蘋果渣發酵蛋白飼料工藝條件的篩選試驗研究

賀泂杰，崔東安，王 玲，王勝義

（中國農業科學院蘭州畜牧與獸藥研究所，甘肅蘭州 730050）

蘋果渣是蘋果相關制品的副產物，國內僅有1/4的蘋果渣被用作肥料，其余基本當垃圾扔掉，造成嚴重的資源浪費和環境污染（姜心等，2010；喬君毅和張福元，2007；Josh等，2006；司翔宇等，2005；賀克勇等，2004；徐抗震等，2003）。蘋果渣含有豐富的礦物質和多種維生素，但蛋白質含量極低，運用合適的菌種發酵蘋果渣，其蛋白質含量會明顯增加，成為一種新型飼料——蛋白質飼料，可以為畜牧業養殖提供飼料來源。這不僅解決了蘋果渣污染環境的問題，同時緩解了我國蛋白飼料資源缺乏問題，在實際生產中具有重要意義（肖雷等，2008；徐抗震等，2003）。將蘋果渣變廢為寶，延長產業鏈，使蘋果渣應用于畜牧生產迫在眉睫（張德成等，2004）。因此，本研究研究了蘋果渣發酵工藝，為蘋果渣應用于實踐生產提供實驗室的數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 發酵蘋果渣由甘肅省畜牧獸醫研究所制作：蘋果渣汁，殘渣，烘干粉碎備用，本試驗制作的蘋果渣主要營養成分如表1，發酵用菌種如表2所示。

表1 蘋果渣主要營養成分 %

表2 發酵菌種

1.2 試驗方法

1.2.1 發酵蘋果渣工藝單因素變量試驗

（1）接種量對蘋果渣粗蛋白質含量的影響。將配置好的菌種（白地霉、酵母、根霉菌、枯草桿菌、綠色木霉混合菌種配比為2∶2∶0.5∶0.5∶1）按質量比2%、3%、5%、8%、10%、15%接入100 g干蘋果渣和新鮮蘋果渣發酵培養基中混勻，31℃培養3 d，65℃烘干，測定其粗蛋白質含量。

（2）料水比對蘋果渣粗蛋白質含量的影響。在干蘋果渣發酵培養基中，料水比分別為10∶5、10∶ 6、10∶ 7、10∶ 8、10∶ 9、10∶ 10均 按10%接種固體組合菌種，發酵72 h，65℃烘干，測定粗蛋白質含量。

（3）發酵的溫度對蘋果渣粗蛋白質含量的影響。按10%接種固體組合菌種于發酵培養基中，發酵溫度分別為 25、27.5、30、31、32.5、35℃，發酵72 h后65℃烘干，測定粗蛋白質含量。

（4）發酵時間對蘋果渣粗蛋白質含量的影響。按10%接種固體組合菌種于發酵培養基中，31℃發酵，發酵時間分別為 24、48、72、96、120 h ；發酵結束后65℃烘干，測定粗蛋白質含量。

（5）pH對蘋果渣粗蛋白質含量的影響。按10%接種固體組合菌種于發酵培養基中，發酵前蘋 果 渣 pH 分 別 調 至 3、4、5、6、7、8、9、10，發 酵72 h結束后65℃烘干，測定粗蛋白質含量。

（6）發酵料層厚度對蘋果渣粗蛋白質含量的影響。按10%接種固體組合菌種于不同厚度層發酵濕蘋果渣培養基中，31℃發酵，發酵時間72 h；發酵結束后65℃烘干，測定粗蛋白質含量。

1.2.2 發酵蘋果渣工藝正交試驗 本試驗利用SPSS 22.0，以料水比、發酵溫度、pH因素做正交設計，探究其對混菌發酵干蘋果渣效果的影響，測定粗蛋白質含量，見表3。

表3 正交實驗設計

2 結果

2.1 菌種接種量對蘋果渣中粗蛋白質含量的影響 由表4可知，干蘋果渣中10%的接種量，新鮮蘋果渣2%接種量發酵蘋果渣產物中蛋白質含量最高。

表4 菌種的不同接種量對蘋果渣中粗蛋白質含量的影響

2.2 料水比對發酵蘋果渣粗蛋白質含量的影響 在干蘋果渣培養基中，料水比分別為10∶5、10 ∶ 6、10∶ 7、10∶ 8、10∶ 9、10∶ 10，均按10%接種固體組合菌種，經發酵、烘干和粉碎，測定粗蛋白質含量，結果見表5。

