發(fā)酵飼料工藝技術的影響因素

王 劍，曹云鶴，陸文清，王春林

（中國農(nóng)業(yè)大學，動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京 100193）

發(fā)酵飼料工藝技術的影響因素

王 劍，曹云鶴，陸文清，王春林*

（中國農(nóng)業(yè)大學，動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京 100193）

近年來，發(fā)酵飼料在豬飼料與飼養(yǎng)中的應用越來越普遍。發(fā)酵飼料對于提高飼料利用率、改善飼料適口性、抑制抗營養(yǎng)因子以及促進機體健康都有重要意義。為實現(xiàn)發(fā)酵技術在飼料產(chǎn)業(yè)的進一步廣泛應用，發(fā)酵飼料的關鍵工藝技術仍需進行優(yōu)化。文內(nèi)就發(fā)酵過程中的溫度、pH、水分含量、發(fā)酵時間和接種量等重要參數(shù)進行討論，探討相關參數(shù)對發(fā)酵效率以及發(fā)酵產(chǎn)量的影響，這將有利于實現(xiàn)發(fā)酵飼料工藝體系的逐步完善。

發(fā)酵飼料；發(fā)酵參數(shù)；條件優(yōu)化

近年來，隨著人們生活水平以及消費水準的提高，肉類產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量問題引起人們的廣泛關注。肉類產(chǎn)品的質(zhì)量安全，以及由于人均耕地面積減少所引起的人畜爭糧而導致的肉類產(chǎn)品供應緊張等問題都亟需解決。因此充分有效地開發(fā)利用各種可利用的資源作為飼料原料，優(yōu)化飼料的加工工藝和技術，大力發(fā)展發(fā)酵飼料已成為畜牧業(yè)的近期研究熱點，被認為具有廣泛的發(fā)展前景，以期實現(xiàn)飼料利用率和糧食轉(zhuǎn)化率的不斷提高[1]。

發(fā)酵技術是以一定的工程技術手段，通過微生物自身的代謝活動，實現(xiàn)菌體細胞或酶的某些功能，將原料轉(zhuǎn)化為所需的產(chǎn)品[2]。發(fā)酵飼料則是利用微生物的代謝活動，通過人為控制，使飼料中各物質(zhì)的抗營養(yǎng)成分分解轉(zhuǎn)化，從而使飼料可以更好地被動物消化、吸收、利用[3]。將發(fā)酵技術應用于飼料生產(chǎn)中，可有效地應用某些非常規(guī)飼料原料，實現(xiàn)對常規(guī)飼料原料的有效替代，提高飼料利用率，增加其營養(yǎng)價值[4]，改善飼料的適口性以及降低飼料抗營養(yǎng)因子的抑制作用[5]，有益于動物的腸道健康[6]，增強動物的免疫力[7]。因此，將發(fā)酵技術應用于飼料生產(chǎn)越來越普遍，發(fā)酵飼料的出現(xiàn)對于解決飼糧短缺問題、發(fā)展新型飼料具有重要意義。

在實際生產(chǎn)的過程中，發(fā)酵飼料根據(jù)其發(fā)酵方式的不同可分為液體發(fā)酵飼料和固體發(fā)酵飼料兩種。液體發(fā)酵飼料在國外飼糧生產(chǎn)中應用較多，飼料的液體發(fā)酵是通過將水與飼料原料按一定比例混合，添加適宜的微生物，經(jīng)過一段時間的自然發(fā)酵或者人工發(fā)酵，從而形成的一種利于動物消化吸收的飼料產(chǎn)品[8]。將飼料進行液體發(fā)酵可有效地提高飼料的生產(chǎn)效率，并且飼料進行液體發(fā)酵后飼喂更有助于維持腸道平衡[9]。固體發(fā)酵飼料則是一種在國內(nèi)使用更為廣泛的發(fā)酵飼料。固態(tài)發(fā)酵指微生物在固態(tài)培養(yǎng)基上所進行的一種發(fā)酵，固體發(fā)酵飼料則是飼料進行固態(tài)發(fā)酵所得到的產(chǎn)物[10]。與液體發(fā)酵飼料相比，固體發(fā)酵飼料的原料來源更廣泛，對動物消化系統(tǒng)功能的改善有重要作用[11]。

