固態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)植物糟渣類飼料的研究進(jìn)展

刁 歡，朱夢(mèng)情

（安徽新華學(xué)院藥學(xué)院，安徽合肥 230088）

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，尤其是近年來(lái)隨著科技的不斷進(jìn)步，我國(guó)在農(nóng)作物再加工產(chǎn)量大幅提高的同時(shí)產(chǎn)生了大量下腳料資源，諸如酒糟、醋渣、餅粕等。這些資源并沒(méi)有得到充分利用和妥善處理，既造成了浪費(fèi)又污染了環(huán)境。與此同時(shí)，蛋白質(zhì)飼料資源嚴(yán)重短缺，嚴(yán)重影響了我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)和飼料工業(yè)的發(fā)展（梁海軍等，2014）。采用微生物固態(tài)發(fā)酵技術(shù)，以植物糟渣類原料生產(chǎn)發(fā)酵飼料，可以降低其纖維素含量、抗?fàn)I養(yǎng)因子、提高蛋白質(zhì)含量，能夠增加其飼用消化率、吸收率、降低毒性，而且在發(fā)酵過(guò)程可產(chǎn)生出能夠增強(qiáng)動(dòng)物免疫力、促進(jìn)新陳代謝的物質(zhì)，如抗生素、維生素、有機(jī)酸等（葉丙奎，2009）。發(fā)酵飼料具有適口性好、消化率高、可提高動(dòng)物機(jī)體免疫力、無(wú)農(nóng)藥殘留等優(yōu)點(diǎn)，因此備受關(guān)注（劉華南等，2015）。

1 固態(tài)發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展

固態(tài)發(fā)酵是指一類使用不溶性固體基質(zhì)進(jìn)行微生物發(fā)酵的過(guò)程，包括將固態(tài)懸浮在液體中的深層發(fā)酵和在沒(méi)有游離水的濕固體材料上進(jìn)行微生物發(fā)酵（葛龍等，2010）。同液態(tài)發(fā)酵技術(shù)相比，固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基簡(jiǎn)單、原料取材范圍廣；發(fā)酵過(guò)程中無(wú)菌要求較液態(tài)發(fā)酵低；水分活度低，基質(zhì)水不溶性高，微生物易生長(zhǎng)，酶活力高，酶系豐富；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、耗能低、易操作；后處理簡(jiǎn)便，基本無(wú)廢水排放對(duì)環(huán)境污染較小（葛龍等，2010）。

1.1 固態(tài)發(fā)酵設(shè)備工藝 目前，應(yīng)用于固態(tài)發(fā)酵生物反應(yīng)器種類繁多，大致包括轉(zhuǎn)鼓式發(fā)酵器、旋轉(zhuǎn)圓盤式發(fā)酵機(jī)、攪拌式發(fā)酵反應(yīng)器、壓力脈沖固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器、滾筒式固體發(fā)酵機(jī)等幾種不同形式的固態(tài)發(fā)酵設(shè)備（李浪等，2011）。在固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)過(guò)程中所選用的發(fā)酵設(shè)備主要有盤式、攪拌式和轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器。其中，盤式發(fā)酵機(jī)屬于靜態(tài)發(fā)酵設(shè)備，是最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最普遍的一種固態(tài)發(fā)酵設(shè)備，使用時(shí)可通過(guò)增減托盤數(shù)來(lái)控制投料量，但體積大、散熱慢、操作費(fèi)力；轉(zhuǎn)鼓式發(fā)酵器屬于動(dòng)態(tài)發(fā)酵設(shè)備，可充分滿足通風(fēng)和控溫調(diào)節(jié)，但在生產(chǎn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)基質(zhì)聚結(jié)成塊的現(xiàn)象，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)快時(shí)還會(huì)對(duì)菌絲的生長(zhǎng)造成不良影響；攪拌式發(fā)酵反應(yīng)器的原理是利用機(jī)械攪拌，使空氣和基質(zhì)能夠充分混合，為微生物的生長(zhǎng)繁殖、發(fā)酵提供充足的氧氣，其實(shí)用性能好、適應(yīng)性強(qiáng)，有通用型發(fā)酵罐之稱，但機(jī)械攪拌產(chǎn)生的剪切力易對(duì)耐剪切力差的菌體造成損傷，影響菌體的生長(zhǎng)和代謝（沈桂宇，2015）。

