蘇 亮,溫佳奇,胡書蒙,馬 靜,王玉華
(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),吉林 長(zhǎng)春 130118)
禽蛋加工副產(chǎn)物蛋殼資源在飼料行業(yè)中應(yīng)用
蘇 亮,溫佳奇,胡書蒙,馬 靜,王玉華
(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),吉林 長(zhǎng)春 130118)
我國(guó)是禽蛋生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó),目前禽蛋產(chǎn)量已突破3 000萬(wàn)t,大量禽蛋的生產(chǎn)加工和日常食用導(dǎo)致每年有大量的蛋殼產(chǎn)生,但只有少量應(yīng)用于生產(chǎn)加工動(dòng)物飼料,大部分被廢棄,利用率較低且造成環(huán)境污染。蛋殼作為重要的禽蛋加工副產(chǎn)物,如果將其合理開(kāi)發(fā)利用,會(huì)創(chuàng)造很大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。闡述了蛋殼的組成、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加工提取技術(shù)及在飼料行業(yè)的應(yīng)用,并針對(duì)我國(guó)未來(lái)在蛋殼資源的綜合利用上作出展望。
蛋殼資源;動(dòng)物飼料;綜合利用
在科學(xué)技術(shù)日新月異,人民的生活水平逐年提高的21世紀(jì),作為消費(fèi)者的我們對(duì)于食品安全的關(guān)注度越來(lái)越高,更加注重飲食營(yíng)養(yǎng)、膳食平衡等。禽蛋因具有較全面的人體所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),價(jià)格也在大多數(shù)消費(fèi)者的可接受范圍,所以成為了我們每天必不可少的食物,但是人們將蛋清和蛋黃食用后,卻將有很高潛在回收價(jià)值的蛋殼廢棄。2015年我國(guó)禽蛋產(chǎn)量為2 999萬(wàn)t[1],2016年已突破3 000萬(wàn)t,禽蛋組成中,10%~12%為蛋殼,按照這個(gè)比例計(jì)算,蛋殼全年產(chǎn)出量超出300萬(wàn)t。目前,這些蛋殼只有少量用于生產(chǎn)加工動(dòng)物飼料、蛋殼血肥等,大部分被廢棄,蛋殼當(dāng)中殘留的蛋清及蛋殼膜等物質(zhì)造成資源浪費(fèi)[2],同時(shí)污染環(huán)境。
蛋殼、蛋殼內(nèi)膜及殘留的蛋清當(dāng)中有很多有效成分在飼料行業(yè)中均有應(yīng)用。由于蛋殼中主要成分為碳酸鈣,可將其轉(zhuǎn)化成乳酸鈣、丙酸鈣、檸檬酸鈣等,作為鈣源得到更好的利用。例如:乳酸鈣和丙酸鈣可分別作為飼料的添加劑和防霉劑;蛋殼膜中角蛋白可添加到飼料中提高動(dòng)物機(jī)體免疫力,硫酸軟骨素可以降低畜禽軟骨病的發(fā)生,提高膠原蛋白、結(jié)締組織等在機(jī)體內(nèi)的代謝;殘留的蛋清中提取溶菌酶,添加到飼料中具有殺菌和防腐的作用;也可將蛋殼打磨成粉作為鈣源直接加入到飼料中[3],補(bǔ)充動(dòng)物生長(zhǎng)所需鈣質(zhì)。蛋殼資源當(dāng)中的諸多營(yíng)養(yǎng)成分在飼料行業(yè)中的應(yīng)用,不僅大大減少了生產(chǎn)成本,同時(shí)創(chuàng)造很大的經(jīng)濟(jì)效益。
廢棄的蛋殼在宏觀結(jié)構(gòu)上主要有蛋殼、蛋殼內(nèi)膜以及殘留的少部分蛋清。經(jīng)研究顯示蛋殼92%~96%的成分為碳酸鈣[4-7]及鐵蛋白等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),還含有少量的P2O5,Na2O,SrO,SiO2,MgO,Al2O3,Fe2O和NiO,約占蛋殼成分的1.5%。X射線衍射顯示有方解石的吸收峰,這是檢測(cè)到的唯一的結(jié)晶石吸收峰[8-9],更加間接證明蛋殼當(dāng)中主要成分為碳酸鈣。由于含有豐富的鈣源,添加到畜禽飼料中可促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體骨骼發(fā)育。蛋白質(zhì)是蛋殼膜的主要成分,大約含有90%[10-11],以糖蛋白為主,同時(shí)含有角蛋白、卵清蛋白、骨橋蛋白等[12]。蛋殼膜中還含有脂類和碳水化合物,無(wú)機(jī)物主要有鈣、鍶、鎂等,不含有鉛、汞、鉻等有害物質(zhì)。蛋殼中殘留的蛋清主要成分為卵白蛋白,同時(shí)含有溶菌酶、球蛋白和抗生素蛋白等,飼料中常用的為溶菌酶,具有防腐和抑菌的作用。
