Improvement of nutritional quality of soybean meal by microbial solid-state fermentation with Bacillus coagulans and bromelain extract from pineapple (Ananas comosus (l.) Merr.) as feed ingredient for Nile tilapia (Oreochromis niloticus)
Keywords:
Soybean meal, Bacillus coagulans, Bromelain, FermentationAbstract
This study investigated the enhancement of soybean meal nutritional quality through a comparative analysis of chemical properties utilizing two distinct methods. The first method involved solid-state fermentation of soybean meal using Bacillus coagulans at 50% moisture content, 107 cfu/ml inoculum concentration, and 40°C for 48 hours. The second method focused on the quality improvement using bromelain decomposition where soybean meal was pre-digested for 90 minutes using pineapple juice containing the enzyme activity of 4,925.30±445.26 CDU/ml. The results showed that fermented soybean meal with B. coagulans obtained the highest protein content at 51.67%. Trypsin inhibitor level in the fermented soybean meal was significantly reduced to 1.39±1.12 mg/g (p<0.05) compared to the control group. Antioxidant properties were also evaluated, with bromelain-digested soybean meal exhibited the highest antioxidant capacity. Phenolic compound content was at 157.75±1.13 mg GAE/100 g, while antioxidant activity assessed by the DPPH method was 34.1±2.69%. In vitro protein digestibility revealed that fermented soybean meal with B. coagulans had the highest protein digestibility at 3.48±1.85 mol DL-Alanine/100 µg, suggested significant difference (p<0.05) from other experimental groups. This study demonstrates that B. coagulans solid-state fermentation improves soybean meal quality while reducing antinutritional factors, potentially enhancing its suitability for tilapia feed formulation.
References
ณัฏฐ์ธนิน เอื้อศิลป์ และช่อพกา ดวงมณี. (2564). ต้นทุนและผลตอบแทนของการเพาะเลี้ยงปลานิลในกระชังในแม่น้ำโขง(จังหวัดหนองคาย) ระหว่างปีการผลิต 2562. วารสารบริหารธุรกิจเศรษฐศาสตร์และการสื่อสาร. 16(3): 144-162.
ทรงทรัพย์ อรุณกมล, นราวุธ ระพันธ์คำ และนพรัตน์ พัชณีย์. (2561). ผลของการใช้กากถั่วเหลืองที่ย่อยด้วยน้ำคั้นจาก สับปะรดในสูตรอาหารปลานิลต่อการเจริญเติบโต ความทนทานต่อสภาพเครียดและเชื้อก่อโรค. วารสารแก่นเกษตร. 42 (ฉบับพิเศษ): 1011-1018.
บัณฑิต ยวงสร้อย และศิริภาวี เจริญวัฒนศักดิ์. (2554). การใช้ประโยชน์จากใบมะรุมต่อการเจริญเติบโต และประสิทธิภาพ
การย่อยโปรตีนของปลานิล. ใน การประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 49: สาขาประมง.1-4 กุมภาพันธ์ 2554. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. กรุงเทพมหานคร. 317-326.
วราพันธุ์ จินตณวิชญ์, อุทัย คันโธ, สุกัญญา จัตตุพรพงษ์ และปุณฑริกา หะริณสุต. (2547). การศึกษาปริมาณเอนไซม์โบรมิเลน องค์ประกอบทางเคมีจากน้ำคั้นสับปะรดและการนำไปใช้ประโยชน์ย่อยโปรตีนในกากถั่วเหลือง. ใน การประชุมทางวิชาการของมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ครั้งที่ 42: สาขาสัตว์ สาขาสัตวแพทยศาสตร์. 3-6 กุมภาพันธ์ 2547. มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. กรุงเทพมหานคร. 26-32.
สิทธิชัย ฮะทะโชติ, เกตุนภัส ศรีไพโรจน์, อรพินท์ จินตสถาพร และศรีน้อย ชุ่มคำ. (2563). ต้นทุนผลตอบแทนการเลี้ยงปลานิล (Oreochromis niloticus) ในจังหวัดสกลนคร. วารสารแก่นเกษตร. 48(4): 727-732.
สุธิรา มณีฉาย และประสบอร รินทอง. (2559). ปริมาณ สารประกอบฟีนอลิกและฟลาโวนอยด์ฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระและฤทธิ์
ยับยั้งเอนไซม์ไทโรซิเนสของสารสกัดเมทานอลจากดอกถั่วแระและดอกส้มป่อย. วารสารวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยขอนแก่น. 44(1): 142-152.
