酵母培養物固體發酵工藝優化研究

文│何家運（北京英惠爾生物技術有限公司）

酵母培養物近年在我國飼料行業中的應用方興未艾，它作為一種新型飼料單細胞原料添加劑，被越來越多的養殖客戶接受。北京英惠爾早在2008年就開始研究生產酵母培養物，其良好的產品性能已被大量的養殖客戶認可。但生產工藝的研究改良永無止境，如何穩定、高效地生產酵母培養物產品，降低生產能耗，始終是工業生產不懈探索的課題。酵母培養物固體發酵工藝的優化，是北京英惠爾產品在生產工藝環節節能改良方面的第一個研究課題。

一、酵母培養物生產工藝簡述

英惠爾專利酵母菌株加入到經過加熱滅菌的酵母培養物（主要為酵母膏、糖蜜等），經過搖瓶擴大培養得到酵母生產種液，再經300升、5噸發酵罐進行進一步的種液擴大培養，最后進入30噸的發酵罐進行生產規模的培養，得到用于下一步生產的發酵液。將發酵液用小麥麩等混合載體混合吸附，潮濕的吸附物在常溫常壓下固體發酵3天左右，再將其經過鏈板干燥機干燥，然后經粉碎、過篩、稱量包裝即得產品。

二、酵母培養物固體發酵工藝存在的主要問題

從酵母培養物生產工藝流程可以看出，酵母培養物固體發酵時間太長，這是它很大的一個生產缺點，而且因此派生的生產缺點很多，主要有以下三點：

第一，由于固體發酵，且在一個個發酵箱中進行，使得固體發酵設備投入很大，占用廠房的面積也很大。一個年產1萬噸酵母培養物的裝置，僅固體發酵工藝占地面積就達600平方米。如果此工序生產裝置再按自動化建設估算，建設資金投入就差不多1000萬元。

第二，由于工序操作的物料是潮濕固體，在生產裝置未實現自動化時，流水作業就十分不便，它不能像液體那樣，很方便地用管道長距離輸送，且便于自動控制。原料因工藝要求人工搬運，工人勞動強度很大。即使自動化，如果過多的發酵箱運來運去，對操作安全都十分不利。

第三，潮濕固體在車間堆得越多，火災危險性就越大，對防火等安全的軟硬件管理要求就越高。

表1 各試驗產品重點工藝的主要相關操作參數

三、酵母培養物固體發酵工藝的優化試驗方案

針對酵母培養物固體發酵工藝存在的問題，查閱國內外發酵同行業的生產工藝資料，制定出的固體發酵工藝優化試驗方案如下：

1.優化試驗內容。對酵母培養物固體發酵工藝主要進行以下兩方面的優化試驗：用液體發酵工藝替代固體發酵工藝，即取消固體發酵，將發酵液在發酵罐內發酵結束后，直接在固體發酵條件下發酵；適當改變條件，壓縮固體發酵時間，節約廠房等資源。

2.優化試驗原則。工藝小調，確保產品質量不受影響。大量的文獻及大量的養殖試驗中發現，酵母對動物生長性能的影響是綜合的，酵母產品質量的保證是通過對全流程工藝所有操作參數的嚴格控制和檢測來共同保證的。單純的檢測不一定能反映產品質量。正是由于酵母產品的特殊性，故對其生產工藝流程的優化是不能冒進的，絕不能進行過多調整。

3.優化試驗操作。按以下方案制備3批試驗產品，分別標記為百惠邦1號、百惠邦2號和百惠邦3號，在不影響原產品性能的情況下，對其進行人工檢測評價，并進行喂養試驗，以此確定生產工藝方案優化是否成功。

（1）百惠邦1～3號試驗產品制備。百惠邦1號擬為不調工藝，在同一試驗生產時間的試驗產品，它是對照品；百惠邦2號為取消固體發酵，只進行液體發酵的試驗產品；百惠邦3號為縮短固體發酵時間的試驗產品（表1）。

取代固體發酵的液體發酵，直接在發酵罐內進行，即30噸發酵罐發酵結束后，停止通入罐內所有物料，包括發酵凈化空氣，關閉罐出口閥，使罐基本上和外界隔離。除了為了使罐保持常溫常壓短暫進行的以下操作外：根據罐壓的升高情況，偶爾進行放空；根據罐溫情況，適當開一下冷卻水。使罐嚴格在常溫常壓下，在剩余培養基下發酵到規定的實驗時間。

固體發酵在發酵箱進行，即：將有定量剩余培養基的發酵液用小麥麩等混合載體混合吸附，混合后的含水量約40%，然后將其放入特制的304發酵箱中，發酵箱密閉，設放空口、冷風系統。發酵箱發酵時間嚴格控制。

（2）試驗產品的評判。試驗產品評價十分嚴肅。由于酵母培養物成分復雜，有限的檢測不能評判產品的所有最佳性能。故對試驗產品的評價是全方位的，不但要進行產品的定性觀察，還要進行定量檢測，更要通過喂養試驗來評判。北京英惠爾具體采取了以下方案來評判。

定性觀察。在對產品顏色、流散性、氣味等表觀指標方面，安排了5位有經驗的專家（2位來自銷售、3位來自技術服務），對產品仔細觀察評判打分。他們觀察的試驗產品樣品有6個，每種試驗產品各有2個，且編號被打亂，即他們不知道各試驗產品編號對應的生產流程。他們評價的標準是，統一把公司在市場上銷售的酵母培養物產品定義為100分。每種樣品最終得分，為5位專家打分的平均值。

定量分析。按企業標準，對每種試驗產品的檢測指標進行檢測，它們為粗蛋白質、甘露聚糖、水分、粗灰分。

表2 三種產品的檢測指標百分比（%）

喂養試驗。選擇120頭25日齡斷奶仔豬，按體重和性別相近的原則隨機分成3組，每組4個重復，每個重復10頭。進行3組簡單的對比喂養實驗，試驗1組基礎日糧+0.5%百惠邦1號，試驗2組基礎日糧+0.5%百惠邦2號，試驗3組基礎日糧+0.5%百惠邦3號。上述日糧均含有氧化鋅和酸化劑。

四、試驗產品評判結果

1.定性觀察方面。百惠邦1號產品的綜合得分為100，百惠邦2號產品的綜合得分為98.5，百惠邦3號產品的綜合得分為100。三種產品在顏色、流散性、粒度等方面，5位專家都沒有看出差別。但在氣味及味道方面，百惠邦2號產品略有不同。

2.定量分析方面。三種產品均達到了企業標準，具體結果見表2。

3.喂養試驗結果概述。喂養結果表明，酵母培養物百惠邦1號、2號、3號均不影響仔豬的生長性能，其增重效果無顯著偏差，百惠邦2號腹瀉率略高。

五、結論

本項試驗明顯看出，酵母培養物液體發酵后的固體發酵工藝不能用液體發酵簡單替代，但可以進行發酵條件調整，來縮短固體發酵時間，溫度適當調整到28℃，固體發酵時間縮短到48小時，不影響產品品質。液體發酵不能取代固體發酵，這似乎可以從大量的文獻檢索中查出一些根據：酵母培養物是一種含有酵母菌蛋白、大量細胞代謝產物和發酵培養基的混合物，固體發酵一定是酵母細胞生長代謝的又一環境，一定會產生液體發酵不可能有的一些細胞代謝產物及未知活性因子，固體發酵工藝當然不能被簡單取消或替代。從我們后續謹慎推廣到市場上的多批產品來看，固體發酵時間縮短到48小時，的確未對產品質量有負面影響，這說明，固體發酵時間縮短的這一固體發酵優化操作是成功的。