酒糟多菌種發(fā)酵提高蛋白轉化率的研究進展

劉建學，于海漫，韓四海，李佩艷，徐寶成，馬凱旋，郭玉姍

（1.河南科技大學食品與生物工程學院，河南洛陽 471023；2.河南省食品原料工程技術研究中心，河南洛陽 471023）

酒糟多菌種發(fā)酵提高蛋白轉化率的研究進展

劉建學1，2，于海漫1，韓四海1，2，李佩艷1，2，徐寶成1，2，馬凱旋1，郭玉姍1

（1.河南科技大學食品與生物工程學院，河南洛陽 471023；2.河南省食品原料工程技術研究中心，河南洛陽 471023）

通過分析酒糟的營養(yǎng)價值及研究現狀，對酒糟的綜合利用進行了概述。以酒糟多菌種發(fā)酵提高蛋白轉化率為主線，介紹了利用微生物發(fā)酵酒糟制取蛋白方面的研究進展，總結分析了不同菌種組合對酒糟生物飼料酶活力、常規(guī)營養(yǎng)成分、脂肪酸含量、氨基酸含量的影響等方面的研究成果，簡述了酒糟資源的深層次利用問題。結果表明，加強酒糟綜合利用技術的深入研究，有助于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展，可以彌補我國蛋白飼料的短缺，創(chuàng)造更大的經濟價值和社會效益。

酒糟；微生物發(fā)酵；蛋白飼料；研究進展

0 引言

酒糟是高粱、玉米、小麥、大麥等谷物原料發(fā)酵、蒸餾后提取酒精所剩余的殘渣，其中殘存許多未能充分利用的營養(yǎng)物質，如脂肪、蛋白質、纖維素、維生素、微量元素等，還含有豐富的發(fā)酵副產物。酒糟來源廣泛、價格低廉，粗加工后可作為植物蛋白飼料[1]。然而，由于其中含有大量的稻殼，造成酒糟內粗纖維含量高、適口性差、消化能和代謝能低；同時，蛋白質相對分子量較大，結構緊密，不利于機體消化吸收，嚴重影響酒糟價值。此外，因其酸度大、水分含量高，易發(fā)酵酸敗，也極易霉變腐爛，不便運輸與貯藏，導致其利用率較低。利用生物轉化技術，選用能有效降解木聚糖、纖維素、淀粉等大分子物質，且能有效轉化合成蛋白的混合菌對其發(fā)酵，可以改善酒糟的營養(yǎng)構成，提高其市場價值，實現資源的可持續(xù)發(fā)展和污染物的零排放。微生物發(fā)酵制取蛋白，現已研究內容包括單菌發(fā)酵制取蛋白、菌種拮抗作用與多菌發(fā)酵制取蛋白、不同菌種組合對酒糟營養(yǎng)物質的影響等方面。

1 酒糟利用的研究現狀

1.1 酒糟的營養(yǎng)成分

酒糟一般可以分為白酒糟（以高粱、山薯和大米等為原料）、啤酒糟（以小麥麩、大麥和稻谷皮等為原料）和酒精糟（主要為玉米酒糟）3類。

酒糟中常規(guī)營養(yǎng)成分含量見表1。

由表1可知，酒糟含有一定的粗蛋白、粗纖維、粗脂肪和無氮浸出物，營養(yǎng)成分豐富；酒糟中氨基酸種類齊全，包含8種必需氨基酸，還含有多種維生素（如VA，B族維生素，VC，VE，VPP，煙酰胺等）及鈣、磷、鉀等礦物質。此外，酒糟中含有相當豐富的醇、酯、酸等發(fā)酵產物，還可能存在由微生物菌體產生的核糖核酸、嘌呤、嘧啶、類脂化合物等微量有益成分[6]，這是一般谷物所不能比擬的。綜合看來，酒糟具有非常高的開發(fā)利用價值。

表1 酒糟中常規(guī)營養(yǎng)成分含量

1.2 酒糟的飼料化應用

1.2.1 白酒糟制青貯飼料

青貯是將新鮮酒糟添加秕谷或其他粗料等輔料粉碎后[7]，按3∶1比例進行混合，在厭氧環(huán)境中，大量繁殖的乳酸菌使原料中的淀粉和可溶性糖轉變成乳酸。當乳酸的濃度增加到一定程度后，會抑制霉菌和一些腐敗菌的生長繁殖，因此能夠長久保存高水分含量飼料中的養(yǎng)分，其保存時間長達6～7個月[6]。酒糟青貯后不僅能有效保持其營養(yǎng)成分，也可使殘余乙醇蒸發(fā)。青貯對于設備場地要求不高，操作簡便，但是若青貯失敗，腐敗的酒糟飼喂動物會引起腸胃性疾?。欢仪噘A過程中，乳酸菌的生長繁殖會受到酒糟內可溶性糖和淀粉含量的限制，酒糟的總蛋白含量提高并不顯著。

