固态发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制

固态发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制
摘要增加蛋白饲料是畜牧业、水产业、禽蛋业健康发展的需要。

此文叙述了发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制过程：以取自马来西亚的棕榈仁粕为培养基质，利用高产纤维素酶的丝状真菌、高产菌体蛋白的酵母和高产蛋白酶的芽孢杆菌组合发酵生产出蛋白质含量高达35 ～ 40%、多肽组分含量为 80% 以上的多肽饲料。

经初步小鼠急性毒理实验，证明该产品安全无毒。

最后分析了该产品的可行性和市场前景。

关键词固态发酵；棕榈仁粕；多肽饲料；蛋白饲料
Abstact The necessity of increasing protein feed for animal husbandry,aquaculture and poultry egg industry was
discussed.It was introduced that development process of polypeptide feed obtained from palm kernel cake by solid state
fermentation.The polypeptide feed, containing 35 ～ 40% of protein which is 80% of polypeptide, was produced by solid state
fermentation with filamentous fungi of high-yield cellulase,yeast of high bacterial protein and bacillus of high-yield protease
using the palm kernel cake as substrate from Malaysia.The polypeptide feed is safety and on-toxic though the acute toxicity
experiment.The feasibility and market prospect of the product were analyzed also. Keyword solid state fermention;palm kernel cake;polypeptide feed;protein feed
1 多肽饲料的概述
1.1 多肽饲料
我国蛋白质资源不足，每年都要大量进口植物蛋白
类如大豆及其粕类和动物蛋白如鱼粉等
[1]。

据预计，在
2010 年、2020 年、2030 年我国将用于生产饲料的粮食约
占总量的 38%、43%、50%，蛋白饲料缺口仍然将有 3000
万吨以上
[2]。

因而亟需开发新的蛋白质源，生产出更多的
蛋白饲料。

蛋白质被动物摄取后，经肠道多种蛋白水解酶的作
用，不是仅以氨基酸的形式吸收，更多的是以小肽的形
式被直接吸收。

而且，二肽和三肽的吸收速度比同组成
的氨基酸要快。

其中，某些小肽不仅具有营养功能，而
且具有多种生理功能，这是肽理论研究和实践应用中的
重大突破
[3]。

此研制的发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料将是
新一代蛋白饲料，其蛋白质经过水解后是以具有生理功
能的、超吸收的多肽形式存在。

1.2 利用生物技术增加蛋白质和多肽的新资源
为了将大量的棕榈仁粕 (palm kernel cake，简称
PKC，下同 ) 利用成为可广泛应用的多肽饲料，是将其粗
大纤维变成动物可食用的纤维，增加其适口性。

其次，通
过发酵增加产品中单细胞蛋白质，开辟了蛋白质来源新途
径，不与人类争资源。

第三，利用微生物发酵生长中产生
的蛋白质水解酶将蛋白质水解为多肽，最终研制出具有生
物活性的多肽饲料产品。

利用组合发酵棕榈仁粕后干料的
蛋白质含量为 35% ～ 40%。

多肽分子量为 1000 ～ 2000 道
尔顿的组分。

也可以利用植物的根、茎、叶等纤维基质和
使用受限制的植物粕经组合菌发酵生产出高含量蛋白质和
多肽的饲料。

因而，生物技术在生产高蛋白质饲料中将大
有可为，越来越显示它的强大生命力。

2 棕榈仁粕多肽饲料
2.1 科学利用棕榈仁粕，走绿色、环保、可持续发展
的经济模式
棕榈仁粕中含有粗蛋白 15% ～ 20％，蛋氨酸 0.312％、
赖氨酸 0.528％、苏氨酸 0.526％、色氨酸 0.12％、精
氨酸 2.064％、组氨酸 0.264％、胱氨酸 0.228％、缬氨
酸 0.84％、苯丙氨酸 0.624％；粗脂肪 11.13％、粗纤维
18.90％、水分9.80％、粗灰分4.68％、钙0.15％、磷0.41％、总能 17.15MJ/kg、无氮浸出物 64.8％等一般动物生长所
必需的所有营养物质。

但棕榈仁粕只以少量饲喂反刍动物，
且适口性差。

通过微生物发酵的方法首先降低其粗纤维含
量增加适口性；其次将其蛋白含量提高到 30% 以上；第三，
将植物蛋白转化为菌体蛋白，改善其氨基酸组成，更加符
合动物蛋白质生理模式，从而增加蛋白质的消化吸收和利
用率，有利于动物的生长需要。

随着全球棕榈油产能的增大，其副产物棕榈仁粕的
产量不断的增加，马来西亚 2006 年的棕榈仁粕产量就已
达 220 万吨，其周边国家如印尼、泰国等近几年大力扩
大油棕榈种植面积，棕榈仁粕产量几乎与马来西亚相当
[4]。

