杏鲍菇菌糠固态发酵工艺条件的优化及在生长猪上的应用

刘世操，刘梓洋，祝爱侠，祝家东，陈 帆，王春维.2*

（1.武汉轻工大学动物科学与营养工程学院，武汉市畜禽饲料工程技术研究中心，湖北武汉430023；2.生猪健康养殖协同创新中心，湖北武汉 4300700）

杏鲍菇菌糠固态发酵工艺条件的优化及在生长猪上的应用

刘世操1，刘梓洋1，祝爱侠1，祝家东1，陈 帆1，王春维1.2*

（1.武汉轻工大学动物科学与营养工程学院，武汉市畜禽饲料工程技术研究中心，湖北武汉430023；2.生猪健康养殖协同创新中心，湖北武汉 4300700）

本试验旨在研究杏鲍菇菌糠最佳发酵工艺条件及其在生长猪日粮中的适宜添加量。以采摘3茬的杏鲍菇菌糠为原料，选取黑曲霉、枯草芽孢杆菌和嗜酸乳杆菌3株菌种，采用单因素试验和正交试验设计，考察接种量、发酵时间、料水比和混菌比例对杏鲍菇菌糠发酵后营养价值的影响。动物试验选取平均体重为20 kg的杜×长×大三元杂交生长猪24头，随机分为4组，每组6个重复，每个重复1头猪；对照组饲喂基础日粮，试验组日粮分别用5%、10%、15%发酵菌糠替代麸皮，试验期为21 d。结果表明：最佳条件为菌种接种量12%、发酵时间84 h、料水比1:1.5、混菌比例2:1:1、发酵温度37℃，在此条件下粗蛋白提高39.9%、粗纤维降低18.9%；与对照组相比，添加5%和10%发酵菌糠对生长猪的生长性能无显著影响（P＞0.05），5%菌糠组和10%菌糠组的表观消化率明显优于对照组（P＞0.05）。综合考虑，通过优化发酵条件，提高了杏鲍菇菌糠的营养价值，且在生长猪饲料中杏鲍菇菌糠的适宜添加量为10%。

发酵；杏鲍菇菌糠；生长猪；生长性能；消化率

近年来食用菌产业得到了快速发展，而大量的食用菌栽培副产物——菌糠却未能得到合理开发与利用，造成资源浪费和环境污染[1]。随着大众环保意识的提高、饲料资源的匮乏、对菌糠营养价值的研究以及加工技术的不断进步，将菌糠作为一种饲料资源进行深度研究与开发已成为可能。李斌等[2]研究表明，饲喂发酵菌糠的约克夏猪健康状态良好，猪肉品质良好。李超等[3]对香菇菌糠经碱化、氨化和复合处理后，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素及纤维素均有不同程度降低；复合处理后效果最显著，分别降低了9.31%、6.72%、20.36%和16.15%。目前我国对菌糠饲料的资源开发研究还不够深入，多数是随意在基础日粮中添加一定比例，而忽略了饲喂动物的品种、生长阶段和营养需求，未能充分利用菌糠的营养价值[4]。本试验旨在利用生物工程技术对菌糠进行前处理，以提高菌糠的饲用价值；并通过饲养试验检验发酵菌糠饲料的饲喂效果，为其在生产实践中的运用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料和设备

1.1.1 试验材料 发酵底物为出菇3茬后的杏鲍菇菌糠（水分含量为10.99%、粗蛋白为9.42%、粗纤维为32.89%、粗灰分为14.82%），取自武汉新洲徐古镇天添食用菌生产基地，杏鲍菇栽培培养基由木屑、麦草、棉籽壳、玉米芯、废棉渣、生石灰和尿素等原料组成。试验菌种为黑曲霉、枯草芽孢杆菌（由本实验室保存，每3个月活化1次）、嗜酸乳杆菌（购于湖北安琪生物集团有限公司）。

1.1.2 试验仪器 全自动固态发酵设备（镇江格瑞生物工程有限公司）；SW-CJ-1BU单人无菌操作台（苏州净化设备有限公司）；LS-350L型立式压力蒸汽灭菌锅（上海医用核子仪器厂）；LRH-250型生化培养箱（上海一恒科技有限公司）。

1.2 单因素试验 以杏鲍菇菌糠作为发酵底物，自然pH的条件下进行发酵试验，发酵温度37℃。发酵结束后，在自然风干的基础上，粉碎过40目筛，用于测定粗蛋白和粗纤维等营养成分。