1.2 發(fā)酵過(guò)程控制參數(shù) 固態(tài)發(fā)酵與深層液態(tài)發(fā)酵不同，它的發(fā)酵過(guò)程更接近于自然狀態(tài)，最顯著特征是發(fā)酵過(guò)程的不均勻性以及發(fā)酵基質(zhì)水分活度極低。發(fā)酵過(guò)程中，菌體的生長(zhǎng)、物質(zhì)在固、液、氣三相之間的傳遞不均勻，使得在固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)過(guò)程中的參數(shù)檢測(cè)、控制都較為困難。目前，在固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)中可以檢測(cè)或調(diào)控的參數(shù)主要有：培養(yǎng)基的含水量、CO2的含量、pH、溫度和溶氧等（嚴(yán)勇，2010）。

2 糟渣類飼料廢物利用的研究進(jìn)展

2.1 發(fā)酵原料的應(yīng)用 糟渣類產(chǎn)品主要包括在發(fā)酵工業(yè)中產(chǎn)生的酒糟、醋渣，同時(shí)也包括工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的茶渣、馬鈴薯渣、餅粕副產(chǎn)物以及一些取出果肉后剩余的外皮，如柑桔皮、蘋(píng)果皮等。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物產(chǎn)量大且品種豐富，故經(jīng)加工后產(chǎn)生的糟渣類副產(chǎn)品同樣數(shù)量巨大、種類繁多。這類物質(zhì)不僅具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而且還含有豐富的膳食纖維，可作為飼料資源（謝普軍等，2014；Ibrahimet等，2012；Leiet等，2012）。 但是，此類產(chǎn)品也存在理化性質(zhì)差異大、含有毒素、水分和纖維素含量高等問(wèn)題，直接用作飼料使用適口性差、消化率低，而且易發(fā)霉變質(zhì)，不易貯存（劉策等，2013）。因此，應(yīng)尋求適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)拓寬其利用途徑。張軒等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)固態(tài)發(fā)酵對(duì)于降低糟渣類產(chǎn)品中纖維素類以及降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量具有顯著效果。

2.1.1 酒糟 酒糟是指釀酒過(guò)程中產(chǎn)生的殘?jiān)?，常?jiàn)的利用方式有鮮酒糟飼料、青貯酒糟飼料、烘干飼料、烘干脫殼飼料、生產(chǎn)粗酶制劑、用作飼料添加劑和發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料等。王曉力（2013）研究表明，利用酒糟為原料生產(chǎn)高蛋白飼料是提高酒糟綜合利用率的重要途徑之一。徐建等（2012）報(bào)道指出，酒糟具有豐富營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，富含蛋白質(zhì)、脂肪、鈣、磷等常見(jiàn)營(yíng)養(yǎng)成分，還含有酵母及大量活性因子等。盡管酒糟的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，但在釀酒過(guò)程加入了稻殼等疏松物質(zhì)，導(dǎo)致酒糟中的粗纖維含量大，作為飼料直接飼喂動(dòng)物可能會(huì)使動(dòng)物出現(xiàn)便秘、流產(chǎn)等不適狀況；除此之外，未經(jīng)處理的酒糟中還含有大量酒精，長(zhǎng)期飼喂會(huì)導(dǎo)致慢性酒精中毒（吳道義等，2012）。因此，通過(guò)固態(tài)發(fā)酵法對(duì)酒糟進(jìn)行發(fā)酵，成為近年來(lái)酒糟利用研究的主要趨勢(shì)。利用酒糟作為發(fā)酵原料通過(guò)固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)飼料不僅變廢為寶、生產(chǎn)成本低，而且適口性好，具有良好發(fā)展前景。

喬家運(yùn)等（2013）以40%的比例添加固態(tài)發(fā)酵后的白酒糟到麥麩中，混合后再以10%的比例添加到育肥豬日糧中，與對(duì)照組相比試驗(yàn)組具有增重快、瘦肉率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)；魏來(lái)（2015）研究表明，在動(dòng)物體外消化條件下，經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后的白酒糟干物質(zhì)消化率、蛋白質(zhì)消化率、粗纖維消化率分別都比鮮白酒糟至少提高11個(gè)百分點(diǎn)。

2.1.2 茶渣 鄭淑娟（2009）研究表明，全球多個(gè)國(guó)家有種植和消費(fèi)茶葉的習(xí)慣。在我國(guó)，茶文化來(lái)源久遠(yuǎn)，茶產(chǎn)業(yè)己經(jīng)成為我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一（王志嵐等，2009）。我國(guó)茶葉資源豐富，茶葉深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展繁榮，諸如茶飲料廠、茶葉提取物生產(chǎn)廠以及速溶茶廠等，而在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量茶葉殘?jiān)ǜ抵久竦龋?011）。這些茶渣若得不到合理利用，是資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且處理不當(dāng)還會(huì)造成環(huán)境污染。據(jù)研究表明，茶渣中含有粗蛋白質(zhì)、粗纖維、茶多酚、咖啡堿等多種成分，茶渣中的幾種主要成分的含量見(jiàn)表1（單圣曄，2010）。

