发酵法与化学法改良油茶籽粕品质效果的比较

发酵法与化学法改良油茶籽粕品质效果的比较

周浩宇1，2,黄凤洪2, 钮琰星2,黄 茜2,何 江1，2

（1华中农业大学 食品科技学院，武汉 430070； 2中国农业科学院 油料作物研究所，武汉 430062）

摘要：以油茶籽粕为主要原料，采用化学法和微生物发酵法对其进行脱毒。微生物发酵法以枯草芽孢杆菌、黑曲霉、产朊假丝酵母为发酵菌种，研究单菌、混合菌固态发酵后油茶籽粕中各抗营养因子的降解率。结果表明，混合菌发酵效果优于单菌发酵，茶皂素、总酚、粗纤维的降解率分别达到8763%、8787%和3729%，粗蛋白含量提高率达6698%。化学法脱毒后油茶籽粕中的茶皂素、总酚含量分别降至0.93%和0.74%，粗纤维含量则大大增加。

关键词：油茶籽粕；抗营养因子；微生物发酵法脱毒；化学法脱毒

中图分类号：TS229；S816   文献标志码：A   文章编号：1003－7969(2010)09－0040－04

Comparison of bio-fermentation and chemical method in the

improvement of the quality of oil-tea camellia seed meal

ZHOU Haoyu1,2, HUANG Fenghong2, NIU Yanxing2,

HUANG Qian2,HE Jiang1,2

(1College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China;

2Oil Crops Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Wuhan 430062,China)

Abstract：Detoxification of oil-tea camellia seed meal was studied by chemical method and bio-fermentation method.For bio-fermentation method, Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Candida utilis were used as start strains and the degradation rates of various anti-nutritional factors in the oil-tea camellia seed meal after single strain and mixed strains solid-state fermentation were studied. The results indicated that the effect of mixed strains fermentation was better than that of single strain fermentation;the degradation rates of tea saponin, total phenols, crude fiber for mixed strains fermentation were 87.63%, 87.87% and 3729%,respectively,and the increase rate of crude protein was 66.98%;for chemical detoxification, the tea saponin, and total phenols contents were reduced to 093% and 074%,but the crude fiber content increased significantly.

Key words：oil-tea camellia seed meal；anti-nutritional factors;detoxification with bio-fermentation;chemical detoxification

    油茶是我国一种重要的木本食用油料植物，目前全国油茶栽种面积为400万hm2，油茶籽产量65万t左右，每年生产约15万t的油茶籽油和50万t的油茶籽饼粕［1］。油茶籽饼粕中富含茶皂素、蛋白质、脂肪、淀粉和粗纤维等成分，其中粗蛋白含量在12%~18%，蛋白质中含有17种氨基酸，其中7种是人体必需氨基酸［2,3］。油茶籽饼粕中还富含多种无机微量元素，特别是对动物生长发育有利的必需元素，如Mg、Fe、Ca、Mn、Zn、Cu的含量较为丰富,而对动物生长发育不利的有害元素Cd、Pb的含量却很低或近于零［4］。因此，油茶籽饼粕是一种营养价值较高的潜在饲料原料。

    但是由于油茶籽饼粕中含有较多的抗营养物质，包括10%~15%的茶皂素、2%~7%的单宁、15%~3%的生物碱、0.2%左右的黄酮和少量的植酸［5］，限制了其饲用。茶皂素的大量存在不仅会影响饲料的适口性，而且会引起胃肠中毒、肝脏损伤、惊厥和昏迷，甚至死亡［6］。但是亦有研究表明，低剂量的茶皂素对提高鱼类的生长有促进作用，同时还可以增强鱼类的抗病能力［7，8］。油茶籽饼粕中的单宁及黄酮等多酚类物质，可导致蛋白质消化率降低，干扰某些营养元素的吸收（如Fe、Ca等）。另外，单宁味苦涩，有收敛性，影响饲料的适口性。

    本文重点研究采用微生物发酵法脱除油茶籽粕中的主要抗营养因子茶皂素、单宁、粗纤维等，并与目前国内大量采用的化学法脱毒进行对比，比较两种脱毒方法对油茶籽粕品质的影响。

1 材料与方法

1.1 主要试验材料

1.1.1 油茶籽粕 来自武汉中排粮油有限公司，用粉碎机粉碎过40目筛，干燥备用。

1.1.2 菌种 枯草芽孢杆菌、黑曲霉，本所研究室保藏；产朊假丝酵母，中国工业微生物菌种保藏中心提供。

1.1.3 培养基 牛肉膏蛋白胨培养基：牛肉膏3.0 g，蛋白胨10.0 g，NaCl 5.0 g，琼脂20 g，水1 000 mL，pH 7.0~7.2。马铃薯汁培养基：马铃薯汁1 000 mL，葡萄糖10 g，琼脂20 g，pH 6.8。麦芽汁琼脂培养基：麦芽浸膏3.0 g，葡萄糖10 g，酵母浸膏3.0 g，蛋白胨5.0 g，琼脂20 g，水1 000 mL。油茶籽粕固态发酵培养基：油茶籽粕（40目）250 g，H3PO4 2.5 g,Mg2SO4·7H2O 1.25 g, (NH4)2SO4 2.5 g ,调节水分含量至约50%,搅匀后121  ℃灭菌15 min。

