葡萄皮渣單細(xì)胞蛋白飼料的研究進(jìn)展

張麗芝，翟羽佳

（銀川能源學(xué)院，寧夏銀川 750021）

葡萄為落葉藤本植物，是世界產(chǎn)量最大、栽培面積最廣的水果之一[1]。2016年，寧夏產(chǎn)區(qū)葡萄種植面積已達(dá)4.07萬(wàn)公頃，其中釀酒葡萄3.6萬(wàn)公頃，占全國(guó)釀酒葡萄種植面積的1/4，隨著寧夏地區(qū)葡萄酒釀造行業(yè)的不斷擴(kuò)大發(fā)展，葡萄皮渣的排出量也日益增加。廢棄的葡萄皮渣約占原果干重的10%，葡萄皮渣主要是葡萄皮、葡萄籽和葡萄梗等組成。70%以上的葡萄廢棄物在部分發(fā)達(dá)國(guó)家都能得到很好的利用，但在我國(guó)它的利用率相對(duì)較低，這是由于葡萄酒加工釀造的季節(jié)性強(qiáng)、生產(chǎn)相對(duì)集中，使得其往往來(lái)不及處理就當(dāng)作廢物丟棄或任意填埋，這不僅污染環(huán)境，而且也是對(duì)資源的極度浪費(fèi)。近幾年，廢棄的葡萄皮渣的綜合利用逐漸被我國(guó)開(kāi)始重視，促使葡萄加工處于可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)之中[2]。

1 單細(xì)胞蛋白的應(yīng)用前景及其飼用價(jià)值的優(yōu)越性

1.1 單細(xì)胞蛋白的應(yīng)用前景

單細(xì)胞蛋白（Single cell protein，SCP），又稱(chēng)微生物蛋白或菌體蛋白，是指酵母菌、真菌、非病性細(xì)菌等單細(xì)胞生物體利用培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在適宜的條件下生長(zhǎng)繁殖，然后經(jīng)過(guò)凈化干燥處理后制成的蛋白[3]。在實(shí)際生產(chǎn)中，單細(xì)胞蛋白主要有以下兩個(gè)方面的應(yīng)用前景:它可以作為生產(chǎn)飼料蛋白的來(lái)源，如廢物豆渣經(jīng)過(guò)產(chǎn)朊假絲酵母和白地霉的混合發(fā)酵后，得到的發(fā)酵豆渣可作反芻動(dòng)物飼料，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和適口性都得到了提高；在食品發(fā)酵和農(nóng)業(yè)及廢棄物處理中作為商業(yè)化的接種體[4]，利用農(nóng)副產(chǎn)品原料來(lái)獲得酵母菌類(lèi)產(chǎn)物，可以供人類(lèi)食用，還有發(fā)達(dá)國(guó)家也在研究以乙醇為原料生產(chǎn)蛋白類(lèi)食品，為開(kāi)發(fā)新型食品提供了重要思路。

1.2 單細(xì)胞蛋白飼用價(jià)值的優(yōu)越性

菌體蛋白的蛋白質(zhì)含量比其他植物性蛋白原料高。例如，玉米的蛋白質(zhì)含量只有8%左右，麩皮蛋白質(zhì)含量為14%～15%，豆粕蛋白質(zhì)含量為43%～46%，而酵母的蛋白質(zhì)約40%，細(xì)菌蛋白質(zhì)含量為50%～80%，均高于大部分的植物性蛋白原料。菌體蛋白飼料除蛋白質(zhì)含量高，氨基酸平衡以外，還含有各種維生素和礦物質(zhì)，如酵母菌含有大量的B族維生素，含有的礦物質(zhì)元素包括鈣、磷、鉀、鐵、鎂、鈉、錳等，此外還含有多種酶和激素，能促進(jìn)機(jī)體對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，提高畜禽生產(chǎn)率[5]。