AOAC (Association of Official Analytical Chemists). (1990). Official methods of analysis. Washington D.C.
Balli D., Cecchi L., Innocenti M., Bellumori M. and Mulinacci N. (2021). Food by-products valorisation:
Grape pomace and olive pomace as sources of phenolic compounds and fiber for enrichment of tagliatelle pasta. Food Chemistry. 355: 129642-129642.
Chen L., Madl R.L. and Vadlani P.V. (2013). Nutritional enhancement of soy meal via Aspergillus oryzae
solid‐state fermentation. Cereal Chemistry. 90(6): 529-534.
Cheng A.C., Lin H.L., Shiu Y.L., Tyan Y.C. and Liu C.H. (2017). Isolation and characterization of antimicrobial peptides derived from Bacillus subtilis E20-fermented soybean meal and its use for preventing Vibrio infection in shrimp aquaculture. Fish and Shellfish Immunology. 67: 270-279.
Chi C.H. and Cho S.J. (2016). Improvement of bioactivity of soybean meal by solid-state fermentation
with Bacillus amyloliquefaciens versus LactoBacillus spp. and Saccharomyces cerevisiae. LWT-Food Science and Technology. 68: 619-625.
Dai C., Ma H., He R., Huang L., Zhu S., Ding Q. and Luo L. (2017). Improvement of nutritional value and
bioactivity of soybean meal by solid-state fermentation with Bacillus subtilis. LWT-Food Science and Technology. 86: 1-7.
Ding Z., Zhang Y., Ye J., Du Z. and Kong Y. (2015). An evaluation of replacing fish meal with fermented
soybean meal in the diet of Macrobrachium nipponense: Growth, nonspecific immunity, and resistance to Aeromonas hydrophila. Fish and Shellfish Immunology. 44(1): 295-301.
FAO. (2021). Fishery and aquaculture statistics. Global production by production source 1950-2019
(FishstatJ). Rome, Italy.
FAO. (2022). The state of world fisheries and aquaculture 2022. Towards Blue Transformation. Rome, Italy.
Gao Y.L., Wang C.S., Zhu Q.H. and Qian G.Y. (2013). Optimization of solid-state fermentation with
LactoBacillus brevis and Aspergillus oryzae for trypsin inhibitor degradation in soybean meal.
Journal of Integrative Agriculture. 12(5): 869-876.
Hamid N.K.A., Somdare P.O., Harashid K.A.M., Othman N.A., Kari Z.A., Wei L.S. and Dawood M.A.
(2022). Effect of papaya (Carica papaya) leaf extract as dietary growth promoter supplement in
Red hybrid tilapia (Oreochromis mossambicus× Oreochromis niloticus) diet. Saudi Journal of Biological Sciences. 29(5): 3911-3917.
Kim S.S., Galaz G.B., Pham M.A., Jang J.W., Oh D.H. and Yeo I.K. (2009). Effects of dietary supplementation of a meju, fermented soybean meal, and Aspergillus oryzae for juvenile parrot fish (Oplegnathus fasciatus). Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 22(6): 849-856.
Kumar V., Rani A., Mittal P. and Shuaib M. (2019). Kunitz trypsin inhibitor in soybean: Contribution to total trypsin inhibitor activity as a function of genotype and fate during processing. Journal of Food Measurement and Characterization. 13(2): 1583-1590.
Lee S.M., Azarm H.M. and Chang K.H. (2016). Effects of dietary inclusion of fermented soybean meal on growth, body composition, antioxidant enzyme activity and disease resistance of rockfish
(Sebastes schlegeli). Aquaculture. 459: 110-116.
Li S., Jin Z., Hu D., Yang W., Yan Y., Nie X., Lin J., Zhang Q., Gai D., Ji Y. and Chen X. (2020). Effect of
solid-state fermentation with LactoBacillus casei on the nutritional value, isoflavones, phenolic acids and antioxidant activity of whole soybean flour. LWT-Food Science and Technology. 125:
-8.
Mukherjee R., Chakraborty R. and Dutta A. (2016). Role of fermentation in improving nutritional quality of soybean meal-a review. Asian-Australasian journal of Animal Sciences. 29(11): 1523.