表5 料水比對發酵蘋果渣粗蛋白質含量的影響 %

2.3 不同發酵溫度對發酵產物粗蛋白質含量的影響 由表6可知，發酵溫度31℃時發酵樣品中蛋白質的含量最高。

表6 發酵溫度對樣品粗蛋白質含量的影響 %

2.4 不同pH對發酵產物粗蛋白質含量的影響由表7可知，發酵前蘋果渣pH調至7時發酵樣品中蛋白質的含量最高。

表7 pH 對樣品粗蛋白質含量的影響 %

2.5 發酵時間、料層厚度對產物粗蛋白質含量的影響 由表8可知，31℃ 72h發酵的料層厚度時，以5 cm為佳，其發酵產物中蛋白質含量較高。

表8 發酵時間對樣品粗蛋白質含量的影響 %

2.6 正交試驗 由表9可知，三因素的極差R分別為 0.68，1.14，0.91，可以看出，發酵溫度對蘋果渣蛋白含量的影響最大，料水比的影響最小。同時正交設計的結果也顯示，干蘋果渣接種10%濃度固態菌，在料水比為60%、發酵溫度為31℃、pH=7的條件下發酵72 h，蘋果渣發酵產生的蛋白質產物最高。

表9 正交試驗結果

3 討論

3.1 發酵溫度對蘋果渣粗蛋白質含量的影響在固體發酵蘋果渣的過程中通常要注意觀察溫度變化，散熱不方便導致發酵溫度很難平衡在最佳溫度，在微生物生長周期內，固體物料層溫度可超過3℃/cm。本研究在實驗室小樣發酵中溫度控制在25～35℃，而在中試生產中，發酵溫度在一定程度上受環境溫度制約。

3.2 發酵時間對發酵蘋果渣粗蛋白質含量的影響 在實際生產中，一旦發酵時間變短，蛋白質含量達不到理想值，如果發酵時間過長則生產周期變長，生產成本變大，且容易生長雜菌。研究發現，采用黑曲霉為菌種發酵蘋果渣，當發酵時間為5 d時，真蛋白質和粗蛋白質含量均達到最高，分別為15%和33%；但隨著發酵時間的延長，蛋白質含量有降低趨勢（金海炎等，2022；司翔宇，2006；司翔宇等，2005）。高再興等（2003）采用產朊假絲酵母和黑曲霉發酵蘋果渣，研究發現，當發酵時間在48 h內，蛋白質含量與發酵時間成正比；當超過48 h后，產物的蛋白質含量幾乎不增加，甚者還有降低趨勢，這主要是因為微生物進入到了衰退期，產品的蛋白質含量會由于微生物的自溶而逐漸降低。

3.3 水分對發酵蘋果渣粗蛋白質含量的影響水是發酵不可或缺的介質，基質含水量是決定固態發酵能否成功的的主要因素之一（何彩梅等，2020；石思文，2017；王小東，2017；李宏濤等，2012；黃潔等，2001；籍保平和希風，1999）。由于蘋果渣的含水量比較大，一般在72%～87%，只需要在開始發酵時確定含水量，在發酵過程中無需加水。本研究曾在試驗中用蘋果渣干粉進行發酵，料水比為10∶6.5也能取得較好的發酵效果。

3.4 料層厚度對發酵蘋果渣粗蛋白質含量的影響 蘋果渣發酵過程中多數采用好氧型菌株。因此，在生產中要根據條件控制發酵料的厚度，以確保提供暢通的空氣。本研究采用的菌種多屬厭氧菌，研究時還發現隨著料層厚度的增加，適當延長發酵時間，發酵產物中蛋白質含量也隨之提高。

4 結論

綜上所述，蘋果渣發酵工藝條件為菌種接種量干蘋果渣10%、鮮蘋果渣2%；料水比控制在10∶8；蘋果渣發酵前pH調至7；在31℃ 72 h發酵的料層厚度以5 cm為佳，其發酵產物中蛋白質含量較高。