1.2 主要试验方法

1.2.1 原料成分分析 水分的测定,GB 5547—1985；粗脂肪的测定,GB 5515—1985；粗纤维的测定,GB/T 6434—2006;粗蛋白的测定,凯氏定氮法；总糖的测定,苯酚硫酸法；茶皂素的测定,重量法［9］；总酚的测定,比色法［10］。

1.2.2 化学法脱毒 将粉碎的油茶籽粕于60 ℃恒温干燥2 h,准确称取10.0 g于索氏抽提器中，用95%乙醇加热回流4 h后，浸提残渣用真空烘箱于60 ℃烘干，得到脱毒油茶籽粕。

1.2.3 微生物发酵法脱毒 单菌及混合菌发酵油茶籽粕。分别将枯草芽孢杆菌、黑曲霉、产朊假丝酵母及混合菌（3菌种比例为1∶ 1∶ 1）按10%的接种量接种到油茶籽粕固态发酵培养基中，30 ℃下静置培养8 d，分别取发酵1~8 d的样品于60 ℃下烘干，粉碎得脱毒油茶籽粕。测定发酵样品中的茶皂素、粗蛋白、总酚、粗纤维等含量。

2 结果与分析

2.1 化学法脱毒前后油茶籽粕成分分析（见表1）

 表1 化学法脱毒前后油茶籽粕主要成分及含量  %

    从表1 中可以看出,油茶籽粕中的粗蛋白和总糖含量分别为12.69%及3634%，营养价值和能值均较高,且可以被微生物利用,是一种很好的饲料原料。但油茶籽粕中亦含有1164%的茶皂素，6%左右的单宁、黄酮等多酚类物质，粗纤维含量也高达20%以上。化学法脱毒对茶皂素、多酚的脱除效果显著，茶皂素含量降低至0.93%，而单宁、黄酮等多酚类物质易溶于水、乙醇，也随着茶皂素一起去除。化学法脱毒的油茶籽粕粗蛋白含量也有所提高，达到17.20%，粗纤维含量则大幅增加，由脱毒前的2027%提高至2412%。虽然化学法脱毒的油茶籽粕中某些抗营养因子去除率很高，但由于其粗纤维含量过高，粗蛋白含量低于20%，仍然不能直接用作蛋白类饲料。

2.2 单菌、混合菌发酵对油茶籽粕品质的影响

2.2.1 茶皂素含量随发酵时间的变化（见图1）

图1 茶皂素含量随发酵时间的变化曲线

    由图1可看出，在3株单菌发酵中，枯草芽孢杆菌对油茶籽粕中的茶皂素降解效果最明显，发酵8 d其降解率达81.36%。黑曲霉对茶皂素亦有较明显的降解效果，发酵8 d降解率达78.87%。而产朊假丝酵母对茶皂素的利用率不高，发酵8 d仍含有4%的茶皂素。这可能是由于枯草芽孢杆菌及黑曲霉在发酵过程中产生多种酶类，而茶皂素易被酶水解生成糖与苷元的原因［3］。经过枯草芽孢杆菌、黑曲霉、产朊假丝酵母混合菌发酵的油茶籽粕，发酵8 d茶皂素含量仅为1.44%，降解率达87.63%。

2.2.2 总酚含量随发酵时间的变化（见图2）

图2 总酚含量随发酵时间的变化曲线

    由图2可见，枯草芽孢杆菌、黑曲霉、产朊假丝酵母及其混合菌对总酚均有一定的降解效果，降解率分别为75.39%、83.19%、89.95%和87.87%；产朊假丝酵母能高效降解油茶籽粕中的多酚类化合物。总体来看，总酚含量在发酵4 d内大幅降低，而发酵超过4 d时，降解率并无显著增加。这可能是由于在发酵的前4 d菌株生长旺盛，产生各种酶的酶活较高，降解效果明显。

2.2.3 粗纤维含量随发酵时间的变化（见图3）

图3 粗纤维含量随发酵时间的变化曲线

    由图3可见，各单菌及混合菌对油茶籽粕的粗纤维均有一定程度的利用能力。产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌、黑曲霉及其混合菌对粗纤维的最大降解率分别为16.92%、20.91%、32.76%和37.29%，混合菌对粗纤维降解效果最好，但与黑曲霉和假丝酵母组合对酱渣的分解率67.2%［11］有一定差距。这是因为菌种对粗纤维的利用除了与本身产生纤维素酶的数量及活力有关外，还与培养基中粗纤维的组织结构有关，油茶籽粕中含有硬壳，而硬壳组织致密坚硬，较难粉碎，微生物也较难利用。