1.2.2 白酒糟干燥制成粉狀或粒狀飼料

按照國際飼料分類，白酒糟屬于粗飼料。若不分離稻殼就直接粉碎加工，利用價值不高。較為可行的生產工藝是進行稻殼分離，即將鮮酒糟烘干后進行稻殼篩分，剔除酒糟中的營養(yǎng)妨礙物——稻殼，分離出的稻殼可用于再生產，剩余的酒糟可用來生產便于儲存的飼料。干酒糟剔除稻殼后，粗纖維可以降到飼料標準限度以內，粗蛋白含量可以提高到20%左右，而且干酒糟的水分、鈣、磷等的含量都能達到要求，氨基酸組成也較為均衡，分離后得到的產品品質和均勻度均符合ZBB-46003-88豬用混合飼料標準[7]。

1.2.3 微生物發(fā)酵白酒糟生產蛋白飼料

利用生物技術開發(fā)酒糟菌體蛋白飼料，是緩解蛋白質飼料短缺、酒糟增值的重要途徑。通過微生物發(fā)酵，不但可以將非蛋白氮和植物蛋白轉化為菌體蛋白、提高蛋白含量，同時改變飼料中蛋白質結構，將大分子的蛋白質降解為動物易于吸收的小分子蛋白質或多肽，提高產品蛋白質的品質[8]。發(fā)酵后的酒糟品質良好、清香酸甜、無刺鼻酸味，其粗蛋白含量和氨基酸組成比例顯著提高，粗纖維比例也有較大程度的降低，且發(fā)酵產物中富含維生素、氨基酸、多種微生物酶、生物活性物質及生長調節(jié)促進劑，能促進動物的快速生長和發(fā)育。

1.3 酒糟提取有效成分

除了生產飼料，目前對酒糟的研究還包括以下方面：①從酒糟中提取復合氨基酸及微量元素[9]；②制取甘油；③提取植酸；④提取蛋白質[10]；⑤利用酒糟培養(yǎng)多種食用菌（如靈芝、雞腿菇、茶樹菇、雙孢菇等）；⑥利用酒糟釀醋；⑦利用酒精糟厭氧發(fā)酵回收沼氣[11]；⑧利用酒糟發(fā)酵生產燃料乙醇；⑨生產粗酶制劑[12]。酒糟提取有效成分的主要途徑有酶法提取、化學提?。ㄈ鐗A法酸沉淀法）、微生物發(fā)酵提取等。利用微生物發(fā)酵酒糟制取蛋白優(yōu)勢明顯，可降低污染，有效利用資源，生產流程也較為簡單。

2 酒糟微生物發(fā)酵制取蛋白

2.1 單菌種發(fā)酵制取蛋白

對酒糟進行單菌種發(fā)酵已有先例，目前選育出的常見菌種包括酵母菌、放線菌和霉菌等，它們能分泌多種酶系，具有降解酒糟中淀粉和纖維素的特性。如枯草芽孢桿菌、白地霉能同化多種有機氮源和尿素，并可利用木聚糖、纖維素等大分子難降解物質，有效轉化殘?zhí)?、有機酸、脂肪酸等物質，提高酒糟蛋白含量。周劍麗等人[13]接種51.2%產朊假絲酵母，于30.2℃條件下發(fā)酵麻瘋樹餅粕（添加3.3%玉米粉）3 d，產物中氨基酸態(tài)氮含量可以達到125.2 mg/g。菌種是發(fā)酵白酒糟的重要因素，每種菌的產酶種類不盡相同，發(fā)酵效果也有差異，故單菌種對酒糟蛋白質的提高有限。

