益生菌固态发酵对麦麸营养品质的影响

甄莉娜 ， 柴旭旭 ，2， 李 侠 ， 杨俊霞 ， 白 海 ， 王润梅 *

（1.山西大同大学生命科学学院应用生物技术研究所，山西大同 037009；2.天津农学院园艺园林学院，天津300384）

益生菌是一种能够作用于机体肠道的活性微生物，其具有改善动物体内消化酶活性，调节动物肠道菌群结构（Maia等，2001），提高动物机体免疫性能及净化环境等功能 （李龙，2010；Hamilton等，2002；Mattila等，2002）。利用益生菌发酵饲料，饲料中的抗营养因子可在多种益生菌的生长代谢过程中进行分解或者转化，从而得到更易让动物消化、转化，且安全、健康的饲料（刘瑞丽，2011）。

麦麸中含有丰富的营养物质，一直以来都是畜禽的良好饲料。但是因为麸皮主要是粗纤维，不利于动物消化，作为饲料也存在一定的局限性。麸皮经过发酵处理，钙、磷、粗蛋白质等含量会提高，而粗纤维含量会降低（李浩，2018）。利用酵母菌发酵麸皮，蛋白质含量可提高20%（Moore等，2007）。陈洪伟等（2011）试验证实，酵母菌与霉菌混合发酵麸皮，粗蛋白质含量提高33%。贾朋辉等（2009）研究表明，在麸皮中添加一定量的乳酸菌，会减少麸皮中的抗营养因子，从而使得麸皮中的有效成分增加。曹香林等（2014）研究表明，用枯草芽孢杆菌发酵麦麸，不仅可以产生多种酶，而且可增加饲料的可消化性及营养性。刘春雪等（2017）研究表明，用发酵后的麦麸饲养肥猪，能够明显增强肥猪的孕育机能，提升猪肉的品质。王德香等（2017）证实经过益生菌发酵处理的麦麸，增加了麸皮的营养成分，提高了麸皮的消化吸收率。

本研究旨在通过益生菌制剂对麦麸进行固体发酵，研究不同接种量、温度的益生菌制剂对麦麸发酵的影响以及发酵前后麦麸中营养物质变化情况，揭示芽孢杆菌为主导的混合益生菌发酵作用，确定益生菌制剂发酵麦麸的适宜条件。

1 材料与方法

1.1 试验材料 菌种：芽孢杆菌（地衣芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌），乳酸菌（乳酸杆菌和双歧杆菌），酵母菌（假丝裂殖酵母），霉菌（黑曲霉和米曲霉），4类微生物按5:1:1:1重量比混合，菌种由内蒙古中源生物科技有限公司提供，麸皮由大同县康华生物技术有限公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 接种量对益生菌发酵麦麸的影响 接种量分别为：0.5%、3%，水料比：1:1，温度：28 ℃，发酵100 h。从不锈钢容器中发酵麦麸的颜色、味道、质地等方面对不同接种量的影响结果进行评定。每隔5 h测定发酵麦麸的温度并记录。

1.2.2 温度对益生菌发酵麦麸的影响 接种量分别为：0.5%、3%，温度：25、30、35、40 ℃，水料比：1:1，发酵5 d。每隔5 h依次测定发酵麦麸的温度并记录。3%接种量发酵麸皮感官性状较好，每20 h测定该接种量发酵麦麸的pH，检测 0、1、2、5 d时发酵麦麸的可溶性糖、淀粉、还原性糖和蛋白质含量，分析营养物质的变化情况。

1.3 测定指标 pH的测定：利用pH-10型防水型笔式pH计检测，将10 g发酵麦麸混匀至90 mL无菌生理盐水中测定pH。

发酵麦麸中可溶性糖、淀粉、还原性糖和蛋白质含量的检测：可溶性糖和淀粉采用蒽酮比色法，还原性糖的测定采用DNS法，蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝法。

2 结果与分析

2.1 接种量对麦麸发酵的影响

2.1.1 感官评价 由表1可知，从色泽、风味、质地方面来看，3%接种量的发酵麦麸比0.5%的感官性状更好，3%的接种量发酵麸皮的颜色较亮、气味酸香、质地较好，这说明益生菌的生长情况较好。

表1 发酵麦麸感官评价结果

2.1.2 温度检测 两个接种量对麦麸发酵温度的影响不显著（P＞0.05）。由图1可以看出，不同接种量发酵麦麸的温度均能在较短时间内发生变化，温度变化幅度较大。发酵5 h后，发酵麦麸温度出现大幅度上升，在25 h之后，温度达到最高值，随后开始下降。发酵65 h之后，温度出现小幅度上升，随后下降。此外，3%接种量的发酵麦麸的最高温度可以达到46℃，高于0.5%接种量。

