【陈雄】酵母源生物饲料研究进展与应用展望

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复旦大学特别说明•所有PPT资料仅供参会代表学习参考•请勿再次上传至各种网络平台(请尊重各位专家老师的成果,否则将不再提供电子版PPT)•感谢各位代表的理解与支持!•会务组复旦大学酵母源生物饲料研究进展与应用展望陈雄湖北工业大学生物工程与食品学院2017年01月15日提纲CONTECT前言酵母源生物饲料产品应用酵母源生物饲料系列产品开发二一四酵母源生物饲料产品作用机理三酵母是一类单细胞真核生物,是人类“第一种家养微生物”,3500年前,中国人用酒曲酿造美酒。酵母在日常生活中无处不在。酵母细胞内容物含丰富的蛋白质、核苷酸、氨基酸、各种消化酶以及多种维生素(尤其是B族维生素)。细胞壁主要成分是多糖(葡聚糖和甘露寡糖),动物体内缺乏多糖酶,所以未破壁的酵母细胞内容物难以被动物有效利用。酵母国际酵母工业的发展已经有200年的历史我国酵母工业有90年历史(1922年)全球酵母行业专业性强,产业集中度高酵母工业公司名称产能全球占有率(折干估计)(估计)35万吨26%28万吨19%18.5万吨10%10万吨7%1868年第一代商品酵母--鲜酵母YeastCake取得专利1900年第二代商品酵母--活性干酵母Activedryyeast取得专利1984年第三代商品酵母--速效酵母Quick-RiseYeast取得专利1993年第四代商品酵母--面包机酵母BreadMachineYeast取得专利酵母是当代唯一年产量过百万吨的微生物制品酵母新能源酿酒食品发酵保健食品酿造饲料酵母工业酵母源生物饲料以酵母为原料或载体,利用现代生物技术和生产工艺,并结合微生物发酵而获得的一系列与酵母相关的具有特定营养或功能的天然、安全的饲料原料及饲料添加剂产品。传统意义上的饲料酵母1910年,德国M.德尔布吕克最先用啤酒酵母泥作为补充饲料,并定名为饲料酵母。1967年,在美国举行的第一次国际单细胞蛋白会议上,决定所有用单细胞微生物生产的蛋白质统称为单细胞蛋白。菌种除酵母外,还有细菌、放射菌、藻类和丝状真菌等饲料酵母亦称为单细胞蛋白。饲料酵母按照来源和生产工艺可分为石油酵母、糖蜜酵母、纸浆酵母、酒精酵母和啤酒酵母等新型功能性酵母源生物饲料活性干酵母(ActiveDryYeast,ADY)酵母培养物(YeastCulture,YC)酵母细胞壁多糖(Yeastcellwall)酵母水解物(YeastAutolysate)酵母硒(YeastSelenium)酵母微量元素螯合物;酵母铜、酵母铁、酵母锌、酵母铬、酵母锰等海洋红酵母酵母复合菌霉菌毒素吸附剂(Mouldtoxinbinder)利用酵母发酵而得到的酵母饲料酵母菌相关衍生物……酵母源生物饲料的发展历程啤酒酵母粉酵母单细胞蛋白或酒糟类酵母用于畜牧养殖酵母培养物反刍动物中使用,提高增重和产奶量1950s~1960s酵母细胞壁作为免疫增强剂、脱霉剂应用于饲料工业中饲用高活性干酵母适用于不同动物的活性酵母产品1990s~2000s富微量元素酵母酵母硒、酵母铜、酵母铁、酵母锌、酵母铬、酵母锰2002酵母水解物功能性蛋白原料应对全球蛋白资源紧缺2006优质蛋白源。饲用高活性干酵母、酵母水解物、啤酒酵母粉。蛋白质含量一般40-60%,氨基酸平衡性好,维生素A、D、E、K和B族维生素丰富提供酶类。除含胃蛋白酶、淀粉酶外,尚含羧态酶、氨态酶、纤维素酶等。消化率可达80-90%,提高饲料转化率。极佳适口性。酵母在发酵过程中,伴随产生多种有益代谢物,如有机酸类、芳香脂类、核苷酸类、未知发酵因子等。提供有机微量元素。酵母铜、酵母铁、酵母锌、酵母铬、酵母锰免疫调节剂。酵母细胞壁肠道微生态调节剂。饲用高活性干酵母品质改良剂。