■喬家運(yùn)王文杰 馮占雨

(1.天津市畜牧研究所，天津 300381；2.動(dòng)科知網(wǎng)，北京 100193)

白酒糟的粗纖維含量很高，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比較差，很少能在生豬飼料中使用。因此，開展微生物發(fā)酵白酒糟發(fā)酵過程分析，提高其利用價(jià)值，增加在豬飼料中的用量，具有重要的理論和實(shí)際意義。有研究表明，將酒糟進(jìn)行微生物發(fā)酵后，能增加蛋白質(zhì)含量，降低粗纖維含量。在前期的研究中，采用呼吸膜袋裝發(fā)酵技術(shù)，以白酒糟為主要原料，添加30%～60%的麥麩為輔料，生產(chǎn)出了一種適合于飼養(yǎng)生豬的生物飼料，在配合飼料中添加10%，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行了適度推廣應(yīng)用。在前期實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的小袋（每包物料不超過500 g）發(fā)酵試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)發(fā)酵進(jìn)程的影響極大。在小袋中，物料之間幾乎沒有溫度差，環(huán)境溫度即為物料溫度。環(huán)境溫度低于20℃，發(fā)酵速度很慢。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，我們發(fā)現(xiàn)即使在環(huán)境空氣溫度小于15℃的情況下，只要有簡(jiǎn)單的保溫措施就可以確保發(fā)酵順利進(jìn)行。為了能給實(shí)際生產(chǎn)提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)，在本研究中，課題組還是按照實(shí)際生產(chǎn)的要求進(jìn)行大包裝發(fā)酵試驗(yàn)，分析利用白酒糟生產(chǎn)豬用微生物發(fā)酵飼料的發(fā)酵過程和關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，以便為后期的生產(chǎn)推廣奠定清晰的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 原材料與主要設(shè)備

白酒糟：大曲酒糟，北京紅星股份有限公司（贈(zèng)送）；

微生物發(fā)酵飼料生產(chǎn)菌種：面包酵母（安琪酵母，食品級(jí)）；嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophi?lus，中國科學(xué)院微生物研究所菌種保藏中心，編號(hào)：CGMCC1.1855）；

豆粕：東海糧油集團(tuán)有限公司，“四海”牌；紅糖：嘉興古鄉(xiāng)紅糖食品科技有限公司，“古鄉(xiāng)”牌；

甜菜糖蜜：北京銀天使國際貿(mào)易有限公司，含糖量約46%，可用作微生物發(fā)酵原料；

葡萄糖：濟(jì)南德佳化工有限公司，食品級(jí)，“西王”牌；

麥麩：北京同力興科農(nóng)業(yè)科技有限公司；

混合機(jī)：常州永乾機(jī)械設(shè)備廠定制（間歇式，每批次最大處理量為300 kg）；

封口機(jī)：北京瑞明興包裝機(jī)械科技有限公司（SF-600型）；

發(fā)酵袋：北京晟亞育達(dá)生物科技有限公司（15 cm×20 cm）；

溫度傳感器：北京昆侖中大工控技術(shù)發(fā)展有限公司。

1.2 酵母菌的活化培養(yǎng)

準(zhǔn)備60 kg清水，補(bǔ)充40 kg的90℃熱水，加入20 kg紅糖，攪拌10 min，使紅糖完全溶解，測(cè)量糖液的溫度為35℃。然后加入500 g活性干酵母（食品級(jí)安琪活性干酵母粉），浸泡30 min，再攪拌3 min，靜置存放待用。

1.3 嗜熱鏈球菌的培養(yǎng)

稱取20 kg無抗生素牛奶，加入40 kg清水，再補(bǔ)加1 000 g蔗糖和1 000 g甜菜糖蜜，攪拌溶解，分裝到500 ml三角瓶中（裝液量為500 ml/瓶，瓶口用棉塞封口，外包牛皮紙），在115～120℃條件下消毒20 min。然后在室溫下冷卻到40℃以下時(shí)，在超凈工作臺(tái)上接種嗜熱鏈球菌（Streptococ?cus thermophilusCGMCC1.1855）種子液，接種比為2.0%（每瓶單獨(dú)接種），用棉塞封口，外包牛皮紙。在40℃靜息厭氧培養(yǎng)36 h，活菌含量達(dá)到109cfu/ml以上，可以作為成熟的嗜熱鏈球菌培養(yǎng)液使用。

1.4 混合接種

我們?cè)O(shè)計(jì)了以下4組試驗(yàn)。輔料主要選用麥麩，麥麩和酒糟總和占發(fā)酵飼料總量的95%。另外再加3.0%的豆粕（粉碎過20目篩）和2.0%的糖蜜。各物料之間的比例參見表1。