蛋殼中所含有的諸多物質(zhì)可以提取出來(lái)用于生產(chǎn)加工動(dòng)物飼料或飼料添加劑,促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng),增強(qiáng)機(jī)體免疫力等。目前應(yīng)用較多的是將廢棄蛋殼收集起來(lái),制成蛋殼粉直接加入到動(dòng)物飼料中,補(bǔ)充動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育所需鈣質(zhì)。將蛋殼粉添加到豬的飼料中,有利于豬機(jī)體鈣磷比例的調(diào)整和獲得必要的微量元素。蛋殼粉添加到產(chǎn)蛋雞日飼料中,可提高產(chǎn)蛋率,延長(zhǎng)產(chǎn)蛋期[13]。蛋殼資源在飼料中的應(yīng)用不僅使其得到充分的利用,同時(shí)可減少畜禽飼料的生產(chǎn)成本,創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
2.1.1蛋殼源有機(jī)酸鈣的制備
目前,國(guó)內(nèi)較常見(jiàn)的蛋殼源有機(jī)酸鈣的制備方法主要有直接中和法、高溫煅燒法、微生物轉(zhuǎn)化法。直接中和法,即蛋殼粉與有機(jī)酸中和。秦建芳利用直接中和法,固液比1∶10,60℃下反應(yīng)6.5 h。丙酸鈣產(chǎn)率為70.35%[14]。李濤采用兩步反應(yīng)制備丙酸鈣,一步和二步反應(yīng)時(shí)間分別為1.8 h和55.8 min,反應(yīng)溫度77.7℃,料液比1∶17.4,丙酸鈣得率高達(dá)98.26%[15]。高溫煅燒法制備有機(jī)酸鈣,先將蛋殼碳酸鈣高溫煅燒轉(zhuǎn)化成氧化鈣,再與有機(jī)酸反應(yīng)制得有機(jī)酸鈣。900℃高溫下煅燒2 h,制得蛋殼灰粉,加入50 ml水和35 ml的1 mol/L檸檬酸,反應(yīng)溫度為70℃,檸檬酸鈣的產(chǎn)率可達(dá)84.36%[16]。微生物轉(zhuǎn)化法是利用微生物發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸,再向發(fā)酵液中添加蛋殼粉,經(jīng)過(guò)過(guò)濾、純化等工藝制備有機(jī)酸鈣。丁邦琴利用丙酸桿菌,在35℃、40 g/L的葡萄糖濃度條件下,發(fā)酵60 h,制取丙酸發(fā)酵液,再將5 g煅燒后的蛋殼粉加入發(fā)酵液中,反應(yīng)1 h,經(jīng)過(guò)濾、蒸發(fā)結(jié)晶等工藝得到丙酸鈣,產(chǎn)率為85.8%[17]。還有超聲波法和脈沖電場(chǎng)法等,但在我國(guó)利用相對(duì)較少。
2.1.2蛋殼源有機(jī)酸鈣在飼料中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的蛋殼粉飼料的制作方法很簡(jiǎn)單,將蛋殼在60℃的鐵鍋中翻炒后磨碎,便可加入到畜禽飼料當(dāng)中。但是蛋殼中的鈣主要以碳酸鈣的形式存在,不易吸收利用。因此,研究人員重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)蛋殼源有機(jī)酸鈣,如乳酸鈣、丙酸鈣、醋酸鈣等[18]。乳酸鈣可作為飼料添加劑,王繼華[19]通過(guò)比較甲酸鈣、乳酸鈣及檸檬酸鈣對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能的影響,當(dāng)乳酸鈣的添加量為0.88%時(shí)促進(jìn)生長(zhǎng)作用較好。丙酸鈣可作為飼料防霉劑和抑菌劑,丙酸鈣對(duì)飼料中的霉菌、革蘭氏陰性菌、黃曲霉等具有防霉、防腐敗作用[20],研究顯示,當(dāng)pH值在5.0時(shí),丙酸鈣的抑菌效果最好。我國(guó)飼料防霉劑主要靠進(jìn)口,成本很高,蛋殼源丙酸鈣制備方法簡(jiǎn)單,原料來(lái)源豐富,大大提高了蛋殼資源在飼料行業(yè)中的利用率。
2.2.1蛋殼源溶菌酶的提取
溶菌酶又稱胞壁質(zhì)酶,主要存在于殘留的蛋清中,蛋殼膜中也含有少量溶菌酶。溶菌酶可作為抑菌劑、抗菌劑,添加到飼料中具有促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體生長(zhǎng)的作用。廢棄蛋殼中提取溶菌酶會(huì)創(chuàng)造很大的經(jīng)濟(jì)效益[21]。聚丙烯酸沉淀法提取蛋殼膜中的溶菌酶,需要先在酸性溶液中將蛋殼膜溶解,再加入聚丙烯酸形成聚丙烯酸-溶菌酶的聚合物,將聚合物解離后得到溶菌酶晶體。利用此方法不僅生產(chǎn)成本低,而且聚丙烯酸用量少且因其可以通過(guò)硫酸從鈣鹽中釋放,故可重復(fù)使用。陳若飛[22]利用此方法優(yōu)化最佳提取溶菌酶的工藝條件,結(jié)果表明,抽提pH值和溫度分別為4.5和40℃,抽提液NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%,鹽析pH值為11時(shí),從250 g雞蛋殼中可提取出0.200 3 g溶菌酶。雙水相萃取技術(shù)分離生物分子,不影響其活性,且分離效率高、成本低、操作簡(jiǎn)單等[23-24]。上官丁聰?shù)萚25]利用聚乙二醇-碳酸鈉雙水相體系與樹(shù)脂聯(lián)用,從蛋殼資源中提取溶菌酶,雙水相的比例為35%∶15%時(shí),溶菌酶的提取率達(dá)0.004%。目前應(yīng)用較多的提取溶菌酶的方法為聚丙烯酸沉淀法。