單細(xì)胞蛋白不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，其在飼料方面的優(yōu)越性還表現(xiàn)在以下4個(gè)方面[6]。（1）微生物的生長(zhǎng)繁殖速度快，細(xì)菌每半個(gè)小時(shí)左右便可以繁殖一代，可大幅提高單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)效率，同時(shí)單細(xì)胞蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，其中粗蛋白含量較高，氨基酸組成齊全，還含有脂類(lèi)、礦物質(zhì)和微量元素、種類(lèi)較多的維生素、碳水化合物、生長(zhǎng)因子以及大量生物活性物質(zhì)等有益的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[7]。（2）用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的原料來(lái)源廣泛，一般的食品加工和農(nóng)產(chǎn)品加工所產(chǎn)生的廢物、廢水、殘次品等都能作為其生產(chǎn)原料。目前國(guó)內(nèi)在該方面的研究大部分集中在利用一些農(nóng)產(chǎn)品加工的下腳料及殘次品，如食品釀造行業(yè)排出的廢渣廢水、農(nóng)作物秸稈、糟粕、玉米芯、棉籽殼、馬鈴薯渣等都被當(dāng)作生產(chǎn)菌體飼料的原料。（3）用于生產(chǎn)菌體飼料的場(chǎng)地小，只要能夠保證適宜的發(fā)酵條件，微生物便可以生長(zhǎng)繁殖，而且可進(jìn)行連續(xù)的工業(yè)化生產(chǎn)，大大地提高了發(fā)酵的成功率。（4）用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，容易誘變和改良，這也成為其被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的一大優(yōu)勢(shì)[8]。

2 葡萄皮渣飼用價(jià)值研究進(jìn)展

廢棄的葡萄皮渣不僅污染環(huán)境，還浪費(fèi)資源。隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，加上日益突出的飼料資源匱乏的問(wèn)題，葡萄皮渣的開(kāi)發(fā)利用也越來(lái)越廣泛。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者經(jīng)過(guò)不斷地嘗試和研究，挖掘葡萄皮渣在飼料應(yīng)用方面的潛力。

2.1 葡萄皮渣的營(yíng)養(yǎng)成分

葡萄皮渣是葡萄加工過(guò)程或葡萄酒生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的下腳料，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，并且集中于葡萄加工過(guò)程或葡萄酒生產(chǎn)過(guò)程，易于收集，葡萄皮渣在飼料上的利用優(yōu)勢(shì)明顯。葡萄渣含有蛋白質(zhì)、粗脂肪、各種氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等。新鮮的紅葡萄渣中含干物質(zhì)（DM）27.30%、粗蛋白質(zhì)（CP）15.50%、粗纖維（CF）31.20%、粗脂肪（EE）7.00%、粗灰分（Ash）5.70%、中性洗滌纖維（NDF）50.70%、酸性洗滌纖維（ADF）36.50%。葡萄籽中含有多種氨基酸，主要為谷氨酸和甘氨酸；葡萄籽油中富含多種脂肪酸，如亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸、亞麻酸等，同時(shí)還含有多種維生素和礦物質(zhì)，如維生素E、K、Ca、P、Mg、Fe、Mn等[9]。值得注意的是，葡萄皮渣中粗蛋白的含量超過(guò)一般的谷實(shí)類(lèi)籽實(shí)，并含有較高的粗脂肪，但其明顯不足是粗纖維含量較高，同時(shí)葡萄皮渣中含有的殘留乙醇、木質(zhì)素、單寧（鞣酸）和果膠等抗?fàn)I養(yǎng)因子，使其在畜禽日糧中的用量受到很大限制。