Murthy L.N., Phadke G.G., Jeyakumari A. and Vijayakumar S. (2023). Secondary raw material and low-
cost fish for fish meal production and its implications in the animal feed industry. In Majumder R.K. and Balange A.K. Editor. Advances in Fish Processing Technologies. Apple Academic Press. FL. 183-200.
OECD/FAO. (2021). OECD/FAO Agricultural Outlook 2023-2035. OECD Publishing: Paris https://doi.org/10.1787/08801ab7-en.
Phengnuam T. and Suntornsuk W. (2013). Detoxification and anti-nutrients reduction of Jatropha curcas seed cake by Bacillus fermentation. Journal of Bioscience and Bioengineering. 115(2): 168-172.
Rungruangsak-Torrissen K., Moss R., Andresen L.H., Berg A. and Waagbø R. (2006). Different expressions of trypsin and chymotrypsin in relation to growth in Atlantic salmon (Salmo salar L.). Fish Physiology and Biochemistry. 32(1): 7-23.
Sirikasemsuk K., Kittipanya-ngam P. and Rintachai N. (2023). Red tilapia (Oreochromis niloticus) farming in Thailand using a split-plot experiment design to improve feeding frequency and feed intake: weight gain and profit return. Journal of Survey in Fisheries Sciences. 10(2S): 2009-2020.
Sharawy Z., Goda A.M.S. and Hassaan M.S. 2016. Partial or total replacement of fish meal by solid state
fermented soybean meal with Saccharomyces cerevisiae in diets for Indian prawn shrimp, Fenneropenaeus indicus, postlarvae. Animal Feed Science and Technology. 212: 90-99.
Sharifi M., Ajodani F.H., Pahlevanlo A. and Hosseininezhad M. (2021). The first report of bacteriocin
production by the Bacillus coagulans IS2 and its antibacterial effects. Egyptian Journal of Veterinary Sciences. 52(2): 195-202.
Shiu Y.L., Hsieh S.L., Guei W.C., Tsai Y.T., Chiu C.H. and Liu C.H. (2015). Using Bacillus subtilis E20
fermented soybean meal as replacement for fish meal in the diet of orange spotted grouper (Epinephelus coioides, Hamilton). Aquaculture Research. 46(6): 1403-1416.
Wang L., Zhou H., He R., Xu W., Mai K. and He G. (2016). Effects of soybean meal fermentation by
Lactobacillus plantarum P8 on growth, immune responses, and intestinal morphology in juvenile turbot (Scophthalmus maximus L.). Aquaculture. 464: 87-94.
Yadav N. and Yadav V.K. (2003). Bacillus coagulans, a highly salt tolerant bacterium isolated from native soil of Rajasthan. Indian Journal of Microbiology. 43(4): 243-246.
Zhang B., Zhang H., Yu Y., Zhang R., Wu Y., Yue M. and Yang C. (2021). Effects of Bacillus coagulans on
growth performance, antioxidant capacity, immunity function, and gut health in broilers. Poultry Science. 100(6): 101168.
Zhou F., Song W., Shao Q., Peng X., Xiao J. and Hua Y. (2011). Partial replacement of fish meal by
fermented soybean meal in diets for black sea bream, juveniles. Journal of the World Aquaculture Society. 42(2): 184-197.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Agriculture & Technology RMUTI Journal
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
เนื้อหาและข้อมูลในบทความที่ลงตีพิมพ์ในวารสารทดสอบระบบ ThaiJo2 ถือเป็นข้อคิดเห็นและความรับผิดชอบของผู้เขียนบทความโดยตรงซึ่งกองบรรณาธิการวารสาร ไม่จำเป็นต้องเห็นด้วย หรือร่วมรับผิดชอบใดๆ
บทความ ข้อมูล เนื่อหา รูปภาพ ฯลฯ ที่ได้รับการดีพิมพ์ในวารสารทดสอบระบบ ThaiJo2 ถือเป็นลิขสิทธิ์ของวารสารทดสอบระบบ ThaiJo2 หากบุคคลหรือหน่วยงานใดต้องการนำทั้งหมดหรือส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่หรือเพื่อกระทำการใดๆ จะต้องได้รับอนุญาตเป็นลายลักอักษรณ์จากวารสารทดสอบระบบ ThaiJo2 ก่อนเท่านั้น