2.2 多菌種發(fā)酵制取蛋白

多菌種組合發(fā)酵方式包括雙菌種、三菌種、四菌種和五菌種組合發(fā)酵等[14]，如枯草芽抱桿菌和酵母菌雙菌種組合發(fā)酵，降解纖維素霉菌、熱帶假絲酵母和產脂霉菌三菌種組合發(fā)酵，班圖酒香酵母、枯草芽抱桿菌、綠色木霉和嗜酸乳桿菌四菌種組合發(fā)酵，白地霉、黑曲霉、米曲霉、產骯假絲酵母和熱帶假絲酵母五菌種組合發(fā)酵。大多數試驗表明，復合菌發(fā)酵中的微生物生長狀況優(yōu)于單菌發(fā)酵體系，可以利用協(xié)同互補作用共同提高發(fā)酵效果。張建華[15]用接種總量5%的混合菌（白地霉∶熱帶假絲酵母∶綠色木霉=1∶1∶1），于28℃發(fā)酵酒糟3 d，與單菌發(fā)酵基質相比較，產物中的CP含量增加了6.16%，TP含量增加了10.7%，CF含量較低了5.16%。由此可見，復合菌的效果優(yōu)于單菌發(fā)酵。

3 多菌種發(fā)酵研究現狀

3.1 拮抗作用

不同菌種組合發(fā)酵酒糟，菌之間與酶之間存在著拮抗作用和協(xié)同作用。有些微生物與微生物酶單獨存在時降解纖維素的能力差、蛋白轉化能力低，同時存在時卻表現出較強的活性，證明它們之間存在協(xié)同作用。利用菌種協(xié)同作用，對白酒糟進行固態(tài)生物轉化，更能充分利用酒糟的基礎營養(yǎng)物質，有助于蛋白含量的提高。但有些菌種也存在拮抗作用，一種菌種的生命活動或其代謝產物，會抑制或干擾另一種菌種的生命活動，常存在專一性或特異性，降低菌種蛋白轉化率。焦肖飛等人[16]將枯草芽孢桿菌、產朊假絲酵母、白地霉三菌種，兩兩交叉劃線接種于普通營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上，于30℃條件下培養(yǎng)24 h，觀察平板上菌株均生長良好，兩兩交叉部分無菌落萎縮或消失現象，說明菌株之間未產生抑制作用，可用于多菌協(xié)同作用發(fā)酵。

3.2 不同菌種組合對酒糟發(fā)酵的影響

3.2.1 不同菌種組合對酒糟酶活的影響

由于原料、生產工藝各不相同，酒糟中的營養(yǎng)成分種類和含量也有所差異，目前不同學者研究采用的菌種不盡相同。在動物飼糧中添加一定酶制劑，能夠補充動物內源酶的不足、促進內源酶的分泌、提高餌料的利用率，同時還能改善消化道酶系組成、酶量及酶的活性。郭素環(huán)等人[17]用未發(fā)酵白酒糟培養(yǎng)基作為對照組，以班圖酒香酵母、枯草芽孢桿菌、綠色木霉、嗜酸乳桿菌按相等比例一起添加，進行有氧固態(tài)發(fā)酵，結果表明該組酶的分泌全面，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纖維素酶各酶活濃度依次為317.38，350.48，89.71，116.79 U/g，與對照組相比有顯著提高（p＜0.05）。

3.2.2 不同菌種組合對酒糟常規(guī)營養(yǎng)成分的影響

采用纖維素降解效率高，能轉化合成蛋白質的混合菌株對其進行生物轉化，可以提高白酒糟營養(yǎng)價值，既擴大了來源、提高了資源利用率，又利于動物消化吸收。張潔[18]以白酒糟為原料，在初始pH值5.5，（NH4）2SO4添加量5 mg/mL，投料量10%的條件下接種5%～10%的復合菌，在30℃培養(yǎng)溫度下發(fā)酵5 d，然后進行了5 L發(fā)酵罐試驗，發(fā)酵產物粗蛋白質含量由23.75%提高到35.75%，提高了11%，其中真蛋白質提高10.34%，粗纖維降低了2.05%；氨基酸總量由25.35%提高到40.68%，提高了15.33%；粗纖維和淀粉分別下降20.97%和55.60%。發(fā)酵后的酒糟營養(yǎng)成分均衡，尤其是蛋白質含量有所提高，更加適宜用作飼料。