表1 發(fā)酵物料的組成比例

每個(gè)處理的物料總量（不含接種的菌液）都是250 kg。

采用混合機(jī)接種，一個(gè)處理進(jìn)行1個(gè)批次的混合接種操作。攪拌混合3 min以后，再依次加入10 L酵母活化液和500 ml的嗜熱鏈球菌培養(yǎng)液。然后再把混合以后的物料分裝在帶有呼吸閥的包裝袋中，每包20 kg，熱合封口。分組堆放在庫房中，一個(gè)處理一堆，上面均覆蓋不透水的帆布。每組各有12包，分列成二列，每列6包，疊放。

1.5 溫度測(cè)定與記錄

溫度傳感器的探頭夾在第三個(gè)與第四個(gè)發(fā)酵袋之間（從下往上數(shù)），指示表有傳感導(dǎo)線延伸到帆布外。

剛開始發(fā)酵的72 h內(nèi)，每隔6 h記錄1次溫度指示值。發(fā)酵72 h以后，每隔12 h記錄1次溫度指示值。

1.6 取樣

混合接種后，每個(gè)處理組各取樣1 000 g。發(fā)酵24 h以后再次取樣，以后每隔24 h取樣一次。

在發(fā)酵過程中取樣：每個(gè)處理組各取1包，在包裝袋的四個(gè)角，均按45°角剪開10 cm左右的斜邊，在每個(gè)角各取樣250 g左右。同時(shí)在發(fā)酵包裝袋的中心位置，剪開一個(gè)邊長(zhǎng)為10 cm的正方形，取樣1 000 g左右。一個(gè)發(fā)酵包裝一共取樣2 000 g左右，放在同一個(gè)封口袋中，上下左右各翻動(dòng)3次。然后儲(chǔ)存在-4℃的冰柜中，待測(cè)。

發(fā)酵袋中剩余的物料全部轉(zhuǎn)移到另一個(gè)新的發(fā)酵袋中，熱合封口，放回原來的位置，并蓋好帆布，但是這包減重后的物料以后不再用作取樣分析。

1.7 主要測(cè)定分析指標(biāo)

水分：GB/T 6435—1986；

粗纖維：GB/T 6434—1994，ANKOM220纖維分析儀；

總能：ISO 9831：1988，1281-EF能量測(cè)定儀；

乳酸菌和屎腸球菌總量：MRS瓊脂培養(yǎng)基，厭氧滾管單菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定乳酸菌和屎腸球菌總數(shù)；

酵母菌數(shù)量：MCA瓊脂培養(yǎng)基，平皿單菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定總菌數(shù)；

芽孢桿菌數(shù)量：馬鈴薯瓊脂培養(yǎng)基，平皿單菌落計(jì)數(shù)測(cè)定芽孢菌總數(shù)；

粗蛋白：GB/T 6432—1994；粗灰分：GB/T 6438—2007；

乳酸含量：試劑盒檢測(cè)（南京建成生物工程研究所研制）。

2 結(jié)果與分析

2.1 營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)

發(fā)酵216 h（9 d）以后，水分、纖維和粗蛋白含量基本不發(fā)生變化，總能的變化下降了10%左右（見表2、表3）。

表3 發(fā)酵212 h以后物料中的水分、粗蛋白質(zhì)、粗纖維和總能的分析值

本試驗(yàn)接種的酵母菌和嗜熱鏈球菌只能利用可溶性比較好的營(yíng)養(yǎng)組分進(jìn)行生長(zhǎng)代謝。酵母菌首先利用物料體系中殘留的氧氣進(jìn)行有氧呼吸，待氧氣耗竭以后，進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生二氧化碳和酒精，為乳酸菌的生長(zhǎng)代謝提供了必要的厭氧環(huán)境。

嗜熱鏈球菌是同型乳酸發(fā)酵細(xì)菌，發(fā)酵1個(gè)六碳糖分子可以產(chǎn)生2個(gè)分子的乳酸。當(dāng)可代謝糖耗竭以后，乳酸的合成也基本停止了。這些微生物很難利用粗纖維，也很難利用難溶解于水的粗蛋白質(zhì)。

2.2 物料溫度和微生物指標(biāo)的變化

在前期的小包袋裝發(fā)酵試驗(yàn)中，每包的裝料量只有400 g左右，物料的溫度與周圍空氣溫度基本一樣，基本不存在梯度差異。發(fā)酵進(jìn)程受環(huán)境溫度的影響極大，環(huán)境溫度低于20℃，發(fā)酵速度極慢，發(fā)酵時(shí)間往往要延續(xù)2個(gè)月。但是實(shí)際生產(chǎn)中，大包裝堆料發(fā)酵條件下，環(huán)境溫度高于15℃就可以啟動(dòng)發(fā)酵。而發(fā)酵一旦啟動(dòng)，物料的溫度就會(huì)迅速上升。只要環(huán)境溫度有5 h高于20℃，整個(gè)發(fā)酵過程就能順利進(jìn)行，經(jīng)過5～7 d，發(fā)酵就能基本成熟。