1.2.1 接种量 接种量以4%、8%、12%和16%为单因素，每个处理3个重复，黑曲霉、枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌比例2:1:1，料水比1:1.5，发酵时间84 h。1.2.2 料水比 设置4个处理组，分别按1:1、1:1.5、1:2和1:2.5的料水比加入蒸馏水，接种量按照优化结果选取最适料水比，菌种比例为2:1:1，每个处理3个重复，发酵时间84 h。

1.2.3 发酵时间 发酵时间以48、60、72、84 h为单因素，接种量和料水比按照优化结果选取最适结果，混菌比例2:1:1。

1.2.4 混菌比例 菌种分别为枯草芽孢杆菌、黑曲霉、嗜酸乳杆菌3种菌种复配（黑曲霉：枯草芽孢杆菌: 嗜酸乳杆菌=1:1:1、2:1:1、1:2:1、1:1:2），接种量、料水比和发酵时间按照优化结果选取最适混菌比例。

1.3 正交设计 杏鲍菇菌糠发酵正交试验因素水平表见表1。

表1 杏鲍菇菌糠发酵正交试验因素水平

1.4 动物试验设计 将20 kg左右的健康生长猪（公、母各半）按单因子设计随机分配到4个处理组（对照组、5%菌糠组、10%菌糠组、15%菌糠组），每组6个重复，每个重复1头猪。各组分别饲喂相对应的日粮。按照NRC（2012）生长猪的营养需求标准配制猪的基础日粮，用不同比例的发酵菌糠取代麸皮，日粮配方及营养成分见表2。

试验期间，猪舍温度保持在22～25℃，自然采光，在不锈钢代谢笼中进行饲养。每笼饲养1头生长猪，采用鸭嘴式饮水器自动供水，根据猪的食欲情况和生长阶段随时调节饲喂量，使猪在每次饲喂时都能保持旺盛的食欲。猪舍定期打扫和消毒。预试期为7 d，正式试验期为21 d。

表2 基础日粮组成及营养成分(风干基础)

1.5 测定指标

1.5.1 生长性能的测定 在预试期结束后，正式试验开始的第1天和第21天08:00对所有试验猪进行空腹称重，并详细记录每天饲喂量。

1.5.2 养分消化率的测定 采用内源指示剂法（4N-AIA）测定各养分的消化率[5-6]。试验结束后，全部粪样解冻，按四分法取样，于65℃干燥箱烘干，在空气中回潮24 h，与日粮样品一样粉碎过40目筛，作为待测样品。计算各养分表观消化率；

1.6 统计分析 试验数据先用Microsoft Excel进行整理，结果以平均值±标准差表示，以SPSSl7.0软件进行方差分析，以Duncan's法进行差异显著性比较，以P＜0.05作为差异显著的判断标准。

2 结果与分析

2.1 杏鲍菇菌糠单因素发酵效果分析

2.1.1 菌种接种量的优化 如图1 所示，菌种接种量由4%提高到8%时，杏鲍菇菌糠发酵后的粗蛋白含量大幅提高。当接种量由8%提高到16%时，菌糠发酵后的粗蛋白含量提高不明显。故菌种接种量在8%～16%时效果较好。

图1 不同菌种接种量对杏鲍菇菌糠发酵的影响

2.1.2 菌种料水比的优化 如图2所示，当料水比为1:1、1:1.5和1:2时，发酵杏鲍菇菌糠的粗蛋白含量均无明显差异。而当料水比达到1:2.5时，粗蛋白含量出现急剧下降。因此，料水比为1:1、1:1.5和1:2时效果较好。

图2 菌种料水比对杏鲍菇菌糠发酵的影响

2.1.3 菌种发酵时间的优化 如图3所示，菌糠发酵的粗蛋白含量随着发酵时间的增大而增加，到84 h时达到最高。由此可知，杏鲍菇菌糠发酵时间应控制在60～84 h。

2.1.4 菌种混菌比例的优化 如图4所示，当混菌（黑曲霉：枯草芽孢杆菌： 嗜酸乳杆菌）比例为2:1:1时，发酵杏鲍菇菌糠的粗蛋白含量明显高于其他各组。因此，选择混菌比例为2:1:1。

