混合菌发酵生产蛋白饲料的研究进展

宋立立，刘 苗

（沧州师范学院，河北沧州061000）

混合菌发酵是一种新的发酵技术，其使用两个或更多的不同菌株混合来达到一定的发酵过程，其最突出的优点就是可提高发酵效率而且可以形成新的产品。目前，养殖业正在迅速发展，我国饲料行业明显不能满足畜牧业发展的需求，同时，我国也是一个极其缺乏蛋白饲料的大国，蛋白质饲料的短缺使得每年都需要大量的进口鱼粉来弥补（李海红等，2003）。生产蛋白饲料的关键在于菌株的选择，菌株的优良直接关系着蛋白饲料的生产。目前主要的发酵菌株有酵母菌、霉菌、芽孢杆菌等。混合菌发酵通过不同菌株之间的相互作用，弥补彼此的不足，不仅促进各自的生长，还提高了发酵效率。大量试验表明，混合菌发酵优于单一菌株发酵。随着科学技术的进步和人们生活水平的改善，每年产生的秸秆、污水、废渣（苹果渣、蔗渣、豆渣等）、餐厨垃圾、油茶籽粕、白酒酒糟等数量不断上升，但大部分都被视为废弃物，不仅浪费资源，而且污染环境。目前，许多研究人员以此为原料，利用不同菌株混合发酵生产蛋白饲料，都获得了显著的成果。

利用混合菌发酵生产蛋白饲料具有周期短、可再生、营养价值高、效率高、无污染等优点，国内外学者也越来越重视这一问题，其具有非常广阔的前景和市场价值 （张天凡，2010；吴宝霞等，2006）。因此，发展新型蛋白饲料，提升经济效益，成为势不可挡的趋势。

1 蛋白饲料概述

“蛋白饲料”指的是原料中的天然含水量小于干物质的含水量，而干物质中的粗纤维含量较少，蛋白质含量高于20%的一种饲料。蛋白饲料的生产基本是用不同种类的细菌、 真菌等发酵各种各样的底物，如废水、废渣、农业和工人加工废料等（殷腊生等，2010；魏瑶，2003）。饲料中的粗蛋白质并不是单纯地指简单的蛋白质，还含有其他复杂的成分如多肽、氨基酸等。蛋白饲料的另一个标准是粗纤维含量必须小于18%，这就表明蛋白饲料中可利用的能量相当高，目前主要深入研究的是菌体蛋白饲料。

菌体蛋白饲料的优点是：（1） 蛋白质含量高且品质好，并且富含多种动物生长所需的营养物质，必需氨基酸种类非常多，而且还含有各种维生素和必需的微量元素，蛋白饲料的营养成分全面且高效，优于其他普通饲料，能很好地调节动物体内代谢活动（徐抗震等，2003）。（2）蛋白饲料的生产周期较其他饲料时间短，因为发酵的菌株繁殖速度特别快，所以蛋白饲料的研究正处于热门课题（张继等，2006）。（3）蛋白饲料中几乎不含有粗纤维，而灰分含量和钙磷含量丰富，比例良好，有助于动物对营养物质的吸收，因富含油脂和蛋白质，所以其能值高于普通饲料。（4）蛋白饲料含有一种特殊的生长因子，使动物的采食量大大增加，这是其他普通饲料所不能代替的特殊功能。（5）蛋白饲料的适口性较好，使饲养动物日增重显著增加，提高动物的免疫力，从而能够有效防病治病，使饲养动物快速增长。（6）蛋白饲料的生产条件容易控制，季节、气候、自然灾害等都不会影响蛋白饲料的生产，生产效率高且劳动率要求较低，大大减少饲料的成本，增加养殖业的利润（刘建静等，2008）。

2 发酵蛋白饲料原料的种类

2.1 秸秆 每年我国生产的秸秆类农作物总量大约为6.04 亿吨，其中玉米秸杆占三分之一，小麦秆、稻草及其他农作物各占六分之一，除去秸秆直接还田和焚烧的部分，剩余秸秆量为5.134 亿吨（魏志文等，2009）。秸秆中难以消化的粗纤维含量较高，而粗蛋白质含量相对较低，并且还含有木质素、 半纤维素、 各种微量元素等丰富的营养物质，将其制作成蛋白饲料可提高其利用率，实现自身价值，是一种可再生、可作为饲料原料、有多用途的资源，因此具有广阔的市场前景。徐坚平等（1995）以秸秆为原料，利用木霉和饲料酵母混合发酵，产物中蛋白质达到30%，纤维素达到51%，从而提高了秸秆的重复利用率（房兴堂等，2007）。选用产高纤维素酶的菌株与饲料酵母混合发酵秸秆，发酵后秸秆中蛋白质含量显著提高 （李日强等，2006）。

