植酸酶體外降解米糠粕中植酸的研究結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，在單因素試驗的基礎上，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，立足國情構建新型日糧配方結構，加快推進玉米、豆粕減量替代，開發非常規性飼料資源已成為當前研究的熱點。米糠粕是大米加工的副產品，資源豐富，價格低廉，含有較高的營養成分，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營養因子含量較高，用量過高往往會影響飼糧整體養分消化，導致畜禽生產性能下降，在應用時比例受到限制。

植酸是米糠粕中重要的抗營養因子，比例高達8%。由于植酸化學性質比較穩定，難以通過加熱等物理處理方法破壞，在動物體內也沒有相應的酶系能消化降解。目前主要是通過在飼料中添加植酸酶，在動物體內對植酸進行降解，而且得到了極廣泛的應用。然而，酶制劑在體內的作用效果只能通過飼養試驗生產性能的表現來反向評估。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。

飼料預消化技術是為了提高飼料原料的消化吸收率，在動物體外，根據不同原料的具體特性，模擬動物的消化過程，進行的特定化處理的生物飼料加工技術。酶解預消化是將原料、酶制劑、水混合，在一定的作用條件下，對目的物進行處理的一種飼料預消化手段，過程可控制，結果更明確，在原料預處理方面受到普遍關注。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；植酸鈉標準品，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。

標準曲線的制作：精確吸取0.1 mg/mL 植酸標準溶液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，植酸含量為橫坐標，繪制標準曲線并計算回歸方程及相關系數。

取稀釋到一定濃度的植酸提取液5 mL 于25 mL 具塞試管中，其余步驟同標準曲線的制作，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 試驗設計

能夠準確測定米糠粕酶解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。在單因素試驗基礎上，采用正交試驗優化酶解條件，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%（酶質量/米糠粕質量），50 ℃酶解2.0 h。反應結束后，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上，以植酸降解率為指標，對植酸酶3 酶解pH、酶解溫度、酶添加量以及酶解時間設計四因素三水平L9（34）正交優化試驗，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行驗證試驗，并參照食品安全國家標準-食品中肌醇的測定GB 5009.270-2016 檢測肌醇含量。

1.8 數據統計分析

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

2 結果與討論

2.1 植酸標準曲線繪制以吸光度為縱坐標，植酸含量為橫坐標，繪制標準曲線見圖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。植酸酶3 不僅酶解效果最好，且對酸性環境的耐受力也最強，因此選擇該酶進行后續試驗。

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 ℃時的酶解效果優于高于50 ℃的酶解效果，結合多重比較分析結果，選取40、45、50 ℃三個水平進行正交試驗。

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，隨著酶量繼續增加到1.8%，植酸降解率沒有繼續升高，當酶量增加到2.1%時，植酸降解率開始出現下降趨勢，為了進一步考察最適酶添加量，選取1.2%、1.5%、1.8%三個水平進行正交試驗。

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，隨著酶解時間繼續延長，植酸降解率開始有下降趨勢，當酶解時間增加到3.5 h 時，植酸降解率達到最大值，之后又出現下降趨勢，為了進一步考察最適酶解時間，選取1.5、2.0、3.5 h 三個水平進行正交試驗。

2.3 正交試驗結果分析

在單因素試驗的基礎上，進行正交試驗，試驗設計和結果見表1，方差分析結果見表2。由表1、表2 數據可知，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pH為4.7，加入1.8%（酶的質量/米糠粕質量）的植酸酶3，50 ℃酶解3.5 h，反應結束后，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營養因子的同時，提高了米糠粕的營養價值。

3、結論:

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%。

實戰操作技術——棉菜籽餅脫毒變身優質飼料替代豆粕操作新技術

當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，這些物質含有一定的毒性，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！

現在通過微生物飼料發酵劑的除毒脫毒技術，可以成功將菜籽餅變為優質添加飼料，直接按照1公斤發酵的棉菜籽餅（發酵前的重量）代替約0.85公斤豆粕進行使用。飼料發酵劑中的有益微生物，在發酵過程中分泌的代謝產物，可將棉菜籽餅中的毒性物質等有效分解。

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.棉粕蛋白質含量一般為44.32%，僅次于豆粕的蛋白質含量48%，而高于菜籽粕的蛋白質含量36.04%。精氨酸含量高達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.豆粕無需經過脫毒即可用作飼料。而且豆粕中富含蛋白質和多種氨基酸，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和氨基酸足以平衡家禽和豬的食譜，促進它們的營養吸收。只有當其他粕類單位蛋白成本遠低于豆粕時，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，經過菜籽本身含有的芥子酶的酶解作用而產生異硫氰酸酯、唑烷硫酮和腈類等有害物質。這些物質可引起甲狀腺腫大，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。。使用前需進行一定的脫毒處理，并且使用時要加以限制，具體喂量應根據菜粕中有害成分含量而定。經過脫毒處理的菜籽粕喂量可以加大，而“雙低”油菜籽生產的菜粕喂量要受限制。同時，應結合菜粕的氨基酸組成特點，適當搭配其它餅粕。

3.棉籽中含有對動物有害的棉酚及環丙烯脂肪酸，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、氨基酸結合而變成結合棉酚，結合棉酚在動物消化道內不被動物吸收，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，可導致生長遲緩、繁殖性能及生產性能下降，甚至導致死亡。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。反芻家畜在有優質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，應注意添加賴氨酸。

發酵操作技術

發酵棉菜籽餅其實也是一個脫毒技術，具體操作如下：

1.仔細檢查棉菜籽餅，剔除棉菜籽餅中嚴重變質發霉的部分，輕度發霉的原料可以忽略，因為微生物發酵能夠脫霉。

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，調節飼料營養比例。

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多功能飼料發酵劑”1包（500g/包，市場售價約25元，以高濃度乳酸菌、酵母菌、復合酶制劑的專業發酵劑）。

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.發酵方式根據實際環境條件各異，在桶、缸、塑料袋等容器中發酵均可。

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

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

規模運用混合發酵現場

塑料缸、飼料袋（有內膜）均可做發酵飼料

采用池子發酵

發酵完成的棉菜粕飼喂動物技術

需要注意的是，發酵后的飼料酸度較低，不可以取代禽畜全部日糧。其他類發酵飼料同理。飼喂時根據不同情況，將發酵飼料按照一定比例添加到日糧中，發酵完成的棉菜粕為濕料，具體使用量每大概1.5-2公斤發酵棉菜粕（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）。如果發現發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。

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

當前養殖業成本高居不下，而飼料成本是其中最高的，利用廉價原料發酵飼料（包括一些輕度發霉的粕類低價收回）是極佳解決辦法。通過微生物飼料發酵劑的發酵作用，可以將輕度霉變飼料變成優質飼料，將不易消化的物質分解為可被畜禽吸收的小分子糖類、氨基酸等。同時發酵飼料中富含有益微生物、酶制劑、酸化劑等，可調節畜禽腸胃微生態環境并進一步提高飼料利用率。發酵飼料氣味清香，提高了飼料的適口性，加上發酵飼料中有大約4℃的酒度，能夠促進動物新陳代謝促進健康抵御疾病，是當前養殖業發展中重要的一環。

本技術也可以同樣發酵菜籽粕（餅）、棕櫚粕等，方法同上。

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