中藥渣制備發(fā)酵飼料生產(chǎn)工藝的研究

孫曉燕，任 杰，葛亞中，劉瑜彬，楊繼國，

(1華南理工大學食品科學與工程學院，廣州 510640；2華南協(xié)同創(chuàng)新研究院，廣東東莞 523808； 3無限極(中國)有限公司，廣州 510640)

中藥渣制備發(fā)酵飼料生產(chǎn)工藝的研究

孫曉燕1，任 杰2，葛亞中3，劉瑜彬3，楊繼國1，2

(1華南理工大學食品科學與工程學院，廣州 510640；2華南協(xié)同創(chuàng)新研究院，廣東東莞 523808；3無限極(中國)有限公司，廣州 510640)

以藥食同源中藥渣為試驗材料，采用現(xiàn)代發(fā)酵技術，將中藥渣轉變?yōu)榭稍陴B(yǎng)殖行業(yè)使用的發(fā)酵飼料，實現(xiàn)中藥渣無害化、資源化再利用。結果表明，中藥渣制備發(fā)酵飼料的最佳工藝條件為外源添加15%～20%蔗糖，按照0.5‰～5‰的接種量(混合菌劑，包括植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和安琪啤酒酵母)，與高濕藥渣攪拌均勻后于常溫下(25～37℃)密閉發(fā)酵2d后即可使用或長期存放。發(fā)酵過程及密閉存放過程中(1～60d)未出現(xiàn)明顯的染霉菌等雜菌的情況。中藥渣經(jīng)過發(fā)酵，降低了粗纖維和灰分含量，同時增加了粗蛋白、各種有機酸等有益成分的含量，可作為發(fā)酵飼料在養(yǎng)殖行業(yè)中部分替代普通飼料。

中藥渣；混合菌種；發(fā)酵飼料；工藝優(yōu)化

受加工目的、提取方法和工藝條件等因素的影響，對中藥成分的提取不夠完全或徹底，造成中藥渣中殘留多種活性成分和營養(yǎng)物質(zhì)。中藥加工企業(yè)產(chǎn)生的中藥渣中至少含有30%的有效成分[1-2]，其功效與原料中藥類似。如果對其進行加工后再利用，不僅可以提高中藥的綜合利用率、節(jié)約中藥資源，還能減少中藥渣對環(huán)境的污染[3]。利用現(xiàn)代發(fā)酵工藝對中藥渣進行發(fā)酵處理，不僅可以降低藥渣纖維素含量，提高藥渣利用率，在發(fā)酵過程中還可以產(chǎn)生低聚寡糖等功能性次級代謝產(chǎn)物[4-5]，而且使中藥渣的利用更加高效、環(huán)保。研究表明，中草藥可以促進畜禽的生長發(fā)育、增強機體健康[6-9]。本項目主要針對中藥生產(chǎn)剩余高濕藥渣，利用經(jīng)反復篩選獲得的優(yōu)良發(fā)酵菌株，進行了中藥渣多種有益微生物發(fā)酵工藝及條件的研究，為資源化利用中藥渣、生產(chǎn)功能性飼料提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

中藥渣由無限極(中國)有限公司提供；碳酸鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鈉、氯化鈉、硫酸鎂、硫酸錳、硫酸銨、鹽酸、蔗糖、葡萄糖等均為分析純試劑；硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、氫氧化鈉、硼酸等為化學純試劑；酵母膏、蛋白胨等為生物試劑；所用水為純凈水(培養(yǎng)基用水除外，為自來水)。

乳酸菌種，廣東省微生物菌種保藏中心，具體包括保加利亞乳桿菌、瑞士乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌。酵母菌為市售安琪酵母商品。

1.2 試驗方法

1.2.1乳酸菌的篩選 從實驗室保藏的乳酸菌類中篩選1～2d可快速發(fā)酵，并能使物料pH快速降低的菌種。在接種量1%條件下，于37℃靜置密閉發(fā)酵高濕藥渣2d后，取樣檢測物料pH。選取pH3.5的菌種，以保證高濕藥渣的防腐性。

