多菌種混合發(fā)酵木薯渣飼料的工藝條件研究

■黃金華 王士長 梁珠民

(1.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，廣西南寧530007；2.廣西大學，廣西南寧530005)

充分高效開發(fā)利用農(nóng)副產(chǎn)品加工成為反芻動物優(yōu)質(zhì)飼料是解決我國優(yōu)質(zhì)粗飼料緊缺的有效途徑。木薯渣是使用木薯生產(chǎn)淀粉和酒精過程中產(chǎn)生的大宗農(nóng)副產(chǎn)品，含有大量的淀粉和粗纖維，但是粗蛋白質(zhì)含量低，木質(zhì)化程度高，適口性差，動物消化利用率低，直接作為飼料飼養(yǎng)效果差。利用微生物本身的特性或產(chǎn)生的酶來分解飼料中的纖維素、木質(zhì)素，則可以提高這類飼料的營養(yǎng)價值、消化率和適口性[1-4]。但是采用單一菌種的微生物處理，如青貯，其營養(yǎng)價值提高不多，實際應(yīng)用不理想。而采取兩種以上的混合菌種處理木薯渣的研究為數(shù)不多[2，5-7]，并且由于菌種組合不佳，菌種存活率不高，特別是在實際生產(chǎn)條件下可操作性不強、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、處理效果不佳，因而限制了推廣應(yīng)用。因此，積極繼續(xù)探討開發(fā)高效、低成本、可實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)木薯渣生物飼料的最佳混合菌種及其最佳發(fā)酵工藝條件具有重要意義。

本試驗首先以木薯渣為發(fā)酵原料，添加5%作為疏松劑，5%豆粕作為氮源，用不同組合的混合菌發(fā)酵，測定發(fā)酵料的pH值、干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗纖維含量的變化，篩選出發(fā)酵效果最優(yōu)的混合菌組合，然后對篩選出的最優(yōu)混合菌組合進行最適宜發(fā)酵工藝條件的研究，為工廠化生產(chǎn)木薯渣發(fā)酵飼料供牛羊等草食動物飼養(yǎng)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用木薯渣為直接從木薯淀粉廠收取的鮮濕木薯渣經(jīng)60℃烘干的風干樣；麥麩和豆粕為飼料級，購于市場；所用菌種（黑曲霉、米曲霉、釀酒酵母、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、植物乳桿菌）均由廣西大學動物教研室提供，其中地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、植物乳桿菌經(jīng)單獨培養(yǎng)后以1∶1∶1∶2的比例混合，簡稱為益生素。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 木薯渣發(fā)酵混合料的制備

本試驗以木薯渣為發(fā)酵原料，添加5%麥麩作為疏松劑，5%豆粕作為氮源，混勻，加水調(diào)制至含水量為65%左右，得到木薯渣發(fā)酵混合料，取樣，用常規(guī)法測定該混合料的干物質(zhì)含量（以濕料為基礎(chǔ)），制成風干樣，粉碎至40目后，測定其粗蛋白和粗纖維含量，具體見表1。

表1 發(fā)酵前木薯渣發(fā)酵混合料的化學成分

1.2.2 混合菌種的最優(yōu)組合篩選

對黑曲霉、米曲霉、釀酒酵母、益生素進行不同菌種以1∶1組合。共設(shè)6個不同組合，分別為組合1：黑曲霉+益生素；組合2：黑曲霉+釀酒酵母+益生素；組合3：米曲霉+益生素；組合4：米曲霉+釀酒酵母+益生素；組合5：黑曲霉+米曲霉+益生素；組合6：黑曲霉+米曲霉+釀酒酵母+益生素。各混合菌組合分別以發(fā)酵底物干物質(zhì)的1%的添加量對木薯渣進行發(fā)酵，共設(shè)7個處理，處理1:不添加菌種，直接密封發(fā)酵，作為對照組；處理2:添加組合1混合菌；處理3:添加組合2混合菌；處理4:添加組合3混合菌；處理5:添加組合4混合菌；處理6:添加組合5混合菌；處理7:添加組合6混合菌。每個處理設(shè)9個重復(fù)。每個重復(fù)以100 g/袋裝入聚乙烯薄膜袋中，用真空泵抽出袋內(nèi)的空氣至真空狀態(tài)，密封，置于室溫下貯藏。從開始發(fā)酵之日算起，第7、14、21 d對每個處理各開封3袋，測定其pH值、干物質(zhì)（以濕發(fā)酵料為基礎(chǔ)）、粗蛋白、粗纖維含量(以風干樣為基礎(chǔ))，以評價混合菌種發(fā)酵的效果，篩選出發(fā)酵效果最優(yōu)的混合菌組合。

