多菌种混合发酵木薯渣饲料的工艺条件研究

■黄金华 王士长 梁珠民

(1.广西农业职业技术学院，广西南宁530007；2.广西大学，广西南宁530005)

充分高效开发利用农副产品加工成为反刍动物优质饲料是解决我国优质粗饲料紧缺的有效途径。木薯渣是使用木薯生产淀粉和酒精过程中产生的大宗农副产品，含有大量的淀粉和粗纤维，但是粗蛋白质含量低，木质化程度高，适口性差，动物消化利用率低，直接作为饲料饲养效果差。利用微生物本身的特性或产生的酶来分解饲料中的纤维素、木质素，则可以提高这类饲料的营养价值、消化率和适口性[1-4]。但是采用单一菌种的微生物处理，如青贮，其营养价值提高不多，实际应用不理想。而采取两种以上的混合菌种处理木薯渣的研究为数不多[2，5-7]，并且由于菌种组合不佳，菌种存活率不高，特别是在实际生产条件下可操作性不强、生产工艺复杂、成本高、处理效果不佳，因而限制了推广应用。因此，积极继续探讨开发高效、低成本、可实现工厂化生产木薯渣生物饲料的最佳混合菌种及其最佳发酵工艺条件具有重要意义。

本试验首先以木薯渣为发酵原料，添加5%作为疏松剂，5%豆粕作为氮源，用不同组合的混合菌发酵，测定发酵料的pH值、干物质、粗蛋白质、粗纤维含量的变化，筛选出发酵效果最优的混合菌组合，然后对筛选出的最优混合菌组合进行最适宜发酵工艺条件的研究，为工厂化生产木薯渣发酵饲料供牛羊等草食动物饲养提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用木薯渣为直接从木薯淀粉厂收取的鲜湿木薯渣经60℃烘干的风干样；麦麸和豆粕为饲料级，购于市场；所用菌种（黑曲霉、米曲霉、酿酒酵母、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、植物乳杆菌）均由广西大学动物教研室提供，其中地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、植物乳杆菌经单独培养后以1∶1∶1∶2的比例混合，简称为益生素。

1.2 试验设计

1.2.1 木薯渣发酵混合料的制备

本试验以木薯渣为发酵原料，添加5%麦麸作为疏松剂，5%豆粕作为氮源，混匀，加水调制至含水量为65%左右，得到木薯渣发酵混合料，取样，用常规法测定该混合料的干物质含量（以湿料为基础），制成风干样，粉碎至40目后，测定其粗蛋白和粗纤维含量，具体见表1。

表1 发酵前木薯渣发酵混合料的化学成分

1.2.2 混合菌种的最优组合筛选

对黑曲霉、米曲霉、酿酒酵母、益生素进行不同菌种以1∶1组合。共设6个不同组合，分别为组合1：黑曲霉+益生素；组合2：黑曲霉+酿酒酵母+益生素；组合3：米曲霉+益生素；组合4：米曲霉+酿酒酵母+益生素；组合5：黑曲霉+米曲霉+益生素；组合6：黑曲霉+米曲霉+酿酒酵母+益生素。各混合菌组合分别以发酵底物干物质的1%的添加量对木薯渣进行发酵，共设7个处理，处理1:不添加菌种，直接密封发酵，作为对照组；处理2:添加组合1混合菌；处理3:添加组合2混合菌；处理4:添加组合3混合菌；处理5:添加组合4混合菌；处理6:添加组合5混合菌；处理7:添加组合6混合菌。每个处理设9个重复。每个重复以100 g/袋装入聚乙烯薄膜袋中，用真空泵抽出袋内的空气至真空状态，密封，置于室温下贮藏。从开始发酵之日算起，第7、14、21 d对每个处理各开封3袋，测定其pH值、干物质（以湿发酵料为基础）、粗蛋白、粗纤维含量(以风干样为基础)，以评价混合菌种发酵的效果，筛选出发酵效果最优的混合菌组合。

1.2.3 最优混合菌组合的最适宜发酵工艺条件的优化

采用正交试验法研究上述筛选出的最优混合菌固态发酵木薯渣的最适宜发酵条件，包括发酵底物含水量、尿素添加比例、菌种接种比例、发酵时间等4个因素，每个因素设3个水平，共9个试验组，每组5个重复，每组木薯渣重100 g，每组添加5%麦麸作为疏松剂，不同比例的尿素作为氮源，具体设计见表2和表3。通过测定各组木薯渣发酵料的粗蛋白含量、中性洗涤纤维含量、酸性洗涤纤维含量，找出多菌种混合固体发酵木薯渣的最适宜工艺条件。

表2 正交试验因素及水平

表3 固态发酵条件优化的正交试验设计

1.3 各指标的测定方法

采用提取浸提液的方法[8]测定发酵料的pH值，按照常规法[9]测定发酵料的干物质（以湿发酵料为基础）、粗蛋白、粗纤维含量(以风干样为基础)，采用Van Soest粗纤维分析方案[10]测定发酵料的中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量。参考武金凤等(2008)[11]的方法测定发酵料发酵前后的尿素含量，然后计算得到尿素的利用率。