1.2.2混合菌種接種量對藥渣的影響 將混合菌劑接種量按照0.5‰、1‰、5‰、10‰和15‰添加，在補加20%白糖后，于28℃下密閉發(fā)酵2d，檢測藥渣中菌落濃度。研究不同接種量對藥渣發(fā)酵的影響，從而為藥渣的防腐和有益微生物的擴繁提供借鑒。

1.2.3不同初始添加糖量對藥渣的影響 初始添加糖量分別按5%、10%、15%、20%、25%和30%，在接種量5‰條件下，于28℃下密閉靜置發(fā)酵2d，檢測藥渣中菌體濃度和pH。主要研究不同初始添加糖量對藥渣發(fā)酵情況的影響，避免藥渣腐敗變質(zhì)。

1.3 檢測指標

(1)細菌總數(shù)檢測方法。按照飼料中細菌總數(shù)的測定GB/T 13093—2006檢測。(2)水分、灰分、粗脂肪、粗蛋白、粗纖維、有機酸的檢測方法。依次按GB/T 6435—2014、GB/T 6438—2007、GB/T 6433—2006、GB/T6432—1994/7.2、GB/T6434—2006、GB 5009.157—2003等國標方法進行檢測。(3)pH由酸度計直接測量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

2 結果與分析

2.1 乳酸菌的篩選

高濕藥渣pH降低的速度越快，其防腐性能越好。實驗發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌的pH均低于3.5(圖1)，可保證高濕藥渣的防腐性。同時，菌種種類多可使發(fā)酵物風味更好，故選取植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌作為發(fā)酵用混合菌劑中的乳酸菌。酵母菌在發(fā)酵飼料中應用廣泛，且其與乳酸菌具有很好的共生性，有助于物料的發(fā)酵和pH的下降。此處未進行酵母菌的篩選，而直接采用廣泛使用、性價比高的安琪酵母作為發(fā)酵劑中的酵母菌，復配乳酸菌成為后續(xù)試驗中的混合菌劑使用。

圖1 乳酸菌發(fā)酵對物料pH的影響

2.2 接種量對藥渣的影響

不同接種量對藥渣中菌體生成的影響較大。接種量≤5‰，藥渣中菌體濃度在9億/g(濕重)以上，且未有顯著性差異；而>5‰的接種量，藥渣中菌體濃度低于6億/g(濕重)(圖2)。分析可能原因是接種量加大后，導致培養(yǎng)基初始pH降低，從而在發(fā)酵初期微生物的發(fā)酵受到抑制，導致最終菌體濃度偏低。

圖2 不同接種量對藥渣的影響

故在考慮生產(chǎn)成本前提下，后期生產(chǎn)可選擇0.5‰～5‰的接種量進行發(fā)酵。這樣發(fā)酵結束后，藥渣最終pH<4.0。且在隨后的10d密閉靜置培養(yǎng)過程中，藥渣皆未出現(xiàn)感官上的腐敗變質(zhì)情況。

2.3 不同初始添加糖量對藥渣的影響

添加糖量為15%～20%時，藥渣中總菌數(shù)達到13億/g左右；高于或低于該添加范圍，菌落濃度減少較快。不同添加糖量對最終藥渣pH的影響不大，除5%補加糖量的最終pH為3.52外，其他組皆低于3.50。在隨后的10d密閉靜置發(fā)酵過程中藥渣未出現(xiàn)感官上的腐敗變質(zhì)情況。故在后續(xù)發(fā)酵試驗中可將補加糖量定在15%～20%(圖3)。

圖3 不同初始添加糖量對藥渣的影響

2.4 藥渣發(fā)酵過程中的pH變化

本部分試驗研究藥渣在發(fā)酵過程中pH的變化情況。在初始添加含糖量15%、接種量5‰的條件下，于28℃下密閉靜置發(fā)酵，探尋發(fā)酵過程中pH的變化趨勢。由圖4可見，在此條件下，藥渣發(fā)酵1d，pH由4.32降至3.41，隨后一直在3.3左右變化。發(fā)酵過程中感官上未見藥渣腐敗變質(zhì)，這預示著利用微生物處理藥渣，可有效防止藥渣的腐敗變質(zhì)情況。