發(fā)酵技術在飼料生產(chǎn)中的普遍應用對于提高飼糧的質(zhì)量和產(chǎn)量具有重要的意義。為了進一步推進發(fā)酵技術在飼料生產(chǎn)中的廣泛應用，使其工藝技術更為完善，須對發(fā)酵過程中的相關技術條件進行控制和優(yōu)化。發(fā)酵體系的溫度、pH、水分含量、發(fā)酵時間、接種量等都是需要進一步優(yōu)化的關鍵控制參數(shù)[12]。

1 溫度

將菌體在適宜的溫度范圍內(nèi)培養(yǎng)可使其進行正常的生長代謝活動，溫度過高或者過低都可能會影響菌體正常的生長代謝活動[13]。溫度過高，可能會引起微生物過快的生長，發(fā)酵體系中的營養(yǎng)物質(zhì)被過多的消耗，使得發(fā)酵不能正常進行。太低的溫度，則可能會引起菌體生長過慢，會導致發(fā)酵產(chǎn)量降低。

已有大量的試驗對于飼料發(fā)酵過程中的溫度控制進行探究和討論。顧斌[14]在利用枯草芽孢桿菌和白地霉復合菌種對菜籽粕進行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)多肽時，發(fā)現(xiàn)過低的溫度影響枯草芽孢桿菌的正常生長，過高的溫度影響白地霉的正常生長，適宜的溫度范圍內(nèi)最有利于多肽的形成，因此確定最適溫度為32～34 ℃。王園[15]在利用復合菌對豆粕進行固態(tài)發(fā)酵時，發(fā)現(xiàn)當溫度為40 ℃時，所發(fā)酵的豆粕樣品中乳酸含量最高，大豆蛋白水解程度最高；而當溫度高于40 ℃時，出現(xiàn)“燒曲”現(xiàn)象，豆粕樣品的顏色呈現(xiàn)褐色。張翠綿等[16]利用復合菌對玉米秸稈粉進行發(fā)酵時，同樣發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，發(fā)酵體系的微生物逐漸增多，pH呈現(xiàn)下降趨勢，但當溫度升至30 ℃以上時，菌體數(shù)有所下降，同時適宜的環(huán)境溫度也可以有效地使發(fā)酵周期縮短。李龍[17]利用復合益生菌，對以一定比例混合的菜籽粕、玉米、小麥粉和豆粕進行固態(tài)發(fā)酵時，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，乳酸菌的菌體數(shù)同樣表現(xiàn)出升高的趨勢，pH則相應降低。與溫度較低時相比，溫度適宜時飼料的顏色、氣味、質(zhì)地更為良好，最終確定發(fā)酵適宜溫度為35 ℃。

發(fā)酵溫度會對微生物的正常生長代謝以及酶的活性產(chǎn)生影響，適宜的發(fā)酵溫度可以有效地提高發(fā)酵產(chǎn)量。因此，在飼料發(fā)酵時，需要控制體系的溫度，避免其過高或者過低。

2 pH

發(fā)酵體系的pH同樣會對發(fā)酵產(chǎn)生一定的作用[18]。在飼料進行發(fā)酵的過程中，pH會影響酶的活性。同時，由于pH會影響某些中間代謝產(chǎn)物的解離，進而會抑制發(fā)酵產(chǎn)物的形成[19]。

