固态发酵对金针菇菌糠饲用品质的影响

■沈 城 马 升 黄荫鸿 徐建雄

（上海交通大学农业与生物学院，上海市兽医生物技术重点实验室，上海 200240）

菌糠是菌菇收获后所剩的培养基，多以玉米芯、锯木屑、秸秆、甘蔗渣、棉籽壳等以及各种糟渣类的工业下脚料（如酒糟、醋糟、造纸厂废液等）为原料，也称之为“菌渣”。中国是世界上最大的食用菌生产国，年产量超过3 500 万吨，占世界食用菌总产量的80%以上[1-2]。据相关研究显示，每生产1 kg 食用菌，约会产生5 kg 菌糠[3]，因此实际产生的菌糠数量极其庞大。金针菇作为工厂化生产的主要食用菌品种，不受自然环境制约，可常年生产，因此每天都会产生大量的菌糠[4]。新鲜菌糠水分含量高，易腐败变质，目前食用菌生产行业中对菌糠的利用非常粗放，大量废弃处理会造成严重的环境问题和资源浪费，因此对菌糠的饲料化利用研究具有非常重要的现实意义。

菌糠的本身适口性差、粗纤维含量较高、营养价值较差且不易保存，通常不直接用来制备畜禽饲料。通过微生物发酵可以改善菌糠适口性，延长菌糠的保藏时间，且能提高菌糠的营养价值，将其转化为有用的饲料原料。微生物生长过程中分泌的纤维素酶将原料中较难被利用的粗纤维分解成易于被机体吸收利用的小分子物质，此外还有菌体在不同生长阶段分泌产生出一些活性物质[5]。周静鹏等[1]研究发现，杏鲍菇菌糠饲料经过微生物发酵后营养水平提高，霉菌毒素下降，发酵后粗蛋白含量平均提升27.12%，粗纤维平均降低19.52%，粗脂肪平均提升38.92%[4]。

以往的发酵菌糠研究多致力于从碳源、氮源等角度通过复配营养物质来探索最佳的发酵条件，虽发酵程度高，对菌糠的品质尤其是营养物质提升明显，但是存在条件复杂、步骤繁琐、操作便利性不佳等问题，难以推广应用。本试验针对新鲜金针菇菌糠高水分、低养分、易霉变特点，以发酵剂、发酵温度、发酵时间为变量设计试验，建立一种易发酵、易操作、活菌含量高且耐储存的金针菇菌糠厌氧固态发酵工艺，并进行营养价值评价，为菌糠的饲料化利用提供有效方法。

1 材料与方法

1.1 材料

菌糠：选用金针菇生产过程中采集鲜菇后的新鲜菌渣，由上海光明森源生物科技有限公司提供。

发酵剂：发酵剂由酵母菌、芽孢杆菌、乳酸菌组成（见表1），发酵剂由上海源耀农业股份有限公司提供。

表1 发酵剂组成

1.2 发酵工艺与处理

以采摘当天新鲜金针菇菌糠为发酵原料，以不同发酵剂、发酵温度（25、30、35 ℃）、发酵时间（3、5、7 d）组合不同的发酵处理，每处理设5个重复。将金针菇菌糠用手持式电动粉碎机粉碎后过20目筛，以1%接种发酵剂，搅拌均匀，装入密封的锡箔袋（250 g/袋），尽可能排除空气，密封，放入培养箱进行固体厌氧发酵。发酵结束后放入-20 ℃冰箱中保存待测。具体发酵参数如表2所示。

表2 金针菇菌糠的发酵条件

1.3 测定指标与方法

1.3.1 饲料感官分析

菌糠发酵饲料无专用感官评价方法，故参考德国农业协会（Deutsche Lan Dwirtschafts Gesellschaft，DLG）青贮饲料品质评分法，根据气味、质地、色泽3项进行评分，然后再按得分分为优良（16～20 分）、尚可（10～15分）、中等（5～9分）、腐败（0～4分）4个等级进行感观评价[6]。具体评分标准见表3。

