小麥秸稈和白菜尾菜混合發(fā)酵試驗(yàn)

李海玲，惠文森，劉 杰，吳川瑞

（1.西北民族大學(xué) 實(shí)驗(yàn)中心，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030）

尾菜是指蔬菜基地加工廢棄物、農(nóng)田廢棄物、大棚蔬菜生產(chǎn)基地的廢棄物，隨著季節(jié)性蔬菜價(jià)格波動(dòng)造成無法運(yùn)輸?shù)氖２?。業(yè)界一般將蔬菜尾菜分為四級(jí)：一級(jí)尾菜基本是指質(zhì)量好的菜，清洗后可直接食用；二級(jí)尾菜是指經(jīng)過分檢后，能夠直接食用；三級(jí)、四級(jí)則是指已腐爛變質(zhì)的尾菜[1-2]。由于蔬菜的保鮮期短，在生產(chǎn)旺季大量的尾菜無法處理，腐爛后流入農(nóng)民的田地，不僅污染了環(huán)境，而且對(duì)居民的生產(chǎn)生活造成了影響[3]。但是通過“尾菜”制沼氣、制泡菜等仍沒有從根本上解決“尾菜”處理難的問題[4-6]。

秸稈利用問題由來已久，我國秸稈的利用還比較粗放，利用率較低。據(jù)報(bào)道，目前我國直接用作生活燃料的秸稈約占秸稈總量的20%，用作肥料直接還田的秸稈約占秸稈總量的15%，用作飼料的秸稈約占秸稈總量的15%，用作工業(yè)原料的秸稈約占秸稈總量的2%，廢棄或露天焚燒的秸稈約占秸稈總量的33%[7-10]，造成大規(guī)模的浪費(fèi)。據(jù)粗略估計(jì)，2013年中國小麥總產(chǎn)量1.21億t，占全球總產(chǎn)量的17.3%，2013年全國小麥秸稈產(chǎn)量為1.70億t[11]。

本研究針對(duì)小麥秸稈和白菜尾菜的自身理化特性，依據(jù)“揚(yáng)長避短、營養(yǎng)互補(bǔ)”的基本原理，用小麥秸稈和白菜尾菜等進(jìn)行混合發(fā)酵試驗(yàn)。通過調(diào)整小麥秸稈、白菜尾菜、酵母粉和玉米粉的不同添加量進(jìn)行混合發(fā)酵試驗(yàn)，獲得纖維含量低、蛋白和脂肪含量高的產(chǎn)物，作為家畜的飼料。以期對(duì)合理應(yīng)用尾菜、合理利用生物資源，降低環(huán)境污染、增加農(nóng)民收入等有著重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥秸稈、白菜尾菜：蘭州市榆中縣夏官營鎮(zhèn)蔬菜生產(chǎn)基地；酵母菌：安琪酵母股份有限公司；玉米粉：市售；NaOH、HCl、H2SO4、K2SO4、CuSO4·5H2O、（NH4）2SO4、硼酸、乙醇、乙醚、鄰苯二甲酸氫鉀、正辛醇、蔗糖等均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

BAS-124S電子分析天平：德國賽多利斯集團(tuán)；DELTA-320 pH計(jì)：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；DWF-100型電動(dòng)植物粉碎機(jī)：河北省驊縣科研器械廠；QDN-II型全自動(dòng)定氮儀：杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司；SHZ-D（Ⅲ）型循環(huán)水真空泵：河南鞏義市英峪予華儀器廠；DHG-9240A型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；9FFQ-3-320型側(cè)切揉搓粉碎多功能機(jī)：山東曲阜市泰豐機(jī)械設(shè)備有限公司；FD-H2飼料水分儀：寧波北侖區(qū)科誠儀器有限公司；SOJX-4-13箱式電阻爐：西安精大檢測設(shè)備有限公司；YHG-300遠(yuǎn)紅外快速恒溫干燥箱：南京艾賽特科技有限公司；HHS-1電熱恒溫水浴鍋、SXT-06索氏提取器：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 混合發(fā)酵工藝流程及操作要點(diǎn)

秸稈粉碎，白菜尾菜搗碎→加玉米粉及菌懸液→混合→調(diào)節(jié)水含量→容器密封發(fā)酵→測定

小麥秸稈烘干與粉碎：使用電動(dòng)植物粉碎機(jī)粉碎秸稈，過40目篩備用。

加菌懸液：取2 g干酵母加入消毒燒杯中，溶于裝有30 mL 35 ℃蒸餾水的燒杯中活化10 min。在1 000 mL棕色廣口瓶中加入小麥秸稈、白菜、玉米粉。活化完成后，冷卻至室溫，并將此溶液導(dǎo)入發(fā)酵瓶中使其充分混勻并壓實(shí)。

