羽毛粉加工方法的比较

羽毛粉加工方法的比较孔凡林，刁新平（东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨１５００３０）【摘要】从动物羽毛中提取蛋白质与复合氨基酸的方法有很多，现在主流的方法有高温酸碱水解法、酶解法和微生物发酵法。大量生产实践表明，微生物发酵法可以显著提高废弃羽毛利用率，并以其低能耗、低成本、安全卫生的特点，广泛应用于生产中。【关键词】羽毛粉；加工方法；生产应用ThecomparisonoffeatherpowderprocessingmethodsAbstract:Extractproteinfromanimalfeathersandthemethodofcompoundaminoacidhasalotof,butnowthemainstreamapproachhashightemperaturealkalihydrolysis,enzymatichydrolysisandmicrobialfermentation.Alargenumberofproductionpracticeshowedthatthemicroorganismfermentationcansignificantlyimprovetheutilizationrateofwastefeatheranditscharacteristicsoflowenergyconsumption,lowcost,safetyandhealth,arewidelyusedintheproduction.Keywords:Feathermeal;Processingmethod;Productionapplication规模化集约化的动物食品和动物产品的生产现在面临着大量废弃羽毛难以处理的问题。根据各监测点的数据统计，我国近几年每年专业型肉鸡出栏量约为87.9亿只，约产生35.08亿吨羽毛，其中有很少一部分被做成羽毛球或是生产加工成羽绒服，剩余的大部分则没有处理的方式，被胡乱的丢弃导致严重的环境污染，所以羽毛粉的开发利用使这一“污染环境的垃圾”变成了“宝贵的饲料原料”[1]。研究者一直寻找这一丰富资源的新用途，在使加工者有利可图的同时还能解决严重的废物处理问题。目前，在我国也已经有了较为成熟的制取高蛋白羽毛粉的方法。1、羽毛的营养价值羽毛是有机物并可以转变为有用的资源。蛋白质是生命的物质基础，动物在生长过程中需要各种蛋白质和氨基酸，动物的生产产品的本质也是含氮化合物转化为动物机体中蛋白质的过程，而动物的羽毛中，含有种类丰富的氨基酸和蛋白质。比如鸡的羽毛中就含有17种氨基酸，在其中含有14%的丝氨酸,另外谷氨酸、亮氨酸、甘氨酸、缬氨酸及精氨酸含量也是达到了7%左右，含量较少的异亮氨酸、天冬氨酸、苏氨酸以及苯丙氨酸的含量也超过4%[2]。除此之外，还含有其他微量元素及少量的维生素，例如维生素B12[3]，所以，从动物羽毛中提取各种氨基酸和蛋白质可应用在饲料、化工、食品等行业。但是，羽毛的分子结构中多肽之间有许多的二硫键（-S-S-），且为锁状形态，空间结构非常牢固，物理化学性质稳定，且由于分子间的疏水作用以及氢键的作用，很难被蛋白酶（如胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶）有效的分解，因此要想将羽毛作为饲料必须经过特殊的加工处理方式。2、家禽羽毛的各种加工方法2.1高温酸碱水解法其具体方法是：将羽毛漂洗干净后，装入水解器当中到羽毛被淹没为止，加入0.5%的氢氧化钠或者3%的盐酸溶液，在常压下煮沸1个小时左右，停止水解使绝大多数的羽毛变为液体，羽毛的硬梗用手挫碎即可。随后再用盐酸或氢氧化钠溶液中和，经过减压、浓缩、干燥、粉碎，最后就能得到我们饲用的淡黄色的羽毛蛋白粉。