將輕度霉變飼料變成優(yōu)質(zhì)飼料，將不易消化的物質(zhì)分解為可被畜禽吸收的小分子糖類、氨基酸等。同時發(fā)酵飼料中富含有益微生物、酶制劑、酸化劑等，可調(diào)節(jié)畜禽腸胃微生態(tài)環(huán)境并進(jìn)一步提高飼料利用率。發(fā)酵飼料氣味清香，提高了飼料的適口性，加上發(fā)酵飼料中有大約4℃的酒度，能夠促進(jìn)動物新陳代謝促進(jìn)健康抵御疾病，是當(dāng)前養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展中重要的一環(huán)。

本技術(shù)也可以同樣發(fā)酵菜籽粕（餅）、棕櫚粕等，方法同上。

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