圖4 藥渣pH隨時間變化趨勢圖

2.5 藥渣發(fā)酵過程中蛋白變化情況

本部分試驗主要研究藥渣在發(fā)酵過程中蛋白含量的變化趨勢。在接種量5‰、補加糖量15%的條件下，于28℃密閉靜置發(fā)酵，每天檢測蛋白含量。由圖5可見，藥渣在1d發(fā)酵后，蛋白含量由21.3%上升至22.7%，蛋白量增加了6%；隨后蛋白含量保持在22.4%左右，蛋白含量平均增加了5%。該結果和其他發(fā)酵飼料原料蛋白增加量對比，增加量一般。

圖5 藥渣中蛋白含量隨時間變化趨勢

2.6 發(fā)酵高濕藥渣保藏過程中霉菌生長情況及終點確定

本部分試驗將發(fā)酵好的高濕藥渣密閉靜置于常溫下，定期開蓋檢查表面霉菌生長情況。由表1可知，經(jīng)過乳酸菌和酵母菌的靜置發(fā)酵后，高濕藥渣可較好地、長期地維持狀態(tài)，尤其是在抑制霉菌生長方面，明顯好于未發(fā)酵對照組。分析可知，發(fā)酵好的高濕藥渣在密閉靜置狀態(tài)下其pH保持在3.3左右，低pH抑制了雜菌的生長；且前期增殖的乳酸菌也可產(chǎn)生細菌素抑制雜菌生長。發(fā)酵組在60d時出現(xiàn)的白色菌璞，經(jīng)鏡檢可知，主要為酵母菌、乳酸菌類呈絲狀混雜一起形成的白色菌落。通過上述分析，可以確定藥渣接種菌劑發(fā)酵2d后，且pH<3.5為發(fā)酵終點，此時藥渣可達到長期安全存放。

表1 發(fā)酵高濕藥渣密閉保藏過程中霉菌的生長情況

注：因藥渣經(jīng)過了發(fā)酵，且發(fā)酵菌劑為乳酸菌和酵母菌，其較低的pH可有效抑制雜菌，故本部分試驗未檢測細菌數(shù)，而主要觀察霉菌生成情況

2.7 高濕藥渣發(fā)酵前后主要成分對比

由表2可知，發(fā)酵可有效分解碳水化合物，從而降低了粗纖維和灰分含量。增加的粗蛋白主要由微生物同化合成。該現(xiàn)象符合發(fā)酵飼料的基本特征。

表2 發(fā)酵對高濕藥渣主要成分的影響

3 討論與結論

本試驗確定一條安全、簡易的高濕藥渣發(fā)酵工藝路線，即外源添加15%～20%蔗糖，按照0.5‰～5‰的接種量(混合菌劑，包括植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和安琪啤酒酵母)，與高濕藥渣攪拌均勻后于常溫下(25～37℃)密閉發(fā)酵2d后即可使用或存放。發(fā)酵過程及密閉存放過程中(1～60 d)未出現(xiàn)明顯的染霉菌情況。

目前，全國每年產(chǎn)生中藥渣(含植物提取的廢渣)3 000萬～5 000萬t，主要作為基質(zhì)用于食用菌栽培和植物種子發(fā)芽、生產(chǎn)飼料和有機肥、干燥或高溫裂解氣化作為燃料等方面[10]。由于中藥渣具有粗纖維含量高、不易消化、適口性差等缺點，使其在動物養(yǎng)殖方面的利用受到限制[11]。本實驗以藥食同源中藥渣為試驗材料，采用現(xiàn)代發(fā)酵技術，將中藥渣轉變?yōu)榭稍陴B(yǎng)殖行業(yè)使用的發(fā)酵飼料，以達到中藥渣無害化、資源化再利用的目的。中藥渣經(jīng)過發(fā)酵，降低了粗纖維和灰分含量，同時增加了粗蛋白、各種有機酸等有益成分的含量，可作為發(fā)酵飼料在養(yǎng)殖行業(yè)中部分替代普通飼料?！?/p>

[1]冷桂華.黃芩及其提取藥渣黃芩苷含量的比較[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35(10)：2928-2935.