图3 发酵时间对菌糠发酵的影响

图4 混菌比例对杏鲍菇菌糠发酵的影响

2.2 菌糠发酵正交试验 由表3可知，根据极差R值大小，影响指标因素主次顺序为A＞B＞C，即接种量＞发酵时间＞料水比。最佳发酵工艺条件组合为A2B3C2。但由单因素试验可知，当料水比为1:1和1:1.5时效果基本一致，从发酵成本方面来考虑，选用组合A2B3C1，即菌种接种量12%，发酵时间84 h，料水比为1:1为最佳。经优化后杏鲍菇菌糠发酵的最佳条件为菌种接种量12%、发酵时间84 h、料水比1:1.5、黑曲霉:枯草芽孢杆菌:嗜酸乳杆菌混菌比例为2:1:1，发酵温度为37℃。

2.3 发酵杏鲍菇菌糠对生长猪生长性能的影响 由表4可知，与对照组相比，5%菌糠组和10%菌糠组的平均日增重分别提高了1.43%和4.18%（P＞0.05），15%菌糠组降低了12.76%（P＞0.05）。与15%菌糠组相比，10%菌糠组平均日增重显著提高（P＜0.05）。与对照组相比，5%菌糠组的平均日采食量降低了0.25%（P＞0.05），10%菌糠组和15%菌糠组分别提高了5.72%和3.20%（P＞0.05）。与对照组相比，5%菌糠组和10%菌糠组耗料增重比差异不显著（P＞0.05），15%菌糠组耗料增重比增加17.24%（P＜0.05）。由此可知，可用5%、10%发酵杏鲍菇菌糠替代麸皮，且不影响其生长性能。

2.4 发酵杏鲍菇菌糠对生长猪养分表观消化率的影响 由表5可知，与对照组相比，3个试验组干物质消化率分别降低了1.81%、3.05%和4.46%（P＜0.05）；有机物消化率分别升高了5.33%、6.62%和5.85%（P＜0.05）；粗脂肪消化分别降低了3.06%（P＞0.05）、2.62%（P＞0.05）和5.49%（P＜0.05）。与对照组相比，5%菌糠组和10%菌糠组粗蛋白消化率分别升高了3.46%和1.70%，但15%菌糠组降低了3.69%，且3组均差异显著（P＜0.05）。3组之间干物质消化率、有机物消化率、粗脂肪消化率均差异不显著，粗蛋白差异显著（P＜0.05）。因此，5%菌糠组和10%菌糠组的表观消化率优于对照组（P＞0.05）。

表3 杏鲍菇菌糠发酵正交结果及分析

表4 发酵菌糠饲料对生长猪生长性能的影响

表5 发酵菌糠饲料对生长猪表观消化率的影响 %

3 讨 论

接种量与料水比是固态发酵的重要影响因素。接种量过小，菌种数量少，杏鲍菇菌糠发酵不完全，代谢产物少，粗蛋白含量提高不明显；接种量过多，一方面增加成本，另一方面也可能造成菌种污染[8]。料水比影响营养物质的溶解性、酶的稳定性和微生物的生长[9]。当料水比达到1:2.5时，粗蛋白急剧下降，可能由于水分含量过高，导致底物粘性增大，通风不畅，影响菌体生长。每种菌产生酶的种类不相同，混菌发酵能有效利用菌种间的协调作用使发酵效果达到最好[10]。当混菌（黑曲霉:枯草芽孢杆菌:嗜酸乳杆菌）比例为2:1:1时，粗蛋白含量最高，效果最好。本研究在对菌种接种量、发酵时间、料水比、混菌比例等条件进行单因素优化的基础上，进一步采用正交试验设计对接种量、发酵时间、料水比等因素进行优化，在优化条件下发酵杏鲍菇菌糠，发酵后产物中粗蛋白含量由9.42%提高到13.18%，粗纤维由32.89%降低到26.70%；粗蛋白提高了39.9%，粗纤维降低了18.9%。这与张成东等[11]研究结果基本一致。

与普通饲料相比，在饲料中添加5%或10%菌糠替代麸皮饲喂生长猪，生长猪在日增重、日采食量均无下降，耗料增重比无增长趋势，且日采食量稍有提高，这可能是由于日粮中加入一定量的杏鲍菇菌糠后，改善了日粮的适口性，提高了生长猪的食欲。与普通饲料相比，在饲料中添加15%菌糠替代麸皮饲喂生长猪，日采食量无明显变化，但日增重下降，耗料增重比增高。这是由于杏鲍菇菌糠添加量过高使日粮中纤维含量增加，不利于猪的消化吸收。因此，在饲料中添加菌糠不影响生长猪的生长性能，这与李斌等[12]和刘建昌等[13]的研究结果一致。同时，生长猪的平均日增重并没有降低，耗料增重比也无增高趋势，而菌糠拥有更低廉的价格，因而菌糠有更高的利用价值。用合适比例的菌糠代替部分精料饲养肥育猪是安全可行的，养殖户可充分利用这类废弃物，节省饲粮成本，提高经济效益。