馮鎮(zhèn)等[20]在不同pH條件下培養(yǎng)乳酸球菌，發(fā)現(xiàn)控制發(fā)酵體系pH為6.0時，菌體的發(fā)酵活力表現(xiàn)為最高。湯小朋等[21]在利用黑曲霉對木薯渣進行固態(tài)發(fā)酵時，將pH控制在3～4之間，可以保證羧甲基纖維素酶的活性顯著高于其他pH處理組，且粗蛋白質(zhì)含量也同時顯著高于其他pH處理組。孫林[22]在利用微生物對菜籽粕進行固態(tài)發(fā)酵時，發(fā)現(xiàn)過低的pH抑制了各種菌體的生長，阻礙了發(fā)酵的正常進行，最終確定該復合菌種在pH為6.0時對菜籽粕進行發(fā)酵，發(fā)酵效果最好。

因此，在發(fā)酵體系中適宜的pH更有利于菌體進行正常的生長代謝，保持較高的發(fā)酵活力，使發(fā)酵高效率的進行，從而提高發(fā)酵產(chǎn)量。

3 含水量

大量的試驗證明水分的含量同樣也是影響發(fā)酵效果的一個主要因素。水含量過低或者過高都會對發(fā)酵的正常進行產(chǎn)生影響。

胡瑞等[23]利用優(yōu)化復合益生菌發(fā)酵豆粕時，隨著水分的含量不斷增加，發(fā)酵體系中的溫度、pH和真蛋白的含量均呈現(xiàn)遞增趨勢。林標聲等[24]進行常規(guī)飼料的密封發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)物料的含水量越高，則菌株生長越快，發(fā)酵效果越好。周夢佳等[25]利用乳酸桿菌對基礎飼料進行固態(tài)發(fā)酵，研究結果表明水分過高或過低均不利于pH的降低，隨著水分的含量不斷升高，發(fā)酵飼料的干物質(zhì)回收率逐漸降低。劉強等[26]在進行菜籽粕的發(fā)酵試驗時，隨水分含量的升高，pH逐漸下降。趙華等[27]在進行甘薯渣的固態(tài)發(fā)酵時，發(fā)現(xiàn)當水料比為1.3∶1時，發(fā)酵效果最好。

因此在發(fā)酵過程中，如果含水量過低不能滿足微生物的需求，會使微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的攝入受到抑制，微生物的生長代謝不能正常進行。而過多的水，可能會使基質(zhì)的通透性變差，影響通氣，同樣會抑制微生物的生長，同時由于水分過多，可能會使烘干成本增高，也增加了被雜菌污染的可能性。因此在發(fā)酵過程中合理地控制水分的含量，避免過高或者過低，可以有效地保證發(fā)酵的進行。

4 發(fā)酵時間

發(fā)酵時間指發(fā)酵從開始到結束的時間。發(fā)酵時間同樣在發(fā)酵過程中需要良好的控制，過長或者過短的發(fā)酵時間都是不可取的。

高愛琴等[28]在豆粕飼料的發(fā)酵試驗中發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵進行至第6天后，由于豆粕中的蛋白質(zhì)、纖維素等已經(jīng)被大量降解，底物濃度下降，使得其水解速度趨于緩慢；同時由于非淀粉多糖被降解產(chǎn)生大量的酸，微生物的正常生長代謝也受到影響。張沛等[29]利用稻殼粉進行固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料時，發(fā)現(xiàn)第3天到第4天時，蛋白質(zhì)含量增加的幅度最大，第5天時，蛋白質(zhì)含量達到最大值，第5天后，蛋白質(zhì)含量出現(xiàn)下降趨勢，這可能與菌種進入衰亡期出現(xiàn)自溶現(xiàn)象有關，同時營養(yǎng)物質(zhì)的消耗可能也會抑制蛋白質(zhì)的形成。孫林等[22]在利用混合菌種對菜籽粕進行發(fā)酵時，發(fā)酵第24～48 h為混合菌種發(fā)酵活動的最活躍時期，此后硫甙、單寧等抗營養(yǎng)因子含量降低趨勢逐漸趨于緩慢。

