茶渣發(fā)酵蛋白飼料輔料優(yōu)選及成本分析

胡桂萍，楊 廣，歐陽雪靈

(1.江西省蠶桑茶葉研究所， 南昌 330202；2.福建農(nóng)林大學(xué) 應(yīng)用生態(tài)所，福州 350002)

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茶渣發(fā)酵蛋白飼料輔料優(yōu)選及成本分析

胡桂萍1，楊 廣2，歐陽雪靈1

(1.江西省蠶桑茶葉研究所， 南昌 330202；2.福建農(nóng)林大學(xué) 應(yīng)用生態(tài)所，福州 350002)

以提取茶多酚后的茶渣為發(fā)酵原料，利用乳桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌和米曲霉菌進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，考察麩皮、稻殼粉、玉米粉、豆粕、花生秸稈、燕麥草、高粱糠、紅薯渣共8種輔料對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品中蛋白含量的影響，以發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量、粗纖維素、茶多酚含量為考察指標(biāo)，結(jié)合成本分析并計(jì)算輔料成本比重，確定適合工業(yè)生產(chǎn)和推廣應(yīng)用的茶渣發(fā)酵蛋白飼料的輔料伍配組分。結(jié)果表明：在8種輔料基質(zhì)中，豆粕最適合作為茶渣飼料固體發(fā)酵輔料，其發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量最高，發(fā)酵產(chǎn)品中粗蛋白含量達(dá)29.49%，且其輔料成本比重較適宜，為55.81%。

茶渣；固態(tài)發(fā)酵；輔料

隨著茶飲料、茶多酚及茶保健品等茶葉深加工產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大量的茶渣隨之產(chǎn)生。茶渣中含有大量的蛋白成分，約占總質(zhì)量的18%[1]，但是由于茶葉蛋白絕大部分為谷蛋白，其分子間通過二硫鍵和疏水基團(tuán)交聯(lián)而凝聚，因此溶解性差，嚴(yán)重影響了茶渣資源的再利用。

茶蛋白具有防輻射[2]、降血脂[3]、改良肉類品質(zhì)和風(fēng)味等功效[4]，因此對(duì)于當(dāng)前國(guó)內(nèi)外蛋白質(zhì)資源尤其是飼用蛋白質(zhì)資源嚴(yán)重短缺的形勢(shì)下，開發(fā)和利用茶渣資源具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年產(chǎn)生的茶渣等農(nóng)林廢棄物達(dá)15億噸，這些被丟棄的廢棄物反過來又會(huì)增加環(huán)境的生化需氧量(BOD)負(fù)擔(dān)[5]。通過微生物的作用可以轉(zhuǎn)化成微生物肥料和飼料等，增加廢棄物的經(jīng)濟(jì)附加值[6]。雖然這些廢棄物中含有動(dòng)物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如蛋白質(zhì)、氨基酸等，可以直接作為動(dòng)物飼料的主體部分，但由于這些物質(zhì)往往含有一些抗?fàn)I養(yǎng)因子如單寧、多酚和草酸等[7-9]，影響動(dòng)物的吸收和消化。因此，直接利用茶渣等副產(chǎn)物進(jìn)行動(dòng)物飼養(yǎng)存在一定問題。目前報(bào)道認(rèn)為這個(gè)問題可以通過固態(tài)發(fā)酵技術(shù)[10]來解決，利用微生物的發(fā)酵對(duì)茶渣等副產(chǎn)物中的抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行脫毒處理，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和富集，氧化分解難溶難吸收的物質(zhì)，并直接發(fā)酵成高蛋白易吸收的生物飼料。

