木薯渣發(fā)酵飼料及其發(fā)酵工藝與應(yīng)用

白秀梅 ，范 彧 ，王丹玉 ，畢璐璐 ，劉雪連 *

（1.飼用微生物工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100192；2.北京大北農(nóng)科技集團(tuán)股份有限公司 北京100080；3.宿遷大北農(nóng)飼料有限責(zé)任公司，江蘇 宿遷 223835）

木薯是世界三大薯類(lèi)之一，有著地下糧倉(cāng)和淀粉之王的譽(yù)稱(chēng)。木薯渣是利用木薯生產(chǎn)淀粉和酒精所產(chǎn)生的大宗農(nóng)副產(chǎn)品，其主要成分是纖維素，同時(shí)含有少量蛋白質(zhì)[1]。新鮮薯渣水分含量高，在儲(chǔ)存過(guò)程中容易變黑、發(fā)酸變質(zhì)，隨著木薯渣產(chǎn)量的不斷增加，有大量的木薯渣被隨意堆置，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大污染，還會(huì)破壞植被和土壤，污染大氣，威脅人類(lèi)健康[2]，因此，木薯渣的處理和利用已成為亟需解決的問(wèn)題。

由于木薯渣存在粗纖維含量高，適口性較差，不易消化，易造成畜禽的采食量低下等問(wèn)題，嚴(yán)重的甚至?xí)箘?dòng)物發(fā)生拒食現(xiàn)象，故不宜直接飼喂。近幾年來(lái)，飼料生物發(fā)酵技術(shù)不斷創(chuàng)新，成為行業(yè)發(fā)展技術(shù)新亮點(diǎn)，引起了業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注。采用生物處理技術(shù)，改變木薯渣的理化性質(zhì)，使其成為一種新型飼料資源，具有廣闊的發(fā)展前景[3-4]。但目前，一些木薯渣發(fā)酵產(chǎn)品，放置過(guò)久會(huì)出現(xiàn)變質(zhì)、被霉菌污染等問(wèn)題。此外，在實(shí)際生產(chǎn)條件下生產(chǎn)工藝復(fù)雜，例如發(fā)酵菌劑需要先增殖活化、發(fā)酵過(guò)程需先好氧發(fā)酵再厭氧發(fā)酵等，也限制了木薯渣發(fā)酵飼料的大規(guī)模生產(chǎn)。應(yīng)用微生物發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵木薯渣，菌株的選擇及搭配非常關(guān)鍵，研究證明，混合菌種發(fā)酵木薯渣比單一菌種效果好[5-6]。可用于木薯渣發(fā)酵的微生物品種繁多，但目前研究的微生物品種及搭配非常有限，用乳酸菌和釀酒酵母組合發(fā)酵木薯渣的研究罕見(jiàn)報(bào)道。因此，尋求具有優(yōu)秀的抑制有害菌及霉菌生長(zhǎng)活性能力，且具有良好的產(chǎn)酶性能的菌株，進(jìn)而提高木薯渣適口性，降低粗纖維含量，提高豬只飼料利用率，同時(shí)確保其安全性，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單高效，成為了木薯渣發(fā)酵飼料開(kāi)發(fā)過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)菌種

乳酸菌和酵母菌均由飼用微生物工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保藏。

1.2 木薯渣固體發(fā)酵飼料配方

木薯渣含量占飼料總數(shù)的50%、玉米面占5%、豆粕占10%、玉米皮占10%、麩皮占25%。

1.3 發(fā)酵條件的優(yōu)化

1.3.1 乳酸菌和酵母菌混合比例的確定

選取乳酸菌和酵母菌，制成菌劑后（活菌數(shù)均為6h 109CFU/g），按照活菌數(shù)接種比例分別為2∶1、1∶1、1∶2這3個(gè)水平進(jìn)行對(duì)分析。

1.3.2 接種量的確定

選取接種量為0.05%、0.1%、0.2%這3個(gè)水平進(jìn)行對(duì)比分析。

1.3.3 發(fā)酵水分的確定

選 取 水 分 為30%～35%、3 5%～4 0%、4 0%～4 5%、45%～50%這4個(gè)水平進(jìn)行對(duì)比分析。

1.3.4 測(cè)定指標(biāo)

測(cè)定飼料中水分、酸溶蛋白、pH、總酸、活菌數(shù)、粗纖維等各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

（5）鋪設(shè)土工織物。瀝青黏層噴灑完成后應(yīng)及時(shí)將土工布對(duì)稱(chēng)、平整鋪設(shè)在基層預(yù)鋸縫上，并在土工布兩端用鐵釘將其固定。