长期以来，如何科学有效处理棕榈仁粕一直困扰着棕
榈油生产国和企业。

如今，棕榈仁粕的产量达到历史最
高水平，更加剧了棕榈仁粕对生态环境的污染。

《发酵法
生产棕榈仁粕多肽饲料的研制》项目致力于棕榈仁粕的
综合利用，为棕榈仁粕寻找到了一条有效的、绿色环保、
可持续发展的利用途径。

既能减轻或消除由现有处理棕
榈仁粕方法所造成的环境污染，又能带来巨大的社会经
济效益。

2.2 产品特色
发酵法生产棕榈粕多肽饲料是以预处理后的 PKC 为
唯一碳源，通过高产纤维素酶的丝状真菌、蛋白质含量
为 50% 以上的酿酒酵母
[5]
和高产蛋白酶的枯草芽孢杆菌
的组合发酵，使产品中的粗纤维含量降低、纤维长度变短、蛋白质含量增加，不但增加了营养，而且提高适口性。

尤其是产品中的蛋白质由发酵中的微生物产生的蛋白酶
水解为有活性的多肽。

众所周知，活性多肽是一类易被
动物机体吸收和发挥功能的物质，因而是一种高定位的
全发酵的多肽饲料。

《发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制》项目是一项
填补世界棕榈仁粕利用技术的空白，具有自主知识产权
和重大的创新性；以价格低廉的 PKC 为原料，经过微生物发酵转变成高附加值、高营养的多肽饲料，成本低、
回报高、适用广、具有广阔的市场前景。

特别是蛋白质
被水解成活性多肽后，动物极易吸收、生物利用率高、
生物效价高，具有调节免疫、防病抗病等作用。

2.3 产品研制
2.3.1 高产纤维素酶菌株的分离、筛选
2.3.1.1 分离从国内外采集的土样、腐烂的树枝叶、
堆积的棕榈仁粕等 70 个样品中，经过 5 种不同的培养基分离及鉴别染色处理，获得 142 株丝状真菌。

2.3.1.2 初筛经 CMC-Na- 刚果红法、PKC- 刚果红
法和滤纸条利用法从 142 株菌种选出 19 株有效菌，菌株编号为：3-CMC- ②、213-B、623-2、911、1011-1、1042-2、1633、2111、2122-2、2221-P、2616、4341、4632、6612、6922、7022、13001 和 13005。

再经过不同配比的培养基筛选出产纤维素酶活性较高的 213-B、
623-2、912-2、1042-2、1633、2221-P、6612、6922
和 13005 共 9 株菌进入下一轮筛选。

2.3.1.3 复筛将 9 株菌经以 PKC 为原料的液体摇瓶培养，检测其 CMC 酶活和 FPA 酶活，从中选出 1042-2、2221-P 和 13005 三株高产纤维素酶菌株。

其酶活结果如表 1。

2.3.2 高产纤维素酶菌株的生物学特性
形态学特征：① 13005 为研究所保藏的里氏木霉，
菌丝白色、匍匐生长；产绿色孢子，随着培养时间的延长，孢子颜色由浅绿色变为墨绿色。

② 10042-2 菌丝白色，气生菌丝直立生长、菌丝短而细；孢子较小，呈棕色，易脱落。

③ 2221-P 菌丝白色，气生菌丝直立生长、菌丝短而粗；孢子较大，呈黑色，易脱落。

2.3.3 固态发酵
2.3.3.1 浅盘式发酵试验以预处理后的 PKC 作为主要
基料，并添加部分营养成分配制成固体培养基，灭菌后，
在无菌环境中按 10% 的接种量接入 1042-2、2221-P 和13005 于28℃下培养 5 ～ 9d。

测定其纤维素酶活、还原糖含量、氨基氮含量、粗蛋白含量等。

其间 1042-2 在培养
8d 时其 CMC 酶活高达 24892U，滤纸酶活高达 1302U，
粗蛋白含量达 39.8%。

2221-P 在培养 8d 时，其 CMC 酶
表 1 1042-2、2221-P 和 13005 液体产酶试验结果
菌株
滤纸酶活 CMC酶活
（µg/mL·min）（µg/mL·min）
1042-2 140.3 2660.0
2221-P 58.7 1747.0
13005 57.7 1063.32009.10
28
新探讨
活高达 23410U，滤纸酶活达 1286U，粗蛋白含量高达
40.09%。

这组数据说明在利用 PKC 作为培养基发酵，其
纤维素酶酶活和粗蛋白含量都达目前的最高水平。

2.3.3.2 组合菌种发酵试验为了达到降低木质纤维含
量，提高蛋白质含量，并将蛋白质降解为多肽，采用组
合菌种发酵工艺。

接入霉菌目的在于降解 PKC 中的木质
纤维含量；接入酵母目的是让其将培养基中的氮源的转
化为自身的菌体蛋白，从而增加物料的蛋白质含量。

接
入芽孢杆菌目的是产生大量的蛋白质水解酶，将基料中
的蛋白质尽量的分解为小分子多肽，增加产品的营养性、
功能性和适口性。

目前研究表明，PKC 物料的木质纤维
含量降低 30% 以上，粗蛋白含量平均能达到 35% 以上，
其中多肽含量已经超过 80%，目前正在进一步优化培养
条件，以便得到各项指标更优的产品。