在發(fā)酵過程中，發(fā)酵前期的底物飼料含有充足的微生物發(fā)酵所需營養(yǎng)物質(zhì)，微生物可以充分地利用所提供的營養(yǎng)物質(zhì)，生長旺盛，如果過早的結束發(fā)酵，會使發(fā)酵產(chǎn)量降低；但當發(fā)酵時間過長，發(fā)酵體系中的大部分營養(yǎng)被消耗，使得微生物的生長速度趨于緩慢，微生物還可能出現(xiàn)自噬現(xiàn)象，發(fā)酵成本也因此提高，因此確定適宜的發(fā)酵時間，對于實現(xiàn)高發(fā)酵產(chǎn)量有重要的作用。

5 接種量

在發(fā)酵過程中，過大的發(fā)酵微生物接種量可能會引起氧氣消耗量增加，導致氧氣供應相對不足，影響微生物的正常生長代謝，同時也會造成物料的浪費。而過小的接種量可能會使微生物生長緩慢，使發(fā)酵效率降低。

許云賀等[30]利用枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵豆粕，接種量變大，菌株對蛋白質(zhì)的水解能力則也表現(xiàn)出增強。祁宏山等[31]在進行混菌固態(tài)發(fā)酵玉米秸稈的研究中，發(fā)現(xiàn)接種量為8%時，所得到的發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量最高。嚴鶴松[32]在利用黑曲霉發(fā)酵豆粕的試驗中，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)隨接種量的升高而逐漸升高，但是接種量增至1%，其蛋白質(zhì)產(chǎn)量趨于飽和。

因此太小的接種量，會使發(fā)酵周期延長，發(fā)酵效率降低；接種量過大，所生成的過多產(chǎn)物可能會對發(fā)酵體系中微生物的正常生長代謝產(chǎn)生抑制作用，使發(fā)酵提前結束。

關于優(yōu)化發(fā)酵工藝技術的參數(shù)除上述幾點之外，還存在底物飼料粒度、發(fā)酵菌株配比、菌體密度、通氣量等許多其他影響因素。在進行固態(tài)發(fā)酵的過程中，底物飼料粒度小，可以使其與原料的接觸面積增大，但是粒度過小，易出現(xiàn)結團現(xiàn)象，不利于傳熱，影響微生物的正常生長，因此底物飼料粒度的大小也可能會影響發(fā)酵的效果[33]。祁宏山等[31]在進行復合菌固態(tài)發(fā)酵玉米秸稈的研究中發(fā)現(xiàn)，不同菌種之間的配比以及固態(tài)培養(yǎng)基的原料比，均對所得到的發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)生影響。Kim等[34]發(fā)現(xiàn)在液體發(fā)酵過程中，菌體密度隨著發(fā)酵體系中的通氣量的增加而增加。張沛等[29]在利用稻殼粉固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料時，發(fā)現(xiàn)尿素的添加可使稻殼粉中的蛋白質(zhì)含量增加，對發(fā)酵結果產(chǎn)生顯著的影響。喬力[35]在進行豆粕的固態(tài)發(fā)酵試驗中發(fā)現(xiàn)，添加適量的玉米粉對發(fā)酵效果有改善作用，這可能與玉米粉促進發(fā)酵體系中微生物的生長代謝有關。

隨著發(fā)酵技術越來越成熟，發(fā)酵將被越來越廣泛地應用在豬飼料與飼養(yǎng)的生產(chǎn)實踐中。生長育肥豬飼喂發(fā)酵飼料后，日增重以及日采食量均有提高[36]。趙正興[37]利用發(fā)酵飼料飼喂育肥豬，發(fā)現(xiàn)日增重以及飼料報酬均有所提高，同時發(fā)酵飼料對豬肉質(zhì)的改善有明顯的作用。魏金濤等[38]利用發(fā)酵飼料飼喂斷奶仔豬后，發(fā)現(xiàn)仔豬的生長性能有所提高，同時由于斷奶所引起的應激有所緩解。大量試驗研究證明，發(fā)酵飼料在實際養(yǎng)豬生產(chǎn)中表現(xiàn)出良好的效果，尤其在斷奶仔豬和育肥豬飼養(yǎng)過程中效果顯著。

