2014年5月18日,廣西科技廳組織專家在南寧對廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所、廣西廣聯(lián)飼料有限公司、江西中德食品工程研究中心共同完成的 “香蕉莖葉青貯飼料加工技術(shù)研究”課題進(jìn)行科技成果鑒定。鑒定委員會聽取了匯報(bào),審閱了相關(guān)材料,經(jīng)質(zhì)詢和討論,形成了如下鑒定意見:
1. 課題提供的資料齊全,數(shù)據(jù)可信,符合鑒定要求。
2. 課題分離、篩選獲得乳酸菌株2株、泡盛曲霉菌株1株、產(chǎn)朊假絲酵母菌1株,并開發(fā)出一種適合香蕉莖葉青貯發(fā)酵的由植物乳酸桿菌菌株、產(chǎn)朊假絲酵母、耐高溫胞外單寧酶組成的混合微生物凍干菌劑。
3. 課題鑒定出的植物乳桿菌1株被中國微生物菌種保藏中心保存,產(chǎn)單寧酶的泡盛曲霉菌株1株已在NCBI(美國國立生物技術(shù)信息中心)獲得新菌種序列。
4. 課題應(yīng)用研發(fā)的混合微生物凍干菌劑進(jìn)行香蕉莖葉青貯飼料的發(fā)酵,粗蛋白由9.22%提高到10.9%、纖維素由15.1%降低到12.6%、單寧由7.27%降低到5.87%。
5. 課題建立香蕉莖葉青貯飼料生產(chǎn)線1條,試制青貯飼料180 t。
6. 課題申請發(fā)明專利2件,編制企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng),發(fā)表論文6篇。
7. 課題在植物乳桿菌和泡盛曲霉菌株的分離、篩選、鑒定等方面具有較大的創(chuàng)新性。
綜上所述,鑒定委員會認(rèn)為該成果居國內(nèi)同類技術(shù)研究領(lǐng)先水平,同意通過鑒定。
1 立項(xiàng)背景和意義
廣西有著豐富的香蕉資源。廣西土地面積寬、勞動力資源豐富、氣候適合香蕉生長。在國家和廣西自治區(qū)政府高度重視之下,香蕉因其投資少、效益高、收益快等特點(diǎn)發(fā)展迅速。2009年廣西香蕉種植總面積約為70 666 hm2,總產(chǎn)量達(dá)到210萬t,約占世界香蕉產(chǎn)量的2.2%,占國內(nèi)產(chǎn)量的21.8%,國內(nèi)市場占有率約18%,種植面積和產(chǎn)量在國內(nèi)居第二位,僅次于廣東。香蕉產(chǎn)業(yè)已成為廣西繼蔗糖產(chǎn)業(yè)后的農(nóng)業(yè)新支柱,與糧食、糖蔗、木薯、桑蠶、柑橘、葡萄、油茶、羅非魚、奶水牛一起被列為廣西10大農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。
香蕉的莖葉是香蕉生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品。廣西年產(chǎn)香蕉210萬t,莖葉桿等副產(chǎn)物量高達(dá)245-315萬t。長期以來這些莖葉、果軸等產(chǎn)物往往被作為廢棄物處理,不僅污染環(huán)境,也造成了很大的浪費(fèi)。研究發(fā)現(xiàn),香蕉果軸中含有大量的纖維素和半纖維素,香蕉莖葉中含有蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等營養(yǎng)物質(zhì),如香蕉莖葉干物質(zhì)中含有23.7%的粗纖維,6.4%的粗蛋白,0.8%的粗脂肪和56%的無氮浸出物。與其他農(nóng)作物秸稈相比,其無氮浸出物含量豐富,粗纖維含量低,營養(yǎng)價(jià)值和能量高,可作為優(yōu)質(zhì)的飼料資源。如將香蕉莖稈加工成青貯飼料,僅廣西就可年產(chǎn)青貯飼料60萬t。
我國的國情決定了國內(nèi)糧食供應(yīng)主要立足于自給,而人口的增加和基本耕地面積的相對減少給國家糧食安全帶來了隱患。因此如能以香蕉莖葉等副產(chǎn)物為原料,開發(fā)成優(yōu)質(zhì)的青貯飼料,發(fā)展“節(jié)糧型”畜牧業(yè),可節(jié)省大量糧食,大大緩解“人畜爭糧”和“豬牛爭料”的矛盾,對我國糧食安全有重要意義。
青貯飼料作為草食家畜飼料,對充分利用農(nóng)作物資源,促進(jìn)畜牧業(yè)的科學(xué)發(fā)展,擴(kuò)大飼料資源、降低飼料成本,循環(huán)發(fā)展農(nóng)牧業(yè),減少環(huán)境污染,提高農(nóng)民增收等一系列國計(jì)民生都有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。隨著中國畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的進(jìn)程加快,傳統(tǒng)青貯飼料的方式和數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代畜牧業(yè)的需求。因此,突破傳統(tǒng)模式,利用香蕉莖葉等副產(chǎn)物開發(fā)新的青貯飼料生產(chǎn)工藝,有助于打破我國畜牧業(yè)發(fā)展制約瓶頸,促進(jìn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