2.3.4 制剂安全性试验为了确保发酵制剂的安全性进
行了小鼠急性毒理实验。

昆明种小白鼠 20 只，雌雄各半，体重 20 ～ 22g，
随机分成 4 组，禁食不禁水 12h。

按 8g/kg 体重的量以
食用油作为溶剂配制成适当体积的制剂液，一日内完成
灌胃，连续观察 14d，记录受试小鼠期间的活动、摄食量、体重、粪便、死亡等情况，未死亡小鼠 2 周后用颈椎脱
臼法处死进行尸检。

整个观察期间没有小鼠死亡，20 只小鼠活动、精神
状态、摄食、粪便等正常，两周后增重均超过 10%，最
高增重达 24%，可以认为本发酵制剂安全无毒。

3 小结
3.1 棕榈仁粕的综合利用状况
棕榈仁粕历来是棕榈油生产企业的重大负担，也是
马来西亚政府亟需解决的生态环境的重点问题之一。

因
为棕榈仁粕中较高的木质纤维含量和适口性较差等，使
得其只有极少部分的棕榈仁粕作为反刍动物的饲料添加
剂使用；绝大部分都是烧毁或让其腐烂作为肥料，这样
不但严重浪费资源，而且严重污染环境。

为此，相关企
事业科研单位合作，展开了《发酵法生产棕榈仁粕多肽
饲料的研制》项目研究，并取得可喜的成果。

2009 年 3
月 24 日，《发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的研制》项目
进行了中期评审，与会专家给予了高度评价，认为该项
目具有独立自主的知识产权和创新性，现阶段取得的技
术成果达到了国内外先进水平。

3.2 发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料的可行性
棕榈仁粕含纤维素、半纤维素、木质素约 70%，而
且多为粗纤维、大纤维，要将其变成可利用的碳水化合物，
首先要将其分解，为此，采用筛选高产纤维素酶的菌株
(1042-2、2221-P) 发酵 PKC，使其还原糖增加，分析结
果表明纤维素变短、变薄、变小，在不增加外源糖的情
况下，酿酒酵母、枯草芽孢杆菌能生长良好，使发酵产
品的蛋白质含量增加 30% 以上，由于丝状真菌和枯草芽
孢杆菌产生的多种酶系能使蛋白质酶解为多肽 ( 分子量
5000 道尔顿以下 )，而使产品成为多肽产品。

3.3 棕榈仁粕多肽饲料的市场前景
3.3.1 棕榈仁粕多肽饲料的经济分析根据研究预算，
每吨棕榈仁粕多肽饲料的生产成本为 2300 元 /t，目前，
我国饲料中蛋白质含量定价为 8.00 ～ 9.00 元 /kg 蛋白
质。

如果以蛋白质含量 30 ～ 40% 计，棕榈仁粕多肽饲料
定价为 3200 ～ 3600 元 /t 饲料。

调查发现，我国市场上
的微生物发酵（包括微生物酶处理）的生物饲料价格范
围为 3000 ～ 6000 元 /t。

因而，我们生产的棕榈仁粕多
肽饲料的价格很有提升空间。

3.3.2 市场前景发酵法生产棕榈仁粕多肽饲料是废物
利用、变废为宝的社会公益项目，其技术又填补国内外
的空白，具有自主知识产权；产品的市场需求巨大，属
于卖方市场，在市场上具有较强的竞争能力。

随着生活
水平的不断提高，畜牧业的不断发展，国内外蛋白饲料
的缺口越来越大；作为多肽饲料的产品相比于植物蛋白
饲料具有更高的营养价值，更具功能性。

纵观分析可以
预测，发酵生产棕榈仁粕多肽饲料具有丰厚的经济效益
和重大的生态环境、社会效益。

参考文献
[1] 周明 . 饲料学 [M]. 安徽 : 科学技术出版社 ,2007.
[2] 刘晓梅 . 我国粮食安全战略与粮食进口规模 .[J]. 宏观经济研究 ,2004(9):16 ～18.
[3] 丁辉景, 刘刚, 张力 . 单胃动物小肽吸收利用的研究进展 .[J]. 饲料研
究 ,2007(4):30 ～ 32.
[4] H.Y.Saw,J.Janaun, D.Subbarao.Hydration properties of palm kernel cake.[J].Journal of Food Engineering.2008(89):22
7 ～ 231.
[5] 凌秀梅, 邱树毅等 . 啤酒废酵母蛋白液的制取及其精制 .[J]. 中国酿造, 2007(5):27 ～ 31.
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。