啤酒糟微生態(tài)發(fā)酵制備高蛋白飼料工藝優(yōu)化

全桂香嚴(yán)金龍方 波

(1.鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)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(zhì)和麥皮中的纖維素等[1-3]。夏天為啤酒生產(chǎn)旺季，同時(shí)陰雨天氣較多，啤酒糟往往得不到及時(shí)處理而導(dǎo)致變質(zhì)，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)。目前，國(guó)內(nèi)大部分啤酒生產(chǎn)廠家將啤酒糟用作粗飼料(濕糟或干糟)直接喂養(yǎng)，經(jīng)濟(jì)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(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。

大量研究表明：運(yùn)用微生物多菌種混合發(fā)酵技術(shù)可以顯著提高飼料中蛋白質(zhì)含量和能量值，降低纖維素含量，從而提高動(dòng)物消化率[4-6]。通過(guò)復(fù)合微生物的相互作用,部分降解、轉(zhuǎn)化和分解啤酒糟中的纖維素,蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì),更易被畜禽消化吸收和利用,同時(shí)積累大量微生物菌體以及各種有益酶類和生長(zhǎng)因子,從而全面提高啤酒糟的利用價(jià)值[5]。因此，如何利用生物技術(shù)以提高啤酒糟的蛋白質(zhì)含量，改善其營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，在開(kāi)發(fā)附加值高、技術(shù)含量高的蛋白飼料的同時(shí)，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，從而明顯提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有重大意義。

本研究采用市售微生物飼料發(fā)酵劑為菌種對(duì)啤酒糟進(jìn)行了發(fā)酵試驗(yàn)，以發(fā)酵飼料中蛋白質(zhì)和纖維素含量為指標(biāo),考察了氮源添加量、接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間等工藝條件對(duì)蛋白飼料品質(zhì)的影響,以獲得最佳微生態(tài)發(fā)酵條件,為工業(yè)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

啤酒糟原料來(lái)自重慶啤酒集團(tuán)鹽城有限責(zé)任公司，其理化指標(biāo)見(jiàn)表1，臨用前經(jīng)120℃滅菌30 min；市售“生態(tài)寶”微生物飼料發(fā)酵劑由湖南湘祁生物科技有限公司生產(chǎn)。

表1 啤酒糟原料理化指標(biāo)(%，n=3)

1.2 主要儀器與設(shè)備

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

1.3 發(fā)酵

根據(jù)接種量，將一定量的微生物飼料發(fā)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?jǐn)嚢杈鶆蚝笱b入塑料桶并壓實(shí)、密封發(fā)酵?？刂瓢l(fā)酵溫度為24～32℃，每天取樣分析發(fā)酵飼料中蛋白質(zhì)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(wú)水乙醇提取1 h，充分?jǐn)嚢?，? 600 r/min下離心15 min，棄去上清液,再用75%乙醇10 ml反復(fù)洗滌3次，沉淀于105℃干燥至恒重，稱取一定量的試樣進(jìn)行消化、測(cè)定。

分析方法：水分按GB 6435—86執(zhí)行；粗纖維按GB 6434—86執(zhí)行；粗蛋白按GB 6432—86執(zhí)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 氮源添加量對(duì)發(fā)酵飼料品質(zhì)的影響（見(jiàn)圖1）

圖1 硫酸銨添加量對(duì)發(fā)酵飼料蛋白質(zhì)和纖維素含量的影響

控制發(fā)酵溫度為30℃,微生物飼料發(fā)酵劑接種量為2%，經(jīng)過(guò)3 d發(fā)酵后，不同含量硫酸銨氮源添加后發(fā)酵飼料中蛋白質(zhì)和纖維素含量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。由圖1可以看出，添加硫酸銨氮源的發(fā)酵飼料中蛋白質(zhì)含量明顯提高而纖維素含量則有所下降，但當(dāng)添加量達(dá)到0.4%后，產(chǎn)物中的蛋白質(zhì)和纖維素含量基本穩(wěn)定，分別達(dá)到41.08%和11.24%。有研究表明[7]，氮源添加量濃度過(guò)高，產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生較刺鼻的氨味，產(chǎn)品風(fēng)味變差。試驗(yàn)選擇硫酸銨氮源最佳添加量為0.4%。

2.2 發(fā)酵溫度對(duì)飼料品質(zhì)的影響（見(jiàn)圖2）

圖2 發(fā)酵溫度對(duì)飼料蛋白質(zhì)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(fā)酵劑接種量,3 d發(fā)酵時(shí)間,不同發(fā)酵溫度時(shí)的發(fā)酵飼料中蛋白質(zhì)和纖維素含量。溫度是微生物飼料發(fā)酵劑中多菌種活性敏感因素,隨著溫度的變化蛋白質(zhì)和纖維素含量出現(xiàn)“峰尖”和“峰谷”的變化格局,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)最佳發(fā)酵溫度為30℃時(shí)產(chǎn)品中蛋白質(zhì)最高而纖維素含量最低。

2.3 微生物飼料發(fā)酵劑接種量對(duì)飼料品質(zhì)的影響（見(jiàn)圖3）

圖3 接種量對(duì)飼料蛋白質(zhì)和纖維素含量的影響

由圖3可見(jiàn)，當(dāng)接種量增加至2.0%時(shí),蛋白質(zhì)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(xù)增大則蛋白質(zhì)和纖維素含量基本穩(wěn)定,當(dāng)接種量增加至5.0%時(shí),蛋白質(zhì)和纖維素含量分別為42.44%和10.67%。說(shuō)明啤酒糟微生態(tài)發(fā)酵時(shí)，應(yīng)控制接種量在合適的范圍。當(dāng)接種量初始升高時(shí)，微生物飼料發(fā)酵劑中多菌種大量生產(chǎn)與繁殖，導(dǎo)致啤酒糟發(fā)酵飼料中蛋白質(zhì)和纖維素含量的顯著變化；當(dāng)接種量升高到一定程度時(shí)，多菌種數(shù)量與啤酒糟原料中大分子的降解達(dá)到穩(wěn)定和平衡，對(duì)蛋白質(zhì)和纖維素含量影響不大。因此，本試驗(yàn)中的最佳接種量選擇2.0%。

2.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)微生態(tài)發(fā)酵飼料品質(zhì)的影響(見(jiàn)圖4)

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)飼料蛋白質(zhì)和纖維素含量的影響

由圖4可以看出，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，啤酒糟發(fā)酵飼料中蛋白質(zhì)含量逐漸升高而纖維素含量逐漸降低。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間達(dá)到3 d后，發(fā)酵飼料中蛋白質(zhì)和纖維素含量處于平緩區(qū)，可能是多菌種生長(zhǎng)過(guò)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?？紤]到企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)過(guò)程中攪拌操作和發(fā)酵的不穩(wěn)定性，會(huì)影響微生態(tài)發(fā)酵飼料品質(zhì)，因此,為保證企業(yè)批量生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定，選擇4～5 d為最佳發(fā)酵時(shí)間。

3 結(jié)論

微生物飼料發(fā)酵劑為菌種對(duì)啤酒糟進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)高蛋白飼料的單因素試驗(yàn)表明，最佳氮源硫酸銨添加量為0.4%、發(fā)酵溫度為30℃、接種量為2.0%、發(fā)酵時(shí)間為4～5 d。研究結(jié)果能夠?yàn)槠【粕a(chǎn)廢棄物啤酒糟的綜合利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)適合啤酒糟微生物發(fā)酵劑的開(kāi)發(fā)和發(fā)酵機(jī)理的研究，探討發(fā)酵工藝與飼料品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用提供依據(jù)。