2.2.4 粗蛋白含量随发酵时间的变化（见图4）

    由图4可知，在3种单菌中产朊假丝酵母对粗蛋白含量的提高最好，与原料相比，粗蛋白含量提高率为55.56%，这是由于假丝酵母是转化生成菌体蛋白的高效菌株。黑曲霉在发酵的前4 d对粗蛋白提高亦有较明显的效果，在此段时间内黑曲霉生长旺盛，所产酶活高，发酵4 d粗蛋白含量提高率在44%以上，发酵6 d后粗蛋白含量基本无变化，这可能是由于此时菌种已处于衰退期，营养物质基本消耗完的缘故。而枯草芽孢杆菌能产生高活性的蛋白酶，将蛋白质降解为易消化的短肽和游离氨基酸，故发酵后粗蛋白含量提高率不大。混合菌对油茶籽粕粗蛋白提高率明显优于各单菌，提高率达66.98%。这可能是因为混合菌发酵时枯草芽孢杆菌能降解油茶籽粕蛋白质，为产朊假丝酵母生成菌体蛋白提供更多的短肽和氨基酸。

    总体来看，单菌、混合菌发酵油茶籽粕其粗蛋白含量在6 d左右达到最高值，这与各菌种的生长速度有关。继续延长发酵时间，粗蛋白含量不再继续增加。

图4 粗蛋白含量随发酵时间的变化曲线

23 讨论

    油茶籽粕中含有较多的抗营养因子，脱毒方法也种类繁多。其中以微生物发酵法和化学法最为常用。

231 微生物发酵法脱毒效果探讨 周莹等［12］人以自然生物发酵法脱除茶皂素，在发酵15 d后，茶皂素含量降低至1.06%,降低相当的茶皂素所用时间比本文延长1倍，这可能是由于周莹等人采用的是坑埋法自然发酵，微生物量少，而本文采用接种法，接种量达10%的原因。钟海雁等［13］人对油茶籽粕的脱毒和发酵进行了研究，结果表明在未脱茶皂素的情况下，接种黑曲霉、酵母后蛋白质提高率达60%左右，比本文研究结果略低。邓桂兰［14］研究了混合菌发酵油茶籽粕生产菌体蛋白，结果显示发酵后，油茶籽粕蛋白质提高率达9012%，粗纤维降解率达4948%，远高于本文研究结果，这一方面是由于油茶籽粕培养基配方不同，另一方面邓桂兰是在脱毒后进行发酵，消除了茶皂素的抑菌作用。

    另外，本研究的固态发酵试验结果表明，综合脱毒和提高粗蛋白含量2个因素，混合菌发酵效果明显优于单菌发酵。微生物发酵降解各种抗营养因子，主要是利用培养基中的营养成分，代谢合成各种酶，而对有害底物进行降解。1种微生物可能含有1种或1种以上的酶，1种菌一般只能降解油茶籽粕中抗营养因子的1种或2种，且不同菌株对抗营养因子的降解效果不同。不同菌属的菌株所产生的酶较单一菌种的酶复杂、广泛。多种微生物配合使用则酶系更为复杂，涉及范围更大，脱毒效果更好，改善了脱毒粕的适口性，提高了油茶籽粕的营养价值。

232 化学法脱毒效果探讨 对比化学法及微生物发酵法脱毒效果后发现，化学法脱除茶皂素的效果略优于微生物发酵法，而且化学法脱除的茶皂素可以进一步回收获得茶皂素产品；化学法脱毒油茶籽粕粗蛋白含量也有所提高，但仍远远低于微生物发酵法，化学法脱毒油茶籽粕的总酚含量有明显下降，粗纤维含量却比微生物发酵法高47.31%，不符合作为蛋白类饲料应用时粗蛋白20%以上，粗纤维15%以下的要求，需再进行发酵处理才能作为蛋白类饲料应用。另外，化学法脱毒成本高，尤其是95%乙醇的价格维持在较高水平，生产工艺一次性投资大，工艺复杂，设备要求高。因此，综合脱毒、营养物质提高及生产成本等因素，微生物发酵脱毒法与化学脱毒法各有利弊。

3 结 论

    采用微生物发酵法脱毒，选用枯草芽孢杆菌，黑曲霉，产朊假丝酵母为复合菌种,总接种量为10% (3种菌种比例为1∶ 1∶ 1) ,培养周期为8 d时,油茶籽粕发酵后各抗营养因子脱除效果最好，粗蛋白提高率最大。发酵后, 茶皂素含量由发酵前的11.64%降低至1.44%，粗纤维含量由2027%降至12.71%，总酚含量由发酵前的5.77%降至0.70%，粗蛋白含量由1269%提高到21.34%。

    采用化学法脱毒，茶皂素含量由脱毒前的1164%降至093%，总酚含量由5.77%降至0.74%，粗蛋白含量由12.69%提高到17.20%，粗纤维含量则由20.27%增加至24.12%。

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