向日葵花盘、秸秆发酵生产生物蛋白饲料工艺的研究

■田亚红 王巍杰 王之爽

(河北联合大学生命科学学院，河北唐山 063000)

我国向日葵总产量在180～200万吨[1]，与此同时，产生大量的副产物向日葵花盘、秸秆等，其少部分直接用于禽畜饲料，但由于其粗纤维含量较高，动物消化吸收率低，适口性差。如能有效地利用这些资源，将其转化为可利用的生物蛋白饲料，不仅可以减少向日葵花盘、秸秆等废弃物对环境的污染，而且能提高饲料的适口性、消化率和利用率，降低饲料成本，具有重要的研究意义。

本文探索了向日葵花盘、秸秆微生物发酵生产生物蛋白饲料的工艺，以期对向日葵花盘、秸秆蛋白饲料化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料

将向日葵花盘、秸秆清洗、晾干，混合粉碎过筛（40目）后，备用。

1.1.2 菌种

啤酒酵母、安琪酵母、绿色木霉、乳酸菌、枯草芽孢杆菌由河北联合大学生命科学学院微生物实验室提供。

1.1.3 培养基

啤酒酵母、安琪酵母、绿色木霉：PDA培养基。

乳酸菌：MRS培养基[2]。

枯草芽孢杆菌：牛肉膏蛋白胨培养基。

1.1.4 主要仪器

HPX-9082MBE数显不锈钢电热培养箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；YXQ-280SI型手提式灭菌锅：上海经济区嘉兴市中新医疗仪器有限公司；TDA-8002电热恒温水浴锅：余姚市东方电工仪器厂；KDN-08C凯氏定氮仪：苏州宏拓电子有限公司。

1.2 方法

1.2.1 向日葵花盘、秸秆生物蛋白饲料的制备工艺流程（见图1）

图1 工艺流程

1.2.2 测定方法

粗蛋白含量：采用凯氏定氮法[3]测定；粗纤维含量：采用酸性洗涤剂法[4]测定。

2 结果与分析

2.1 单一菌种发酵向日葵花盘、秸秆产蛋白饲料

根据向日葵花盘、秸秆发酵对菌种的要求，分别采用啤酒酵母（A）、安琪酵母（B）、绿色木霉（C）、乳酸菌（D）、枯草芽孢杆菌（E）进行单菌发酵试验，测定发酵产物的粗蛋白含量(见图2)。

图2 不同单一菌种发酵对产物粗蛋白含量的影响

由图2可知，向固体发酵培养基中接入单一菌种，与对照组（CK）相比，均能提高发酵产物的粗蛋白含量。选择其中发酵产物蛋白含量最高的三株菌，枯草芽孢杆菌（8.33%）、啤酒酵母（7.99%）、绿色木霉（7.84%）作为混合菌种发酵向日葵花盘、秸秆产蛋白饲料。

2.2 混合菌种发酵向日葵花盘、秸秆产蛋白饲料

2.2.1 接种的菌种比例对向日葵花盘、秸秆发酵的影响

分别采用复配比例分别为1∶1∶1，1∶1∶2，1∶2∶1，2∶1∶1，2∶1∶2，2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢杆菌、绿色木霉混合菌种进行向日葵花盘、秸秆发酵试验，测定发酵产物的粗蛋白含量（见图3）。

图3 菌种不同复配比例对产物粗蛋白含量的影响

从图3可知，当啤酒酵母、枯草芽孢杆菌、绿色木霉复配比例为2∶2∶1时，发酵产物的粗蛋白含量最高，为9.75%。其发酵产物有酒香，色泽淡黄，干燥后色泽无大变化。因此，最佳的菌种复配比例是啤酒酵母∶枯草芽孢杆菌∶绿色木霉为2∶2∶1的混合菌种发酵向日葵花盘、秸秆产蛋白饲料，且混合菌种发酵生产的蛋白质含量优于单菌发酵。

2.2.2 接种量对发酵产物粗蛋白含量的影响

分别采用接种量0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的复配比例为2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢杆菌、绿色木霉混合菌种进行向日葵花盘、秸秆发酵试验，测定发酵产物的粗蛋白含量(见图4)。

从图4可知，随着接种量的增加，发酵产物中粗蛋白产量随之增加，当接种量为2%时，粗蛋白产量达到最高为11.34%，当接种量继续增加，粗蛋白产量略有下降，主要是由于接种量过大，营养成分迅速消耗，菌体过早自溶，不利于粗蛋白的产生。

2.2.3 发酵时间对发酵产物粗蛋白含量的影响

采用复配比例为2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢杆菌、绿色木霉混合菌种进行向日葵花盘、秸秆发酵试验，发酵时间分别12、24、36、48、60 h时，测定发酵产物的粗蛋白含量(见图5)。