表1 茶渣中幾種主要成分的含量

李煜（2015）研究表明，茶渣中特有的營(yíng)養(yǎng)成分，可用于動(dòng)物生產(chǎn)，且無(wú)毒副作用，還能有效調(diào)節(jié)動(dòng)物機(jī)體生理功能，也符合環(huán)保需要。然而，不經(jīng)處理的茶渣中的粗纖維含量較高，直接作為飼料喂食動(dòng)物不利于吸收。經(jīng)微生物發(fā)酵能提高飼料利用率，使動(dòng)物育肥期提前，所以可通過(guò)固態(tài)發(fā)酵的方式來(lái)降低茶渣中纖維素類物質(zhì)含量、提高蛋白質(zhì)含量，以此提高其適口性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，使動(dòng)物采食后更易消化、吸收。倪星虹（2011）研究表明，茶渣經(jīng)混菌發(fā)酵組蛋白質(zhì)含量比未經(jīng)過(guò)發(fā)酵組蛋白質(zhì)含量提高了60.78%。由此可見(jiàn)，利用微生物固態(tài)發(fā)酵法將茶渣制成發(fā)酵飼料，可以提高茶葉資源廢棄物利用率、豐富飼料資源、減少環(huán)境污染、提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.3 柑桔皮渣 隨著人們對(duì)柑桔類果汁、罐頭等產(chǎn)品需求量的不斷增加，生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生大量柑桔皮渣。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，柑桔即食與經(jīng)深加工所產(chǎn)生下腳料的柑桔皮重量約占柑桔總產(chǎn)量的五成。國(guó)外對(duì)桔皮渣的處理主要是通過(guò)利用提取設(shè)備對(duì)其香精油、a-1-8-萜二烯、黃酮類、果膠等物質(zhì)進(jìn)行提取，并將剩余部分經(jīng)烘干粉碎作飼料添加劑或者加入工程菌通過(guò)發(fā)酵后生產(chǎn)工業(yè)用乙醇 （李群，2010）。但是，目前我國(guó)僅有將柑桔皮渣制成中藥陳皮生產(chǎn)工藝，絕大多數(shù)的柑桔皮渣被當(dāng)成垃圾處理，不但污染環(huán)境而且還造成資源浪費(fèi)，因此，應(yīng)尋求新型柑桔皮渣的綜合利用途徑，從根本上解決這些問(wèn)題。

柑桔皮渣中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，可直接粉碎成柑桔皮粉添加到畜禽日糧中作為營(yíng)養(yǎng)性飼料添加劑使用，且因其含有揮發(fā)油、黃酮類等藥物成分，在飼料中可用作抗氧化劑。其中以黃烷酮的抗氧化作用為主，較傳統(tǒng)抗氧化劑如叔丁基對(duì)苯酚更加安全可靠；作為著色劑，柑桔中還富含黃色素，將柑桔皮粉添加到畜禽日糧中，可以改善畜禽產(chǎn)品的色澤；柑桔皮渣雖富含碳水化合物、脂肪、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分，但其味苦，直接喂食的適口性差，而且其中的蛋白質(zhì)含量較低，畜禽的消化吸收率不高，因此，通過(guò)微生物固態(tài)發(fā)酵將其制成發(fā)酵飼料，既能提高其中的蛋白質(zhì)含量，也能提高動(dòng)物的消化率和吸收率 （郭育銘等，2009；殷鐘意等，2009）。王帥（2014）研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵柑橘皮渣可以提高仔豬生產(chǎn)性能，并能促進(jìn)仔豬腸絨毛的生長(zhǎng)發(fā)育，提高其消化吸收能力；程錦（2016）研究表明，經(jīng)黑曲霉和酵母菌混菌發(fā)酵后的柑桔皮渣中粗蛋白質(zhì)含量較發(fā)酵前提高了33.93%。