適宜的基質(zhì)配比和充分的微生物發(fā)酵是茶渣飼料蛋白再利用的關(guān)鍵。本文利用目前市場(chǎng)常見的且較經(jīng)濟(jì)的發(fā)酵基質(zhì)，如麩皮、稻殼粉、玉米粉、豆粕、花生秸稈、燕麥草、高粱糠、紅薯渣等作為茶渣固體發(fā)酵蛋白的輔料，通過實(shí)驗(yàn)室原先分離和優(yōu)選到的4株茶渣發(fā)酵微生物，乳桿菌(lactobacillus)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、酵母菌(Yeast)和米曲霉(Aspergilluoryzae)進(jìn)行固體發(fā)酵，以發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白、纖維素和茶多酚含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本分析和輔料基質(zhì)成本比重分析，優(yōu)選最佳最經(jīng)濟(jì)的茶渣蛋白固體發(fā)酵的伍配基質(zhì)組成，以期為茶渣飼料化生產(chǎn)工業(yè)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 菌種

乳桿菌(lactobacillus)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、酵母菌(Yeast)，米曲霉(Aspergilluoryzae)，由本實(shí)驗(yàn)室自行分離和收集，現(xiàn)保存在江西省蠶桑茶葉研究所菌種庫內(nèi)。

1.2 原料和輔料

茶渣由漳州大閩食品有限公司提供，為提取過茶多酚后的廢棄茶渣。發(fā)酵輔料為麩皮、稻殼粉、玉米粉、豆粕、花生秸稈、燕麥草、高粱糠、紅薯渣。

1.3 培養(yǎng)基

1) 馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基：馬鈴薯200 g，葡萄糖20 g，瓊脂20 g，水1 L，用于米曲霉菌種的純化和培養(yǎng)。

2) 薩市瓊脂培養(yǎng)基：蛋白胨10 g，瓊脂20 g，麥芽糖40 g，水1 L，用于酵母菌培養(yǎng)和純化。

3) 牛肉膏瓊脂培養(yǎng)基 ：牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，氯化鈉5 g，瓊脂 15 g，水1 L，pH值7.2，用于各種細(xì)菌的培養(yǎng)。

1.4 微生物發(fā)酵劑的制備

將乳桿菌和枯草芽孢桿菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基純化后，取單菌落置于液體牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)液中室溫培養(yǎng)1天制成種子液1；酵母菌通過薩市瓊脂培養(yǎng)基純化后通過搖瓶培養(yǎng)制得種子液2；米曲霉通過馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基進(jìn)行純化并進(jìn)一步擴(kuò)繁制得種子液3。各取5 L種子液進(jìn)行離心，將菌體全部溶解在紅糖濃度10%的2 kg的水溶液中，制得微生物發(fā)酵劑。

1.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和指標(biāo)測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)在福建農(nóng)林大學(xué)應(yīng)用生態(tài)所發(fā)酵實(shí)驗(yàn)車間進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)前將茶渣進(jìn)行晾干處理，并進(jìn)行機(jī)械粉碎。固體發(fā)酵茶渣試驗(yàn)每個(gè)處理總量約為100 kg，發(fā)酵基質(zhì)有茶渣和輔料構(gòu)成，質(zhì)量配比為7∶3，根據(jù)茶渣和不同種類輔料質(zhì)量配比共設(shè)置8個(gè)處理，1個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。

處理1：茶渣和麩皮；處理2：茶渣和稻殼粉；處理3：茶渣和玉米粉；處理4：茶渣和豆粕；處理5：茶渣和花生秸稈；處理6：茶渣和燕麥草；處理7：茶渣和高粱糠；處理8：茶渣和紅薯渣，另外每個(gè)處理按質(zhì)量比分別添加3%磷酸氫二鈉和1%的纖維素酶。將茶渣、輔料、磷酸氫二鈉、纖維素酶外加35 L水進(jìn)行攪拌混勻，并往發(fā)酵基質(zhì)中噴灑微生物發(fā)酵劑，并充分?jǐn)嚢杌靹?，并調(diào)節(jié)相關(guān)的濕度，保證基質(zhì)一觸即散，且手捏成團(tuán)但不滴水為最佳。然后將混合好的基質(zhì)裝入塑料桶內(nèi)，用塑料薄膜密封2層，常溫(25～35 ℃)厭氧發(fā)酵5～7 d直至有酸甜的濃郁酒曲香味，表明發(fā)酵完成且充分。發(fā)酵完成后主要測(cè)定發(fā)酵茶渣中粗蛋白含量、纖維素含量和茶多酚含量。

