湿基态发酵饲料水分含量对pH及营养成分的影响

李升和 葛金山 朱元招 徐梅 周华杰 朱明明（山东众成饲料科技有限公司 肥城 271600 ②安徽科技学院 凤阳）



湿基态发酵饲料水分含量对pH及营养成分的影响

李升和①②葛金山①朱元招①②徐梅①周华杰①朱明明②（①山东众成饲料科技有限公司 肥城 271600 ②安徽科技学院 凤阳）

以不同底物为原料进行固态微生物发酵，研究湿基态发酵饲料不同水分含量对不同发酵阶段pH及营养成分的影响。发酵分为A、B、C、D 4个组，其水分含量分别为31.0%、33.0%、35.0%、37.0%。试验共进行38d。结果表明，发酵至38d时，C、D组pH值4.5以下，发酵基本完成；A、B组pH值4.5以上，尚未完成发酵。C组第38d时pH仍呈下降趋势，发酵快、发酵最稳定；4组中水分、粗蛋白、钙、总磷及粗灰分的成分含量均未见显著差异。发酵生产湿基态微生物饲料水分适宜含量为35.0%。

水分 pH值 湿基态发酵饲料 营养成分 乳酸杆菌

随着微生物发酵饲料的迅速发展，其生产形式多种多样，优越性也越来越突出，微生物发酵后产生多种维生素、活性多肽、氨基酸、抑菌物质、免疫增强因子、促生长因子，可以降低饲料中毒素含量[1]，Carlson等研究报道，发酵后饲料中的植酸磷或无机磷酸盐被降解或析出，变成了易被动物吸收的游离磷等[2]，起到促进生长，维持动物肠道的菌群平衡作用[3]，饲喂发酵饲料后动物肠道中大肠杆菌数下降[4]；由于不添加抗生素等药物，不会造成抗生素药物残留，微生物发酵饲料技术是一种生态健康型饲料生产技术。所以发酵饲料的普及应用对饲料的发酵技术形成迫切的需求。

本试验利用酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌按一定比例混合成复合菌株，添加至不同含水量的湿基态发酵饲料，对各个发酵阶段的pH值及营养成分进行测定，探讨湿基态发酵饲料适宜的发酵含水量，为湿基态发酵饲料提供条件参数，对发酵饲料生产具有重要的指导意义。

1 材料和方法

1.1 试验分组与设计

试验以不同底物为原料进行4组(A、B、C、D)固态微生物发酵，其水分含量分别确定为31.0%、33.0%、35.0%、37.0%。试验发酵共进行38d。发酵期内的环境温度平均范围为13~19℃，发酵第1d环境温度为19℃(上午10：00测定值)，发酵38d时环境温度为13℃(上午10：00测定值)。

在发酵开始，第17d、24d、31d、38d，分别检测发酵饲料的pH值和水分、粗蛋白质、粗灰分、钙、磷等常规营养指标。

1.2 饲料底物及发酵

1.2.1 发酵菌种选择 选择3种发酵菌株并进行复配：第1种是外源酵母菌，即1株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)；第2种是外源芽孢菌，选择1株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)；第3种是乳酸菌，选择1株厌氧的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)。将酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌按一定比例混合成复合菌株制剂，供发酵用。

1.2.2 饲料底物组成 固态发酵饲料底物选择棉粕、豆粕作为主要蛋白质原料，以玉米胚芽粕、麸皮、次粉、玉米皮作为碳源，以红糖作为可溶性碳源，并添加蛋白酶、植酸酶等活性成分。发酵菌种采用复配后的上述复合菌株。发酵饲料底物配方组成见表1，其相应的营养成分见表2。

1.2.3 发酵过程 根据物料配方，选择所需各种原料，进行配合。然后将筛选的复合微生物菌种先放入30~38℃温水中活化15~30min，再将含有菌种的温水充分与上述原料混合。将混合好的物料装入清洁的密闭容器中，封闭严实，防止空气进入。厌氧固态发酵正式开始。

发酵过程中，确保厌氧发酵条件的完好，记录不同发酵时间内的发酵的温度，观察发酵产气情况。

表1 发酵饲料底物配方 (g)

表2 发酵饲料营养成分表 (%)

1.3 检测指标

发酵饲料的pH值、水分、粗蛋白质、粗灰分、钙、磷等常规营养指标。

1.3.1 发酵饲料pH值的测定 称取发酵样品5g溶解于25mL烧杯中，用PHS-3C型精密pH计测定溶液的pH值。测定步骤：（1）开机。相关设定后，按“确认”键回到pH测量状态。（2）将电极插入标准缓冲溶液中标定。（3）标定结束，电极清洗后对被测溶液进行测量。

1.3.2 发酵饲料水分的测定 按GBT 6435 1986方法进行，即采用恒重法测定样品中的水分含量。根据样品在105±2℃烘箱中烘干前后所失去的水分，计算出样品水分量。计算公式：水分(%)＝[(W1-W2)/(W1-W0)]×100。式中W1：105℃烘干前试样及称样皿重；W2：105℃烘干后试样及称样皿重；W0：已恒重的称样皿重。