酵母硒等酵母源生物饲料主要作用活性干酵母产品与其他益生菌相比活性干酵母耐受pH范围较广,在pH2-7都能够生长活性干酵母是兼性厌氧菌,在有氧和无氧环境都能够繁殖和代谢酵母代谢产生有机酸,可降低胃肠道pH值,提高饲料消化率酵母具有较强蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性,促进营养物质消化吸收活性干酵母通过特殊工艺干燥得到,产品本身是质壁分离休眠状态,遇到水能迅速复活。芽孢杆菌到肠道复活时间相对较长,而一般活菌要成为和活性干酵母一样的休眠状态,生产成本很高活性干酵母是真菌,能够耐受一定剂量的抗生素。而其他微生态制剂都是细菌制剂,对抗生素特别敏感酵母源生物饲料优势提纲CONTECT前言酵母源生物饲料产品应用酵母源生物饲料系列产品开发二一四酵母源生物饲料产品作用机理三理想的酵母菌株应具备如下特征安全性(菌种的安全有效性通过了试验认可),对动物和人的健康无害具有促进消化道中某种有益微生物活性的作用可大量培养生产耐高温,耐受动物体温,且生产过程中具有理想的活性耐酸(用于单胃动物的酵母菌必须具有这一特性),适应胃及肠道内较广泛的的酸碱度(pH2~7.5)菌种中华人民共和国轻工行业标准(QB/T1940-1994)规定:饲料酵母专指以淀粉、糖蜜以及味精、酒精等高浓度有机废液等碳水化合物为主要原料,经液态通风培养酵母菌,并从其发酵醪中分离酵母菌体(不添加其他物质)经干燥后制得的产品,属单细胞蛋白质饲料之一。并指明主要酵母菌有产朊假丝酵母菌(Candidautilis)、热带假丝酵母菌(Candidatropicalis)、圆拟酵母菌(Torulautilis)、球拟酵母菌(Torulopsisutilis)、酿酒酵母菌(Saccharomycescerevisiae)。中华人民共和国国家标准(GB/T22547-2008)饲料添加剂饲用活性干酵母(酿酒酵母Saccharomycescerevisiae)规定:饲用活性干酵母(酿酒酵母)以糖蜜、淀粉质为主要原料,经液态发酵通风培养酿酒酵母并从其发酵醪中分离酵母活菌体,经脱水干燥后制得的可直接添加于饲料中的活菌产品。工业生产用菌种因原料而异,在用糖质原料,以及亚硫酸纸浆废液、酒精和味精废液作原料时,多用产朊假丝酵母(又名食用球拟酵母);在以正烷烃作原料中用热带假丝酵母;以糖蜜为原料时,多用酿酒酵母等菌种饲料添加剂品种目录(2013)(中华人民共和国农业部公告第2045号),2014-02-01实施,2008年12月公布《饲料添加剂品种目录》同时废止菌种类别通用名称适用范围微生物产朊假丝酵母、酿酒酵母养殖动物着色剂红法夫酵母水产养殖动物、观赏鱼矿元素及其络(螯)合物酵母铜、酵母铁、酵母锰、酵母硒养殖动物酵母铬猪多糖和寡糖β-1,3-D-葡聚糖(源自酿酒酵母)水产养殖动物考虑工业生产效率,根据应用需要,筛选不同的酵母菌种菌种ABC产气能力(ml)450590660菌种菌株蛋白质%糖蜜利用率%N源利用率%最终湿重g/LA59.5385.6062.17243B60.7785.4959.25231C60.3893.3956.43206D52.4981.7347.16220E62.4383.9066.65244F57.7572.6458.03213G59.6286.7761.08225H61.3075.9156.72209I58.4779.8041.20177J58.4977.1256.72226K56.8067.3338.85154L51.5787.5249.99224菌种考虑工业生产效率,根据应用需要,筛选不同的酵母菌种菌种液氮保存不同菌种不同菌种斜面培养平皿培养原料糖蜜:甜菜糖蜜和甘蔗糖蜜。