粗蛋白含量測(cè)定參照GB5009.5—2010，采用凱氏定氮法；纖維素含量測(cè)定參照GB/T6434—94；茶多酚含量測(cè)定參照GB/T8313—2008。

1.6 經(jīng)濟(jì)成本分析和輔料成本比例分析

對(duì)不同發(fā)酵組合中發(fā)酵劑費(fèi)用、茶渣費(fèi)用、輔料費(fèi)用、人工費(fèi)、產(chǎn)地租賃費(fèi)以及水電費(fèi)等進(jìn)行分析，初步計(jì)算不同發(fā)酵組合經(jīng)濟(jì)成本。發(fā)酵劑費(fèi)用主要是發(fā)酵微生物工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)所需的原料費(fèi)用；茶渣費(fèi)用主要為從工廠運(yùn)輸回來發(fā)生的運(yùn)輸費(fèi)以及晾曬所需的勞務(wù)費(fèi)；輔料費(fèi)用主要是為購(gòu)買各種輔料所用的費(fèi)用；人工費(fèi)主要是用于在茶渣固體發(fā)酵過程中聘請(qǐng)人員進(jìn)行攪拌、渦堆等過程的人員費(fèi)；產(chǎn)地租賃費(fèi)主要租賃發(fā)酵池等發(fā)酵產(chǎn)地的所發(fā)生的費(fèi)用；水電費(fèi)主要為茶渣固體發(fā)酵所需的水、電等費(fèi)用。

輔料成本比例分析為輔料費(fèi)用在總成本費(fèi)用中的比例結(jié)果，以便對(duì)于有效篩選適合工業(yè)化生產(chǎn)的茶渣發(fā)酵蛋白飼料的基質(zhì)輔料的提供重要的經(jīng)濟(jì)效益參考。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輔料下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量分析

不同輔料下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量分析見圖1。茶渣分別添加8種輔料后，各處理茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量差異顯著，且較原材料茶渣粗蛋白含量均顯著升高，其中以豆餅為輔料的茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量最高(處理4)，達(dá)到29.49%，各組合發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量按照處理4(茶渣：豆粕)、處理6(茶渣：燕麥草)、處理7(茶渣：高粱糠)、處理3(茶渣：玉米粉)、處理2(茶渣：稻殼粒)、處理1(茶渣：麩皮)、處理5(茶渣：花生秸稈)依次遞減。結(jié)果表明：輔料的添加可以增加茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白的含量，且豆粕添加后更有利于發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)，有助于茶渣的發(fā)酵，加快茶渣中不溶大分子蛋白降解為可溶性的蛋白速率。

圖1 不同輔料下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量分析

2.2 不同輔料下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中纖維素含量分析

不同輔料下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中纖維素含量分析見圖2。各處理下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中纖維素含量差異很大，其中除添加花生秸稈(處理5)作為輔料的茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中纖維素含量較原材料纖維素含量顯著升高外，其余輔料發(fā)酵后的茶渣產(chǎn)物中的纖維素含量均低于原材料茶渣中纖維素含量，并按照處理8(茶渣：紅薯渣)、處理1(茶渣：麩皮)、處理2(茶渣：稻殼粒)、處理7(茶渣：高粱糠)、處理6(茶渣：燕麥草)、處理3(茶渣：玉米粉)、處理4(茶渣：豆粕)依次遞減。結(jié)果表明：花生秸稈最不利于發(fā)酵微生物的生長(zhǎng)，微生物降解纖維素的能力很弱，加上花生秸稈本身纖維素高，導(dǎo)致最終發(fā)酵產(chǎn)物中的纖維素含量高；而豆粕為輔料的茶渣混合基質(zhì)中，微生物生長(zhǎng)快速，降解纖維素的能力強(qiáng)，直接將發(fā)酵混合物中的纖維素快速降解，因此豆粕輔料的茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中纖維素含量最低。

