微生物发酵醋糟的研究进展

邓永平，辛嘉英*，郑洛昀，刘晓兰，艾瑞波，郭建华

（1.哈尔滨商业大学食品工程学院省高校食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨150076；2.齐齐哈尔大学农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室，黑龙江齐齐哈尔161006）

微生物发酵醋糟的研究进展

邓永平1,2，辛嘉英1*，郑洛昀1，刘晓兰2，艾瑞波2，郭建华2

（1.哈尔滨商业大学食品工程学院省高校食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨150076；2.齐齐哈尔大学农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室，黑龙江齐齐哈尔161006）

醋糟是酿醋的下脚料，其酸性大、腐烂慢，易污染环境。通过现代生物发酵技术，可以变废为宝，既可减少醋糟对环境的污染，又可实现醋糟资源的再利用。该文介绍了醋糟在发酵饲料、酶、益生菌、能源制备和有机肥生产方面的研究进展，从而为醋糟资源的研发提供参考和依据。

醋糟；微生物；发酵；饲料；酶；有机肥

醋具有多种生理功能，《本草纲目》中有“醋能消肿、散水气、杀邪毒、理诸药”之说。在我国，酿造历史悠久，醋的品种繁多。醋糟是以淀粉质原料为主料固态发酵酿造食醋过程中产生的残渣，年产量巨大[1]。不同来源（如山西、天津、四川等）的醋糟含水量极高（约70%），蛋白质含量低（6%～12%），粗纤维含量高（15%～35%），而且pH较低，不易降解，直接排放易造成环境污染[2-6]。因此，醋糟的有效利用一直是研究人员关注的问题。

目前，醋糟的主要利用方式有饲料原料、食用菌栽培基质和植物无土栽培基质、循环回用等[7-10]。近年来，还有较多关于微生物发酵醋糟制备发酵饲料及制氢的报道，开辟了醋糟开发利用的新途径。本文对微生物发酵醋糟制备发酵饲料和微生态制剂、制备能源和有机肥生产方面的研究进展和现状进行了综述，旨在为醋糟的开发利用提供一定的参考。

1　微生物发酵醋糟制备发酵饲料或微生态制剂

1.1微生物发酵醋糟制备发酵饲料

近年来，由于世界范围内粮食的短缺和饲料工业的快速发展，致使常规饲料原料的供应日趋紧张。因此，开发利用非常规饲料资源便成为人们关注的热点。我国饲料工业“十三五”发展规划也指出要广辟饲料来源，加大非常规饲料资源开发力度。崔耀明等[3]测定了山西老陈醋醋糟的营养成分，发现醋糟中含有多种无机离子、维生素和较丰富的纤维成分，是一种新型的饲料原料。在反刍动物和草食动物饲养中可将醋糟直接用于配制动物日粮，替代部分其他饲料，既可以降低饲喂成本，也可以缓解我国畜牧业饲料资源相对匮乏的现状[5]。但是，其他单胃动物对醋糟的直接利用率极低[6]。

微生物营养谱宽广，大量研究表明，醋糟可以作为酵母菌和霉菌的培养基生产发酵饲料。微生物发酵后可以有效地降低醋糟粗纤维含量，提高其蛋白质的含量，提高动物的消化利用率。酵母菌细胞蛋白质含量高，是生产富含蛋白质饲料的常用菌株[11-12]。但是酵母单独发酵醋糟生产醋糟生物蛋白饲料，醋糟中含有的残留淀粉不易被酵母菌吸收利用，单宁则有苦涩味，导致饲料的适口性较差，因此研究人员们将生产工艺由单菌种发酵改为双菌种或多菌种混合发酵。醋糟中的粗纤维及残留淀粉作为诱导物可以诱导某些霉菌产生纤维素酶、木聚糖酶、淀粉酶等，从而将醋糟中所含的粗纤维及淀粉降解为单糖或二糖，配合蛋白质含量高的酵母菌共同发酵即可制备出富含优质蛋白的生物发酵饲料，从而提高醋糟的营养价值，改善其适口性。