2.2.2蛋殼源溶菌酶在飼料中的應(yīng)用
溶菌酶添加到飼料中具有抑菌效果,是良好的飼料殺菌劑。孫小青[26]體外試驗(yàn)研究表明,當(dāng)溶菌酶的濃度在200 mg/kg時(shí)會(huì)出現(xiàn)抑菌現(xiàn)象,所以每千克飼料建議添加200 mg溶菌酶。通過(guò)溶菌酶與那西肽、吉他霉素、金霉素三種抗生素的比較研究發(fā)現(xiàn),溶菌酶可代替這三種抗生素,添加到飼料中能提高肉鴨的日增重,降低料肉比,并且不影響其他生產(chǎn)性能。張世卿[27]研究發(fā)現(xiàn),仔雞飼料中添加0.5 g/kg溶菌酶,仔雞對(duì)養(yǎng)分的消化吸收和機(jī)體免疫力均有所提高。Elizabeth[28]等研究發(fā)現(xiàn),用含200 mg/kg溶菌酶飼料飼喂豬,可顯著減少腸道致病大腸桿菌的數(shù)量,改善腸道健康。蛋殼源中溶菌酶提取技術(shù)日漸成熟,且生產(chǎn)成本低,飼料中抗生素的禁止使用,使溶菌酶在畜牧業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
2.3.1蛋殼源其它有效物質(zhì)的提取
蛋殼中還有很多物質(zhì)在飼料中具有應(yīng)用價(jià)值,例如角蛋白、硫酸軟骨素等營(yíng)養(yǎng)成分。角蛋白中含有大量的半胱氨酸,很難溶解[29],目前主要應(yīng)用的提取方法有三種:化學(xué)法、機(jī)械法和酶法[30]。前兩種方法相對(duì)酶法缺點(diǎn)較多,酶法提取物更穩(wěn)定,反應(yīng)條件相對(duì)溫和,并且不破壞營(yíng)養(yǎng)成分[31],是一種綠色環(huán)保的方法,目前應(yīng)用較多的是堿性蛋白酶。提取硫酸軟骨素的方法主要有:中性鹽法、稀堿加酶解法、堿提法等。中性鹽法,不污染環(huán)境但是產(chǎn)率低;堿提方法中硫酸軟骨素不易從溶液中分離,增加生產(chǎn)難度;稀堿加酶解[32]的方法相對(duì)較實(shí)用,不改變大分子的結(jié)構(gòu),生產(chǎn)成本低,有相對(duì)較高的產(chǎn)率和純度。
2.3.2蛋殼源其它有效物質(zhì)在飼料中的應(yīng)用
蛋殼膜中的有效成分較多,提取出來(lái)可以為飼料提供很多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。蛋殼膜的主要組成成分是蛋白質(zhì),還含有葡萄糖醛酸、硫酸軟骨素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。可根據(jù)純化的程度不同分別應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)中[33],應(yīng)用在飼料中可促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng),提高動(dòng)物機(jī)體免疫力,提高動(dòng)物進(jìn)食量等功效。葡萄糖醛酸可為動(dòng)物的肌肉、脂肪組織、大腦神經(jīng)系統(tǒng)等提供相應(yīng)的能源。硫酸軟骨素是動(dòng)物機(jī)體軟骨組織的重要組成成分,參與膠原蛋白、結(jié)締組織等黏多糖和含疏基酶在體內(nèi)的代謝。
如今,廢棄資源的綜合利用和有效處理是社會(huì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。國(guó)外一些國(guó)家在蛋殼利用上的技術(shù)相對(duì)我國(guó)較成熟,如美國(guó)專家早已研發(fā)出蛋殼高效的殼膜分離方法,分離出的蛋殼應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域;日本已經(jīng)完全熟練的掌握了將蛋殼粉制作成補(bǔ)鈣劑技術(shù)[34]。我國(guó)對(duì)此資源的利用率不高,生產(chǎn)技術(shù)較落后,僅有少量的蛋殼應(yīng)用在了動(dòng)物飼料中。未來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,研究的不斷深入,蛋殼資源的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大,將蛋殼粉應(yīng)用于織染業(yè)以增加染料的固色效果;利用微生物轉(zhuǎn)化法將蛋殼粉與其它農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物共同發(fā)酵制備成高鈣動(dòng)物飼料;根據(jù)蛋殼粉可以增加木塑材料性能的研究,可將蛋殼應(yīng)用于造紙工業(yè),生產(chǎn)硬度較強(qiáng)的包裝材料,降低破損率等等。