1.3.3 粗蛋白质的测定 采用凯氏定氮法测定样品中的粗蛋白质。测定步骤：（1）样品消化：用浓硫酸进行湿法消化。（2）氨的蒸馏与滴定：在KDN-08A型定氮仪上进行氨的蒸馏，用2%硼酸溶液吸收蒸馏出的氨气。（3）硼酸吸收氨后，立即用HCl标准溶液(0.1M)滴定，记录所用盐酸标准溶液的体积，再计算出样品中所含的粗蛋白质量。计算公式：粗蛋白质(%)=(V2-V1)×C×0.0140× 6.25/m×100。式中V2：试样滴定时所需算标准溶液的体积；V2：空白滴定时所需酸标准溶液的体积；C：盐酸标准溶液的浓度；m：试样的质量；0.0140：每ml HCl标准溶液相当于N的g数；6.25—氮换算成蛋白质的系数。

1.3.4 粗灰分的测定 采用高温灼烧法测定样品中的粗灰分。测定步骤：（1）样品称重。（2）炭化。（3）灰化：于550±20°C下灼烧样品5~6h。根据样品灰化前后的重量差计算出样品的粗灰分含量。计算公式：粗灰分(%)=(m2-m0)/(m1-m0)×100。式中m0：以恒重空坩埚质量；m1：坩埚加试样质量；m2：灰化后坩埚加灰分质量。

1.3.5 钙的测定 采用高锰酸钾法间接测定样品中的钙含量。测定步骤：（1）试样制备：样品灰化后，加10ml HCl与几滴浓HNO3，制备成氯化钙溶液。（2）钙沉淀：用4.2%草酸铵溶液，形成草酸钙。（3）滴定：加硫酸溶液后，用标准高锰酸钾溶液滴定。根据消耗高锰酸钾溶液的体积数计算样品钙的含量。计算公式如下：Ca(%)=(V-V0)×C×40/20/m×V’/100×100/1000。式中V：高锰酸钾标准溶液滴定用体积；V0：测定空白时，高锰酸钾标准溶液滴定用体积；C：高锰酸钾标准溶液浓度；m：试样质量；V’：滴定时移取试样分解液的体积(ml)；40/2：钙的mol数。

1.3.6 磷的测定 采用比色法测定样品中的磷。测定步骤：（1）试样制备：同钙测定。（2）加入钼酸铵等显色剂。（3）比色测定：在752N紫外可见分光光度计中，测定并记录试样的吸光度。根据吸光度计算磷的含量。

2 结果与分析

2.1 饲料发酵不同阶段的pH值变化规律

不同含水量、不同底物组成的A、B、C、D组，在发酵第17、24、31和38d的pH值见图1。

由图1可知，发酵的17d，A、B、C、D 4组的pH值均较高，其中水分含量最低的A组pH值最高，为5.60；B、C、D组pH值依次降低，分别为5.15、4.83、4.66。随着发酵时间的延长，4组发酵料的pH值均呈下降趋势。发酵至第24d，A、B、C、D组的pH值相应下降为5.29、4.81、4.73、4.59，pH值均有不同程度下降，其中A组和B组下降较多，C组和D组此段曲线较平稳，表明A组和B组发酵强度较高。

图1 不同含水量的湿基态发酵饲料不同阶段pH值变化规律

发酵第24至31d，A、B、C、D 4组的pH值仍继续下降，且保持较大的下降幅度，表明仍在进行较高强度的发酵。发酵第31d时，A、B、C、D的pH值分别为5.04、4.49、4.46、4.26，其pH值大小顺序未发生变化。发酵第31至38d，A、B、C、D组的pH值下降幅度明显趋缓，其中B组pH值反而升高，D组pH值稍有升高，A和C组pH值呈缓慢下降，表明发酵强度减缓，发酵趋于完成。发酵第38d，A、B、C、D的pH值分别为5.03、4.71、4.41、4.32，pH值大小顺序未发生变化，但B、C、D 3组的pH值较为接近。

表3 不同含水量湿基态发酵饲料不同阶段的营养成分

2.2 饲料发酵不同阶段的营养物质变化规律

不同含水量、不同底物组成的A、B、C、D组，在发酵第17、24、31和38d的营养成分含量见表3。

由表3可知，发酵开始、发酵第17、24、31和38d，A、B、C、D 4组湿基态发酵饲料中水分均无明显变化；钙先呈下降趋势后又不同程度提高；粗蛋白质、总磷、粗灰分均缓慢上升，各营养成分的变化可能是试验误差所致，但从发酵的总体中可以看出钙、总磷、粗灰分等营养成分，均无显著变化。