本項(xiàng)目以香蕉莖葉等副產(chǎn)物為研究對象,開發(fā)出優(yōu)質(zhì)的香蕉莖葉青貯飼料。項(xiàng)目符合國家農(nóng)業(yè)部制訂的《全國農(nóng)村及農(nóng)業(yè)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃》中提出的“在優(yōu)勢開發(fā)區(qū)域,大力發(fā)展糧食、經(jīng)濟(jì)作物、畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品及其副產(chǎn)品的精深加工與循環(huán)利用,提高產(chǎn)品科技含量和附加值”,以及《中國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展十一五規(guī)劃綱要》中提出“提高農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新和轉(zhuǎn)化能力,加快農(nóng)作物和畜禽水產(chǎn)良種繁育、飼料飼養(yǎng)、疫病防治、資源節(jié)約、污染治理等技術(shù)的研發(fā)和推廣”,和《廣西壯族自治區(qū)中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》“畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖專項(xiàng)”中提出的“研究開發(fā)粗飼料資源高效利用技術(shù)”。項(xiàng)目符合國家發(fā)展“節(jié)糧型”畜牧業(yè)和對農(nóng)產(chǎn)品副產(chǎn)品進(jìn)行精深加工的政策,也是對自治區(qū)政府相關(guān)規(guī)劃的貫徹實(shí)施。項(xiàng)目對提升廣西地區(qū)香蕉副產(chǎn)品資源加工利用水平,充分利用香蕉資源,節(jié)約糧食資源,減少環(huán)境污染,延長產(chǎn)業(yè)鏈,對廣大農(nóng)戶增收,提高農(nóng)村經(jīng)濟(jì),解決廣西地區(qū)“三農(nóng)”問題有重要意義。
2 應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)原理
2.1 應(yīng)用領(lǐng)域
項(xiàng)目以香蕉莖葉等副產(chǎn)物為研究對象,開發(fā)出優(yōu)質(zhì)的香蕉莖葉青貯飼料,緊抓住國家農(nóng)業(yè)部提出的“在優(yōu)勢開發(fā)區(qū)域,大力發(fā)展糧食、經(jīng)濟(jì)作物、畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品及其副產(chǎn)品的精深加工與循環(huán)利用,提高產(chǎn)品科技含量和附加值”文件精神,圍繞廣西區(qū)特色水果副產(chǎn)物的精深加工與循環(huán)利用領(lǐng)域,開展香蕉莖葉青貯飼料的相關(guān)加工技術(shù)研究,開發(fā)低值高效的替代飼料產(chǎn)品,既有效地利用了廣西區(qū)特色水果副產(chǎn)物資源,又符合國家發(fā)展“節(jié)糧型”畜牧業(yè)和對農(nóng)產(chǎn)品副產(chǎn)品進(jìn)行精深加工的政策,又對提升廣西地區(qū)香蕉副產(chǎn)品資源加工利用水平,充分利用香蕉資源,節(jié)約糧食資源,減少環(huán)境污染,延長產(chǎn)業(yè)鏈,對廣大農(nóng)戶增收,提高農(nóng)村經(jīng)濟(jì),解決廣西地區(qū)“三農(nóng)”問題有重要意義。
2.2 技術(shù)原理