1.4 木薯渣固態(tài)發(fā)酵飼料的制作

將玉米、豆粕、麩皮、玉米皮粉碎后過(guò)10～20目篩，將木薯渣、玉米面、豆粕、玉米皮、麩皮按照質(zhì)量比50∶5∶10∶10∶25的比例混合，然后將乳酸菌和酵母菌按比例與一定量的水混合，然后與木薯渣飼料混勻，裝入帶有呼吸閥的發(fā)酵袋中，密封，室溫條件下發(fā)酵4 d。

測(cè)定發(fā)酵飼料pH，測(cè)定發(fā)酵飼料中總酸、乳酸、乙酸、丙酸、酸溶蛋白、粗纖維含量，使用SDS-PAGE蛋白電泳方法測(cè)定肽類(lèi)物質(zhì)、抑菌性能。

1.5 育肥豬飼喂試驗(yàn)

選取120頭杜洛克h長(zhǎng)白h大約克健康且體重相近育肥豬，隨機(jī)分成3組，每組4個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10頭豬。A組為對(duì)照組，飼喂基礎(chǔ)日糧；B組為基礎(chǔ)日糧添加5%此研究中木薯渣發(fā)酵飼料；C組為基礎(chǔ)日糧添加5%市場(chǎng)某木薯渣發(fā)酵產(chǎn)品。試驗(yàn)進(jìn)行20 d。

試驗(yàn)豬只飼養(yǎng)于育肥舍中，水泥地面，早中晚各加一次料，觀(guān)察各欄豬只采食量，采取區(qū)別加料的策略，保證各種采食量的豬都能完全自由采食和飲水。預(yù)試期為3 d，正試期為20 d，試驗(yàn)豬只由專(zhuān)人管理，各組均給予相同的飼養(yǎng)管理和環(huán)境條件（溫度、濕度）。平時(shí)經(jīng)常觀(guān)察豬群健康狀況和精神狀態(tài)，每周統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)豬采食量和增重。

測(cè)定豬只日采食量、日增重、飼料轉(zhuǎn)化率、舍內(nèi)氨氣濃度等數(shù)據(jù)，并記錄。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SAS 8.0程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌和酵母菌混合比例對(duì)木薯渣發(fā)酵pH和酸溶蛋白的影響

由表1可知，乳酸菌和酵母菌混合比例為1∶2時(shí)，飼料pH和酸溶蛋白含量較高，從而確定乳酸菌和酵母菌的混合比例為1∶2為宜。

表1 不同菌種混合比例對(duì)pH的影響 %

2.2 不同接種量對(duì)木薯渣發(fā)酵pH和總酸的影響

木薯渣發(fā)酵飼料中乳酸菌與酵母菌比例為1∶2，不同接種量的結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，當(dāng)接種量超過(guò)0.1%以后，隨著接種量的增加，pH和總酸變化并不明顯，而且接種量高會(huì)增加生產(chǎn)成本，所以最終確定接種量為0.1%。

表2 不同接種量對(duì)pH和總酸的影響

2.3 不同水分對(duì)木薯渣發(fā)酵pH和總酸的影響

木薯渣發(fā)酵飼料中乳酸菌與酵母菌比例為1∶2，接種量為0.1%，不同水分影響見(jiàn)表3。由表3可知，從總酸和pH的數(shù)據(jù)來(lái)看，綜合運(yùn)輸和貯存因素，最終確定發(fā)酵水分為40%～45%為宜。

表3 不同發(fā)酵水分對(duì)pH和總酸的影響

2.4 木薯渣發(fā)酵品質(zhì)

木薯渣發(fā)酵飼料中乳酸菌與酵母菌比例為1∶2，接種量為0.1%，水分40%，木薯渣發(fā)酵品質(zhì)見(jiàn)表4。由表4可知，與發(fā)酵前相比，木薯渣發(fā)酵飼料經(jīng)過(guò)發(fā)酵，pH下降，總酸含量明顯增加，有明顯的酸甜氣味，可改善飼料風(fēng)味，提高適口性。

表4 木薯渣發(fā)酵飼料發(fā)酵品質(zhì)測(cè)定

應(yīng)用SDS-PAGE蛋白電泳方法測(cè)定肽類(lèi)物質(zhì)，結(jié)果表明，木薯渣飼料發(fā)酵后，高分子量肽類(lèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低分子量肽類(lèi)物質(zhì)，低分子量肽類(lèi)物質(zhì)含量增多（圖1），低肽類(lèi)物質(zhì)含量更高，更容易被動(dòng)物吸收利用。將木薯渣發(fā)酵飼料溶于水，進(jìn)行粗提，測(cè)定其對(duì)致病菌的抑菌活性，結(jié)果表明木薯渣發(fā)酵飼料可有效抑制有害菌生長(zhǎng)繁殖（表5）。