1.4 数据处理

对所得数据采用SPSS18.0软件进行方差分析，用Duncan′s法进行多重比较，结果以“平均数±标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 不同处理对木薯渣发酵料干物质含量的影响

表4 不同处理对木薯渣发酵料干物质含量的影响(%)

从表1和表4可以看出，与发酵前木薯渣混合料的干物质含量（36.23%）比较，处理1的干物质几乎没有变化，而处理2至处理7，均有不同程度的下降，其中处理7下降得最多，但是，至21 d，处理7的干物质含量为34.63%，仅比原料干物质含量减少4.6%，说明用混合菌发酵木薯渣，干物质损失不大，符合生产技术要求。

2.2 不同处理对木薯渣发酵料pH值的影响

表5 不同处理对木薯渣发酵料pH值的影响

由表5可以看出，第7 d各组混合菌处理组的pH值即显著低于对照组（P＜0.05）。随着发酵时间的延长，各处理的pH值均表现出显著下降的趋势，在第21 d末，以处理7 pH值下降最显著，效果最佳。

2.3 不同处理对木薯渣发酵料粗纤维含量的影响

表6 不同处理对木薯渣发酵料粗纤维含量的影响(%)

由表6可以看出，除了处理1的粗纤维几乎没有变化外，其它处理均有不同程度的降低，其中处理7的粗纤维含量降低最显著（P＜0.05）。

2.4 不同处理对木薯渣发酵料粗蛋白质含量的影响

表7 不同处理对木薯渣发酵料粗蛋白质含量的影响(%)

由表7可以看出,各个处理的粗蛋白质含量均随时间不同程度地增加,其中处理7增加最显著(P＜0.05)。

2.5 最优混合菌组合的最适宜发酵工艺条件的优化

从表8可以看出，组合5的粗蛋白质含量最高，中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量最低，尿素利用率最高。因此，组合5的发酵效果最好。即在试验条件范围内，底物含水量为50%、尿素比例为1%、混合菌接种比例为4%、发酵时间为5 d为木薯渣发酵的最优条件。

表8 最优混合菌组合的最适宜发酵工艺条件的优化结果（%）

3 讨论

本研究发现，与对照组比较，添加不同混合菌发酵木薯渣，发酵料中的pH值和粗纤维含量均显著降低（P＜0.05），粗蛋白质显著增加（P＜0.05），其中由黑曲霉、米曲霉、酿酒酵母、益生素组成的7种混合菌发酵木薯渣的效果最好，发酵21 d后，其粗蛋白含量最高[（11.29±0.13）%]，显著高于对照组[（9.30±0.06）%]和其它的试验组；pH值和粗纤维含量均为最低[分别为(3.73±0.08)%和（20.29±0.03）%]，显著低于它们各自的对照组[分别为(4.45±0.11)%和(31.93±0.40）%]和其它的试验组，揭示黑曲霉、米曲霉、酿酒酵母、益生素具有协同提高木薯渣发酵效果的作用。试验研究结果与以前的研究报道相似。适宜的具有不同生物学特性的不同菌种混合发酵，它们之间组成了一个含有各种酶的庞大复合酶体系，能够产生优势互补叠加的作用。譬如，米曲霉能产糖化酶、纤维素酶、淀粉酶、酸性蛋白酶等多种活性很强的酶，黑曲霉可产淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、植酸酶等复合酶系，因此两者能够很好地降解发酵料中的纤维素，为混合发酵中的其它微生物提供营养物质[12]，同时两者具有很好的协同发酵作用[13-14]。枯草芽孢杆菌能够分泌碱性蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、糖化酶、纤维素酶等多种酶系，它与黑曲霉、米曲霉也具有很好的协同发酵作用[15]。王洪瑞等（2012）[16]研究发现，将米曲霉的好氧发酵过程与发酵乳杆菌的厌氧发酵过程叠加后，发酵物的各项主要性状均优于单阶段好氧或厌氧发酵产物。植物乳杆菌既能够产生乳酸，减低pH值[17],又能够通过抑制黄曲霉毒素的产生而促进米曲霉孢子的生长[18]。地衣芽孢杆菌具有很好地降解半纤维素、木聚糖、葡聚糖、植酸盐和果胶的作用[19]。蜡样芽孢杆菌也具有降解纤维素、半纤维素和木质素的能力[20]。酿酒酵母也具有协同发酵的作用[21]。因此，黑曲霉、米曲霉、酿酒酵母、益生素混合发酵木薯渣，不但能够协同降解粗纤维和淀粉，而且能够利用相互之间产生的营养物质不断合成自身的菌体蛋白，从而提高了发酵料中的蛋白质含量。

4 结论

①混合菌种以黑曲霉、米曲霉、酿酒酵母、益生素（地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、植物乳杆菌）组合为最优组合。

②此混合菌的最适宜发酵工艺条件为：底物含水量为50%、尿素比例为1%、混合菌接种比例为4%、发酵时间为5 d。