香蕉生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生大量的莖葉、果軸,其富含蛋白質(zhì)、纖維素和維生素等營養(yǎng)成分,是一種優(yōu)質(zhì)的青貯飼料原料。目前廣西區(qū)內(nèi)飼料缺口巨大,低價(jià)高質(zhì)量的飼料替代品成為養(yǎng)殖業(yè)追求的目標(biāo),如以香蕉莖葉青貯飼料替代30%-50%反芻動物青鮮飼料,即可為農(nóng)戶節(jié)約大量養(yǎng)殖成本。項(xiàng)目利用香蕉莖葉、果軸為原料,利用微生物純培養(yǎng)技術(shù)與分子生物學(xué)技術(shù)結(jié)合,分離、篩選出性能優(yōu)良的高產(chǎn)乳酸的乳酸菌和高產(chǎn)蛋白的酵母菌菌株,并將其應(yīng)用在香蕉莖葉青貯飼料生產(chǎn)的固態(tài)復(fù)合發(fā)酵研究中,提高其乳酸和蛋白含量,并結(jié)合單寧酶除去香蕉莖葉中的單寧,開發(fā)出優(yōu)質(zhì)的香蕉莖葉青貯飼料??沙浞掷孟憬顿Y源,提高廣西地區(qū)香蕉產(chǎn)業(yè)加工利用水平。
2.3 課題實(shí)施成效和技術(shù)亮點(diǎn)
① 針對香蕉莖葉青貯特性,篩選獲得高效菌株7株
根據(jù)香蕉莖葉高纖維素、高含水量、低蛋白及高含單寧酸的特點(diǎn),利用微生物純培養(yǎng)技術(shù),從植物發(fā)酵混合物中分離篩選得到菌株7株,其中高產(chǎn)乳酸的菌株4株,為乳酸球菌1株,乳酸桿菌3株;高效降解單寧酸的細(xì)菌1株,為肉毒梭狀芽孢桿菌;高效降解單寧酸的真菌菌株2株,為黑曲霉和泡盛曲霉各1株;從3株產(chǎn)朊假絲酵母菌中篩選出適用于香蕉莖葉青貯發(fā)酵的菌株1株。其中高效降解單寧酸的真菌菌株經(jīng)分子生物學(xué)方法鑒定為泡盛曲霉Aspergillus awamori,并已在NCBI申請新菌種序列,GenBank菌種序列號:JQ728449。
② 針對廣西氣候條件,提取高溫穩(wěn)定性胞外單寧酶
項(xiàng)目篩選獲得的高產(chǎn)單寧酶的泡盛曲霉,其所產(chǎn)胞外單寧酶耐高溫性能優(yōu)越,90℃保溫1h仍能保持88%的酶活,其熱穩(wěn)定性良優(yōu)于目前研究報(bào)道的大部分單寧酶,尤其適合應(yīng)用于廣西濕熱氣候條件下香蕉莖葉的青貯。
③ 構(gòu)建多菌種混合發(fā)酵的香蕉莖葉青貯飼料生產(chǎn)模式,開發(fā)優(yōu)質(zhì)青貯飼料產(chǎn)品
采用微生物混合發(fā)酵的方式對香蕉莖葉進(jìn)行青貯,以植物乳酸桿菌發(fā)酵降低pH并提高適口性,以產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵提高粗蛋白含量,以泡盛曲霉的胞外單寧酶降低單寧含量, 經(jīng)混合發(fā)酵制得的香蕉莖葉青貯料具有良好的酸香味、顏色亮、質(zhì)地柔軟,香蕉莖葉飼料中粗纖維含量及單寧含量分別降低了21.22%和19.9%,粗蛋白含量提高了38.33%,且混合發(fā)酵方式將香蕉莖葉的青貯周期從以往的60天縮短至30天,有效地提高了香蕉莖葉青貯飼料發(fā)酵效率。
④ 研究青貯條件逐級放大的技術(shù)條件,進(jìn)行中試生產(chǎn)
首次將參數(shù)控制和函數(shù)集解應(yīng)用到香蕉莖葉青貯條件逐級放大的技術(shù)條件研究中,針對青貯等級擴(kuò)大后,發(fā)酵菌對營養(yǎng)物質(zhì)和水分更加嚴(yán)格的要求,及物料量大,發(fā)酵過程中容易影響菌絲正常生長,造成發(fā)酵夾心等現(xiàn)象,采取逐級放大、逐步優(yōu)化的原則,確立了香蕉莖葉青貯中試生產(chǎn)最佳工藝流程。同時(shí)不同級別的放大工藝,可同時(shí)滿足農(nóng)戶簡單的小批量制備和工廠產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需求,為香蕉莖葉青貯飼料的進(jìn)一步推廣奠定基礎(chǔ)。
⑤ 開發(fā)香蕉莖葉青貯的微生物復(fù)合凍干菌劑
應(yīng)用項(xiàng)目研究成果,首次開發(fā)出一種適合香蕉莖葉青貯發(fā)酵的包含植物乳酸桿菌菌株、產(chǎn)朊假絲酵母、耐高溫胞外單寧酶的混合微生物凍干菌劑,凍干菌劑在菌體活力、保質(zhì)期及發(fā)酵效果等方面遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)菌劑,且操作簡單,直接以水溶解各部分培養(yǎng)基和菌劑,常溫下復(fù)活后即可用于香蕉莖葉青貯飼料制備,便于推廣,適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及向農(nóng)戶推廣,為國內(nèi)首創(chuàng),現(xiàn)已申請國家發(fā)明專利(專利申請?zhí)枺?01210403751.9,201310584256.7)。
⑥ 建立中試生產(chǎn),進(jìn)一步推廣和應(yīng)用項(xiàng)目成果