雖然發(fā)酵技術在飼料生產(chǎn)中的應用仍存在一些問題，相關工藝的優(yōu)化仍需要進行大量的探索，但是發(fā)酵飼料已表現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。可以根據(jù)發(fā)酵工藝的關鍵點，針對不同的菌種、底物飼料以及不同生長階段的豬確立更為詳細有效的發(fā)酵工藝方案。隨著科學技術的不斷發(fā)展，發(fā)酵技術的不斷成熟，發(fā)酵飼料的工藝體系將會越來越完善，而這必將對豬業(yè)的高效可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生巨大的意義。

[1] 祝玉洪，馬立周.發(fā)酵技術在飼料行業(yè)中的應用[J].飼料工業(yè) ，2013，34(18)：49-54.

[2] 嚴建剛，黃健，陶靜，等.發(fā)酵飼料技術應用綜述[J].飼料廣角，2017(5)：47-49.

[3] 蔡輝益，張姝，鄧雪娟，等.生物飼料科技研究與應用[J].動物營養(yǎng)學報 ，2014，26(10)： 2911-2923.

[4] 何濤，張海軍，武書庚，等.現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵技術生產(chǎn)蛋白飼料研究進展[J].飼料工業(yè) ， 2008，29(10)：62-64.

[5] 吳寶昌.枯草芽孢桿菌混合發(fā)酵制備豆粕飼料的研究[D].濟南：山東輕工業(yè)學院. 2010.

[6] 易力，倪學勤，潘康成，等.雙歧桿菌的研究進展[J].獸藥與飼料添加劑 ，2005，10(1)： 20-22.

[7] 羅建.無抗微生物發(fā)酵飼料對斷奶仔豬免疫功能影響的研究[J].飼料與畜牧：新飼料 ， 2010(7)：27-29.

[8] CANIBE N ， JENSEN B B.Fermented and nonfermented liquid feed to growing pigs ： effect on aspects of gastrointestinal ecology and growth performance [J].JAnim Sci，2003，81(8)：2019-2031.

[9] HANSEN L L ， MIKKELSEN L L， AGERHEM H ， et al . Effect of fermented liquid food and zincbacitracin on microbial metabolism in the guy and sensoric profileofm.longissimus dorsi from entire male and female pigs [J].Anim Sci，2000， 71(1)：65-80.

[10] 崔藝燕，馬現(xiàn)永，陳衛(wèi)東，等. 發(fā)酵飼料工藝技術及在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應用研究進展[J].廣東農(nóng)業(yè)科學，2016(5)：145-151.

[11] 陳曉英. 微生物發(fā)酵飼料的研究與應用[J].中國畜禽種業(yè)，2010(3)：77-78.

[12] 樊春光，尹清強，王鵬，等.發(fā)酵豆粕的生產(chǎn)現(xiàn)狀及產(chǎn)品質(zhì)量評定研究[J].江西農(nóng)業(yè)學報，2012，24(7)：156-159.

[13] 肖軻.飼料原料固態(tài)發(fā)酵工藝及其飼養(yǎng)效果的研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2012.

[14] 顧斌.混菌固態(tài)發(fā)酵菜籽粕生產(chǎn)多肽飼料的研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2010.

[15] 王園.豆粕固態(tài)發(fā)酵條件及其對斷奶仔豬飼用效果的研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學，2014.

[16] 張翠綿，賈楠，胡棟，等.復合益生菌發(fā)酵固體飼料條件研究[J].華北農(nóng)學報，2013(S1)：270-274.

[17] 李龍.復合益生菌發(fā)酵飼料工藝參數(shù)優(yōu)化及品質(zhì)評定[D].上海：上海交通大學，2010.

[18] Pandey A.Solid-state fermentation[J].Biochemical Engineering Journal，2003， 13(2)：81-84.