2.2 白酒酒糟 近年来，我国生产白酒数量巨大，与其他国家相比名列前茅，同时也生产相当多的白酒糟。白酒酒糟是一种不可多得的饲料原料，蛋白质含量相当丰富，是其他农作物的几倍，粗纤维含量较少，并且还含有一般农作物所缺乏的多种微量元素、维生素、必需氨基酸等，因此酒糟作为蛋白饲料原料具有很好的适口性和易消化的特性，酒糟的另一个特性就是能有效预防牛发生瘤胃鼓气，使牛生长迅速，从而使经济效益大增（王晓力等，2013）。但因其含水量高 、易霉变 、不易贮存，使得利用率较低，浪费了资源。因此，将白酒酒糟作为蛋白饲料原料是一个很好的选择 （李建等，2013）。胡靖（2012）等以白酒糟为发酵原料，选用黑曲霉、康氏木霉、白地霉混合发酵，结果表明，发酵产物的粗蛋白质为29.8%，明显提高了白酒酒糟的利用率。焦肖飞（2012）选用枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母和白地霉为混合菌株发酵酒糟，在最适发酵条件和最佳比例下，粗蛋白质含量为30.09%，转化率最高。

2.3 油茶籽粕 我国居世界产茶之首，并且我国作为特有油茶树种的国家，种植油茶面积为400万平方千米，与此同时产生的油茶籽的含量为120 万吨，而油茶籽粕的含量是油茶籽的3 倍（钟海雁等，2010；黎先胜，2005）。以油茶籽粕为原料生产饲料，不仅可以弥补饲料资源的不足，而且可以提高油茶籽粕的利用率，改善市场饲料的短缺现状。周浩宇（2010）等以油茶籽粕为原料，选用枯草芽孢杆菌、黑曲霉、产朊假丝酵母为混合菌株发酵油炸籽粕，结果表明，粗蛋白质含量达到66.98%。马力等（2011）选用产蛋白饲料的菌株发酵油茶枯饼，结果粗蛋白质的含量提高了56.56%，并且混合菌发酵后的茶皂素、粗纤维都得到了降解。

2.4 红薯渣 红薯经加工提取红薯粉及淀粉后形成红薯渣，红薯渣中淀粉和纤维素含量丰富，并且含有少量的蛋白质，是良好的饲料原料。研究表明，以红薯渣为原料，选用产朊假丝酵母、乳酸菌、枯草芽孢杆菌经两次发酵，粗蛋白质含量达到15.11%（曹建兰等，2014；张红莲等2004）。选用黑曲霉、绿色木霉和酵母为组合菌株发酵木薯渣，粗蛋白质含量高达14.5%（李建等，2013）。杨全福等（2006）以马铃薯渣为原料，通过不同组合菌株混合发酵，结果表明，米曲霉和黑曲霉混合发酵能力最强，粗蛋白质含量达到29.0%，提高了8.6 倍。

2.5 苹果渣 我国每年生产苹果的数量居世界之首，是世界上最大的苹果产地。许多地区开始采取苹果榨汁技术，因此产生的苹果渣数量巨大。因苹果渣中维生素、还原糖、纤维素等含量丰富，许多研究人员进行了发酵苹果渣生产蛋白饲料的研究。徐抗震等（2003）选用果酒酵母和康宁木霉混合发酵苹果渣，结果测得粗蛋白质含量提高了61.98%。邓红（2002）等选用酵母菌、黑曲霉和绿色木霉为混合菌株发酵苹果渣，发酵结束后测得粗蛋白含量达到13.0%，提高了40%。

3 发酵蛋白饲料菌株的种类

随着现代科学技术的发展，混合菌发酵生产蛋白饲料极大减少了饲料的成本，提高了养殖业的利润，具有广阔的市场价值。目前进行混合菌发酵生产蛋白饲料的几种代表性菌株主要有：曲霉属真菌中的黑曲霉；单细胞真菌中的酵母菌；芽孢杆菌属中的枯草芽孢杆菌等（熊智辉，2006）。

