宠物及食品管理--羽毛粉的饲用价值及其饲料化加工技术.docx

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1、羽毛粉的饲用价值及其饲料化加工技术羽毛的理化特性和饲用价值家禽羽毛由角蛋白为主的蛋白质组成，蛋白质含量通常在90%以上，此外还含有微量B族维生素和某些生长因子。角蛋白的一级结构由半胱氨酸、脯氨酸、丝氨酸和苏氨酸等18种氨基酸通过氢键、二硫键和其他交联作用共聚形成。角蛋白的二级结构空间结构包括a-螺旋结构和折叠片层结构。具有a-螺旋结构的角蛋白被称为a-角蛋白，a-角蛋白有良好的伸缩延展性，哺乳动物的外皮、毛、蹄、角等部位主要含有a-角蛋白。具有B-折叠片层结构的角蛋白被称为3-角蛋白，角蛋白坚硬、伸缩性较差、抗张强度高，主要存在于禽类羽毛。角蛋白中折叠片层结构富含小侧链氨基酸残基包括甘氨酸(G

2、ly)、丝氨酸(Ser)和丙氨酸(Ala)残基等Gly和Ser在片层间形成锁联结构，与共价键共同承担张力，使B-角蛋白具有抗张性，折叠接近完全伸展状态，故其延伸性小。因此，禽羽毛同时兼备韧性高和机械强度大的特点。羽毛角蛋白具有非常稳定的结构，很难被常见蛋白酶降解。即使羽毛具有难以降解的特点，但因其丰富的蛋白质和氨基酸含量，也使其具有极大的饲用潜力，在进行适当加工后可替代传统动物性蛋白质饲料，比如鱼粉、肉粉等。表1和表2比较了蒸煮水解羽毛粉和鱼粉的营养成分。羽毛粉具有独特的氨基酸组成，其胱氨酸(Cys)含量是鱼粉的5倍，亮氨酸(Leu)、异亮氨酸(lie)、苯丙氨酸(Phe)、苏氨酸(Thr)、

3、缴氨酸(Vai)、精氨酸(Arg)等含量均明显高于鱼粉。表3显示，羽毛粉中也含有少量的矿物质元素和维生素。羽毛饲料化的加工技术羽毛中的蛋白质稳定性极强，很难在水、稀酸及盐溶液中溶解，因此动物对其消化率几乎为零。为了提高羽毛饲用价值，必须针对其特性采取特殊加工方法使之转化为易消化、易吸收的饲用羽毛产品。目前常见的羽毛处理方法包括基于物理方法的高温高压水解法和膨化法，基于化学方法的酸碱处理法和基于生物技术的酶解法和微生物发酵法。2. 1理化方法2.1. 1高温高压水解法高温高压水解法主要原理是角蛋白中的二硫键在高温高压条件下发生裂解致使其发生水解。此方法可根据所用设备不同将其细分为蒸汽高温高压水解

4、法（蒸煮法）和导热油高温高压水解法。前者利用高温蒸汽对物料进行加热使之发生水解，工艺简单、技术成熟，产品外观疏松、品相较好，但生产过程中废气排放量大、受环保政策制约，逐渐被淘汰。后者利用导热油对物料进行加热使之发生水解，俗称焦化法，所制产品外观发焦，废气易于治理，目前用于替代蒸煮法，但该法依然存在加工温度较高、导致产品粗蛋白和氨基酸消化率较低、热敏性氨基酸损失较大的缺点。该类产品的胃蛋白酶消化率在70%80%之间。2.2. 2膨化法膨化法原理是利用膨化机螺杆挤压产生的高温高压和剪切力作用，使羽毛角蛋白通过模孔减压膨化，破坏其空间结构和角蛋白多肽链间的锁状结构，打开二硫键，削弱氢键结合度，形成膨

5、化物。膨化羽毛粉呈多孔状，更易被畜禽消化吸收，胃蛋白酶消化率可达90%以上。该方法相对其他物理和化学处理方法具有工艺相对简单、污染排放易处理、产品消化率高等优势，因此是理化处理方法中最有前途的工艺。2.3. 3酸碱水解法酸碱水解法原理是利用适当浓度的强酸、强碱溶液破坏角蛋白中的二硫键和肽键，从而破坏其空间结构，将其降解为游离氨基酸，此法常用于工业制取胱氨酸，但缺点是强碱对氨基酸破坏严重。实际生产中常用盐酸和硫酸对羽毛进行水解，所生产的酸水解产物俗称多氨酸，理论上完全溶于水，胃蛋白酶消化率可达95%以上。但该工艺对设备耐腐蚀性要求高，涉及强酸的安全管理，要求严格，产物废水排放量大，干燥成本高，产