圖1 所示為木薯渣發(fā)酵飼料肽類(lèi)物質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果

表5 木薯渣發(fā)酵飼料的抑菌活性測(cè)定 mm

2.5 木薯渣發(fā)酵飼料對(duì)育肥豬生產(chǎn)性能的影響

由表6可知，與對(duì)照組相比，在育肥階段使用木薯渣發(fā)酵飼料，可提高豬只日增重及其飼料轉(zhuǎn)化效率，且效果優(yōu)于市場(chǎng)產(chǎn)品。

表6 木薯渣發(fā)酵飼料對(duì)育肥豬生產(chǎn)性能的影響

2.6 木薯渣發(fā)酵飼料對(duì)豬舍氨氣濃度的影響

由表7可知，與對(duì)照組相比，在育肥階段使用木薯渣發(fā)酵飼料，可降低圈舍氨氣濃度，且效果優(yōu)于市場(chǎng)產(chǎn)品。

表7 木薯渣發(fā)酵飼料對(duì)豬舍氨氣濃度的影響

3 討論

在飼料發(fā)酵過(guò)程中，pH是決定發(fā)酵飼料好壞的非常重要的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。pH低可以抑制有害微生物的繁殖，盡可能地減少養(yǎng)分的損失，從而保證發(fā)酵飼料的品質(zhì)[7]，一般來(lái)說(shuō)，優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵飼料pH小于4.5[8]。此研究中，木薯渣發(fā)酵后pH達(dá)到了優(yōu)質(zhì)發(fā)酵飼料的標(biāo)準(zhǔn)，乳酸菌和酵母菌不同比例組合均能使木薯渣發(fā)酵飼料pH低于4.5，但比例為1∶2時(shí)更有利于酸溶蛋白的產(chǎn)生，從而降低粗纖維的含量。木薯渣纖維含量高，適口性差，因此欲改善木薯渣的品質(zhì)首先要降低其纖維含量。

木薯渣經(jīng)過(guò)發(fā)酵，總酸含量明顯增加，有明顯的酸甜氣味，可改善飼料風(fēng)味，提高適口性。乳酸、乙酸、丙酸等是發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)酸的主要成分，一般來(lái)說(shuō)，乳酸所占比例最高，這些有機(jī)酸比例協(xié)調(diào)地抑制發(fā)酵過(guò)程中的雜菌生長(zhǎng)，并由此發(fā)揮生物防腐作用。此外，乳酸能直接參與機(jī)體內(nèi)代謝，提高豬只營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，還可維持其腸道菌群平衡，減少腹瀉的發(fā)生，促進(jìn)鈣質(zhì)的吸收。研究表明，乳酸是乳酸菌代謝產(chǎn)物中主要的抑制病原菌（如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門(mén)氏菌等）物質(zhì)。乙酸可作為抗微生物劑、酸度調(diào)節(jié)劑和酸味劑，含量較低時(shí)帶有能夠提高動(dòng)物適口性的醋香味。丙酸具有防真菌和霉菌的作用，是較好的防腐劑[9-10]。

此研究選用適用于發(fā)酵的乳酸菌和酵母菌，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單高效，發(fā)酵過(guò)程密封即可，無(wú)需先活化，亦無(wú)需先好氧發(fā)酵再厭氧發(fā)酵，且發(fā)酵水分較低，更易于存放和應(yīng)用于豬只日糧中。木薯渣發(fā)酵飼料經(jīng)過(guò)發(fā)酵，pH下降，總酸含量明顯增加，有明顯的酸甜氣味，可改善飼料風(fēng)味，提高適口性，還能夠抑制霉菌生長(zhǎng)，延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期。木薯渣發(fā)酵飼料富含微生物酶，可將蛋白質(zhì)、纖維素等難以降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子的肽類(lèi)、糖類(lèi)等，并生成多種有機(jī)酸及其他多種促生長(zhǎng)因子，利于豬只消化吸收，提高其飼料利用率，抑制有害菌生長(zhǎng)繁殖，降解病原菌產(chǎn)生的毒素，有效減少豬只腸道疾病的發(fā)生。可提高豬只日增重，提高飼料轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)降低圈舍氨氣濃度。應(yīng)用木薯渣發(fā)酵飼料具有解決環(huán)境污染問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)意義，減輕環(huán)保壓力，為木薯資源化利用創(chuàng)造了良好的應(yīng)用前景。