微生物发酵饲料工艺条件优化的

摘 要：生产工艺条件影响着微生物发酵饲料的产量和质量,试验对一种微生物饲料发酵的淀粉原料组成与含量、物料含水量、发酵菌液pH、发酵温度和发酵时间等工艺条件进行了优化.结果表明,接种酿酒酵母（Sacharomycescerevisiae）和乳酸菌（唾液链球菌嗜热亚种Streptococcussalivariussubsp.thermophilus）的最优发酵工艺条件为玉米淀粉250kg、豆粕4000kg、淀粉酶0.85kg、糖化酶0.30kg、物料含水量34%～36%、发酵菌液pH5.0、发酵温度30℃和发酵时间90h.

关 键 词：微生物；发酵饲料；工艺条件；优化

中图分类号：TQ921文献标识码：A文章编号：0439-8114（2013）21-5272-04

TechnologyOptimizationofMicrobialFermentationFeeds

LINBiao-shenga,b,LIJina,LINQiao-xuea,WENYun-yana,YANGXiao-yana,b

（a.CollegeofLifeScience；b.FujianUniversitiesKeyLaboratoryofPreventiveVeterinaryandBiotechnology,

LongyanUniversity,Longyan364012,Fujian,China）

Abstract：Thetechnologicalconditionsinfluencingthequalityandquantityofmicrobialfermentationfeedswereoptimizedonstarchpositionandcontent,watercontent,pHvalue,temperatureandfermentationtime.Theresultsshowedthattheoptimalfermentationconditionorsacharomycescerevisiaeandstreptococcussalivariussubsp.thermophilusincluded250kgcornstarch,4000kgsoybeanmeal,0.85kgamylase,0.30kgsaccharifyingenzyme,34%～36%moisture,fermentation90hunderpH5.0andat30℃.

Keywords：microani；fermentationfeed；technologycondition；optimization

微生物发酵饲料的生产与应用是目前饲料工业和养殖业最热门的内容[1],其生产和应用历史也较为悠久,形式多样[2].微生物发酵饲料是利用乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌等有益菌种,对农业和轻工业生产的各种副产物进行发酵降解,生成含有机酸、可溶性多肽等物质,适口性好、营养丰富、有益活菌含量高的生物饲料或饲料原料[3].除菌种外,生产工艺条件也是决定微生物发酵饲料产品质量的主要因素[4].本试验通过对一种微生物发酵饲料的原料种类、配比组成、发酵温度、发酵菌液pH及发酵时间等工艺条件的研究,探讨适合微生物发酵饲料的最佳工艺,为微生物发酵饲料的生产和应用提供相关的理论参考或依据.

1材料与方法

1.1材料

发酵原料：豆粕、陈米粉、红糖、棉粕、菜粕、玉米淀粉、马铃薯淀粉等均由福建龙岩金和动物饲料有限公司提供.

其他试剂及材料：淀粉酶（1,4-α-D-葡聚糖麦芽水解酶）,购自南京都莱生物技术有限公司,酶活2000U/g；糖化酶（α-1,4-葡萄糖水解酶）,购自上海沪宇生物科技有限公司,酶活10万U/g；XIBA-6B型直插式水分仪,购自济南恒安商贸有限公司.

菌种：酿酒酵母（Sacharomycescerevisiae）和乳酸菌（唾液链球菌嗜热亚种Streptococcussalivariussubsp.thermophilus）,均由福建龙岩金和动物饲料有限公司提供.

1.2方法

1.2.1整体工艺流程在蒸煮锅内加入淀粉（150kg陈米粉）和1000kg水混合→通入蒸汽,100～105℃蒸煮30min→冷却到70℃,加入0.5kg淀粉酶,作用120min→加入0.2kg糖化酶,搅拌3min→与蛋白饲料原料（4000kg豆粕,含水量13.0%,粉碎过20目筛）混合→冷却到35℃以下,加入红糖水（8kg红糖+75kg水）活化的菌液（pH5.5）,菌液含5L乳酸菌培养液（109CFU/mL）和2kg活性干酵母粉（109CFU/g）→放入发酵罐中发酵,顶部压实,不留空隙,通冷却水直至发酵结束（环境温度20～26℃,冷却水的温度20～22℃）,发酵时间96h→气流干燥,获得产品→检测产品乳酸含量.

1.2.2发酵产品检测水分测定：采用水分仪检测发酵物料含水量（%）.发酵温度的测定：发酵罐物料中心安装有温度传感器探头,可随时测定发酵物料中心温度.乳酸含量的测定：参照罗建等[5]的方法,采用乳酸检测试剂盒检测.

1.2.3发酵淀粉原料优化试验发酵工艺采用了陈米粉、红糖等淀粉原料进行发酵,本试验对发酵的淀粉原料的种类和用量进行了优化.

1）淀粉原料的选择试验.试验采用两种不同的淀粉原料进行对比试验.对照组采用的发酵淀粉原料为红糖（150kg）,无需加入淀粉酶和糖化酶,可为发酵菌种直接利用.试验组采用的是陈米粉（150kg）完全代替红糖,并添加一定量的淀粉酶和糖化酶辅助陈米粉水解.陈米粉（1000元/t）远低于红糖,可节省一定的生产成本.对照组和试验组均需使用8kg红糖活化菌种,作为启动糖源.具体原料组成见表1.2）陈米粉不同用量对饲料发酵效果的影响.在前一试验的基础上,考察陈米粉不同用量（200、250、300kg）对饲料发酵效果的影响.试验用原料为4000kg豆粕,启动糖源为红糖8kg,淀粉酶和糖化酶的量作相应的调整,所有其他操作参数和工艺流程保持不变.具体原料组成见表2.

