啤酒糟微生態發酵制備高蛋白飼料工藝優化

全桂香嚴金龍方 波

(1.鹽城工學院環境科學與工程學院，江蘇鹽城 224051；2.鹽城天邦飼料科技有限公司，江蘇鹽城 224056)

啤酒糟的主要成分是未糖化的麥芽、不溶性高分子物質和麥皮中的纖維素等[1-3]。夏天為啤酒生產旺季，同時陰雨天氣較多，啤酒糟往往得不到及時處理而導致變質，造成嚴重的環境污染與資源浪費。目前，國內大部分啤酒生產廠家將啤酒糟用作粗飼料(濕糟或干糟)直接喂養，經濟效益甚微；甚至部分啤酒廠以廢棄物的形式直接排放，成為江河湖泊的一大污染源，嚴重破壞生態環境。

大量研究表明：運用微生物多菌種混合發酵技術可以顯著提高飼料中蛋白質含量和能量值，降低纖維素含量，從而提高動物消化率[4-6]。通過復合微生物的相互作用,部分降解、轉化和分解啤酒糟中的纖維素,蛋白質等大分子物質,更易被畜禽消化吸收和利用,同時積累大量微生物菌體以及各種有益酶類和生長因子,從而全面提高啤酒糟的利用價值[5]。因此，如何利用生物技術以提高啤酒糟的蛋白質含量，改善其營養結構，在開發附加值高、技術含量高的蛋白飼料的同時，使企業實現清潔生產，從而明顯提高經濟效益和社會效益，具有重大意義。

本研究采用市售微生物飼料發酵劑為菌種對啤酒糟進行了發酵試驗，以發酵飼料中蛋白質和纖維素含量為指標,考察了氮源添加量、接種量、發酵溫度和發酵時間等工藝條件對蛋白飼料品質的影響,以獲得最佳微生態發酵條件,為工業生產提供基礎依據。

1 材料與方法

1.1 材料

啤酒糟原料來自重慶啤酒集團鹽城有限責任公司，其理化指標見表1，臨用前經120℃滅菌30 min；市售“生態寶”微生物飼料發酵劑由湖南湘祁生物科技有限公司生產。

表1 啤酒糟原料理化指標(%，n=3)

1.2 主要儀器與設備

YX280B型手提式高壓滅菌鍋（上海三申醫療器械有限公司生產）；SW-CJ-2FD型雙人單面超凈工作臺（蘇州凈化設備有限公司生產）。

1.3 發酵

根據接種量，將一定量的微生物飼料發酵劑與少量麩皮混合后加入到5.0 kg的啤酒糟中，添加一定量的硫酸銨氮源，充分攪拌均勻后裝入塑料桶并壓實、密封發酵。控制發酵溫度為24～32℃，每天取樣分析發酵飼料中蛋白質和纖維素含量。

1.4 樣品處理及分析方法

樣品處理：取樣5 g加50 ml無水乙醇提取1 h，充分攪拌，于3 600 r/min下離心15 min，棄去上清液,再用75%乙醇10 ml反復洗滌3次，沉淀于105℃干燥至恒重，稱取一定量的試樣進行消化、測定。

分析方法：水分按GB 6435—86執行；粗纖維按GB 6434—86執行；粗蛋白按GB 6432—86執行。

2 結果與討論

2.1 氮源添加量對發酵飼料品質的影響（見圖1）

圖1 硫酸銨添加量對發酵飼料蛋白質和纖維素含量的影響

控制發酵溫度為30℃,微生物飼料發酵劑接種量為2%，經過3 d發酵后，不同含量硫酸銨氮源添加后發酵飼料中蛋白質和纖維素含量變化趨勢見圖1。由圖1可以看出，添加硫酸銨氮源的發酵飼料中蛋白質含量明顯提高而纖維素含量則有所下降，但當添加量達到0.4%后，產物中的蛋白質和纖維素含量基本穩定，分別達到41.08%和11.24%。有研究表明[7]，氮源添加量濃度過高，產品會產生較刺鼻的氨味，產品風味變差。試驗選擇硫酸銨氮源最佳添加量為0.4%。

2.2 發酵溫度對飼料品質的影響（見圖2）

圖2 發酵溫度對飼料蛋白質和纖維素含量的影響

圖2為0.4%的硫酸銨添加量、2%微生物飼料發酵劑接種量,3 d發酵時間,不同發酵溫度時的發酵飼料中蛋白質和纖維素含量。溫度是微生物飼料發酵劑中多菌種活性敏感因素,隨著溫度的變化蛋白質和纖維素含量出現“峰尖”和“峰谷”的變化格局,試驗發現最佳發酵溫度為30℃時產品中蛋白質最高而纖維素含量最低。

2.3 微生物飼料發酵劑接種量對飼料品質的影響（見圖3）

圖3 接種量對飼料蛋白質和纖維素含量的影響

由圖3可見，當接種量增加至2.0%時,蛋白質含量從啤酒糟原料的25.49%迅速增加至41.08%,而纖維素含量則由17.13%下降至11.24%；接種量繼續增大則蛋白質和纖維素含量基本穩定,當接種量增加至5.0%時,蛋白質和纖維素含量分別為42.44%和10.67%。說明啤酒糟微生態發酵時，應控制接種量在合適的范圍。當接種量初始升高時，微生物飼料發酵劑中多菌種大量生產與繁殖，導致啤酒糟發酵飼料中蛋白質和纖維素含量的顯著變化；當接種量升高到一定程度時，多菌種數量與啤酒糟原料中大分子的降解達到穩定和平衡，對蛋白質和纖維素含量影響不大。因此，本試驗中的最佳接種量選擇2.0%。

2.4 發酵時間對微生態發酵飼料品質的影響(見圖4)

圖4 發酵時間對飼料蛋白質和纖維素含量的影響

由圖4可以看出，隨著發酵時間的延長，啤酒糟發酵飼料中蛋白質含量逐漸升高而纖維素含量逐漸降低。當發酵時間達到3 d后，發酵飼料中蛋白質和纖維素含量處于平緩區，可能是多菌種生長過程中受到了菌體呼吸作用和碳、氮源的消耗等因素限制而造成的。考慮到企業擴大生產過程中攪拌操作和發酵的不穩定性，會影響微生態發酵飼料品質，因此,為保證企業批量生產質量的穩定，選擇4～5 d為最佳發酵時間。

3 結論

微生物飼料發酵劑為菌種對啤酒糟進行發酵生產高蛋白飼料的單因素試驗表明，最佳氮源硫酸銨添加量為0.4%、發酵溫度為30℃、接種量為2.0%、發酵時間為4～5 d。研究結果能夠為啤酒生產廢棄物啤酒糟的綜合利用提供基礎數據。應進一步加強適合啤酒糟微生物發酵劑的開發和發酵機理的研究，探討發酵工藝與飼料品質指標的相關性，為實現工業化應用提供依據。