含水量調(diào)節(jié)：發(fā)酵前將各處理組測定含水量，按實(shí)驗(yàn)要求用蒸餾水調(diào)節(jié)含水量至60%。

發(fā)酵：密封發(fā)酵瓶發(fā)酵，在室溫條件下發(fā)酵至規(guī)定時(shí)間后進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)含量測定。

1.3.2 發(fā)酵時(shí)間優(yōu)化

試驗(yàn)原料按照小麥秸稈與白菜尾菜質(zhì)量比7∶3，酵母粉2%，玉米粉5%處理，調(diào)節(jié)含水量至60%，裝入發(fā)酵瓶壓實(shí)密封（材料按照設(shè)計(jì)配方充分裝滿壓實(shí)，塑料封口），室溫（20～25 ℃）條件下分別發(fā)酵0.5 d、1 d、2 d、3 d、7 d、14 d、21 d、28 d，測定pH值和酵母菌數(shù)，探討最佳發(fā)酵pH值和時(shí)間。

1.3.3 配方優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及配方Table 1 Design and formula of the experiment

加入不同量小麥秸稈、白菜尾菜、玉米粉、酵母粉后，在最佳發(fā)酵pH值和時(shí)間條件下進(jìn)行發(fā)酵，對(duì)發(fā)酵前后的粗纖維、粗蛋白、粗脂肪含量進(jìn)行測定，以發(fā)酵后各物質(zhì)含量與發(fā)酵前含量的差值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，比較不同處理?xiàng)l件下發(fā)酵物的營養(yǎng)成分及含量。固定含水量為60%，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及配方見表1。

1.3.4 理化指標(biāo)的檢測

粗蛋白含量：凱氏定氮法[12]；脂肪含量：索氏抽提法[13]；纖維含量：酸堿法粗測定[14]；酸度：pH計(jì)測定[15]；酵母菌數(shù)量采用血球板計(jì)數(shù)法[16]。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)pH值和酵母菌活菌數(shù)的影響

表2 不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)pH值與酵母菌活菌數(shù)量的影響Table 2 Effect of fermentation time on pH and viable yeast number

在小麥秸稈：白菜尾菜為7∶3，酵母添加量2%，玉米粉5%的條件下進(jìn)行發(fā)酵時(shí)間優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。發(fā)酵時(shí)間對(duì)pH值和酵母菌活菌數(shù)的影響見表2。隨著小麥秸稈與白菜尾菜混合發(fā)酵時(shí)間的延長，其pH值呈先降低后升高的趨勢，在發(fā)酵1 d內(nèi)pH值逐漸降低，從6.8降低至6.5。2～28 d內(nèi)，其pH值逐漸升高，從6.6升高至7.0。而酵母細(xì)胞數(shù)量在發(fā)酵2 d之內(nèi)逐漸增長，從5.76×106CFU/g增長至47.42×106CFU/g，3 d之后酵母菌數(shù)量逐漸減少，第21天以后酵母菌未檢出。這是由于在發(fā)酵前期營養(yǎng)成分充足，酵母菌數(shù)量逐漸增加；在發(fā)酵后期，營養(yǎng)成分減少，導(dǎo)致酵母菌數(shù)量下降。因此在pH值6.6，發(fā)酵時(shí)間2 d條件下發(fā)酵效果最佳。因此，在本研究以后的發(fā)酵試驗(yàn)均在pH值6.6、發(fā)酵時(shí)間2 d條件下進(jìn)行。

2.2 試驗(yàn)原料營養(yǎng)物質(zhì)含量

試驗(yàn)原料的營養(yǎng)物質(zhì)含量見表3。由表3可以看出，小麥秸稈與白菜尾菜有一定的粗蛋白、粗脂肪含量，其中小麥秸稈粗纖維含量較高，玉米粉有較高的蛋白質(zhì)和粗脂肪含量，酵母的粗蛋白含量最高，說明原料具有一定的營養(yǎng)價(jià)值，可作為家畜飼料的基質(zhì)。

表3 試驗(yàn)原料營養(yǎng)物質(zhì)含量Table 3 Content of nutrients in raw tested materials

2.3 不同添加物對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

2.3.1 不同小麥秸稈和白菜尾菜添加量對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

在酵母粉和玉米粉的添加量分別固定為2%、5%，室溫、pH值6.6條件下發(fā)酵2 d，不同量的小麥秸稈和白菜尾菜對(duì)各營養(yǎng)物質(zhì)含量變化的影響見表4。由表4可知，A3條件處理的粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗纖維含量均有一定的增加，分別增加0.89%、0.47%、0.31%，發(fā)酵產(chǎn)物主要用于飼料，要求粗蛋白質(zhì)、粗脂肪含量越高越好，因此，綜合而言小麥秸稈和白菜尾菜的添加比例為7∶3時(shí)的發(fā)酵效果最理想。

表4 小麥秸稈和白菜尾菜比例對(duì)發(fā)酵前后營養(yǎng)物質(zhì)含量變化的影響Table 4 Effect of wheat straw and cabbage residues ratio on nutrient content before and after fermentation