2.2 不同温度对益生菌发酵麦麸温度、pH和营养物质变化的影响

2.2.1 不同温度对麦麸发酵温度的影响 由图2可知，0.5%接种量的麦麸在各个不同温度下的发酵温度呈波浪式变化，但总体来说，发酵前后温度变化不大。

如图3所示，发酵5 h后，发酵麦麸温度均出现大幅度上升。在30℃进行发酵时，发酵30 h之后，温度上升到最高点且能够保持20 h左右，对于益生菌的生长繁殖有利。25℃进行发酵时的温度最高值为43℃。30℃进行发酵时的温度最高值为45℃。35℃进行发酵时的温度最高值为44℃。在40℃进行发酵时，温度能够长期处于50℃左右。

2.2.2 不同温度下益生菌发酵麦麸对pH的影响由图4可知，在不同的温度下，发酵麦麸的pH都会升高，这可能是由于益生菌中的芽孢杆菌进行有氧发酵，30℃和40℃时的pH上升较快，当发酵时间超过80 h时，25℃和35℃下发酵麦麸pH下降。

2.2.3 不同温度下益生菌发酵麦麸对可溶性糖含量的影响 由图5可知，在不同温度下，发酵麦麸的可溶性糖含量都表现出下降趋势，且发酵1 d时消耗的最多。在 25、30、35、40℃进行发酵时，麦麸中可溶性糖含量较发酵前相比，依次减少了54%、52%、51%、53%（P＜ 0.01）。由此表明发酵麦麸中的酵母菌、霉菌等微生物生长时会消耗较多的可溶性糖。

2.2.4 不同温度下益生菌发酵麦麸对淀粉和还原性糖含量的影响 由图6和图7可知，利用益生菌制剂发酵麦麸后，在各个温度下，发酵麦麸中所含淀粉的含量都会大幅度降低，而还原性糖的含量会大幅度升高。说明益生菌在发酵过程中，将淀粉作为碳源，使得麦麸中的淀粉分解成单糖，提高了麦麸的消化吸收率。在25、30、35℃和40℃下发酵时，淀粉的消耗量分别为78%、82%、79%和78%（P＜0.01），而还原性糖含量增加量分别为538%、539%、497%和518%（P＜0.01）。 在30℃时益生菌生长情况最好，能够将更多的淀粉分解成单糖，提高机体对于饲料大分子物质的吸收率，更能提高饲料的利用率。

2.2.5 不同温度下益生菌发酵麦麸对蛋白质含量的影响 由图8可知，在各个温度下，发酵麦麸中所含蛋白质的含量都会升高。说明益生菌在发酵麦麸过程中，繁殖了大量的益生菌菌体，提高了发酵麦麸的营养价值。25、30、35℃和40℃下进行发酵时，发酵麦麸中蛋白质含量分别增加了29.1%、30.1%、29.7%和29.9%（P＜0.01）。在30℃时益生菌生长情况最好，能够合成更多的菌体蛋白。

3 讨论

芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和霉菌是目前发酵饲料中常用的四类益生菌，不同微生物菌群协同作用可以减少饲料发酵时间，提高利于动物吸收的小分子营养物质含量和饲料利用率（夏超笃，2017；王小平，2016）。本试验采用益生菌发酵麦麸，设置不同接种量和发酵温度，通过检测营养物质的变化情况来确定益生菌制剂发酵麦麸的最适条件。结果显示，在不同接种量的试验中，3%接种量时，发酵过程中最高温度可达到46℃，生长情况较优越，这与何嘉敏等（2019）的结果相似。在不同温度的试验中，30℃发酵麦麸效果最好，最高温度可以达到45℃，发酵完成后，麦麸中可溶性糖含量降低52%，淀粉含量降低82%，还原性糖含量升高539%，蛋白质含量增加30.1%。有研究将酿酒酵母和枯草芽孢杆混合（6.73:3.26）发酵麦麸，发现 10%接种量时，得到最佳发酵温度为35℃，麸皮多糖产量最高 （王园，2018），说明益生菌比例和添加量影响着最佳发酵温度。乳酸菌发酵产生的乳酸可以降低发酵饲料的pH，而本试验发酵菌种中芽孢杆菌数量较多，在发酵前期pH有上升的趋势，这可能是由于芽孢杆菌繁殖速度快初期占优势地位，在发酵期间麦麸有芳香酸味，整体发酵效果较好（侯楠楠，2018）。芽孢杆菌可以产生多种酶，降解麦麸中的纤维素、淀粉、脂肪等物质，降低麸皮中的粗纤维含量，提高营养价值。在30℃时，营养物质的变化说明益生菌可以将麦麸中的大营养物质分解，更有利于动物的吸收，提高麦麸的消化吸收率，与杨梅（2012）和熊荣园（2019）的研究结果相似，最佳发酵组合为：每500 g麦麸，含水量50%、接种量3%、发酵温度30℃。本试验为进一步开发益生菌发酵麦麸产品，实现工业化生产提供一定的理论依据和数据支持。

4 结论

本试验结果表明，混合益生菌发酵麦麸的适宜工艺条件为：温度30℃、含水量50%、接种量3%，在此条件下，发酵完成后，麦麸中可溶性糖含量降低52%，淀粉含量降低82%，还原性糖含量升高539%，蛋白质含量增加30.1%。