3.1 酵母菌 酵母菌体中的蛋白质含量较高，并且还含有维生素、脂肪等各种营养物质。饲料酵母因其含有较高的粗蛋白质、 必需氨基酸及各种微量元素，同时含有动物消化所需的各种酶类，并且积累较多的菌体蛋白，所以有助于饲养动物对营养物质的消化吸收。邓桂兰（2008）等以玉米秸秆为原料，首先用酵母菌发酵作对比，发酵结束后，通过测还原糖的含量从而测蛋白质的含量，结果表明，蛋白质含量达到最高为23.79%。刘稳结（2010）等选用酿酒酵母发酵红薯渣，测得原料中粗蛋白质含量达到12.43%。

3.2 黑曲霉 黑曲霉是曲霉属真菌中的一个常见种，发酵能力较强，是一种非常重要的发酵菌株，可产生淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶等，因此黑曲霉具有较强的分解纤维素的能力，并且可分解半纤维素和果胶物质、 淀粉等。张红莲（2004）等以玉米秸秆为原料，首先选用黑曲霉对玉米秸秆进行处理，发酵结束后原料中蛋白质含量达到 9.66%，提高了 64.29%。邓桂兰（2008）等以油茶籽粕为原料，选用黑曲霉和酵母为发酵菌株，发酵结束后原料中粗蛋白质含量显著提高，不仅避免环境污染，还大大提高了油茶籽粕的利用率。杨全福（2006）等选用黑曲霉发酵红薯渣，发酵结束后，粗蛋白质含量达到13.67%。

3.3 芽孢杆菌 芽孢杆菌是一种公认的安全无毒的有益菌，能够有效地降解饲料中的大分子物质，促进动物对营养物质的吸收。芽孢杆菌能够产生较多的B 族维生素、 蛋白酶以及各种代谢物，可以分解动物难以消化的大分子物质，在促进动物消化吸收、加强代谢活动、防病治病、提高饲料转化率等方面发挥着重要作用。陆文清（2008）等以餐厨垃圾为原料，首先选用单一菌株发酵做对比，经枯草芽孢杆菌发酵后的餐厨垃圾中粗蛋白质含量达到18%。张长霞（2003）等以苹果渣为原料，首先选用单一菌株发酵，结果表明，枯草芽孢杆菌的发酵能力仅次于黑曲霉，强于酿酒酵母，实现了苹果渣的重复利用。

4 混合菌株发酵蛋白饲料

4.1 混合菌株发酵的特点 不同菌株混合发酵能够产生许多生物催化酶，在发酵过程中不同菌株通过彼此的协同作用能将动物难以消化吸收的粗纤维等大分子物质分解成易消化吸收的小分子物质，同时还能产生大量的菌体蛋白，因此国内外都在加强此方面的研究。

利用混合菌发酵生产蛋白饲料，酵母菌、黑曲霉菌、 芽孢杆菌是首选菌株，起着非常重要的作用，因为酵母菌将培养物中的无机氮转化为菌体蛋白，黑曲霉菌可以产生纤维素酶，芽孢杆菌能将大分子物质分解成小分子物质，不同菌株之间相互作用、互利互补，共同发酵生产蛋白饲料。张秋华（2010）等以葵花盘粉为原料，选用单一菌株发酵与混合菌发酵生产蛋白饲料作对比，经黑曲霉发酵后的原料中粗蛋白质含量为10.47%，米曲霉发酵后粗蛋白质含量为10.18%，产朊假丝酵母发酵后粗蛋白质含量为9.78%，枯草芽孢杆菌发酵后粗蛋白质含量为10.78%，将这四种菌株按最佳的比例混合发酵后，原料中的粗蛋白质含量最高，达到15.33%。陈淑伟（2011）等以油茶籽湿渣为原料，选用米曲霉发酵后，产物中的粗蛋白质含量为29.17%，青霉发酵后产物中粗蛋白质含量为25.45%，毛霉发酵后产物中粗蛋白质含量为23.61%，黑曲霉发酵后产物中粗蛋白含量为27.51%，热带假丝酵母发酵后产物中粗蛋白质含量为20.95%，然后经过筛选及优化，结果得出将米曲霉、青霉、热带假丝酵母组合后，以最佳比例和最适发酵条件发酵后产物的粗蛋白质含量达到35.88%，混合菌发酵生产蛋白饲料中蛋白质的含量均比单一菌株发酵生产蛋白饲料高。

4.2 混合菌发酵工艺条件的研究 不同菌种对每种饲料原料的发酵效果不同，每种菌株都有适合各自生长发酵的条件，多菌种混合的发酵条件亦然不同，在不同条件下，同一菌株对饲料原料的发酵作用不同，多菌种混合要求的发酵工艺条件更加复杂。现今研究发现，影响混合菌发酵的工艺条件主要有培养基、发酵时间、发酵温度、菌种比例、接种量等。研究混合菌发酵生产蛋白饲料，必须将以上这些发酵条件控制在最适范围内，才能获取最佳的发酵效果，达到理想的要求。