項(xiàng)目研究成果分別在廣西廣聯(lián)飼料有限公司、江西正邦養(yǎng)殖有限集團(tuán)、廣西咪咩波爾山羊有限公司、邕寧區(qū)新江鎮(zhèn)屯亮村進(jìn)行成果推廣示范,開展青貯飼料對動物的養(yǎng)殖試驗(yàn),試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用香蕉莖葉青貯發(fā)酵飼料替代部分普通飼料,在節(jié)省大量養(yǎng)殖成本的基礎(chǔ)上,還可有效降低牲畜感病率,減少抗生素使用量,提高養(yǎng)殖動物肉質(zhì)品質(zhì),項(xiàng)目實(shí)施期間共為應(yīng)用單位累計(jì)增效創(chuàng)收941.88萬元。
4 成果的創(chuàng)造性、先進(jìn)性
此項(xiàng)技術(shù)的完成標(biāo)志著香蕉莖葉青貯飼料的研究進(jìn)一步系統(tǒng)和完善,從適合香蕉莖葉青貯菌種的篩選、發(fā)酵工藝及參數(shù)的優(yōu)化到青貯發(fā)酵的中試生產(chǎn),項(xiàng)目研究涵蓋了理論基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究及擴(kuò)大化生產(chǎn)試驗(yàn),在相關(guān)領(lǐng)域具有一定的技術(shù)領(lǐng)先與創(chuàng)造性:
(1)項(xiàng)目首次獲得適合香蕉莖葉青貯的植物乳桿菌1株,已被中國微生物菌種保藏中心保存(菌種保藏號:CGMCC 8635),該菌株高產(chǎn)乳酸且耐酸性和耐高溫性能優(yōu)越,能有效提升香蕉莖葉青貯品質(zhì)。
(2)項(xiàng)目首次獲得高產(chǎn)單寧酶的泡盛曲霉菌株1株,并在NCBI申請新菌種序列,GenBank菌種序列號:JQ728449,該菌株其所產(chǎn)胞外單寧酶耐高溫性能優(yōu)越,高溫下能長時(shí)間保持較高的酶活,尤其適合于應(yīng)用到廣西濕熱氣候條件下香蕉莖葉的青貯中。
(3)項(xiàng)目首次將多微生物固態(tài)混合發(fā)酵的方式應(yīng)用到香蕉莖葉青貯飼料的生產(chǎn)中,研究開發(fā)了一套應(yīng)用植物乳酸桿菌、產(chǎn)朊假絲酵母以及泡盛曲霉胞外單寧酶進(jìn)行固態(tài)混合發(fā)酵的香蕉莖葉青貯技術(shù),該技術(shù)能有效解決香蕉莖葉高纖維素、高含水量、低蛋白及高含單寧酸的問題,為香蕉莖葉飼料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)支撐。
(4)應(yīng)用本項(xiàng)目開發(fā)的香蕉莖葉微生物固態(tài)混合發(fā)酵青貯技術(shù),首次將香蕉莖葉的青貯周期從以往的60天縮短至30天,且香蕉莖葉飼料中粗纖維含量及單寧含量分別降低了21.22%和19.9%,粗蛋白含量提高了38.33%,有效地提高了香蕉莖葉青貯飼料發(fā)酵效率,解決了普通青貯方式生產(chǎn)的飼料高纖維、低蛋白、高單寧的低營養(yǎng)品質(zhì)及較差適口性的大問題。
(5)首次開發(fā)出一種適合香蕉莖葉青貯發(fā)酵的包含植物乳酸桿菌菌株、產(chǎn)朊假絲酵母、耐高溫胞外單寧酶的混合微生物凍干菌劑,凍干菌劑在菌體活力、保質(zhì)期及發(fā)酵效果等方面遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)菌劑,且操作簡單,便于推廣,為國內(nèi)首創(chuàng),已申請國家發(fā)明專利(專利申請?zhí)枺?01210403751.9,201310584256.7)。
(6)首次將參數(shù)控制和函數(shù)集解應(yīng)用到香蕉莖葉青貯條件逐級放大的技術(shù)條件研究中,確立了香蕉莖葉青貯中試生產(chǎn)最佳工藝流程,通過建立2項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和獲批編制的地方標(biāo)準(zhǔn)《香蕉莖葉青貯飼料技術(shù)規(guī)范》,不同級別工藝標(biāo)準(zhǔn)可同時(shí)滿足農(nóng)戶家庭小量制備和工廠產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需求,不同級別工藝標(biāo)準(zhǔn)首次在區(qū)內(nèi)推廣應(yīng)用,共為應(yīng)用單位累計(jì)增效創(chuàng)收941.88萬元,效益顯著。
(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院供稿,2014-06-24)