4吨糖蜜可生产1吨糖蜜酵母味精废液:50吨废液可生产1吨酵母酒精废液:8吨酒精所产生的废液可生产1吨酒精酵母盐硫酸盐纸浆废液:100吨纸浆废液可生产1吨纸浆酵母豆制品废水:收率1.2%生产面包酵母的离心废液:菌体干物质得率4-5%乳清纤维素原料泥炭等活性干酵母的生产工艺旁氏罐PC碱PWIWIWIWIW碱PW种子酵母储罐碱PWIWIWIWIW碱PW商品酵母储罐PWIWIWPW种子酵母发酵罐洗涤罐糖蜜来源糖处工艺商品酵母发酵罐酵母分离机板框散热器罗茨风机罗茨风机酵母分离机酵母分离机板框散热器生产工艺流程(前期发酵)活性干酵母的生产工艺生产工艺流程(后期干燥)干燥热空气干燥床干燥冷空气引风机震荡筛干酵母储罐均质器尾粉造粒机真空转鼓旋风分离器包装车间生产工艺7L15m3-17–24h15m370m3–120m3-16–24h70m3–120m3200m3–500m3-16h发酵罐发酵(逐级发酵)自动控制自动计量旁氏罐活性干酵母的生产工艺分离分离与酵母乳贮存酵母乳贮存真空抽滤真空转鼓鲜酵母块活性干酵母的生产工艺造粒造粒和干燥沸腾干燥床圆柱状小颗粒1-出风口2-进料口3-清洗喷头4-视镜5-灯孔6-出料口7-人孔8-进风口9-排污口活性干酵母的生产工艺活性干酵母生产关键工艺控制点菌种筛选和优化发酵参数与控制:温度、溶氧通风、乙醇、碳氮磷浓度流加设置(种类、时间、速率)等发酵数据记录发酵数据记录活性干酵母生产关键工艺控制点•严格的灭菌程序–经常检查微生物•自动定位清洗系统(CIP)–配备高速清洁助剂–高温(85℃)–时间长–每次操作前均定位清洗CIP站清洗和卫生指标活性干酵母生产关键工艺控制点节能:热量回收,废热发电水回收:冷凝水回收,糖蜜稀释水的分离,发酵填充水的分离废水处理:生物处理(生产沼气),蒸发(生物肥)节能减排和环保农业种植【甘蔗、甜菜】糖厂糖蜜酵母生产生化物化处理沼气锅炉燃烧中水回用蒸汽蒸发浓缩生物有机肥饲料添加剂达标排放低浓度高浓度冷凝水酵母废水脱盐活性干酵母品质控制活性干酵母品质控制细胞计数:我国国家标准规定饲用酵母活细胞数≥150亿个/克温水搅拌:发酵良好的饲料酵母放入水中搅拌后.易于悬浮并有大量的白色气泡.泡沫消失速度较慢;劣质饲料酵母粉放入温水中搅拌,形成很少泡沫,并且泡沫消失迅速,或者无泡沫,同时劣质酵母放入水中有较多沉淀物或者有漂浮物碘反应:碘反应不得呈蓝色(排除玉米蛋白粉加锯末、稻糠加香味剂等生产的外观、气味类似的假酵母粉)粗纤维:饲用酵母粗纤维含量≤1.5%(排除植物性物质)蛋白质和氨基酸:粗蛋白≥40%,饲用酵母真蛋白≥26%(排出尿素等非蛋白氮)沙门氏茵:基料在发酵前灭菌不彻底,很容易引起病原菌污染酵母水解物产品开发高蛋白、高核酸酵母菌种选育02468101214161015202530354045DCW(g/L)Fermentationtime(h)J-5B3.3(control)J-5B3.3(control)0.00.51.01.52.02.53.03.5Trehalosecontent(%)StrainsJ-5B3.3350375400425450475500525550575600625Fermentationactivity(mlCO2/HR)Strain高蛋白、高核酸酵母菌种选育生理生化特征筛选菌对照生理生化特征筛选菌对照葡萄糖++核糖醇--麦芽糖++肌醇--半乳糖--柠檬酸--蔗糖++琥珀酸--棉籽糖++可溶性淀粉--乳糖--硝酸钾--纤维二糖--盐酸乙酸++木糖--无维生素培养基上生长++海藻糖++放线菌酮生长--SaccharomycescerevisiaestrainNL45(HM191676.1)SaccharomycescerevisiaestrainNL9(HM191640.1)筛选菌ZygosaccharomycesmellisstrainCBS5499(AJ557254.1)ZygosaccharomycespseudorouxiistrainNCYC3042(AJ555406.1)ZygosaccharomycesrouxiistrainYx.509(KF154739.1)ZygosaccharomycesrouxiistrainCBS9714(AJ716118.1)8273100620.5酵母水解物产品开发蛋白质50%以上RNA10%以上生物量达到260g/L流加技术碳源氮源磷源过程调控pH值酒精浓度通风

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