1.2.3 最優(yōu)混合菌組合的最適宜發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

采用正交試驗法研究上述篩選出的最優(yōu)混合菌固態(tài)發(fā)酵木薯渣的最適宜發(fā)酵條件，包括發(fā)酵底物含水量、尿素添加比例、菌種接種比例、發(fā)酵時間等4個因素，每個因素設(shè)3個水平，共9個試驗組，每組5個重復(fù)，每組木薯渣重100 g，每組添加5%麥麩作為疏松劑，不同比例的尿素作為氮源，具體設(shè)計見表2和表3。通過測定各組木薯渣發(fā)酵料的粗蛋白含量、中性洗滌纖維含量、酸性洗滌纖維含量，找出多菌種混合固體發(fā)酵木薯渣的最適宜工藝條件。

表2 正交試驗因素及水平

表3 固態(tài)發(fā)酵條件優(yōu)化的正交試驗設(shè)計

1.3 各指標的測定方法

采用提取浸提液的方法[8]測定發(fā)酵料的pH值，按照常規(guī)法[9]測定發(fā)酵料的干物質(zhì)（以濕發(fā)酵料為基礎(chǔ)）、粗蛋白、粗纖維含量(以風干樣為基礎(chǔ))，采用Van Soest粗纖維分析方案[10]測定發(fā)酵料的中性洗滌纖維含量和酸性洗滌纖維含量。參考武金鳳等(2008)[11]的方法測定發(fā)酵料發(fā)酵前后的尿素含量，然后計算得到尿素的利用率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對所得數(shù)據(jù)采用SPSS18.0軟件進行方差分析，用Duncan′s法進行多重比較，結(jié)果以“平均數(shù)±標準誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對木薯渣發(fā)酵料干物質(zhì)含量的影響

表4 不同處理對木薯渣發(fā)酵料干物質(zhì)含量的影響(%)

從表1和表4可以看出，與發(fā)酵前木薯渣混合料的干物質(zhì)含量（36.23%）比較，處理1的干物質(zhì)幾乎沒有變化，而處理2至處理7，均有不同程度的下降，其中處理7下降得最多，但是，至21 d，處理7的干物質(zhì)含量為34.63%，僅比原料干物質(zhì)含量減少4.6%，說明用混合菌發(fā)酵木薯渣，干物質(zhì)損失不大，符合生產(chǎn)技術(shù)要求。

2.2 不同處理對木薯渣發(fā)酵料pH值的影響

表5 不同處理對木薯渣發(fā)酵料pH值的影響

由表5可以看出，第7 d各組混合菌處理組的pH值即顯著低于對照組（P＜0.05）。隨著發(fā)酵時間的延長，各處理的pH值均表現(xiàn)出顯著下降的趨勢，在第21 d末，以處理7 pH值下降最顯著，效果最佳。

2.3 不同處理對木薯渣發(fā)酵料粗纖維含量的影響

表6 不同處理對木薯渣發(fā)酵料粗纖維含量的影響(%)

由表6可以看出，除了處理1的粗纖維幾乎沒有變化外，其它處理均有不同程度的降低，其中處理7的粗纖維含量降低最顯著（P＜0.05）。

2.4 不同處理對木薯渣發(fā)酵料粗蛋白質(zhì)含量的影響

表7 不同處理對木薯渣發(fā)酵料粗蛋白質(zhì)含量的影響(%)

