利用白酒糟固态发酵生产猪用生物饲料的过程分析

■乔家运王文杰 冯占雨

(1.天津市畜牧研究所，天津 300381；2.动科知网，北京 100193)

白酒糟的粗纤维含量很高，营养价值比较差，很少能在生猪饲料中使用。因此，开展微生物发酵白酒糟发酵过程分析，提高其利用价值，增加在猪饲料中的用量，具有重要的理论和实际意义。有研究表明，将酒糟进行微生物发酵后，能增加蛋白质含量，降低粗纤维含量。在前期的研究中，采用呼吸膜袋装发酵技术，以白酒糟为主要原料，添加30%～60%的麦麸为辅料，生产出了一种适合于饲养生猪的生物饲料，在配合饲料中添加10%，可以取得较好的经济效益和社会效益，并在实际生产中进行了适度推广应用。在前期实验室进行的小袋（每包物料不超过500 g）发酵试验中，发现温度对发酵进程的影响极大。在小袋中，物料之间几乎没有温度差，环境温度即为物料温度。环境温度低于20℃，发酵速度很慢。但是在实际生产中，我们发现即使在环境空气温度小于15℃的情况下，只要有简单的保温措施就可以确保发酵顺利进行。为了能给实际生产提供有价值的参考数据，在本研究中，课题组还是按照实际生产的要求进行大包装发酵试验，分析利用白酒糟生产猪用微生物发酵饲料的发酵过程和关键质量指标，以便为后期的生产推广奠定清晰的理论基础。

1 材料与方法

1.1 原材料与主要设备

白酒糟：大曲酒糟，北京红星股份有限公司（赠送）；

微生物发酵饲料生产菌种：面包酵母（安琪酵母，食品级）；嗜热链球菌（Streptococcus thermophi⁃lus，中国科学院微生物研究所菌种保藏中心，编号：CGMCC1.1855）；

豆粕：东海粮油集团有限公司，“四海”牌；红糖：嘉兴古乡红糖食品科技有限公司，“古乡”牌；

甜菜糖蜜：北京银天使国际贸易有限公司，含糖量约46%，可用作微生物发酵原料；

葡萄糖：济南德佳化工有限公司，食品级，“西王”牌；

麦麸：北京同力兴科农业科技有限公司；

混合机：常州永乾机械设备厂定制（间歇式，每批次最大处理量为300 kg）；

封口机：北京瑞明兴包装机械科技有限公司（SF-600型）；

发酵袋：北京晟亚育达生物科技有限公司（15 cm×20 cm）；

温度传感器：北京昆仑中大工控技术发展有限公司。

1.2 酵母菌的活化培养

准备60 kg清水，补充40 kg的90℃热水，加入20 kg红糖，搅拌10 min，使红糖完全溶解，测量糖液的温度为35℃。然后加入500 g活性干酵母（食品级安琪活性干酵母粉），浸泡30 min，再搅拌3 min，静置存放待用。

1.3 嗜热链球菌的培养

称取20 kg无抗生素牛奶，加入40 kg清水，再补加1 000 g蔗糖和1 000 g甜菜糖蜜，搅拌溶解，分装到500 ml三角瓶中（装液量为500 ml/瓶，瓶口用棉塞封口，外包牛皮纸），在115～120℃条件下消毒20 min。然后在室温下冷却到40℃以下时，在超净工作台上接种嗜热链球菌（Streptococ⁃cus thermophilusCGMCC1.1855）种子液，接种比为2.0%（每瓶单独接种），用棉塞封口，外包牛皮纸。在40℃静息厌氧培养36 h，活菌含量达到109cfu/ml以上，可以作为成熟的嗜热链球菌培养液使用。

1.4 混合接种

我们设计了以下4组试验。辅料主要选用麦麸，麦麸和酒糟总和占发酵饲料总量的95%。另外再加3.0%的豆粕（粉碎过20目筛）和2.0%的糖蜜。各物料之间的比例参见表1。

表1 发酵物料的组成比例

每个处理的物料总量（不含接种的菌液）都是250 kg。

采用混合机接种，一个处理进行1个批次的混合接种操作。搅拌混合3 min以后，再依次加入10 L酵母活化液和500 ml的嗜热链球菌培养液。然后再把混合以后的物料分装在带有呼吸阀的包装袋中，每包20 kg，热合封口。分组堆放在库房中，一个处理一堆，上面均覆盖不透水的帆布。每组各有12包，分列成二列，每列6包，叠放。

1.5 温度测定与记录

温度传感器的探头夹在第三个与第四个发酵袋之间（从下往上数），指示表有传感导线延伸到帆布外。

刚开始发酵的72 h内，每隔6 h记录1次温度指示值。发酵72 h以后，每隔12 h记录1次温度指示值。

1.6 取样

混合接种后，每个处理组各取样1 000 g。发酵24 h以后再次取样，以后每隔24 h取样一次。

在发酵过程中取样：每个处理组各取1包，在包装袋的四个角，均按45°角剪开10 cm左右的斜边，在每个角各取样250 g左右。同时在发酵包装袋的中心位置，剪开一个边长为10 cm的正方形，取样1 000 g左右。一个发酵包装一共取样2 000 g左右，放在同一个封口袋中，上下左右各翻动3次。然后储存在-4℃的冰柜中，待测。