2.1.4 油茶籽粕 油茶是世界四大木本食用油源樹(shù)種之一（王建楓等，2015）。我國(guó)共有油茶林面積約302萬(wàn)公頃，年消耗油茶籽量約106.55萬(wàn)t，年產(chǎn)茶油量約26.25萬(wàn)t；油茶籽粕是油茶籽經(jīng)榨油過(guò)后產(chǎn)生的下腳料，年產(chǎn)茶籽粕量約68.39萬(wàn)t（王斌等，2011）。油茶籽粕中不但含有茶皂素和單寧等抗?fàn)I養(yǎng)因子，而且味苦，故一般不直接作為飼料使用。然而，油茶籽粕營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，是一種潛在的飼料資源，極具開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，油茶籽粕中幾種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量見(jiàn)表2（任仙娥等，2012）。

表2 油茶籽粕中幾種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量

衛(wèi)洋洋（2013）研究表明，經(jīng)脫毒后的油茶籽粕的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值可以與優(yōu)質(zhì)米糠相媲美，同時(shí)所含有的生物活性成分如茶多酚、茶籽多糖等對(duì)動(dòng)物的消化吸收、免疫調(diào)節(jié)都具有一定的作用，并且經(jīng)發(fā)酵后的油茶籽粕用于飼喂奶牛能夠顯著改善奶牛的瘤胃內(nèi)環(huán)境，提高飼料消化吸收率，提高奶牛產(chǎn)奶量。周浩宇等（2010）通過(guò)混菌發(fā)酵發(fā)酵油茶籽粕使發(fā)酵后的油茶籽粕中茶皂素含量降低15.20%，粗纖維含量降低7.56%，粗蛋白質(zhì)含量提高8.65%。

2.2 菌種應(yīng)用現(xiàn)狀 江成英等（2015）報(bào)道指出，發(fā)酵飼料能降低纖維素含量、提高蛋白質(zhì)含量，促進(jìn)飼喂動(dòng)物消化吸收，且發(fā)酵效率與菌種的選擇和發(fā)酵條件息息相關(guān)。葛若梅等（2010）研究表明，用于飼料發(fā)酵生產(chǎn)的微生物需具備以下特征：能充分吸收與利用基質(zhì)中碳源、氮源等能源物質(zhì)；能夠快速生長(zhǎng)繁殖，以縮短發(fā)酵周期；無(wú)毒性及致病性；菌種生產(chǎn)性能穩(wěn)定。目前，在固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中多采用混菌進(jìn)行發(fā)酵，這樣可以使不同微生物菌種間進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，更好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期發(fā)酵目的、得到預(yù)期發(fā)酵產(chǎn)物。我國(guó)規(guī)定的可用于飼用微生物菌種大致有16種，其中包括11種乳酸菌、2種芽抱桿菌、2種酵母菌和1種光合細(xì)菌。目前，飼料工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中用于發(fā)酵飼料的常用菌種主要有：放線菌、芽孢桿菌、酵母菌和霉菌（趙志偉等，2012），選用不同的發(fā)酵菌種會(huì)產(chǎn)生不同的發(fā)酵效果。近年來(lái)農(nóng)副產(chǎn)品采用的固態(tài)發(fā)酵菌種應(yīng)用見(jiàn)表3。

表3 近幾年來(lái)農(nóng)副產(chǎn)品的固態(tài)發(fā)酵菌種應(yīng)用舉例

由此可見(jiàn)，在制作植物性發(fā)酵飼料中常將黑曲霉、酵母菌用以生產(chǎn)蛋白飼料；將木霉和芽孢桿菌等用以降解纖維、改善適口性；將熱帶假絲酵母、枯草芽孢桿菌、乳酸菌等用以降解抗?fàn)I養(yǎng)因子以達(dá)到脫毒的目的，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)或提高這些植物資源副產(chǎn)物的飼用價(jià)值。

3 應(yīng)用前景與展望

養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，飼料供給短缺，以大量的植物糟渣為原料，利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)發(fā)酵飼料，既能夠增加飼料的供給，又能充分利用資源，變廢為寶，降低環(huán)境污染，同時(shí)還能夠提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的飼料主要是蛋白質(zhì)飼料，添加到傳統(tǒng)飼料可補(bǔ)充蛋白資源。未來(lái)可以擴(kuò)大發(fā)酵原料取材范圍的研究，如餐飲廢料、中草藥藥渣、芒果廢渣等；可以發(fā)酵出更多適合于水產(chǎn)類生物飼料，如魚(yú)、蝦等（Jian 等，2013）。 因此，固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)植物糟渣類飼料的發(fā)展空間大、發(fā)展?jié)摿ψ?，具有廣闊開(kāi)發(fā)途徑。