表3 发酵金针菇菌糠感官评定标准

1.3.2 常规营养成分

水分含量的测定采用恒温干燥法；粗蛋白含量测定采用凯氏定氮法；粗脂肪含量测定采用索氏提取法；粗纤维含量测定采用酸碱消煮法；粗灰分含量测定采用灼烧法；中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量测定按照GB/T 20806—2006；钙含量测定采用高锰酸钾法；总磷含量的测定采用钼酸铵分光光度法；无氮浸出物含量由计算求出，由光明牧业有限公司检验测试中心测定。

1.3.3 pH、乳酸、活菌数

取5 g发酵菌糠样品于50 mL试管中，加入45 mL去离子水，搅拌均匀静置过夜，取上清液测pH、乳酸、活菌数量。以酸度计测定pH，以乳酸测试试剂盒（南京建成生物工程研究所）测定乳酸含量，活菌数按照GB/T 13093—2006 进行测定、乳酸菌数按照GB/T 14699.1进行测定。

1.3.4 保藏试验

金针菇菌糠按照筛选的发酵条件（发酵剂A1、发酵时间7 d、发酵温度30 ℃）厌氧固态发酵后，分别密封在锡箔袋（T1）、暴露于空气(T2) 置于室温条件下保存，另取未发酵菌糠暴露于空气中(T3)保存，从第1 d开始连续7 d每天观察菌糠的感官和霉变情况。

1.4 数据分析

使用Excel 2016软件对试验数据进行初步整理，数据采用SPSS 21.0软件进行单因素方差分析（one-way ANOVA），以Duncan’s 法进行多重比较，以P<0.05 作为差异显著性标准，结果以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 饲料感官分析（见表4）

表4 发酵金针菇菌糠感官评定

由表4结果可知，发酵菌糠的感官评价明显优于未发酵菌糠，且发酵时间对于饲料感官的影响明显高于发酵温度和发酵剂，其次是发酵温度，发酵剂的影响最小。按照评分标准综合来看，第7组和第11组的发酵条件最佳。

2.2 营养成分分析（见表5）

表5 发酵金针菇菌糠养分含量

由表5 结果可知，发酵能改善金针菇菌糠粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分和无氮浸出物等指标，但与对照组无显著性差异（P>0.05）。与对照组相比，发酵组中性洗涤纤维最高可降低12.79%（P<0.05），发酵组酸性洗涤纤维最高可降低16.88%（P<0.05）。

2.3 pH和乳酸含量（见表6）

由表6 结果可知，发酵对pH、乳酸有显著影响。与对照组相比，发酵组pH平均下降21.89%（P<0.05），乳酸有显著性增加。发酵处理组的发酵品质明显好于对照组，且时间对pH 和乳酸的影响明显高于温度和发酵剂，其次是发酵温度，发酵剂的影响最小。以pH、和乳酸含量来评价，以第11 组效果最好，第7 组和第8组效果次之。

表6 发酵菌糠pH和乳酸含量

2.5 总菌数和乳酸菌含量（见表7）

表7 发酵菌糠总菌数和乳酸菌含量（CFU/g）

由表7 结果可知，发酵后可以显著提升菌糠的总菌和乳酸菌含量。其中以第7 组和第8 组的活菌含量和乳酸菌含量最高。与对照组相比总菌数和乳酸菌总数均提升了4 个数量级，达到了109级别（P<0.05）。

综合以上结果可知，第7、8组和第11组的各项综合发酵指标较好，但由于第8 组具有刺鼻的难闻异味，感官评价结果相对较差，第7 组的感官评价和活菌数含量都优于第11组，因此最终选择第7组的发酵条件作为最优发酵条件。

2.6 保藏试验（见表8）

表8 各处理组不同保藏天数下感官变化

由表8可知，发酵菌糠的感官评价和保藏效果明显优于未发酵。发酵菌糠在前5 d中感官评价都是优良，而未发酵组感官评价始从刚开始的中等更是跌落到腐败级别。发酵菌糠至保藏第7 d发酵饲料均未发生霉变，而未发酵T3组第3 d开始已经发霉，到第5 d的时候已经严重霉变。

