蘋果渣發(fā)酵蛋白飼料工藝條件的篩選試驗(yàn)研究

賀泂杰，崔東安，王 玲，王勝義

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，甘肅蘭州 730050）

蘋果渣是蘋果相關(guān)制品的副產(chǎn)物，國內(nèi)僅有1/4的蘋果渣被用作肥料，其余基本當(dāng)垃圾扔掉，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染（姜心等，2010；喬君毅和張福元，2007；Josh等，2006；司翔宇等，2005；賀克勇等，2004；徐抗震等，2003）。蘋果渣含有豐富的礦物質(zhì)和多種維生素，但蛋白質(zhì)含量極低，運(yùn)用合適的菌種發(fā)酵蘋果渣，其蛋白質(zhì)含量會(huì)明顯增加，成為一種新型飼料——蛋白質(zhì)飼料，可以為畜牧業(yè)養(yǎng)殖提供飼料來源。這不僅解決了蘋果渣污染環(huán)境的問題，同時(shí)緩解了我國蛋白飼料資源缺乏問題，在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要意義（肖雷等，2008；徐抗震等，2003）。將蘋果渣變廢為寶，延長產(chǎn)業(yè)鏈，使蘋果渣應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)迫在眉睫（張德成等，2004）。因此，本研究研究了蘋果渣發(fā)酵工藝，為蘋果渣應(yīng)用于實(shí)踐生產(chǎn)提供實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 發(fā)酵蘋果渣由甘肅省畜牧獸醫(yī)研究所制作：蘋果渣汁，殘?jiān)?，烘干粉碎備用，本試?yàn)制作的蘋果渣主要營養(yǎng)成分如表1，發(fā)酵用菌種如表2所示。

表1 蘋果渣主要營養(yǎng)成分 %

表2 發(fā)酵菌種

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 發(fā)酵蘋果渣工藝單因素變量試驗(yàn)

（1）接種量對蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響。將配置好的菌種（白地霉、酵母、根霉菌、枯草桿菌、綠色木霉混合菌種配比為2∶2∶0.5∶0.5∶1）按質(zhì)量比2%、3%、5%、8%、10%、15%接入100 g干蘋果渣和新鮮蘋果渣發(fā)酵培養(yǎng)基中混勻，31℃培養(yǎng)3 d，65℃烘干，測定其粗蛋白質(zhì)含量。

（2）料水比對蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響。在干蘋果渣發(fā)酵培養(yǎng)基中，料水比分別為10∶5、10∶ 6、10∶ 7、10∶ 8、10∶ 9、10∶ 10均 按10%接種固體組合菌種，發(fā)酵72 h，65℃烘干，測定粗蛋白質(zhì)含量。

（3）發(fā)酵的溫度對蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響。按10%接種固體組合菌種于發(fā)酵培養(yǎng)基中，發(fā)酵溫度分別為 25、27.5、30、31、32.5、35℃，發(fā)酵72 h后65℃烘干，測定粗蛋白質(zhì)含量。

（4）發(fā)酵時(shí)間對蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響。按10%接種固體組合菌種于發(fā)酵培養(yǎng)基中，31℃發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間分別為 24、48、72、96、120 h ；發(fā)酵結(jié)束后65℃烘干，測定粗蛋白質(zhì)含量。

（5）pH對蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響。按10%接種固體組合菌種于發(fā)酵培養(yǎng)基中，發(fā)酵前蘋 果 渣 pH 分 別 調(diào) 至 3、4、5、6、7、8、9、10，發(fā) 酵72 h結(jié)束后65℃烘干，測定粗蛋白質(zhì)含量。

（6）發(fā)酵料層厚度對蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響。按10%接種固體組合菌種于不同厚度層發(fā)酵濕蘋果渣培養(yǎng)基中，31℃發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間72 h；發(fā)酵結(jié)束后65℃烘干，測定粗蛋白質(zhì)含量。

1.2.2 發(fā)酵蘋果渣工藝正交試驗(yàn) 本試驗(yàn)利用SPSS 22.0，以料水比、發(fā)酵溫度、pH因素做正交設(shè)計(jì)，探究其對混菌發(fā)酵干蘋果渣效果的影響，測定粗蛋白質(zhì)含量，見表3。

表3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2 結(jié)果

2.1 菌種接種量對蘋果渣中粗蛋白質(zhì)含量的影響 由表4可知，干蘋果渣中10%的接種量，新鮮蘋果渣2%接種量發(fā)酵蘋果渣產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量最高。

表4 菌種的不同接種量對蘋果渣中粗蛋白質(zhì)含量的影響

2.2 料水比對發(fā)酵蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響 在干蘋果渣培養(yǎng)基中，料水比分別為10∶5、10 ∶ 6、10∶ 7、10∶ 8、10∶ 9、10∶ 10，均按10%接種固體組合菌種，經(jīng)發(fā)酵、烘干和粉碎，測定粗蛋白質(zhì)含量，結(jié)果見表5。