3 讨论

3.1 水分等发酵条件对湿基态微生物饲料发酵的影响

湿基态发酵饲料是一种固态发酵形式，固态发酵过程中，料水比在细胞生长和酶的合成方面发挥了很重要的作用[5]。水的添加可以促进基质溶胀，有利于微生物利用生长，但是水的最适添加量要视发酵系统情况不同而定[6]，同时菌种组合、厌氧环境、pH值以及环境温度等都对发酵产生重要影响。本试验采用的湿基态发酵是以乳酸菌为主的厌氧发酵，首先要合理筛选与复配菌种，创造适合于乳酸菌生长繁殖的厌氧环境条件，才能确保发酵的成功，为此，试验选用酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌3种菌株，发酵开始时利用酵母菌消耗密闭容器内残留的氧气进行增殖和呼吸代谢，同时也为乳酸菌创造一个厌氧的生活环境，然后，酵母菌在无氧条件下进行糖酵解，产生酒精和二氧化碳，乳酸菌也同时增殖、代谢，产生乳酸等有机酸，当乳酸积累至一定程度，即当pH值下降至4.5以下时，发酵即已完成。因此，pH值可作为判定乳酸的产生量及发酵完成的依据。水分是影响微生物饲料能否发酵成功的主要因素之一，水分含量高有助于发酵，并且发酵过程快、时间短，资料显示水分≥40%时，固态发酵易于进行；水分含量越低，发酵时间越长，发酵越难进行。环境温度主要影响发酵时间，夏季发酵3~5d就有明显的酸香味。冬季时间需要延长。如果环境温度低于12℃，发酵就有可能失败。酵母在低温下长期代谢低迷，不产生二氧化碳，使得外界的氧气能长时间与接种的乳酸菌接触，会导致乳酸菌活力大减，甚至死亡。

本试验复配的3种菌株组合，能够形成较好的厌氧环境，有利于以乳酸菌为主的发酵的进行，菌株选择合适。发酵底物水分设计为31%~37%，水分含量低，pH值下降缓慢，表明乳酸菌生长繁殖速度慢，发酵产生的乳酸少，发酵时间延长，其中A组水分为31%，在发酵的第38d，pH值仍在5以上，发酵还在继续，而水分分别为35%和37%的C、D组的pH值已降至4.5以下，发酵基本完成，显示水分对pH值有明显影响，尤其是水分≤40%时影响更为显著，这与水分≥45%时影响pH结果的报道不同[7]。本试验发酵的温度较低，为13~19℃，因此发酵时间较长，若在20℃以上较高的温度条件下，发酵时间会缩短，此时水分对发酵产物pH的影响尚需作进一步探讨。

3.2 底物水分对湿基态发酵饲料营养成分的影响

湿基态发酵饲料是利用微生物菌株发酵非常规能量饲料、蛋白质饲料以提高饲料利用效率的绿色环保型饲料，发酵后常规营养成分含量常发生一定变化。本试验发酵自开始至发酵第38d，底物水分含量为31%、33%、35%、37%的各组湿基态发酵饲料中水分、钙、粗蛋白质、总磷、粗灰分等6种营养成分含量均无显著变化，表明在低水分发酵条件下，常规营养成分含量在发酵前后基本一致。试验各组间常规营养物质含量不同，是由于底物不同所致。试验底物选择豆粕以及棉籽粕、玉米皮、次粉、玉米胚芽粕等非常规原料，依靠微生物菌株对棉籽粕等植物性蛋白质和次粉、玉米皮等谷类籽实加工副产物进行降解，以提高这些非常规性饲料的利用率，棉籽粕中60%~80%的游离棉酚尚被降解，资料显示，发酵良好的非常规性植物蛋白质饲料的应用价值等同于或超过豆粕[8,9]，并且发酵饲料由于在发酵过程中菌株的快速增殖，含有大量的有益菌及其代谢产物和促生长因子，能够维持机体肠道微生物平衡，提高机体免疫力，最大限度地发挥机体的生长潜力[10]；此外，湿基态微生物饲料由于添加量大，克服了常规微生态制剂添加剂添加量小和稳定性差的缺点，水分含量为35%，能够以较大比例混入到饲料中，因此将得到广泛应用。

4 小结

随底物水分含量自31%增加至37%时，发酵时间缩短，发酵产物pH值下降速度加快。

发酵温度10~19℃，发酵至38d时，水分含量为35%和37%的湿基态发酵饲料pH值均达到4.5以下，发酵基本完成；而水分含量为31%和33%的发酵饲料pH值均在4.5以上，尚未完成发酵。

不同水分含量的各组湿基态发酵饲料水分、粗蛋白质、粗灰分、钙、磷等常规营养成分含量在发酵前后未发生明显变化。

发酵生产湿基态微生物饲料时，水分适宜含量选择为35.0%，发酵易于进行，发酵料pH值能较快达到4.5以下，可满足应用湿基态微生物发酵饲料低水分含量的要求。

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（2011–04–19）

山东省禽用饲料工程技术研究中心, 编号鲁科规字[2010]236号; 山东省农业科技成果转化资金项目, 鲁科农字[2010]79号; 国家星火计划, 编号2010GA740009; 山东省科技发展计划“猪无抗生素安全生态型养殖标准化体系技术研究与示范”, 编号2010GGX10141

S816.6

A

1007-1733(2011)07-0001-04