3 讨论

新鲜金针菇菌糠采用本试验发酵工艺直接发酵，不仅能够改善菌糠的感观评价，而且可以延长菌糠的保质期。发酵后的金针菇菌糠质地较好，颜色以黄色为主，呈现酸香味，感官评价良好，且发酵后至少可密闭保存7 d 不发生霉变，这与前人的研究结果一致。玛里兰·毕克塔依尔等[7]研究发现玉米秸秆经过发酵后呈淡黄色，有芳香果味，感官评价良好，且保存期可延长至3 个月。乳酸菌和酵母菌在发酵过程中会产生大量的风味物质，因而能改善菌糠的感官评价。饲料霉变是微生物（主要是霉菌）生长繁殖的结果[8]。酵母菌在好氧发酵过程中，通过空间占位、氧气竞争和产生乙醇等抑菌物质，可有效抑制霉菌的生长。乳酸菌在厌氧发酵阶段大量繁殖，产生大量的乳酸，导致pH迅速降低，而富含的乳酸所生成的低pH环境能够抑制杂菌的生长，延长菌糠保存时间[9]。

通常的发酵菌糠研究多致力于从碳源、氮源等角度通过复配营养物质来探索最佳的发酵条件，通过提高发酵程度，提升菌糠的常规营养价值（如粗蛋白），如李志涛等[10]响应面分析白灵菇菌糠∶玉米粉比例、酵母菌∶乳酸菌比例、初始pH、发酵温度、发酵时间等9 种因素探索白灵菇菌糠发酵饲料最佳蛋白发酵条件，结果发酵后粗蛋白含量提高了78.6%；杨荣玲等[11]通过正交试验研究碳源、氮源以及发酵时间3个因素对双孢菇菌糠营养价值的影响，研究发现在采用葡萄糖、蛋白胨等优质碳源和氮源后发酵时间可以明显缩短，在发酵3.5 d后即可达到最佳效果，发酵后粗蛋白含量提高了73.1%。但这些发酵方法存在条件复杂、步骤繁琐、操作便利性不佳等问题，因而也是限制食用菌菌糠产业化的重要因素，因此也有一部分学者采取较为简单的菌糠发酵方式，尝试为食用菌菌糠的产业化应用提供另一种思路。陈炳钿等[12]在研究金针菇菌糠发酵时采取了室温发酵7、15 d和30 d，结果表明采用外加乳酸菌（添加量为发酵原料鲜重的108CFU/g）室温发酵7 d 能改善发酵平菇菌糠的pH和乳酸等指标，但粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维等常规营养物质提升幅度不高；孟碟方等[13]在研究平菇菌糠发酵时也得到了类似的结果。这些研究表明在额外添加乳酸菌发酵时，简单的发酵工艺也具备改善菌糠品质的可行性，但对粗蛋白等常规营养物质提升幅度不大，这与本试验结果一致。在本试验中，未外加碳源和氮源，推荐的发酵工艺为由酿酒酵母菌、枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌组成的发酵剂、发酵时间7 d、发酵温度30 ℃。在此条件下发酵菌糠的乳酸含量最高、pH最低，活菌含量最高。有研究表明[12-14]，嗜酸乳杆菌产乳酸能力强，可有效降低pH，发酵产物活菌数高。微生物最适合的生长温度通常为28～40 ℃。温度过低时，菌种生长与代谢缓慢，不利于发酵作用；当温度过高时，菌种的种群发生变化，也不利于发酵产品质量的稳定[15]。在本试验中，发酵温度为30 ℃时效果最好，这与李佳腾等[16]研究混菌发酵杏鲍菇菌糠和杨荣玲等[11]研究双孢菇菌糠发酵采用的温度相同。发酵时间是保证发酵菌糠品质的一项重要因素，最适的发酵时间受菌种、底物、料液比等因素影响[10]。在本试验中，最适发酵时间是7 d，这也与陈炳钿等[12]和孟碟方等[13]得出的时间相似，这可能是因为添加的乳酸菌能够加快pH 的下降，可缩短发酵菌糠的发酵过程[13]。

4 结论

综上所述，新鲜金针菇菌糠发酵参数为发酵剂由酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌组成，发酵时间7 d，发酵温度30 ℃；与对照组相比，发酵后的金针菇菌糠粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分和无氮浸出物等指标无显著性差异（P>0.05），中性洗涤纤维最高可降低12.79%（P<0.05），酸性洗涤纤维最高可降低16.88%（P<0.05），发酵后的金针菇菌糠乳酸含量6.03 g/kg，pH 4.52；乳酸菌数达到1.68×109CFU/g；在常温下可密闭保存1周以上。