3.2.3 不同菌種組合對酒糟脂肪酸含量的影響

豐富的不飽和脂肪酸含量是發(fā)酵飼料具有較高營養(yǎng)價值的物質基礎，在動物的飼糧中添加不同種類和不同添加量的不飽和脂肪酸，能維持動物的正常細胞結構、影響體液免疫以及細胞因子和抗體的分泌，并且可以調控許多基因的表達，從而影響動物體內的代謝過程，減少體內脂肪沉積，最終影響其生長發(fā)育和繁殖。郭素環(huán)等人[17]將嗜酸乳桿菌、枯草芽孢桿菌、綠色木霉、班圖酒香酵母按照等量比例一起添加，進行有氧固態(tài)發(fā)酵酒糟培養(yǎng)基，發(fā)酵結束后，產物中二十二碳六烯酸（DHA）在總脂肪酸里含量最高，由14.53%提高到16.20%；多不飽和脂肪酸之和占總脂肪酸的31.86%，比未發(fā)酵白酒糟培養(yǎng)基提高4.90%。

3.2.4 不同菌種組合對酒糟氨基酸含量的影響

參與生物體系各種反應的蛋白質，是生命的物質基礎，有廣泛的營養(yǎng)作用[9]。如果動物日糧中缺乏蛋白質，飼料效率降低，就會使其生長緩慢、繁殖性能降低，降低生產力和產品品質。而動物對蛋白質的需求本質上是對氨基酸的需求，因而飼料中氨基酸的種類與含量是衡量其品質高低的重要指標。葉均安等人[19]進行雙菌種和三菌種組合協(xié)同發(fā)酵試驗，其中熱帶假絲酵母、綠色木霉、米曲霉組合發(fā)酵產物的氨基酸總量達24.94%，胱氨酸、蛋氨酸含量分別顯著高于其他組合（p＜0.05）。

4 結論

目前，在實驗室中篩選出來高效菌株較少，發(fā)酵條件不易控制，易被雜菌污染，發(fā)酵產物的各項品質評定指標還沒有被規(guī)范化，發(fā)酵產率較低；在工業(yè)中設備的投入和技術尚處于起步階段，微生物酒糟發(fā)酵專用干燥設備也不成熟，干燥成本高。酒糟畢竟是一種工業(yè)廢料，如果其處理成本已經超過其他優(yōu)質飼料（如玉米、豆鼓）的價值，那么工藝再先進、設備再優(yōu)良也沒有市場，不會被廣大企業(yè)接受。

當前，微生物發(fā)酵酒糟制取高蛋白已引起學界的重視，加之我國科技水平的不斷提高，必將有更多適宜的高效菌株在實驗室中被篩選出來，發(fā)酵產物的各項品質評定指標也將被規(guī)范化。而利用混合菌發(fā)酵酒糟，對其進行生物轉化，并最終實現酒糟飼料的產業(yè)化生產還有待于研究人員的進一步努力：①篩選出遺傳性能穩(wěn)定、發(fā)酵周期短、生產能力強的安全菌種；②優(yōu)化切實可行的工廠化菌體蛋白生產工藝，發(fā)酵條件易于控制，且不會造成再次污染；③生產出的目標產物應單一，提高發(fā)酵產率；④研發(fā)酒糟處理專用設備，保證工廠化連續(xù)生產，設備投入和技術簡單，且耗能低，經濟效益好。

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Research Progress of Protein Conversion Rate Increase through Synergistic Fermentation of Mixed Distillers'Grains

LIU Jianxue1，2，YU Haiman1，HAN Sihai1，2，LI Peiyan1，2，XU Baocheng1，2，MA Kaixuan1，GUO Yushan1

（1.College of Food and Bioengineering，He'nan University of Science and Technology，Luoyang，He'nan 471023，China；2.He'nan Engineering Research Center of Food Material，Luoyang，He'nan 471023，China）

By analyzing the nutritional value and the research status of distiller's grains，the utilization of distillers grains are summarized.Multi-strain fermentation distiller's grains to increase protein conversion is the main line of research progress by microbial fermentation distiller's grains protein preparation areas.This paper summarizes and analyzed the influence of the different combination of bacterial species on the protein distiller's grains enzyme activity，convention nutrients，fatty acid content，amino acid content and expounds the deep utilization problem of distiller's grains resources.The results show that strengthening the in-depth study distiller's grains utilization technology，contribute to environmental protection and sustainable development on，can not only make up our lack of high-protein feed，but also produce evident economic benefits and generate invaluable social benefits.

distiller's grains；microbial fermentation；protein feed；research progress

TS261.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.01.024

1671-9646（2017）01a-0088-04

2016-11-18

河南省重點攻關項目“農產品加工副產物的高效增值和循環(huán)利用關鍵技術研究”（142102310262）。

劉建學（1964— ），男，教授，碩士生導師，研究方向為農產品高值化利用及快速檢測技術。