2.2 葡萄皮渣蛋白飼料的研究現(xiàn)狀

1988年我國(guó)便開(kāi)始對(duì)葡萄皮渣的有效利用進(jìn)行研究，但仍未能形成系統(tǒng)性的研究成果，也未能建立起規(guī)?；a(chǎn)體系，葡萄皮渣的綜合利用率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。中國(guó)科學(xué)院武漢植物所在國(guó)內(nèi)外首次對(duì)葡萄皮渣進(jìn)行三株菌種混合固態(tài)發(fā)酵，使葡萄皮渣變成了雞、鴨、豬的“美味佳肴”[10]，該技術(shù)達(dá)到了國(guó)際的先進(jìn)水平。在國(guó)外，澳大利亞葡萄酒研究所（AWRI）正在研究利用葡萄皮渣來(lái)減少牲畜的甲烷排放量，來(lái)應(yīng)對(duì)全球變暖問(wèn)題[11]。而目前國(guó)內(nèi)對(duì)葡萄皮渣通常有兩種處理方法:（1）作為粗飼料出售，不做加工，但因其含有較多的纖維物質(zhì)和單寧等物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物對(duì)飼料的吸收利用率降低，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低；（2）作為肥料傾倒或掩埋，但容易滋生病菌，污染環(huán)境。目前研究的趨勢(shì)主要是通過(guò)微生物發(fā)酵生產(chǎn)菌體蛋白飼料，通過(guò)微生物發(fā)酵改善其飼用價(jià)值，從而減少不必要的資源浪費(fèi)。如馮昕煒等[12]利用飼料酵母、釀酒酵母的混合菌種為發(fā)酵劑發(fā)酵葡萄皮渣，結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)酵母菌發(fā)酵的葡萄渣營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提高，粗蛋白含量為21.62%±0.60%，中性洗滌纖維含量為53.13%±1.29%，酸性洗滌纖維含量為45.09%±1.08%，鈣含量為0.64%±0.04%，磷含量為0.66%±0.09%。周廣麟等[13]利用復(fù)合酶與酵母菌協(xié)同發(fā)酵葡萄皮渣生產(chǎn)豬飼料，發(fā)酵后產(chǎn)品的粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.42%（干基），低于加酶前4.83%。齊文茂等[14]使用香菇-酵母共生發(fā)酵冰葡渣飼料，利用響應(yīng)面法對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)酵后飼料中粗纖維含量由16.1%降為11.23%。

2.3 葡萄皮渣單細(xì)胞蛋白飼料的應(yīng)用前景

葡萄皮渣因其自身的優(yōu)勢(shì)，在飼料行業(yè)的應(yīng)用具有很廣闊的發(fā)展前景，突出表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:（1）葡萄皮渣來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，是發(fā)酵飼料原料的優(yōu)勢(shì)資源；（2）葡萄皮渣中存在著大量的可利用的營(yíng)養(yǎng)成分，如脂肪、纖維素、蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽等，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可作為微生物培養(yǎng)基的成分，可開(kāi)發(fā)制作生物發(fā)酵飼料，同時(shí)，新鮮的葡萄皮渣顯酸性（pH＜7），較低的pH值也有利于抑制不良微生物的有害發(fā)酵，利于儲(chǔ)存，因此，葡萄皮渣在生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料方面蘊(yùn)含著巨大的經(jīng)濟(jì)效益；（3）若利用微生物發(fā)酵的方法處理葡萄皮廢渣生產(chǎn)蛋白飼料，在提高產(chǎn)物蛋白質(zhì)含量的同時(shí)，產(chǎn)物中還含有大量活性和非活性有益微生物，該方法投資小、見(jiàn)效快、可把發(fā)酵物包括菌體及其代謝產(chǎn)物和底物全部利用，即保留了活性成分又沒(méi)有廢液污染之憂(yōu)，綜合上述，葡萄皮渣單細(xì)胞蛋白飼料的開(kāi)發(fā)依然是今后研究的熱點(diǎn)。

3 結(jié)論

利用葡萄皮渣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料，既可以改善葡萄皮渣的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，又可以變廢為寶，節(jié)約資源。國(guó)內(nèi)對(duì)于葡萄皮渣的飼料化利用已經(jīng)有了一定的研究，葡萄皮渣經(jīng)過(guò)酵母菌和乳酸菌的協(xié)同發(fā)酵的過(guò)程中，可以發(fā)揮酵母菌產(chǎn)蛋白的能力和乳酸菌的益生和抑菌的特性，增加發(fā)酵產(chǎn)物的適口性。此外，葡萄皮渣來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉是發(fā)酵飼料原料的優(yōu)勢(shì)資源，具有很廣闊的發(fā)展前景。