发酵袋中剩余的物料全部转移到另一个新的发酵袋中，热合封口，放回原来的位置，并盖好帆布，但是这包减重后的物料以后不再用作取样分析。

1.7 主要测定分析指标

水分：GB/T 6435—1986；

粗纤维：GB/T 6434—1994，ANKOM220纤维分析仪；

总能：ISO 9831：1988，1281-EF能量测定仪；

乳酸菌和屎肠球菌总量：MRS琼脂培养基，厌氧滚管单菌落计数法测定乳酸菌和屎肠球菌总数；

酵母菌数量：MCA琼脂培养基，平皿单菌落计数法测定总菌数；

芽孢杆菌数量：马铃薯琼脂培养基，平皿单菌落计数测定芽孢菌总数；

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

乳酸含量：试剂盒检测（南京建成生物工程研究所研制）。

2 结果与分析

2.1 营养指标

发酵216 h（9 d）以后，水分、纤维和粗蛋白含量基本不发生变化，总能的变化下降了10%左右（见表2、表3）。

表3 发酵212 h以后物料中的水分、粗蛋白质、粗纤维和总能的分析值

本试验接种的酵母菌和嗜热链球菌只能利用可溶性比较好的营养组分进行生长代谢。酵母菌首先利用物料体系中残留的氧气进行有氧呼吸，待氧气耗竭以后，进行厌氧发酵，产生二氧化碳和酒精，为乳酸菌的生长代谢提供了必要的厌氧环境。

嗜热链球菌是同型乳酸发酵细菌，发酵1个六碳糖分子可以产生2个分子的乳酸。当可代谢糖耗竭以后，乳酸的合成也基本停止了。这些微生物很难利用粗纤维，也很难利用难溶解于水的粗蛋白质。

2.2 物料温度和微生物指标的变化

在前期的小包袋装发酵试验中，每包的装料量只有400 g左右，物料的温度与周围空气温度基本一样，基本不存在梯度差异。发酵进程受环境温度的影响极大，环境温度低于20℃，发酵速度极慢，发酵时间往往要延续2个月。但是实际生产中，大包装堆料发酵条件下，环境温度高于15℃就可以启动发酵。而发酵一旦启动，物料的温度就会迅速上升。只要环境温度有5 h高于20℃，整个发酵过程就能顺利进行，经过5～7 d，发酵就能基本成熟。

在大袋中，发酵启动以后，物料的散热速度远没有产热速度快，物料温度（特别是中心温度）很快就会高于周围环境的空气温度。特别是在发酵高峰期，物料的温度很容易达到40℃。

图1 发酵温度随时间的变化

测得的结果发现，在发酵的前期，物料温度升高很快。在第60 h，第一组物料的测定温度接近35.0℃。随着物料水分含量的增加，高温期来到的时间越延后。在第84 h左右，第四组测定的温度为36.4℃，这几乎是发酵物料表面的最高温度。根据前期的生产经验推断，在发酵产热高峰期，发酵袋中物料的中心温度要比表面温度高5℃左右（物料表面距离中心位点为3 cm左右）。由此可以推断，物料发酵的最高温度在40℃以上。发酵进行到66 h以后，第一组物料的温度开始缓慢地下降。发酵进行到第96 h以后，第四组物料的温度也开始缓慢下降。

试验发现，物料的水分越高，到达高温的时间越延后。这似乎与微生物的代谢活力受水分活度影响相矛盾。但是，从物料前期24 h的温度变化发现，这主要是由于环境空气的影响所致。在接种完成时，发酵库房的环境温度只有15℃，物料水分越大，升温所需要的能量也越大，所以就出现了第四组的物料温度上升得比前几组慢的情况。

对照酵母菌数量，发现在发酵进行到第72 h，酵母菌的数量基本达到高峰，以后基本不再增加，到120 h以后开始下降（刚接种时，物料中酵母菌的起始浓度为4×106cfu/g左右。）

图2 酵母数量随发酵时间的变化

整个体系的发热主要靠酵母菌的生长代谢。在前期发酵的72 h，有部分酵母菌进行了有氧代谢（菌体的数量有增加），这是发热的主要原因。后期主要是厌氧发酵（糖酵解过程），发热量有所减少，同时物料体系中的可代谢糖也已经快消耗完了。

图3 乳酸菌数量随发酵时间的变化

对照乳酸菌的数量和乳酸的产量，在开始的24 h内，乳酸菌的数量几乎没有变化，第24 h以后，乳酸菌的数量开始快速增加，经过72 h以后，整个体系的主发酵阶段（升温阶段）已经基本完成，乳酸菌的数量有缓慢增加，到第96 h达到最大值，以后开始缓慢下降。

乳酸的产量在开始发酵的4 d内与乳酸菌的数量变化基本同步。但是在发酵后期（96 h以后），虽然乳酸菌的数量在下降，但是乳酸的产量还是有缓慢提升。

同时，试验分析发现，随着水分含量的增加，乳酸的产量也在显著增加。酵母菌和乳酸菌的数量也是随着水分的增加而增加。这一点与传统的固态发酵基本一致，水分越大，菌的活度也越大，代谢力也越强。

虽然水分越大发酵越充分，代谢产物的产量也越高，但是实际使用效果并不是活菌越多越好，也不是乳酸产量越高越好。在添加量达到一定限度以后，再多也无用，在有些情况下甚至会起负面作用。

在本试验中，接种时物料中就含有大量的活性乳酸菌和酵母菌，这些活菌的数量远大于实际启动发酵所需要的基础量。但是对于实际生产而言，我们还是建议采用大接种量，大比例接种有利于缩短发酵周期，同时还有利于抑制杂菌污染，确保产品质量。

3 结论

采用附加呼吸阀的袋装式发酵工艺大比例处理白酒糟生产猪用微生物发酵饲料在技术上是可行的，可以获得质量稳定的发酵饲料产品。这种生产工艺对设备投资和操作要求都不高，很适合在我国广大农村推广应用。

（参考文献若干篇，刊略，需者可函索）