圖2 不同輔料下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中纖維素含量變化量分析

2.3 不同輔料下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中茶多酚含量分析

不同輔料下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中茶多酚含量分析見圖3，各處理下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中茶多酚含量均低于原材料茶渣中茶多酚含量0.94%，但各處理間差異不明顯，各處理發(fā)酵產(chǎn)物中茶多酚含量為0.67%～0.53%。表明各種輔料混合下的茶渣基質(zhì)中，微生物均有生長(zhǎng)并對(duì)茶渣中的茶多酚有一定的降解能力，無差異，微生物對(duì)茶渣中茶多酚的降解能力與其添加的輔料無顯著關(guān)聯(lián)。

圖3 不同輔料下茶渣發(fā)酵產(chǎn)物中茶多酚含量分析

2.4 不同輔料茶渣發(fā)酵經(jīng)濟(jì)成本分析

以發(fā)酵1 t茶渣進(jìn)行成本計(jì)算，結(jié)果見表1。通過計(jì)算發(fā)酵劑成本、茶渣費(fèi)用、輔料基質(zhì)成本費(fèi)用、人工費(fèi)、產(chǎn)地租賃費(fèi)、水電費(fèi)等方面，得到以麩皮作為輔料基質(zhì)發(fā)酵茶渣的成本為2 590元，稻殼粒作為輔料基質(zhì)發(fā)酵茶渣的成本為3 240元，玉米粉作為輔料基質(zhì)發(fā)酵茶渣的成本為3 610元，豆粕豆餅作為輔料基質(zhì)發(fā)酵茶渣的成本為3 010元，花生秸稈作為輔料基質(zhì)發(fā)酵茶渣的成本為2 820元，燕麥草作為輔料基質(zhì)發(fā)酵茶渣的成本為3 780元，高粱糠作為輔料基質(zhì)發(fā)酵茶渣的成本為3 430元，紅薯渣作為輔料基質(zhì)發(fā)酵茶渣的成本為2 980元。

表1 不同輔料茶渣發(fā)酵經(jīng)濟(jì)成本分析

該成本中除了輔料材料因?yàn)閱蝺r(jià)不同而導(dǎo)致投入費(fèi)用不同，其他成本如發(fā)酵劑、茶渣運(yùn)輸費(fèi)、人工費(fèi)、產(chǎn)地租賃費(fèi)以及水電費(fèi)均為固定統(tǒng)一開支，通過計(jì)算輔料費(fèi)用占總費(fèi)用比例得到輔料成本比重參數(shù)，各處理的輔料費(fèi)用占比均達(dá)到了50%甚至超過50%，說明輔料茶渣飼料發(fā)酵成本核算的主要因子。通過計(jì)算得：在以麩皮為輔料的發(fā)酵中，輔料成本比重最低，為48.65%；輔料成本比重在50%～60%的為絕大數(shù)，如稻殼輔料成本比重為58.95%，豆粕輔料成本比重為55.81%，花生秸稈成本比在那個(gè)為52.84%，紅薯渣成本比重為55.37%；而在輔料成本比重超過60%的少數(shù)，有玉米粉輔料成本比重為63.16%，燕麥草成本比重為64.81，高粱糠成本比重為61.22%。