图4 接种量对产物粗蛋白含量的影响

图5 发酵时间对产物粗蛋白含量的影响

从图5可知，随着发酵时间的延长，粗蛋白含量呈先上升后下降趋势，当发酵时间为48 h时，粗蛋白含量达到最高，故最佳发酵时间为48 h。

2.2.4 含水量对发酵产物粗蛋白含量的影响

分别调整培养基的含水量为20%、40%、60%、80%，采用复配比例为2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢杆菌、绿色木霉混合菌种进行向日葵花盘、秸秆发酵试验，测定发酵产物的粗蛋白含量(见图 6)。

图6 含水量对产物粗蛋白含量的影响

由图6可知，随着培养基水分的增加，产品粗蛋白含量先增加后降低。当基质中初始水分含量为40%时，发酵产品中粗蛋白含量最高。说明此含水量的培养基质最适宜微生物生长繁殖，这可能是因为基质的细小颗粒之间存在合适的疏松度，有利于溶氧和CO2的排出，促进微生物菌体生长，从而使发酵产品中粗蛋白含量增加，因此，适宜的含水量为40%。

2.2.5 培养温度对发酵产物粗蛋白含量的影响

分别设置培养温度为25、29、33、37、41 ℃，采用复配比例为2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢杆菌、绿色木霉混合菌种进行向日葵花盘、秸秆发酵试验，测定发酵产物的粗蛋白含量（见图7）。

图7 培养温度对产物粗蛋白含量的影响

从图7可以看出，随着培养温度的升高，粗蛋白产量呈先上升后下降趋势。这是由于枯草芽孢杆菌最适温度为37℃左右，啤酒酵母和绿色木霉的最适温度为28℃左右，三种菌的最适温度不是在同一范围内，因此兼顾到混菌发酵过程，当发酵温度为33℃，此时的发酵产品中粗蛋白含量最高。

2.2.6 正交实验结果与分析

综合考虑上述单因素实验结果，在上述实验的基础上，设计接种量、发酵时间、含水量和培养温度L9(34)的正交实验，因素及水平见表1。实验结果见表2、表3。

由表2直观分析可以看出，对影响的次序由大到小为A＞C＞B＞D，即接种量＞含水量＞发酵时间＞培养温度，最佳组合方式为A3B3C2D1。表3方差分析可知，接种量和含水量对产物粗蛋白含量的影响显著，而发酵时间和培养温度影响不显著，与直观分析结果一致。

表1 正交实验因素水平

表2 L9(34)正交实验结果

表3 方差分析

在最优发酵条件下进行三组平行试验，结果重现性好，发酵产物粗蛋白含量平均为14.35%，优于前述试验效果，故确定混合菌种发酵向日葵花盘、秸秆产蛋白饲料的最优条件为：接种量2%，发酵时间48 h，含水量50%，培养温度29℃。

2.3 向日葵花盘、秸秆生物蛋白饲料成分分析

按照上述确定的混合菌种发酵向日葵花盘、秸秆产蛋白饲料的最优条件进行发酵试验，对发酵产物的粗蛋白和粗纤维含量进行测定，并与未发酵的原料进行对比，测定结果见表4。

表4 发酵饲料与原料中各主要成分比较

由表4可知，原料发酵后，粗蛋白含量由7.45%上升到14.35%，粗蛋白增加率为92.62%。粗纤维素由发酵前的24.95%减少为21.10%，粗纤维减少率为15.43%，说明微生物生长繁殖将部分碳水化合物与无机氮变成菌体蛋白。且发酵产物有酸甜味和酒香味，无霉味，色泽淡黄，适口性好，这样能在一定程度上使其更好的被饲养动物吸收，更大的发挥向日葵花盘、秸秆的利用价值。

3 讨论

将向日葵花盘、秸秆转化为蛋白饲料，既可提高其综合利用价值，又能缓解蛋白饲料短缺所带来的问题。本研究对向日葵花盘、秸秆转化为蛋白饲料发酵条件进行了探索，比较了单菌发酵与混菌发酵生产生物蛋白饲料的工艺，结果表明，混合菌种发酵生产的蛋白质含量优于单菌发酵；确定了混合菌种发酵向日葵花盘、秸秆产蛋白饲料的最优条件为：接种量2%，发酵时间48 h，含水量50%，培养温度29℃，在此条件下，发酵产物粗蛋白由7.45%上升到14.35%，粗蛋白增加率为92.62%，粗纤维素由发酵前的24.95%减少为21.10%，粗纤维减少率为15.43%。