经高崑等科研工作者实验测定得到表一中数据[4]，数据说明羽毛粉中的氨基氮的含量较原来大大增加，而粗蛋白的含量损失极少，但是胱氨酸的破坏较为严重，尽管胱氨酸（含1.839%）减少的较多，但是仍然高于鱼粉和豆饼(0.49%和0.52%)，经过计算，用本方法生产的成品蛋白粉的原料及加工成本仅需0.36元/kg（1989年），可见经济效益非常可观[5]。但该方法在实践中温度和压力难以控制，产品的质量很难保证，如果温度过高会出现烧焦状况引起蛋白质的变性，尤其是Cys损失最大，Lys和Met也都有不同程度的损失[6]，而温度过低则会出现夹生现象。都能导致氨基酸消化率降低，Papadopoulos[7]等、Latshaw[8]等、刘汉林[9]等也发现了同样趋势。表一羽毛与水解羽毛粉蛋白氨基酸成分的比较%羽毛蛋白粉天冬氨酸苏氨酸丝氨酸谷氨酸甘氨酸丙氨酸胱氨酸缬氨酸蛋氨酸异亮氨酸亮氨酸酪氨酸苯丙氨酸赖氨酸组氨酸精氨酸脯氨酸总量3.192.917.296.394.492.767.604.540.573.075.091.703.230.760.303.985.8766.134.432.637.488.845.963.481.845.590.583.716.181.973.810.660.274.248.1371.442.2酶解法酶解加工法的生产过程为：水解-低温下酶解-高温灭菌处理烘干-粉碎-筛选-加工包装。关键就在于酶的使用，国内外也已开发出多种酶制剂，酶制剂主要为蛋白水解酶、脂肪酶以及一些辅酶，主要功能是分解脂肪，角质蛋白和除臭的功效。据报道：涂国全等在1994年开展了一系列的实验研究，从土壤里分离、筛选出一种角蛋白分解菌株S-221，根据该菌的特征被初步鉴定为弗氏链霉菌的一个变种，这种菌体能够迅速分解羽毛中的蛋白质。将羽毛放置于pH12的强碱性条件下，用弗氏链霉菌分泌的嗜碱性蛋白酶进行预处理，然后加入盐酸，在温度为119~132℃、压力为98066.5~196133Pa的条件下分解3~5小时，经过分离、浓缩得到一种适口性良好的黏糊状浓饲料，该饲料可直接作为增味剂使用，也可烘干粉碎备用，生产出的的羽毛粉呈淡黄色的细粉末状，并且具有一定的芳香味[10]。酶解法生产的产品效果比较好，而且稳定。但是因为成本特别高而且在生产中很难推广，受到了一定的限制，前苏联的科研人员用没处理的羽毛粉辅加在赖氨酸生产过程中的废物上，生产出一种高蛋白制剂，于传统的羽毛粉不用，该制剂的营养价值有很明显的提升。近期许多科研杂志上有关于酶处理的报导：用INRTAPRO羽毛消化酶制备羽毛粉，虽然酶处理的样品有一些损失，但没有损失的氨基酸营养价值依然很高，对其他营养物质的消化吸收也很有益处[10]。2.3微生物发酵分解羽毛粉角质蛋白的微生物在自然界普遍存在，美国的北卡来罗纳州立大学的科研人员用一种近期发现的细菌（羽毛降解菌）对羽毛进行发酵，在五天后，羽毛蛋白被分解出来并游离出氨基酸，该方法生产的羽毛蛋白饲料在营养价值方面相当于大豆饼，但是价格却比大豆饼便宜还可以应用于微生物的发酵上[11]。另外在长期堆积的羽毛中，研究人员选育出一种以羽毛为碳源和氮源生长的地衣芽孢杆菌（BL-1），发酵的产物使胃蛋白酶消化率提高到90%[12]。而是用米曲霉和乳酶杆菌联合发酵仅能达到82%[13]。张昕研究后发现，经过枯草芽孢杆菌菌株发酵72H后，羽毛的降解率能达到69.6%[14]，从而更加有利于动物体的消化和吸收.崔艳红等研究表明，用加入赖氨酸1%的生物发酵羽毛粉可完全替代肉鸡饲料中70%的鱼粉[15]。在微生物发酵的产品中富含对动物体有益的微生物本身就是对蛋白质营养价值的再利用，因此利用微生物发酵羽毛有着重要的意义，而如何找出一种高活性的角蛋白酶是开发和利用家禽羽毛的关键环节[16]。2.4膨化处理法将羽毛梗在膨化剂的作用下调整好温度、压强、湿度等工艺参数后，利用膨化剂机内高压、高剪切的作用，羽毛在模孔减压膨化，角蛋白分解成较小的蛋白质亚单位和线装排布的肽链群，这样的小分子就利于动物体的消化吸收。3、羽毛粉在动物生产中的应用从羽毛中提取蛋白质或混合氨基酸的方法还有很多，也在日趋完善。而羽毛粉饲料也逐渐出现在我们的日常生活中。