3 討論與結(jié)論

以往的茶渣生產(chǎn)飼料工藝主要是經(jīng)過復(fù)雜的前處理和簡(jiǎn)單自然發(fā)酵(或青貯)后直接成為動(dòng)物飼料，過程操作復(fù)雜，成本高，且得到的產(chǎn)品雜菌污染嚴(yán)重，動(dòng)物適口性差。本研究通過多菌種聯(lián)合固態(tài)發(fā)酵茶渣生產(chǎn)茶渣飼料，蛋白質(zhì)含量明顯提高，且營(yíng)養(yǎng)更加豐富合理，飼料的適口性好，既能作為全價(jià)飼料，也可以作為飼料添加劑。而固態(tài)發(fā)酵茶渣的關(guān)鍵是發(fā)酵菌株生長(zhǎng)力強(qiáng)，可以充分大量地繁殖，進(jìn)而獲得所需的代謝產(chǎn)物。研究表明：微生物高繁殖的基礎(chǔ)是必須為微生物提供足夠的營(yíng)養(yǎng)成分，使得微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成的潛力得到充分發(fā)揮。固體發(fā)酵的原料一般包括兩大類，發(fā)酵基質(zhì)和輔料，本實(shí)驗(yàn)中發(fā)酵基質(zhì)為茶渣，輔料即為可以改善和提高培養(yǎng)基中碳和氮比例的營(yíng)養(yǎng)填充料。本研究選用麩皮、稻殼粉、玉米粉、豆粕、花生秸稈、燕麥草、高粱糠、紅薯渣共8種輔料，添加到茶渣中進(jìn)行混合菌微生物固體發(fā)酵，得到豆粕發(fā)酵效果最好，發(fā)酵飼料中蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)到29.49%。這主要與豆粕中蛋白質(zhì)含量高、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)易被微生物分解成碳水化合物便于吸收有關(guān)，且發(fā)酵混合菌中含有大量乳桿菌(lactobacillus)和枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)，這兩種菌是豆粕發(fā)酵的優(yōu)選菌。吳勝華等[11]采用枯草芽孢桿菌和植物乳酸菌組合發(fā)酵豆粕后，發(fā)酵產(chǎn)品中的小肽含量可達(dá)12.01%，利于家畜的吸收。有研究表明：利用芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌混合發(fā)酵豆粕可分解破壞豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子[12]，如胰蛋白酶抑制因子、植酸、不良寡糖等，明顯提高了發(fā)酵飼料中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和生物活性因子。但是本產(chǎn)品中是否含有抗?fàn)I養(yǎng)因子，鞣酸等物質(zhì)的濃度多少，對(duì)于牲畜生長(zhǎng)發(fā)育有何影響，均值得進(jìn)一步深入分析。

另外，本研究目的是為茶渣飼料化工藝生產(chǎn)提供技術(shù)支撐，因此著重考慮生產(chǎn)過程中的成本核算和效益分析。通過計(jì)算生產(chǎn)成本和輔料成本比重這兩個(gè)因素，表明該試驗(yàn)的8種輔料基質(zhì)生產(chǎn)中，豆粕添加茶渣發(fā)酵總生產(chǎn)成本適中，其輔料成本比重適宜，適用于產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。

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(責(zé)任編輯 何杰玲)

Optimation of Supplemental Material in Microbial Fermentation of Tea Residue and Its Costs Analysis

HU Gui-ping1, YANG Guang2， OUYANG Xue-ling1

(1.Jiangxi Sericulture and Tea Research Institute, Nanchang 330202, China; 2.Institute of Applied Ecology, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China)

The suitable supplemental material were preferred from bran, rice hull powder, corn flour, bean pulp, peanut straw, wheat straw hood, sorghum bran and sweet potato residue during the tea residue fermentation into fodders, with tea residue acted as fermented raw materials and fermentation by Lactobacillus, Bacillus subtilis, Yeast and Aspergillus. The character of fermented fodder was assessed by the concentration of crude protein, crude fiber and polyphenol, and its production costs and its proportion of supplement material cost were also calculated. The results showed the protein content of the compound with bean pull and tea residue through solid fermentation were revealed the optimum, with the content of 29.49%, and its supplemental material proportion cost were also suitable, with the value of 55.81%. In conclusion, bean pull was the optimal supplemental material during the tea residue fermentation fodder production.

tea residue; solid fermentation; supplemental material

2017-01-09 基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303094-08)

胡桂萍(1985—)，女，博士，主要從事農(nóng)副產(chǎn)品資源化利用研究，E-mail：hugp_2007@163.com。

胡桂萍，楊廣，歐陽雪靈.茶渣發(fā)酵蛋白飼料輔料優(yōu)選及成本分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(5):86-90.

format：HU Gui-ping, YANG Guang, OUYANG Xue-ling.Optimation of Supplemental Material in Microbial Fermentation of Tea Residue and Its Costs Analysis[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(5):86-90.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.05.015

X70

A

1674-8425(2017)05-0086-05