表观消化率能在一定程度上反映动物对饲料中的营养成分消化、吸收和利用情况。在本试验中，菌糠饲料组的干物质消化率和粗脂肪消化率低于对照组，但其有机物消化率和蛋白质消化率优于对照组。目前，菌糠饲料对生长猪养分表观消化率的影响机制还不清楚，有可能与试验动物的品种、生长阶段、日粮水平、饲养管理和养殖环境有关，还需要进一步的研究。

4 结 论

以采摘3茬的杏鲍菇菌糠为原料，选取黑曲霉、枯草芽孢杆菌和嗜酸乳杆菌混合菌为发酵菌种进行发酵，最佳的发酵条件为菌种接种量12%、发酵时间84 h、料水比1:1.5、黑曲霉:枯草芽孢杆菌:嗜酸乳杆菌混菌比例为2:1:1，发酵温度为37℃。在此条件下发酵后的菌糠粗蛋白含量为13.18%，粗纤维含量为26.67%。发酵后杏鲍菇菌糠中粗蛋白提高了39.91%，粗纤维降低了18.91%。在生长猪饲料中，添加5%和10%发酵杏鲍菇菌糠替代麸皮有较好的饲养效果，且适宜替代量为10%。

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Optimization of Fermentation Processing of Waste Materials Pleurotus Eryngii and Its Application in Growing Pigs

LIU Shi‐cao1, LIU Zi‐yang1, ZHU Ai‐xia1, ZHU Jia‐dong1, CHEN Fan1, WANG Chun‐wei1,2*

(1.Wuhan Livestock Feed Engineering Technology Research Center, Wuhan Polytechnic University School of Animal Science and Nutritional Engineering, Hubei Wuhan 430023,China; 2. The Cooperative Innovation Center for Sustainable Pig Production, Hubei Wuhan 430070,China)

The study aimed to investigate the optimal fermentation conditions of waste materials Pleurotus eryngii and optimum adding amount in growing pigs diets. The fermented waste materials Pleurotus eryngii was used as raw material, the strains, the inoculation amounts, liquid mass ratio, time and the strains were considered to improve Nutritional value of waste materials Pleurotus eryngii and optimized process by single factor and orthogonal experiments.Twenty healthy growing pigs at average weight of 20 kg were randomly divided into four groups with 6 pigs each and fi ve units of one pig in each group. The animals were

one of the following diets: basal diet(control), basal diet with 5%, 10% or 15% of fermented waste materials Pleurotus eryngii instead of bran. The result showed that the inoculation amount of indicative bacteria 12% , feed liquid ratio1:1.5, the reaction time 84 h,culture solid‐state fermentation ratio 2:1:1 (Aspergillus niger, Bacillus subtilis and Lactobacillus acidophilus)and fermentation temperature 37℃, where the crude protein content increased 39.9%, the raw cellulose content reduced 18.9%. Animal tests showed that, compared with the control group, the addition of 5% and 10% fermented waste materials Pleurotus eryngii has no signif i cant ef f ect on the growth performance of growing pigs (P＞ 0.05); compared with the control group, 5% and 10% fermented waste materials Pleurotus eryngii group was signif i cantly better than the control group (P＞0.05) in the apparent digestibility. In conclusion, the nutritive value of waste materials Pleurotus eryngii were improved by optimizing fermentation conditions. And the optimal additives amounts of fermented waste materials Pleurotus eryngii in growing pigs diets was 10%.

Fermentation; Waste materials pleurotus eryngii; Growing pigs; Growth performance; Digestibility

S828.5

A

10.19556/j.0258-7033.2017-09-086

2017-01-10；

2017-04-11

武汉轻工大学引进（培养）人才科研启动项目（2013 RZ04）

刘世操（1993-），男，湖北十堰人，硕士研究生，研究方向为饲料添加剂及资源开发与利用，E-mail: 519539058 @qq.com

* 通讯作者：王春维（1958-），男，教授，研究方向为饲料资源与新型饲料添加剂的研究，E-mail：chwwangp@163.com