3）陈米粉淀粉原料替代试验.在前一试验的基础上,考察等量的玉米淀粉和马铃薯淀粉代替陈米粉淀粉对饲料发酵效果的影响,其他所有的操作工艺均按前面所述的优化条件进行.

1.2.4发酵工艺优化试验

1）在确定最优淀粉原料组成的基础上,将物料总体含水量分别配制成24%、26%、28%、30%、32%、34%、36%、38%和40%,在环境温度26℃下共发酵100h.在发酵60～100h期间,每隔10h取样一次测定其乳酸含量,考察物料不同水分含量对发酵结果的影响.

2）在选定的最优物料含水量的基础上,设置发酵菌液pH分别为5.0、5.5、6.0,在环境温度26℃下发酵100h.在发酵60～100h期间,每隔10h取样一次测定其乳酸含量,考察加入不同pH的发酵菌液对发酵结果的影响.

3）在选定的最优物料含水量及发酵菌液pH基础上,设置3种发酵温度（20、25、30℃）,共发酵100h.在发酵60～100h期间,每隔5h取样一次测定其乳酸含量,考察不同发酵温度对发酵结果的影响.

4）在选定的最优物料含水量、发酵菌液pH、发酵温度的条件下共发酵100h.在发酵60～100h期间,每隔5h取样一次测定其乳酸含量,以确定最优的发酵时间.

2结果与分析

2.1发酵淀粉原料优化试验结果

2.1.1淀粉原料的选择试验结果由图1、表3可见,试验组的乳酸产量比对照组高16.7%,发酵中心温度比对照组低11℃,降温效果很显著.虽然试验组发酵成熟时间比对照组延长了24h,但是其综合效益还是优于对照组的.

2.1.2陈米粉不同用量对饲料发酵效果的影响由图2、表4可见,随着陈米粉用量的增加,发酵中心温度随之升高,发酵成熟时间随之缩短.但发酵效果（乳酸产量）截然不同.当陈米粉用量由200kg增加到250kg时,其乳酸产量明显增加；而当陈米粉用量再继续增加（300kg）时,其乳酸产量却急剧减少.因此,选择陈米粉用量250kg、淀粉酶用量0.85kg、糖化酶用量0.30kg、物料含水量34.95%为适宜的发酵条件.

2.1.3陈米粉淀粉原料替代试验结果按前一试验确定的优化条件,分别选用250kg的玉米淀粉和250kg马铃薯淀粉代替陈米粉淀粉,其他操作条件和工艺不变,试验结果见图3、表5.结果表明,玉米淀粉和马铃薯淀粉的发酵中心温度均稍低于陈米粉淀粉.与陈米粉淀粉发酵相比,马铃薯淀粉发酵乳酸产量较低,且发酵时间较长,不是理想的发酵淀粉原料；玉米淀粉虽然发酵时间稍长,但乳酸产量更高,且为非主要粮食作物,更具有生产应用价值,是理想的发酵淀粉原料,能代替陈米粉淀粉进行发酵生产.

2.2发酵工艺优化试验结果

2.2.1物料不同含水量对发酵结果的影响由图4可见,物料的含水量越高,乳酸菌的生长繁殖速度越快.但在实际生产中,随着物料水分含量增大,其操作成本也会越来越高（主要体现在防止杂菌污染、收获成品等方面[6]）.因此,综合分析认为含水量在34%～36%之间是比较合适的,不仅能保证较快的乳酸菌生长速度,产生较多的乳酸,同时又能适当降低操作成本.

2.2.2不同发酵菌液pH对发酵结果的影响由图5可见,发酵菌液pH越低,乳酸菌的生长繁殖速度越快,乳酸产量越高.因此选择发酵菌液pH为5.0较为适宜.

2.2.3不同发酵温度对发酵结果的影响由图6可见,发酵的环境温度对微生物的生长有重要影响.环境温度越高,微生物（包括乳酸菌和酵母菌）生长越快,发酵所需要的时间也越短.因此,选择30℃作为发酵温度较为适宜.

2.2.4优化条件下发酵时间对发酵结果的影响在最优的物料含水量、发酵菌液pH、发酵温度下进行发酵,发酵时间对发酵结果的影响如图7所示.由图7可见,在该优化条件下,乳酸产量在发酵90h左右就能达到峰值.因此选择90h为最优发酵时间.

3小结与讨论

微生物发酵饲料中含有大量的有益微生物菌群（乳酸菌、酵母菌等）,在生产上应用能起到减少腹泻以及改善猪肠道健康的功效[7].微生物发酵饲料的应用对解决抗生素的滥用、残留和耐药性问题提供了新的思路,现已成为了世界各国在无抗饲养应用方面研究的热点[8].目前微生物发酵饲料比较成功的技术包括传统的青贮饲料[9]、单细胞蛋白饲料[10]、呼吸膜移动固态发酵饲料等[5].目前国内外发酵饲料研究主要集中在饲料的原料组成、发酵菌株种类和配比、生产工艺条件等方面[11].

本试验对微生物制备发酵饲料工艺进行了优化试验,结果表明,以4000kg豆粕作为蛋白原料、添加250kg玉米淀粉、0.85kg淀粉酶、0.30kg糖化酶、物料含水量34%～36%、在30℃下接种pH5.0酿酒酵母和嗜热乳酸菌混合菌液进行发酵,发酵90h其乳酸产量即能达到峰值.在此优化条件下,不仅能以较快的发酵速度得到较好的乳酸饲料产品,还能降低生产成本,可为微生物发酵饲料的生产实践和推广应用提供一定的借鉴[12].