利用白酒糟固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)豬用生物飼料的過程分析

■喬家運王文杰 馮占雨

(1.天津市畜牧研究所，天津 300381；2.動科知網(wǎng)，北京 100193)

白酒糟的粗纖維含量很高，營養(yǎng)價值比較差，很少能在生豬飼料中使用。因此，開展微生物發(fā)酵白酒糟發(fā)酵過程分析，提高其利用價值，增加在豬飼料中的用量，具有重要的理論和實際意義。有研究表明，將酒糟進行微生物發(fā)酵后，能增加蛋白質(zhì)含量，降低粗纖維含量。在前期的研究中，采用呼吸膜袋裝發(fā)酵技術(shù)，以白酒糟為主要原料，添加30%～60%的麥麩為輔料，生產(chǎn)出了一種適合于飼養(yǎng)生豬的生物飼料，在配合飼料中添加10%，可以取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益，并在實際生產(chǎn)中進行了適度推廣應用。在前期實驗室進行的小袋（每包物料不超過500 g）發(fā)酵試驗中，發(fā)現(xiàn)溫度對發(fā)酵進程的影響極大。在小袋中，物料之間幾乎沒有溫度差，環(huán)境溫度即為物料溫度。環(huán)境溫度低于20℃，發(fā)酵速度很慢。但是在實際生產(chǎn)中，我們發(fā)現(xiàn)即使在環(huán)境空氣溫度小于15℃的情況下，只要有簡單的保溫措施就可以確保發(fā)酵順利進行。為了能給實際生產(chǎn)提供有價值的參考數(shù)據(jù)，在本研究中，課題組還是按照實際生產(chǎn)的要求進行大包裝發(fā)酵試驗，分析利用白酒糟生產(chǎn)豬用微生物發(fā)酵飼料的發(fā)酵過程和關(guān)鍵質(zhì)量指標，以便為后期的生產(chǎn)推廣奠定清晰的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 原材料與主要設備

白酒糟：大曲酒糟，北京紅星股份有限公司（贈送）；

微生物發(fā)酵飼料生產(chǎn)菌種：面包酵母（安琪酵母，食品級）；嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophi?lus，中國科學院微生物研究所菌種保藏中心，編號：CGMCC1.1855）；

豆粕：東海糧油集團有限公司，“四?！迸?；紅糖：嘉興古鄉(xiāng)紅糖食品科技有限公司，“古鄉(xiāng)”牌；

甜菜糖蜜：北京銀天使國際貿(mào)易有限公司，含糖量約46%，可用作微生物發(fā)酵原料；

葡萄糖：濟南德佳化工有限公司，食品級，“西王”牌；

麥麩：北京同力興科農(nóng)業(yè)科技有限公司；

混合機：常州永乾機械設備廠定制（間歇式，每批次最大處理量為300 kg）；

封口機：北京瑞明興包裝機械科技有限公司（SF-600型）；

發(fā)酵袋：北京晟亞育達生物科技有限公司（15 cm×20 cm）；

溫度傳感器：北京昆侖中大工控技術(shù)發(fā)展有限公司。

1.2 酵母菌的活化培養(yǎng)

準備60 kg清水，補充40 kg的90℃熱水，加入20 kg紅糖，攪拌10 min，使紅糖完全溶解，測量糖液的溫度為35℃。然后加入500 g活性干酵母（食品級安琪活性干酵母粉），浸泡30 min，再攪拌3 min，靜置存放待用。

1.3 嗜熱鏈球菌的培養(yǎng)

稱取20 kg無抗生素牛奶，加入40 kg清水，再補加1 000 g蔗糖和1 000 g甜菜糖蜜，攪拌溶解，分裝到500 ml三角瓶中（裝液量為500 ml/瓶，瓶口用棉塞封口，外包牛皮紙），在115～120℃條件下消毒20 min。然后在室溫下冷卻到40℃以下時，在超凈工作臺上接種嗜熱鏈球菌（Streptococ?cus thermophilusCGMCC1.1855）種子液，接種比為2.0%（每瓶單獨接種），用棉塞封口，外包牛皮紙。在40℃靜息厭氧培養(yǎng)36 h，活菌含量達到109cfu/ml以上，可以作為成熟的嗜熱鏈球菌培養(yǎng)液使用。

1.4 混合接種

我們設計了以下4組試驗。輔料主要選用麥麩，麥麩和酒糟總和占發(fā)酵飼料總量的95%。另外再加3.0%的豆粕（粉碎過20目篩）和2.0%的糖蜜。各物料之間的比例參見表1。