在进行日粮配方设计时，根据不同的动物种类，需要同含赖氨酸、蛋氨酸较高的蛋白质饲料配合使用，或者在日常的饲料中添加赖氨酸、蛋氨酸已达到氨基酸的互补效应，保持氨基酸的平衡。现如今酶解羽毛粉可以部分的替代饲料配方中的鱼粉，然而鱼粉中钙3.8%、磷3.67%，对于羽毛粉中钙0.20%、磷0.68%，两者相差较多，因此，在羽毛粉替代鱼粉的饲料中，要监测好钙磷的总体水平，经过饲养实验，育肥猪日粮中羽毛粉的含量低于8%时，对猪的生产性能没有任何的不良影响，但当添加量超过10%时采食量会逐渐下降，妊娠的母猪因为钙磷的缺乏甚至会出现产后瘫痪等状况。在家禽日粮中添加羽毛粉，按照2%-3%酶解羽毛粉+0.15%蛋氨酸，可以明显降低饲料的成本，并且不影响采食量、增重量、产蛋量以及蛋的重量，实践证明还能防治鸡各阶段的啄肛、啄羽等现象，在保证家禽限制性氨基酸的状况下，即按2%-3%羽毛粉+0.2%蛋氨酸+0.1赖氨酸添加到日粮中，仔鸡的体重，饲料的消化率均没有明显的变化，可节约巨大成本。在鱼的饲料中，羽毛粉一般以5%-10%的用量添加最宜，羽毛粉中含胱氨酸较多，而胱氨酸是毛皮动物不可或缺的氨基酸，当日粮中胱氨酸的含量达到0.84%时，动物的产毛量最多，如水貂等动物的毛皮质量也能提高。4、展望综上所述，微生物发酵法由于成本低廉、无污染、操作简易，被广泛的应用于社会生产中，酶解法由于至今未找到成本较低且分解效率高的酶制剂而不能大范围推广，酸碱法与膨化法则由于生产效率低、能耗高、氨基酸破坏严重在我国未大面积推广。在当今社会，全球资源短缺，全球各国的工作者掀起了畜禽废弃物高值化利用的热潮，其中某些废弃物如血液的开发和利用已经相当成熟并能投入社会生产。许多有价值产品也已经投入市场。但是羽毛废弃物的研究和开发还相对落后，到目前为止仍没有出现能够非常有效的提高羽毛的利用率并且工艺简单的方法，所以今后的羽毛废弃物的开发与利用有着很高的经济价值和广阔的前景。综合目前国内外在此之前的研究成果，我们今后的研究要从以下几个方面开展：4.1筛选出能够高效率分解角蛋白的菌种。可以根据培养皿或者发酵液中的可溶性蛋白的含量以及角蛋白酶的活性来对菌种进行初筛和复筛。4.2在研究角蛋白酶分解角蛋白后的发酵液中营养物质的成分的过程中，设法分离和提取出发酵液中的功能性物质，为开发绿色、环保型饲料添加剂提供技术保障。4.3角蛋白酶的分离、提纯、和固化研究。为制备酶制剂提供物质基础。4.4通过微生物的发酵实验，来试验出生产角蛋白酶量最高、活性最强时的工艺参数。比如温度、ｐＨ、压强、发酵培养基的成分配比等，为大规模液态发酵生产提供技术支撑。伴随着世界各国人民环保意识的增强和全球蛋白资源的日益紧张，利用羽毛废弃物提取蛋白质和复合氨基酸将成为各国畜产品加工业的难点。参考文献：[1]刘雪兰，谢幼梅.羽毛粉营养物质价值及加工利用[J].山东畜牧兽医，1999,29（6）：31-32.[2]毛春芳，王宁.利用动物羽毛提取蛋白和氨基酸[J].环境保护，1993，05:46-47.[3]王欲玉，于世亮，石野，等.羽毛粉在水产动物饲料中的应用[J].中国饲料，2013（15）：39-43.[4]高崑，安建钢，孙洪斌.羽毛制取高蛋白饲料技术与成品分析[J].饲料工业，1989，04:29-30.[5]潘宏涛.羽毛制取高蛋白饲料的现状及展望[J].饲料博览，1992，03:35-36.[6]肖远金.羽毛粉的加工与利用J.畜牧与饲料科学200425219-20.[7]PapadopoulosMC，etal.Theeffetofvaryingautoclavingconditionsandaddedsodiumhydroxideonaminoacidcontentandnitrogencharacteristicsoffeathermeal。JSciFoodAgri，1985，36:1219-1226.[8]LatshawJD，etal.Processingoffeathermealtomaximizeitsnutritionalvalueforpoultry