家禽羽毛废弃物高值化利用研究进展.doc

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1、家禽羽毛废弃物高值化利用研究进展近年来，随着全球集约化养殖业的飞速发展，饲料蛋白资源开始出现越来越严重的短缺，于是一些非常规的蛋白资源（如血粉、羽毛粉等）引起了世界各国人们的广泛关注。家禽羽毛的蛋白含量很高，而且富含动物所需的多种必需氨基酸，但是家禽羽毛因为其所含的角蛋白稳定性非常强，很难被胃肠道内的消化酶消化，造成消化利用率极低，所以没有得到有效的利用。另外家禽屠宰场废弃物的大量排放已经给生态环境带来严重的挑战。因此，从20世纪80年代末开始各国科学家相继掀起了如何提高家禽羽毛加工产品的利用率的研究热潮。1家禽羽毛角蛋白的结构和理化特性家

2、禽羽毛主要由角蛋白构成，角蛋白主要是由胱氨酸残基所构成的分子间双硫键高度交叉连接而成，由于分子间相互的疏水作用以及氢键的作用，所以具有不溶于水和抗分解的稳定性质，一般的蛋白酶（如胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶）很难有效地分解它，HANandParsons（1991）研究表明，羽毛角蛋白中的含硫氨基酸含量高，胱氨酸和蛋氨酸的比例大约为1∶6，但是只有52%的胱氨酸能够被动物消化利用。但是家禽羽毛角蛋白还含有动物所需的多种氨基酸，其营养成分的分析结果表明：角蛋白是一组分子量为30～33kD的中性缓冲不溶性多肽，含粗蛋白80%以上，各种氨基酸总量

3、70%以上，尤其是动物所需要的亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸8种必需氨基酸，除了赖氨酸、蛋氨酸、色氨酸的含量较低外，其余6种氨基酸含量都很高，是一种很好的蛋白来源。2 家禽羽毛废弃物的各种加工工艺2.1 高压加温水解法目前我国大多采用这种方法进行角蛋白饲料的生产，其工艺流程为：羽毛清杂，投入水解罐，直接或间接通入蒸汽，水解成块状蛋白质凝胶，烘干粉碎后用做饲料。产品质量主要受时间、温度、压力等工艺参数的影响。高压加温水解法虽然能够打开羽毛角蛋白中的二硫键，提高了蛋白质在动物胃肠道中的降解率，但是反应过程中不仅会造成很

4、多热敏性氨基酸（半胱氨酸、赖氨酸）的损失，而且会造成产品消化率较低(Papadopoulos,M.C等，1985)。另外，往往因设备落后，参数不易控制而导致水解效果不佳，质量不稳定。2.2 酸碱水解法这类方法国外在上个世纪60年代就有报道，主要是将一定量的角蛋白和一定浓度和体积的酸或碱混合，加热水解后中和干燥。经此处理，角蛋白的双硫键被破坏，继而肽键断裂，氨基酸游离。酸碱处理会破坏部分氨基酸，而且中和后会产生大量的盐分，造成产品适口性差，甚至会抑制动物的生长，因此在家禽羽毛高蛋白饲料中的应用中受到了一定的限制。2.3 酶解法酶解法通常是在经

5、过热压处理后的羽毛粉中加入一定浓度和数量的复合蛋白酶制剂，在适宜的温度和pH下进行酶解，此法生产的产品效果较好而且也很稳定，但是因为其成本很高而在生产中得不到广泛的应用。2.4微生物发酵法人们从大自然中没有出现家禽羽毛废弃物的积聚现象中得到启示，自然界中一定存在某些类型的微生物能够有效降解角蛋白，因此生物技术在羽毛废弃物的利用中有着巨大的潜力。微生物发酵产生的角蛋白酶可以改变角蛋白酶的结构，促进角蛋白的降解，另外微生物发酵产品中富含对动物机体有益的微生物本身就是对蛋白质营养价值的补充。目前利用微生物发酵法生产角蛋白饲料主要有厌氧固体发酵和液

6、体深层发酵，但是不管使用哪种方法，发掘能够产生大量高活性的角蛋白酶的菌种始终是开发和利用家禽羽毛废弃物的关键环节。2.5 其它加工工艺羽毛废弃物的处理除了上述的几种常用的工艺外，还有挤压膨化法、熔炼法等。其中膨化法主要是利用高温高压和高剪切作用，使羽毛在减压膨化中破坏角蛋白的空间结构。刘家永等（2003）曾利用膨化-水解复合工艺制取可溶性羽毛蛋白，试验探索的最佳工艺条件为膨化温度160℃，转速120r/min，压力0.4Mpa，碱水浓度0.1%，水解时间1.5～2h，此种工艺加工而成的蛋白粉在动物体内消化吸收率为90%左右。3角蛋白酶高产菌

7、种的筛选早在1989年，Williamsh和Shih就由家禽羽毛发酵液中富集、分离到了羽毛分解菌，并确定这种菌在厌氧、50℃环境中，以羽毛作为其主要的碳氮源的培养基条件下生长最适宜。这种菌从生理学和形态学上被鉴定为嗜热地衣型杆菌，并命名为PWD-1株，这是从禽类废弃物中分离出的第一种细菌。另外，在偶氮-角蛋白（azo-keratin）水解试验的基础上，Lee和Shih（1992）从PWD-1菌的培养基中对角蛋白分解酶进行了分离和纯化，确定此酶最适活性温度为50℃，在-20℃条件下贮藏较稳定，而常温条件下4～5d其活性就会损失50%。而Wil

8、liamsh、Shih和Lee也因为羽毛分解菌和角蛋白酶的发现而获得了5项美国发明专利（JasonC.H.Shih,2002）。目前国外学者正在研究角蛋白酶基因的分子克隆，以提高