廖雪义（2009）等用黑曲霉、木霉、酵母混合发酵秸秆，旨在提高秸秆中可消化的粗蛋白质含量，首先通过正交试验确定混合菌发酵的最佳培养基及培养基中最适的成分，然后通过单因素试验确定发酵条件，结果表明，在发酵温度为31 ℃，发酵时间为 6 d，黑曲霉:木霉:酵母=1:2:1，接种量为12%的条件下，粗蛋白质含量最高。陆文清等（2008）以餐厨垃圾为原料，利用物理、化学方法将其进行预处理。首先进行单一菌株发酵作对比，然后将黑曲霉、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌混合发酵，结果表明，在接种量为10%，含水量为60%，发酵时间为48 h，温度为30 ℃的条件下，原料中粗蛋白质含量达到25.07%。代青等（2009）以秸秆为原料选用黑曲霉、木霉和酵母混合发酵秸秆，通过正交试验确定最佳培养基的成分为玉米秸秆: 麸皮为80:20、2.0%硫酸铵、0.3%磷酸二氢钾和0.2%尿素，在最适发酵条件接种量12%，温度31 ℃，发酵时间为6 d 时进行发酵，粗蛋白质含量达到24.61%。张长霞等（2003）选用酵母菌、黑曲霉和绿色木霉混合发酵苹果渣，确定了混合菌发酵的最佳培养基原料为:麸皮10%、硝酸铵1.0%、尿素0.5%，在最适的发酵条件下，含水量为60%，接种量为10%，温度为35 ℃，接种比例为1:3，发酵时间为84 h，发酵结束后真蛋白质含量为13.0%，提高了40%。刘传都（2009）选用黑曲霉、绿色木霉、酵母混合发酵木薯渣，在最适的发酵条件下，液体菌种添加量为2%，发酵温度35 ℃，发酵时间3 d，氮源添加量为15%，黑曲霉:绿色木霉:酵母=2:2:3，蛋白质含量达到18.4%。

4.3 混合菌株发酵饲料的应用 混合菌发酵可以开发新型饲料原料，提高原料的利用率，增加粗蛋白质的含量，从而增加饲养动物的日增重，促进动物的快速生长。冯杰等（2007）选用发酵棉籽蛋白饲料喂养仔猪，分为对照组与试验组，结果表明，喂养发酵棉籽蛋白饲料的仔猪日采食量较对照组增加1016.51 g，平均日增重为535.54 g。苏锡云等（2008）研究表明，饲喂葵花盘粉发酵蛋白饲料组较对照组泌乳牛的产奶量提高5.1%。樊平等（2003）对仔猪饲喂发酵木薯渣饲料进行了研究，通过卡方检验分析，木薯渣发酵后生产的蛋白饲料饲喂仔猪后，仔猪日增重、饲料转化率明显增加。樊平等（2003）证明，仔猪喂养混合菌发酵蛋白饲料后，采食量及日增重提高5.56%，发病率明显下降。

5 结语与展望

利用混合菌发酵生产蛋白饲料，主要是将工业、农业的废渣、污水等重新利用，不仅避免其污染环境，还提高了利用率，为生产饲料提供了新资源。混合菌发酵不仅降解了原料中牲畜类难以消化的物质，而且将其转化为可吸收利用的营养物质，大大提高了饲料中蛋白质含量，具有提高动物免疫力、促进生长、防病治病、降低饲料成本等优点。同时蛋白饲料原料资源广泛，不受任何外界因素如季节、 自然灾害的影响，要求的生产周期短、劳动力低、操作简单且菌种繁殖速度非常快，发酵效率高，具有非常广阔的发展前景。

获得高效的生产蛋白饲料的菌种及饲料原料仍是今后需要重点研究的问题，大多数研究都是利用双菌种或三菌种混合发酵，少数选用单一菌种发酵和酶菌种发酵，发酵原料的来源可以更广泛研究和开发：（1）筛选高效优质的菌株；（2）开发新型的可以作为蛋白饲料原料的资源；（3）探究混合菌发酵的最佳条件和最适培养基；（4）尝试将不同原料混合利用菌株发酵的研究提高其蛋白质的含量；（5）加强对不同菌株代谢活动及协同作用的研究，更有效地发挥各自的作用。