[1] 虞 華,張世洲,虞麗娜.2016年我國(guó)禽蛋生產(chǎn)形勢(shì)回顧及2017年走勢(shì)分析[J].家禽科學(xué),2017(2):3-6.
[2] KEVIN J R,JOHN R E,AMY E,et al.Safety evaluation of a natural eggshell membrane-derived product[J].Food and Chemical Toxicology,2012,50(3):604-661.
[3] 李志鋒.蛋殼加工飼料[J].農(nóng)村 農(nóng)業(yè) 農(nóng)民(B版) ,2013(8):55.
[4] TSAI W,HSIEN K,HSU H,et al.Utilization of ground eggshell waste as an adsorbent for the removal of dyes from aqueous solution[J].Bioresource Technology,2008(99):1 623-1 629.
[5] HINCKE M,NYS Y,GAUTRON J.The role of matrix proteins in eggshell formation[J].The Journal of Poultry Science,2010,47:208-219.
[6] YONG S,SANG S L,WEON T J,et al.Application of eggshell waste for the immobilization of cadmium and lead in a contaminated soil[J].Environmental Geochemistry and Health,2011(33):31-39.
[7] TLUNGE S,THAKRE D,KAMBLE S,et al.Alumina supported carbon composite material with exceptionally high defluoridation property from eggshell waste[J].Journal of Hazardous Materials,2012,237-238(6):161-169.
[8] PARK H J,JEONG S W,YANG J K,et al.Removal of heavy metals using waste eggshell[J].Journal of Environmental Sciences,2007(19):1 436-1 441.
[9] THONGTHAI W.Characterization of calcium oxide derived from waste eggshell and its application as CO2sorbent[J].Ceramics International,2011(37):3 291-3 298.
[10] LI N,NIU L N,QI Y P,et al.Subtleties of bio-mineralisation revealed by manipulation of the eggshell membrane[J].Biomaterials,2011,32(34):8 743-8 752.
[11] TSAI W T,YANG J M,LAI C W,et al.Characterization and adsorption properties of eggshells and eggshell membrane[J].Bioresour Technol,2006,97(3):488-493.
[12] HUANG X,ZHOU Y,MA M,et al.Chemiluminescence evaluationof antioxidant activity and prevention of DNA damage effect ofpeptides isolated from soluble eggshellmembrane protein hydrolysate[J].J Agric Food Chem,2010,58(23):12 137-12 142.
[13] CORDEIRO C M,HINCKE M T.Recent patents on eggshell:shell and membrane applications[J].Recent Patents on Food Nutrition & Agriculture,2011,3(1):1.
[14] 秦建芳,弓巧娟,姚陳忠,等.以雞蛋殼制備丙酸鈣[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2013,39(1):96-98.
[15] 李 濤,馬美湖,蔡朝霞,等.廢棄雞蛋殼中碳酸鈣制取丙酸鈣的工藝條件[J].環(huán)境化學(xué),2010,293(3):508-512.