在大袋中，發(fā)酵啟動(dòng)以后，物料的散熱速度遠(yuǎn)沒有產(chǎn)熱速度快，物料溫度（特別是中心溫度）很快就會(huì)高于周圍環(huán)境的空氣溫度。特別是在發(fā)酵高峰期，物料的溫度很容易達(dá)到40℃。

圖1 發(fā)酵溫度隨時(shí)間的變化

測(cè)得的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵的前期，物料溫度升高很快。在第60 h，第一組物料的測(cè)定溫度接近35.0℃。隨著物料水分含量的增加，高溫期來到的時(shí)間越延后。在第84 h左右，第四組測(cè)定的溫度為36.4℃，這幾乎是發(fā)酵物料表面的最高溫度。根據(jù)前期的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)推斷，在發(fā)酵產(chǎn)熱高峰期，發(fā)酵袋中物料的中心溫度要比表面溫度高5℃左右（物料表面距離中心位點(diǎn)為3 cm左右）。由此可以推斷，物料發(fā)酵的最高溫度在40℃以上。發(fā)酵進(jìn)行到66 h以后，第一組物料的溫度開始緩慢地下降。發(fā)酵進(jìn)行到第96 h以后，第四組物料的溫度也開始緩慢下降。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，物料的水分越高，到達(dá)高溫的時(shí)間越延后。這似乎與微生物的代謝活力受水分活度影響相矛盾。但是，從物料前期24 h的溫度變化發(fā)現(xiàn)，這主要是由于環(huán)境空氣的影響所致。在接種完成時(shí)，發(fā)酵庫房的環(huán)境溫度只有15℃，物料水分越大，升溫所需要的能量也越大，所以就出現(xiàn)了第四組的物料溫度上升得比前幾組慢的情況。

對(duì)照酵母菌數(shù)量，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵進(jìn)行到第72 h，酵母菌的數(shù)量基本達(dá)到高峰，以后基本不再增加，到120 h以后開始下降（剛接種時(shí)，物料中酵母菌的起始濃度為4×106cfu/g左右。）

圖2 酵母數(shù)量隨發(fā)酵時(shí)間的變化

整個(gè)體系的發(fā)熱主要靠酵母菌的生長(zhǎng)代謝。在前期發(fā)酵的72 h，有部分酵母菌進(jìn)行了有氧代謝（菌體的數(shù)量有增加），這是發(fā)熱的主要原因。后期主要是厭氧發(fā)酵（糖酵解過程），發(fā)熱量有所減少，同時(shí)物料體系中的可代謝糖也已經(jīng)快消耗完了。

圖3 乳酸菌數(shù)量隨發(fā)酵時(shí)間的變化

對(duì)照乳酸菌的數(shù)量和乳酸的產(chǎn)量，在開始的24 h內(nèi)，乳酸菌的數(shù)量幾乎沒有變化，第24 h以后，乳酸菌的數(shù)量開始快速增加，經(jīng)過72 h以后，整個(gè)體系的主發(fā)酵階段（升溫階段）已經(jīng)基本完成，乳酸菌的數(shù)量有緩慢增加，到第96 h達(dá)到最大值，以后開始緩慢下降。

乳酸的產(chǎn)量在開始發(fā)酵的4 d內(nèi)與乳酸菌的數(shù)量變化基本同步。但是在發(fā)酵后期（96 h以后），雖然乳酸菌的數(shù)量在下降，但是乳酸的產(chǎn)量還是有緩慢提升。

同時(shí)，試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，隨著水分含量的增加，乳酸的產(chǎn)量也在顯著增加。酵母菌和乳酸菌的數(shù)量也是隨著水分的增加而增加。這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵基本一致，水分越大，菌的活度也越大，代謝力也越強(qiáng)。

雖然水分越大發(fā)酵越充分，代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量也越高，但是實(shí)際使用效果并不是活菌越多越好，也不是乳酸產(chǎn)量越高越好。在添加量達(dá)到一定限度以后，再多也無用，在有些情況下甚至?xí)鹭?fù)面作用。

在本試驗(yàn)中，接種時(shí)物料中就含有大量的活性乳酸菌和酵母菌，這些活菌的數(shù)量遠(yuǎn)大于實(shí)際啟動(dòng)發(fā)酵所需要的基礎(chǔ)量。但是對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)而言，我們還是建議采用大接種量，大比例接種有利于縮短發(fā)酵周期，同時(shí)還有利于抑制雜菌污染，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)論

采用附加呼吸閥的袋裝式發(fā)酵工藝大比例處理白酒糟生產(chǎn)豬用微生物發(fā)酵飼料在技術(shù)上是可行的，可以獲得質(zhì)量穩(wěn)定的發(fā)酵飼料產(chǎn)品。這種生產(chǎn)工藝對(duì)設(shè)備投資和操作要求都不高，很適合在我國廣大農(nóng)村推廣應(yīng)用。

（參考文獻(xiàn)若干篇，刊略，需者可函索）