表5 料水比對發(fā)酵蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響 %

2.3 不同發(fā)酵溫度對發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)含量的影響 由表6可知，發(fā)酵溫度31℃時(shí)發(fā)酵樣品中蛋白質(zhì)的含量最高。

表6 發(fā)酵溫度對樣品粗蛋白質(zhì)含量的影響 %

2.4 不同pH對發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)含量的影響由表7可知，發(fā)酵前蘋果渣pH調(diào)至7時(shí)發(fā)酵樣品中蛋白質(zhì)的含量最高。

表7 pH 對樣品粗蛋白質(zhì)含量的影響 %

2.5 發(fā)酵時(shí)間、料層厚度對產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)含量的影響 由表8可知，31℃ 72h發(fā)酵的料層厚度時(shí)，以5 cm為佳，其發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量較高。

表8 發(fā)酵時(shí)間對樣品粗蛋白質(zhì)含量的影響 %

2.6 正交試驗(yàn) 由表9可知，三因素的極差R分別為 0.68，1.14，0.91，可以看出，發(fā)酵溫度對蘋果渣蛋白含量的影響最大，料水比的影響最小。同時(shí)正交設(shè)計(jì)的結(jié)果也顯示，干蘋果渣接種10%濃度固態(tài)菌，在料水比為60%、發(fā)酵溫度為31℃、pH=7的條件下發(fā)酵72 h，蘋果渣發(fā)酵產(chǎn)生的蛋白質(zhì)產(chǎn)物最高。

表9 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 討論

3.1 發(fā)酵溫度對蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響在固體發(fā)酵蘋果渣的過程中通常要注意觀察溫度變化，散熱不方便導(dǎo)致發(fā)酵溫度很難平衡在最佳溫度，在微生物生長周期內(nèi)，固體物料層溫度可超過3℃/cm。本研究在實(shí)驗(yàn)室小樣發(fā)酵中溫度控制在25～35℃，而在中試生產(chǎn)中，發(fā)酵溫度在一定程度上受環(huán)境溫度制約。

3.2 發(fā)酵時(shí)間對發(fā)酵蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響 在實(shí)際生產(chǎn)中，一旦發(fā)酵時(shí)間變短，蛋白質(zhì)含量達(dá)不到理想值，如果發(fā)酵時(shí)間過長則生產(chǎn)周期變長，生產(chǎn)成本變大，且容易生長雜菌。研究發(fā)現(xiàn)，采用黑曲霉為菌種發(fā)酵蘋果渣，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為5 d時(shí)，真蛋白質(zhì)和粗蛋白質(zhì)含量均達(dá)到最高，分別為15%和33%；但隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，蛋白質(zhì)含量有降低趨勢（金海炎等，2022；司翔宇，2006；司翔宇等，2005）。高再興等（2003）采用產(chǎn)朊假絲酵母和黑曲霉發(fā)酵蘋果渣，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間在48 h內(nèi)，蛋白質(zhì)含量與發(fā)酵時(shí)間成正比；當(dāng)超過48 h后，產(chǎn)物的蛋白質(zhì)含量幾乎不增加，甚者還有降低趨勢，這主要是因?yàn)槲⑸镞M(jìn)入到了衰退期，產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量會(huì)由于微生物的自溶而逐漸降低。

3.3 水分對發(fā)酵蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響水是發(fā)酵不可或缺的介質(zhì)，基質(zhì)含水量是決定固態(tài)發(fā)酵能否成功的的主要因素之一（何彩梅等，2020；石思文，2017；王小東，2017；李宏濤等，2012；黃潔等，2001；籍保平和希風(fēng)，1999）。由于蘋果渣的含水量比較大，一般在72%～87%，只需要在開始發(fā)酵時(shí)確定含水量，在發(fā)酵過程中無需加水。本研究曾在試驗(yàn)中用蘋果渣干粉進(jìn)行發(fā)酵，料水比為10∶6.5也能取得較好的發(fā)酵效果。

3.4 料層厚度對發(fā)酵蘋果渣粗蛋白質(zhì)含量的影響 蘋果渣發(fā)酵過程中多數(shù)采用好氧型菌株。因此，在生產(chǎn)中要根據(jù)條件控制發(fā)酵料的厚度，以確保提供暢通的空氣。本研究采用的菌種多屬厭氧菌，研究時(shí)還發(fā)現(xiàn)隨著料層厚度的增加，適當(dāng)延長發(fā)酵時(shí)間，發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量也隨之提高。

4 結(jié)論

綜上所述，蘋果渣發(fā)酵工藝條件為菌種接種量干蘋果渣10%、鮮蘋果渣2%；料水比控制在10∶8；蘋果渣發(fā)酵前pH調(diào)至7；在31℃ 72 h發(fā)酵的料層厚度以5 cm為佳，其發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量較高。