表1 發(fā)酵物料的組成比例

每個處理的物料總量（不含接種的菌液）都是250 kg。

采用混合機接種，一個處理進行1個批次的混合接種操作。攪拌混合3 min以后，再依次加入10 L酵母活化液和500 ml的嗜熱鏈球菌培養(yǎng)液。然后再把混合以后的物料分裝在帶有呼吸閥的包裝袋中，每包20 kg，熱合封口。分組堆放在庫房中，一個處理一堆，上面均覆蓋不透水的帆布。每組各有12包，分列成二列，每列6包，疊放。

1.5 溫度測定與記錄

溫度傳感器的探頭夾在第三個與第四個發(fā)酵袋之間（從下往上數(shù)），指示表有傳感導線延伸到帆布外。

剛開始發(fā)酵的72 h內(nèi)，每隔6 h記錄1次溫度指示值。發(fā)酵72 h以后，每隔12 h記錄1次溫度指示值。

1.6 取樣

混合接種后，每個處理組各取樣1 000 g。發(fā)酵24 h以后再次取樣，以后每隔24 h取樣一次。

在發(fā)酵過程中取樣：每個處理組各取1包，在包裝袋的四個角，均按45°角剪開10 cm左右的斜邊，在每個角各取樣250 g左右。同時在發(fā)酵包裝袋的中心位置，剪開一個邊長為10 cm的正方形，取樣1 000 g左右。一個發(fā)酵包裝一共取樣2 000 g左右，放在同一個封口袋中，上下左右各翻動3次。然后儲存在-4℃的冰柜中，待測。

發(fā)酵袋中剩余的物料全部轉(zhuǎn)移到另一個新的發(fā)酵袋中，熱合封口，放回原來的位置，并蓋好帆布，但是這包減重后的物料以后不再用作取樣分析。

1.7 主要測定分析指標

水分：GB/T 6435—1986；

粗纖維：GB/T 6434—1994，ANKOM220纖維分析儀；

總能：ISO 9831：1988，1281-EF能量測定儀；

乳酸菌和屎腸球菌總量：MRS瓊脂培養(yǎng)基，厭氧滾管單菌落計數(shù)法測定乳酸菌和屎腸球菌總數(shù)；

酵母菌數(shù)量：MCA瓊脂培養(yǎng)基，平皿單菌落計數(shù)法測定總菌數(shù)；

芽孢桿菌數(shù)量：馬鈴薯瓊脂培養(yǎng)基，平皿單菌落計數(shù)測定芽孢菌總數(shù)；

粗蛋白：GB/T 6432—1994；粗灰分：GB/T 6438—2007；

乳酸含量：試劑盒檢測（南京建成生物工程研究所研制）。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)指標

發(fā)酵216 h（9 d）以后，水分、纖維和粗蛋白含量基本不發(fā)生變化，總能的變化下降了10%左右（見表2、表3）。

表3 發(fā)酵212 h以后物料中的水分、粗蛋白質(zhì)、粗纖維和總能的分析值

本試驗接種的酵母菌和嗜熱鏈球菌只能利用可溶性比較好的營養(yǎng)組分進行生長代謝。酵母菌首先利用物料體系中殘留的氧氣進行有氧呼吸，待氧氣耗竭以后，進行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生二氧化碳和酒精，為乳酸菌的生長代謝提供了必要的厭氧環(huán)境。

嗜熱鏈球菌是同型乳酸發(fā)酵細菌，發(fā)酵1個六碳糖分子可以產(chǎn)生2個分子的乳酸。當可代謝糖耗竭以后，乳酸的合成也基本停止了。這些微生物很難利用粗纖維，也很難利用難溶解于水的粗蛋白質(zhì)。

2.2 物料溫度和微生物指標的變化

在前期的小包袋裝發(fā)酵試驗中，每包的裝料量只有400 g左右，物料的溫度與周圍空氣溫度基本一樣，基本不存在梯度差異。發(fā)酵進程受環(huán)境溫度的影響極大，環(huán)境溫度低于20℃，發(fā)酵速度極慢，發(fā)酵時間往往要延續(xù)2個月。但是實際生產(chǎn)中，大包裝堆料發(fā)酵條件下，環(huán)境溫度高于15℃就可以啟動發(fā)酵。而發(fā)酵一旦啟動，物料的溫度就會迅速上升。只要環(huán)境溫度有5 h高于20℃，整個發(fā)酵過程就能順利進行，經(jīng)過5～7 d，發(fā)酵就能基本成熟。