6、品盐分高、易吸潮，反应时间过长会造成氨基酸消旋等缺点，限制了该工艺的应用，因此酸水解产品目前已经基本退市。2.2酶解法羽毛角蛋白富含二硫键结构的特点决定了常见蛋白酶直接降解的有效性。通常使用的方法是预先使用特异性角蛋白酶破坏二硫键再进一步降解角蛋白。羽毛经过复合酶酶解或预处理后再酶解的降解效果比单酶处理的要突出。酶解法的加工能使羽毛粉的可溶蛋白含量增加，更易被消化利用。郝鲁江等利用角蛋白酶酶解羽毛粉，其可溶性蛋白含量和胃蛋白酶体外消化率可达225.7mg/L和23%。酶解法可直接降解羽毛角蛋白且作用优于传统的加工方法，其工艺作用更温和、更具有针对性，能够最大限度地保留氨基酸完整性，但生产工艺复

7、杂、后期浓缩和干燥工艺能耗高、废水排放多等使其总体生产成本偏高，因而未大规模应用于饲料原料羽毛粉生产。2.3微生物发酵法发酵法是指在适宜的条件下利用微生物对基质进行特定的代谢，使底物基质转化为目的产物的过程。发酵法的生产水平高低主要取决于菌种和发酵工艺条件。2.3.1菌种（1）真菌自然界中可分泌角蛋白酶的真菌主要为皮肤癣菌，包括类金胞子菌属、枝胞属、链格胞属、弯胞属、单格胞属、镰刀菌属、曲霉属和地丝菌属等。然而，目前发现的羽毛降解真菌多为致病性真菌，还需继续寻找更安全、更高效的羽毛降解菌菌株以确保饲料生物安全。（2）细菌用于降解羽毛角蛋白的细菌主要有地衣芽抱杆菌、巨大芽抱杆菌、短小芽抱杆菌、枯

8、草芽抱杆菌、蜡样芽抱杆菌、黄单胞菌、短黄杆菌和嗜热链球菌等。其中，地衣芽抱杆菌是目前研究最多、最为深入的产角蛋白酶的细菌。(3)放线菌链霉菌是放线菌中可降解羽毛的最常见的一类菌。涂国全等在多年堆积毛发、羽毛的土壤中发现两株具有较强分解羽毛角蛋白能力的链霉菌。(4)工程菌利用基因工程等生物技术手段可以在根本上改善菌株的产酶能力增加角蛋白酶的分解能力。梁田等利用诱变技术将其分离得到的嗜麦芽寡养单胞菌用于羽毛固态发酵。目前所发现和转化制造的工程菌多在产酶方向应用。2.3.2发酵工艺发酵是微生物、底物和环境条件间特殊作用后将复杂底物转化为简单化合物的动态过程。发酵底物(质量、营养成分等)、发酵条件(温

9、度、pH、底物性质和组成、溶解02和C02操作顺序、混合程度等)、发酵过程以及周期可影响发酵速率和发酵后产品质量。(1)液态发酵工艺液态发酵是目前工业生产中较为常用的一种发酵方法，其优点是发酵的营养物质浓度和混合度均匀，发酵过程中接触面积更充分，技术应用更成熟，产物纯化更简单等。(2)固态发酵法羽毛固态发酵是将羽毛降解微生物接种于完整羽毛或羽毛粉制成的固态培养基上，经一定时间和运用一定方式将羽毛降解成蛋白质肽和氨基酸的过程。由于基质水分含量低，能进行固态发酵的微生物数量有限，主要是曲霉、根霉等真菌，也可以使用乳酸菌等细菌。目前应用市场的固态发酵成本投入少、生产效率高且操作简易，底物发酵条件也更适于微生物生长，但固态发酵的堆积产热、含水量控制以及产物处理方面的难度依然很高。因此如何控制发酵过程、提高产品稳定性仍是羽毛固态发酵需要解决的主要问题。