由表7可以看出,各個處理的粗蛋白質(zhì)含量均隨時間不同程度地增加,其中處理7增加最顯著(P＜0.05)。

2.5 最優(yōu)混合菌組合的最適宜發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

從表8可以看出，組合5的粗蛋白質(zhì)含量最高，中性洗滌纖維含量和酸性洗滌纖維含量最低，尿素利用率最高。因此，組合5的發(fā)酵效果最好。即在試驗條件范圍內(nèi)，底物含水量為50%、尿素比例為1%、混合菌接種比例為4%、發(fā)酵時間為5 d為木薯渣發(fā)酵的最優(yōu)條件。

表8 最優(yōu)混合菌組合的最適宜發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化結(jié)果（%）

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，與對照組比較，添加不同混合菌發(fā)酵木薯渣，發(fā)酵料中的pH值和粗纖維含量均顯著降低（P＜0.05），粗蛋白質(zhì)顯著增加（P＜0.05），其中由黑曲霉、米曲霉、釀酒酵母、益生素組成的7種混合菌發(fā)酵木薯渣的效果最好，發(fā)酵21 d后，其粗蛋白含量最高[（11.29±0.13）%]，顯著高于對照組[（9.30±0.06）%]和其它的試驗組；pH值和粗纖維含量均為最低[分別為(3.73±0.08)%和（20.29±0.03）%]，顯著低于它們各自的對照組[分別為(4.45±0.11)%和(31.93±0.40）%]和其它的試驗組，揭示黑曲霉、米曲霉、釀酒酵母、益生素具有協(xié)同提高木薯渣發(fā)酵效果的作用。試驗研究結(jié)果與以前的研究報道相似。適宜的具有不同生物學特性的不同菌種混合發(fā)酵，它們之間組成了一個含有各種酶的龐大復(fù)合酶體系，能夠產(chǎn)生優(yōu)勢互補疊加的作用。譬如，米曲霉能產(chǎn)糖化酶、纖維素酶、淀粉酶、酸性蛋白酶等多種活性很強的酶，黑曲霉可產(chǎn)淀粉酶、糖化酶、纖維素酶、植酸酶等復(fù)合酶系，因此兩者能夠很好地降解發(fā)酵料中的纖維素，為混合發(fā)酵中的其它微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)[12]，同時兩者具有很好的協(xié)同發(fā)酵作用[13-14]。枯草芽孢桿菌能夠分泌堿性蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、糖化酶、纖維素酶等多種酶系，它與黑曲霉、米曲霉也具有很好的協(xié)同發(fā)酵作用[15]。王洪瑞等（2012）[16]研究發(fā)現(xiàn)，將米曲霉的好氧發(fā)酵過程與發(fā)酵乳桿菌的厭氧發(fā)酵過程疊加后，發(fā)酵物的各項主要性狀均優(yōu)于單階段好氧或厭氧發(fā)酵產(chǎn)物。植物乳桿菌既能夠產(chǎn)生乳酸，減低pH值[17],又能夠通過抑制黃曲霉毒素的產(chǎn)生而促進米曲霉孢子的生長[18]。地衣芽孢桿菌具有很好地降解半纖維素、木聚糖、葡聚糖、植酸鹽和果膠的作用[19]。蠟樣芽孢桿菌也具有降解纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的能力[20]。釀酒酵母也具有協(xié)同發(fā)酵的作用[21]。因此，黑曲霉、米曲霉、釀酒酵母、益生素混合發(fā)酵木薯渣，不但能夠協(xié)同降解粗纖維和淀粉，而且能夠利用相互之間產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)不斷合成自身的菌體蛋白，從而提高了發(fā)酵料中的蛋白質(zhì)含量。

4 結(jié)論

①混合菌種以黑曲霉、米曲霉、釀酒酵母、益生素（地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、植物乳桿菌）組合為最優(yōu)組合。

②此混合菌的最適宜發(fā)酵工藝條件為：底物含水量為50%、尿素比例為1%、混合菌接種比例為4%、發(fā)酵時間為5 d。