[2]黃亞非，劉杰，黃際薇，等.HPLC測定黃芪藥渣中黃芪甲苷含量[J].中山大學學報(自然科學版)，2009，48(2)：146-148.

[3]蘇家宜，李華偉，黎智華，等.發(fā)酵中藥渣對斷奶仔豬生長性能和腸黏膜形態(tài)結構的影響[J].天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2016(9)：1454-1459.

[4]Alexander M K.Improving enzymes by using them in organic solvents[J].Nature，2001，409(11)：241-246.

[5]查偉，孔祥峰，譚敏捷，等.飼糧添加脯氨酸對妊娠環(huán)江香豬繁殖性能和血漿生化參數(shù)的影響[J].動物營養(yǎng)學報，2016，28(2)：579-584.

[6]Kong X F，Hu Y L，Rui R，et al.Effects of Chinese herbal medicinal ingredients on peripheral lymphocyte proliferation and serum antibody titer after vaccination in chicken[J]. International Imm unopharmacology，2004，4(7)：975-982.

[7]Chaves A V，Stanford K，Gibso L L，et al.Effects of carvacrol and cinnamaldehyde on intake，rumen ermentation，growth performance，and carcass characteristics of growing lambs[J].Animal Feed Science and Technology，2008，145(1/2/3/4)：396-408.

[8]Benchaar C，Duynisveld J L，Charmley E.Effects of monensin and increasing dose levels of a mixture of essential oil compounds on intake，digestion and growth performance of beef cattle[J].Canadian Journal of Animal Science，2006，86(1)：91-96.

[9]燕富永，印遇龍，孔祥峰，等.刺五加提取物抗仔豬斷奶應激的效用[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2010，43 (21)：4490-4496.

[10]郭義東，何興，馮興，等.中藥渣綜合利用研究進展[J].成都大學學報(自然科學版)，2015，34(2)：125-128.

[11]張壯彪，左浩，溫凱欣，等.中藥渣在主要經(jīng)濟畜禽生產(chǎn)上的應用[J].畜禽業(yè)，2016(4)：22-24.

The Production Technology of Fermented Feed from Traditional Chinese Medicine Residue

SUN Xiao-yan1，REN Jie2，GE Ya-zhong3，LIU Yu-bin3，YANG Ji-guo1，2

(1College of Food Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China；2South China Institute of Collaborative Innovation，Dongwan 523808，China；3Infinitus (China)Company Ltd，Guangzhou 510640，China)

Chinese medicine residue was transformed into fermented feed in aquaculture industry.In the process，aquaculture industry was adopted and it can be realized that harmless of Chinese medicine residue and resource recycling.The results showed that the optimum conditions for the preparation of fermented feed were as follows：added 15%～20% sucrose，0.5‰～5‰ inoculation(mixed strains，including Lactobacillus plantarum，Lactobacillus acidophilus and beer yeast)，mixed with high wet medicine residue，fermented two days under normal temperature(25～27℃)without air.Fermentation process and closed storage process (1～60 days)did not appear obvious mold bacteria and other bacteria.Chinese medicine residue after fermentation，reduced the crude fiber and ash content，while increased the crude protein，a variety of organic acids and other beneficial ingredients.The complex herb-medicine dregs could be used as a fermentation feed which partly replaced ordinary feed in aquaculture industry.

traditional chinese medicine residues；mixed strains；fermented feed；process optimization

孫曉燕(1977— )，女，碩士，研究方向：食品生物化學。

楊繼國(1977— )，男，博士，副研究員，研究方向：食品生物化學。

(責任編輯 唐建敏)