[19] 孫家凱，吳曉嬌，史建明，等.pH值對大腸桿菌發(fā)酵異亮氨酸的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2012，38(3)：12-16.

[20] 楊煒，王偉剛，田海英，等.重組大腸桿菌高表達高密度發(fā)酵研究[J].生物技術，2006，16(3)：83-86.

[21] 湯小朋，趙華，湯加勇，等.黑曲霉固態(tài)發(fā)酵改善木薯渣品質(zhì)的研究[J].動物營養(yǎng)學報，2014，26(7)：2026-2034.

[22] 孫林.微生物固態(tài)發(fā)酵菜籽粕的研究[D].合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學，2008.

[23] 胡瑞，陳艷，王之盛，等.復合益生菌發(fā)酵豆粕生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化及酶菌聯(lián)合發(fā)酵對豆粕品質(zhì)的影響[J].動物營養(yǎng)學報，2013，25(8)：1896-1903.

[24] 林標聲，羅建，李益明，等.微生物發(fā)酵飼料生產(chǎn)關鍵因素的優(yōu)化及發(fā)酵過程成分變化分析[J].中國農(nóng)學通報，2015，31(32)：1-6.

[25] 周夢佳，李濤，曾燕，等.含水率對發(fā)酵飼料品質(zhì)的影響[J].中國飼料，2013(7)：12-14.

[26] 劉強，闕國洋，楊玉芬，等.不同水分含量對菜籽粕發(fā)酵品質(zhì)的影響[J].飼料博覽，2010(2)：38-40.

[27] 趙華，王雪濤，湯加勇，等.復合益生菌固態(tài)發(fā)酵改善甘薯渣營養(yǎng)價值的研究[J].動物營養(yǎng)學報，2015，27(4)：1191-1198

[28] 高愛琴，賈仙寶.豆粕飼料發(fā)酵工藝的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37(10)：4510-4512.

[29] 張沛，楊國輝，魏麗娟，等.稻殼粉固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料的工藝研究[J].中國飼料，2015(8)：25-27.

[30] 許云賀，蘇玉虹，田玉民，等.枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵豆粕工藝研究[J].飼料研究，2013(3)：85-87.

[31] 祁宏山，季彬，王治業(yè)，等.混菌固態(tài)發(fā)酵玉米秸稈生產(chǎn)蛋白飼料的工藝研究[J].飼料廣角，2017(3)：38-41.

[32] 嚴鶴松.黑曲霉發(fā)酵豆粕的研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2009.

[33] 徐福建，陳洪章，李佐虎.固態(tài)發(fā)酵工程研究進展[J].生物工程進展，2002，22(1)：44-48.

[34] KIM S W， HWANG H J， XU C P， et al. Effect of aeration and agitation on the production of mycelial biomass and exopolysaccharides in an enthomopathogenic fungus Paecilomyces sinclairii [J]. Letters in applied microbiology， 2003，36 (5)：321-326.

[35] 喬利.固態(tài)發(fā)酵工藝參數(shù)對豆粕發(fā)酵品質(zhì)的影響[D].福州：福建農(nóng)林大學，2009.

[36] CANIBE N，JENSEN B B. Fermented and nonfermented liquid feed to growing pigs：Effect on aspects of gastrointestinal ecology and growth performance[J]. Aim Sci，2003(81)：2019-2031.

[37] 趙正興.EM發(fā)酵飼料飼喂育肥豬的效果[J].四川畜牧獸醫(yī)，2006，33(1)：28-30.

[38] 魏金濤，趙娜，楊雪海，等.發(fā)酵飼料對斷奶仔豬生產(chǎn)性能、血液生化指標和飼料養(yǎng)分表觀消化率的影響[J].中國糧油學報，2009，24(2)：129-133.

2017-08-21）

北京市科委課題（D161100006116001）

王劍（1996—），女，遼寧省凌源市，碩士研究生，從事豬的營養(yǎng)研究

*通訊作者：WangChL98@163.com