2.3.2 不同玉米粉添加量對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物中營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

表5 不同玉米粉添加量對(duì)發(fā)酵前后營養(yǎng)物質(zhì)含量變化的影響Table 5 Effect of corn flour on nutrient content before and after fermentation

在小麥秸稈與白菜尾菜的比例固定為7∶3，酵母粉添加量為2%，室溫、pH值6.6條件下發(fā)酵2 d，不同量的玉米粉對(duì)各營養(yǎng)物質(zhì)含量變化的影響見表5。由表5可知，B3、B4處理的粗蛋白含量高于B1、B2處理；B1處理的粗脂肪含量高于B2、B3處理；除了B1處理外，其他處理的粗纖維含量降低。說明在小麥秸稈、白菜尾菜、酵母粉的添加量固定的情況下，玉米粉的添加量過高會(huì)影響發(fā)酵效果。發(fā)酵產(chǎn)物主要用于飼料，要求粗蛋白質(zhì)、粗脂肪含量越高越好，因此，綜合而言玉米粉添加量為5%處理的發(fā)酵效果最好。

2.3.3 添加不同量酵母粉對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

在小麥秸稈與白菜尾菜的比例固定為7∶3，玉米粉添加量為5%，室溫、pH值6.6條件下發(fā)酵2 d，不同酵母粉添加量對(duì)各營養(yǎng)物質(zhì)含量變化的影響見表6。由表6可知，C2處理下的粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗纖維含量較有大幅度的增加，分別增加0.89%、0.47%、0.31%。發(fā)酵產(chǎn)物主要用于飼料，要求粗蛋白質(zhì)、粗脂肪含量越高越好，綜合而言，在小麥秸稈、白菜尾菜、玉米粉的添加量固定的情況下，酵母粉的添加量為2%時(shí)的發(fā)酵效果最理想。

表6 不同酵母粉添加量對(duì)發(fā)酵前后營養(yǎng)物質(zhì)含量變化的影響Table 6 Effect of yeast powder on nutrients content before and after fermentation

2.4 討論

本試驗(yàn)用高水分、營養(yǎng)豐富、富含礦物元素及維生素的白菜尾菜與低水分、高纖維、適口性差、消化率低的小麥秸稈按一定比例進(jìn)行混合發(fā)酵試驗(yàn)，對(duì)廢棄菜葉和小麥秸稈進(jìn)行綜合利用研究，對(duì)于改善農(nóng)村環(huán)境，變廢為寶，增加農(nóng)民收入具有重要意義。本研究結(jié)果表明，用酵母菌對(duì)小麥秸稈和白菜尾菜進(jìn)行混合發(fā)酵，增加了其粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量，這與秸桿生物發(fā)酵喂豬試驗(yàn)研究結(jié)果相符合[17]。酵母菌對(duì)小麥秸稈與白菜尾菜混合物的發(fā)酵效果隨著發(fā)酵條件的不同而不同，小麥秸稈與白菜尾菜混合比例、玉米粉、酵母粉添加量等都會(huì)影響發(fā)酵效果，玉米粉添加量增大可以使得混合物中可溶性糖類含量上升，有利于酵母菌發(fā)酵秸稈。酵母粉添加過多，會(huì)導(dǎo)致粗蛋白含量下降，主要原因是酵母菌大量繁殖后，造成酵母菌自溶，抑制了酵母菌的生長，不利于發(fā)酵[18-19]。酵母菌發(fā)酵對(duì)混合物粗纖維的作用無規(guī)律，在一定程度上可提高混合物中蛋白質(zhì)的含量。小麥秸稈與白菜尾菜混合，在酵母菌作用下發(fā)酵，在0～1 d之內(nèi)，酵母菌數(shù)量逐漸增加，其pH值逐漸降低，1 d之后，隨著營養(yǎng)物質(zhì)的減少，酵母菌逐漸死亡，酵母菌數(shù)量逐漸減少，其pH值逐漸上升。本試驗(yàn)只是在理論上進(jìn)行了初步研究，對(duì)于生產(chǎn)應(yīng)用和飼養(yǎng)效果有待于進(jìn)一步進(jìn)行研究。

3 結(jié)論

酵母菌發(fā)酵小麥秸稈和白菜尾菜可以在一定范圍內(nèi)提高原料中的粗脂肪和粗蛋白的含量。在室溫、pH值6.6條件下，發(fā)酵2 d效果最理想。各物質(zhì)的添加量不同，會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵物中營養(yǎng)物質(zhì)的含量變化?？傮w來看，在小麥秸稈與白菜尾菜質(zhì)量比為7∶3，玉米粉和酵母粉的添加量分別為5%和2%時(shí)的發(fā)酵效果最理想。在此條件下，可提高發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)和粗脂肪的含量，能夠提高小麥秸桿和白菜尾菜作為飼料的可利用性。

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