在大袋中，發(fā)酵啟動以后，物料的散熱速度遠沒有產(chǎn)熱速度快，物料溫度（特別是中心溫度）很快就會高于周圍環(huán)境的空氣溫度。特別是在發(fā)酵高峰期，物料的溫度很容易達到40℃。

圖1 發(fā)酵溫度隨時間的變化

測得的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵的前期，物料溫度升高很快。在第60 h，第一組物料的測定溫度接近35.0℃。隨著物料水分含量的增加，高溫期來到的時間越延后。在第84 h左右，第四組測定的溫度為36.4℃，這幾乎是發(fā)酵物料表面的最高溫度。根據(jù)前期的生產(chǎn)經(jīng)驗推斷，在發(fā)酵產(chǎn)熱高峰期，發(fā)酵袋中物料的中心溫度要比表面溫度高5℃左右（物料表面距離中心位點為3 cm左右）。由此可以推斷，物料發(fā)酵的最高溫度在40℃以上。發(fā)酵進行到66 h以后，第一組物料的溫度開始緩慢地下降。發(fā)酵進行到第96 h以后，第四組物料的溫度也開始緩慢下降。

試驗發(fā)現(xiàn)，物料的水分越高，到達高溫的時間越延后。這似乎與微生物的代謝活力受水分活度影響相矛盾。但是，從物料前期24 h的溫度變化發(fā)現(xiàn)，這主要是由于環(huán)境空氣的影響所致。在接種完成時，發(fā)酵庫房的環(huán)境溫度只有15℃，物料水分越大，升溫所需要的能量也越大，所以就出現(xiàn)了第四組的物料溫度上升得比前幾組慢的情況。

對照酵母菌數(shù)量，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵進行到第72 h，酵母菌的數(shù)量基本達到高峰，以后基本不再增加，到120 h以后開始下降（剛接種時，物料中酵母菌的起始濃度為4×106cfu/g左右。）

圖2 酵母數(shù)量隨發(fā)酵時間的變化

整個體系的發(fā)熱主要靠酵母菌的生長代謝。在前期發(fā)酵的72 h，有部分酵母菌進行了有氧代謝（菌體的數(shù)量有增加），這是發(fā)熱的主要原因。后期主要是厭氧發(fā)酵（糖酵解過程），發(fā)熱量有所減少，同時物料體系中的可代謝糖也已經(jīng)快消耗完了。

圖3 乳酸菌數(shù)量隨發(fā)酵時間的變化

對照乳酸菌的數(shù)量和乳酸的產(chǎn)量，在開始的24 h內(nèi)，乳酸菌的數(shù)量幾乎沒有變化，第24 h以后，乳酸菌的數(shù)量開始快速增加，經(jīng)過72 h以后，整個體系的主發(fā)酵階段（升溫階段）已經(jīng)基本完成，乳酸菌的數(shù)量有緩慢增加，到第96 h達到最大值，以后開始緩慢下降。

乳酸的產(chǎn)量在開始發(fā)酵的4 d內(nèi)與乳酸菌的數(shù)量變化基本同步。但是在發(fā)酵后期（96 h以后），雖然乳酸菌的數(shù)量在下降，但是乳酸的產(chǎn)量還是有緩慢提升。

同時，試驗分析發(fā)現(xiàn)，隨著水分含量的增加，乳酸的產(chǎn)量也在顯著增加。酵母菌和乳酸菌的數(shù)量也是隨著水分的增加而增加。這一點與傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵基本一致，水分越大，菌的活度也越大，代謝力也越強。

雖然水分越大發(fā)酵越充分，代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量也越高，但是實際使用效果并不是活菌越多越好，也不是乳酸產(chǎn)量越高越好。在添加量達到一定限度以后，再多也無用，在有些情況下甚至會起負面作用。

在本試驗中，接種時物料中就含有大量的活性乳酸菌和酵母菌，這些活菌的數(shù)量遠大于實際啟動發(fā)酵所需要的基礎量。但是對于實際生產(chǎn)而言，我們還是建議采用大接種量，大比例接種有利于縮短發(fā)酵周期，同時還有利于抑制雜菌污染，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)論

采用附加呼吸閥的袋裝式發(fā)酵工藝大比例處理白酒糟生產(chǎn)豬用微生物發(fā)酵飼料在技術(shù)上是可行的，可以獲得質(zhì)量穩(wěn)定的發(fā)酵飼料產(chǎn)品。這種生產(chǎn)工藝對設備投資和操作要求都不高，很適合在我國廣大農(nóng)村推廣應用。

（參考文獻若干篇，刊略，需者可函索）