[16] 李逢振,馬美湖,張?chǎng)┩?等.雞蛋殼中碳酸鈣轉(zhuǎn)化制備檸檬酸鈣的研究[J].食品工業(yè)科技,2013(5):192-194.
[17] 丁邦琴,邱 鑫,周 烽.利用雞蛋殼為原料發(fā)酵法生產(chǎn)丙酸鈣的研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(26):156-159.
[18] LIN S,WANG L,JONES G,et al.Optimized extraction of calcium malate from eggshell treated by PEF and an absorption assessment in vitro[J].International Journal of Biological Macromolecules,2012,50(5):1 327-1 333.
[19] 王繼華,劉 伯.甲酸鈣,乳酸鈣,檸檬酸鈣及檸檬酸對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能的影響[J].飼料研究,2015 (8):23-27.
[20] 殷 燕,李晨博,等.丙酸鈣及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].2011,32(16):15-17.
[21] 袁皇軍,沈健芬,鄭 睿.雞蛋殼的綜合利用研究進(jìn)展[J].廣州華工,2011,39(1):38-40.
[22] 陳若飛.從蛋殼中提取溶菌酶的研究[J].沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)報(bào),2008,22(3):222-225.
[23] 謝藍(lán)華,杜 冰,張嘉怡,等.雙水相萃取技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].食品與機(jī)械,2012,28(5):234-238.
[24] 于 振,陳 娟,周雪林,等.雙水相萃取技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊,2014,13(9):54-57.
[25] 上官定聰,韓文進(jìn),商亞芳.聚乙二醇-碳酸鈉雙水相與樹(shù)脂聯(lián)用純化蛋殼膜中的溶菌酶[J].生物化工,2016,2(3):43-44.
[26] 孫小青.在肉鴨日糧中溶菌酶與幾種抗生素的飼用價(jià)值比較[S].重慶:西南大學(xué),2008.
[27] 張世卿,朱忠珂,王明成,等.玉米-豆粕日糧添加溶菌酶對(duì)肉仔雞生長(zhǎng)性能、代謝及免疫指標(biāo)的影響[J].動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),2008,20(4):463-468.
[28] MAGA E A,WALKER R L,ANDERSON G B,et al.Consumption of milk from transgenic goats expressing human lysozyme in the mammary gland results in the modulation of intestinal microflora[J].Transgenic Research,2006,15:515-519.
[29] CONFORTI F D,TOTTY J A.Effect of three lipid/hydrocolloid coatings on shelf life stability of Golden Delicious apples[J].International Journal of Food Science & Technology,2007,42(9):1 101-1 106.
[30] 賈如琰,何玉鳳,王榮民,等.角蛋白的分子構(gòu)成、提取及應(yīng)用[J].化學(xué)通報(bào),2008(4):165-271.
[31] ROJAS-ARGUDO C,DERíO M A,PéREZ-GAGO M B.Development and optimization of locust bean gum(LBG)- based edible coatings for postharvest storage of ‘Fortune’mandarins[J].Postharvest Biology and Technology,2009,52:227-234.
[32] 吳楓楠.堿-酶法提取硫酸軟骨素的工藝研究[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào),2010,29(1):81-83.
[33] DU X Z,LI J,CHEN J.Effect of degree of deacetylation on physicochemical and gelation properties of konjac glucomannan[J].Food Research International,2012,46:270-278.
[34] 夏 寧,遲玉杰,孫 波,等.蛋殼粉的功能與利用[J].中國(guó)家禽,2007,29(4):51-53.
Applicationoftheeggshellresouceduringeggprocessinginfeedindustry
SU Liang,WEN Jia-qi,HU Shu-meng,MA Jing,WANG Yu-hua
(Jilin Agricultural University, Changchun 130118,China)
China is a large egg production and consumption country,the current egg production has exceeded 30 million tons,and a large number of eggs production and processing and daily consumption will lead to massive eggshell production each year,but only a small amount are used in the production of animal feed,the most are abandoned.The low utilization rate causes environmental pollution.Eggshell as an important egg processing by-product,its rational development and utilization will create a great social and economic benefits.We described the composition of eggshell,nutrient processing and extraction technology in the feed industry,and made a prospect in the comprehensive utilization of eggshell resources for the future.
eggshell resouce;animal feed;comprehensive utilization
2017-9-17;
2017-10-25
蘇 亮(1993-),男,碩士,研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與功能性食品。
王玉華(1972-),女,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)槭称飞镏圃旒肮δ苄允称贰?/p>
10.7633/j.issn.1003-6202.2017.12.012
S816.4
A
1003-6202(2017)12-0046-04
梅竹)