张建新等[13]利用担子菌和酵母菌混合发酵醋糟培养基，培养基料水比1∶1.2（g∶mL），初始pH 6.5，在27℃发酵后提高了醋糟中蛋白质的含量，明显降低了粗纤维的含量，提高了醋糟的营养价值。云春凤等[4]探讨了白腐真菌和黑曲霉（Aspergillus niger）混合发酵的接种时间对鲜醋糟中的氨基酸和粗纤维的影响，结果表明，在鲜醋糟培养基中接入白腐真菌培养9 d后接入黑曲霉，混合发酵24 d后，氨基酸总量较发酵前提高了170%，氨基酸总量占粗蛋白总量的比率提高至85.25%，必需氨基酸总量占氨基酸总量的比率提高至42.25%。

果醋是近些年深受大众喜爱的保健饮品，酿造果醋产生的糟渣含有一定比例的粗蛋白、粗脂肪及部分残糖，直接作为饲料价值较低，但是适合微生物的生长繁殖。史晓华等[14]以樱桃醋糟为主料，玉米粉为辅料，利用黑曲霉（Aspergillus niger）SC203、米曲霉（Aspergillus oryzae）SC213、酵母菌SL-Y203共同发酵生产蛋白饲料，发现3种菌共同发酵效果优于单菌发酵，黑曲霉代谢产物中含较高活性的纤维素酶和淀粉酶，可以降解樱桃醋糟中的抗营养物质及纤维素；米曲霉可以赋予饲料特有的酸甜味道，改善适口性；酵母菌富含蛋白质，最终确定接种量为11%，三种菌接种比例为2∶1∶2，30℃发酵4 d后，与未发酵醋糟相比，饲料中粗蛋白含量提高了30.8%，粗纤维含量降低了6.4%。于磊娟等[15]通过改进接种比例对该工艺进行了优化，樱桃醋糟培养基辅以1.5%硫酸铵和20%玉米粉，调节初始pH值为6.0，首先接种米曲霉，1 d后接种黑曲霉，2 d后接种酵母菌，接菌比例为3∶4∶4，接种量11%，发酵温度30℃。发酵96 h后，饲料中粗蛋白可达38.7%，较樱桃醋糟提高了约5倍，粗纤维含量降低34.8%，既提高了饲料的营养价值，又提高了适口性。

制备醋糟发酵饲料主要采用固体发酵的方式，为了提高固体发酵效价，林克龙等[16]利用自行研制的转鼓式反应器对醋糟固体发酵工艺进行了研究。确定干醋糟和麸皮的比例为8∶2，初始含水量为65%，将热带假丝酵母（Candida tropicalis）、绿色木霉（Trichoderma viride）以3∶1的比例同时接入发酵培养基，在30℃通气（65 L/min）培养48 h，每4 h搅拌一次，发酵后醋糟中真蛋白含量可以提高至19.7%。

梁静波等[17]以餐厨垃圾和醋糟为原料，利用混菌固态发酵生产蛋白饲料，确定最佳工艺条件为餐厨垃圾和醋糟添加质量比为67∶33，接种量为10.46%，菌种由平菇（Pleurotus ostreatus）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、产朊假丝酵母（Candida utilis）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）按一定比例组成，尿素添加量为2.9%，发酵产物真蛋白含量为24.04%，较初始条件提高28.97%。

通过微生物发酵可以提高醋糟中蛋白质的含量，降低粗纤维的含量，提高醋糟的营养价值，改善适口性，同时，微生物发酵醋糟还可以产生其他生物活性物质，如酶类、抗氧化活性物质等，可以提高动物对饲料的消化利用率、增强防病抗病能力、改善体色、降低环境污染等。经过微生物发酵可以进一步拓宽醋糟在养殖业中的应用范围，降低养殖业成本，产生较高的经济效益和社会效益。

1.2微生物发酵醋糟产酶

在饲料中添酶制剂可以降低饲料的黏度，不仅能提高饲料的消化率和利用率，提高禽畜及鱼类的生产性能，还能减少禽畜排泄物中的氮、磷的排泄量，减轻污染治理成本，有十分广阔的应用前景。醋糟是一种廉价的固体发酵原料，醋糟结构疏松，通风良好，非常适合好氧菌的生长和代谢。霉菌是利用醋糟发酵产酶的优势菌。

LIU J等[18-19]测定了醋糟的部分理化性质，研究了康宁木霉（Trichoderma koningii）AS 3.4262固体发酵醋糟产纤维素酶和植酸酶的工艺，确定培养基含40%醋糟、1%（NH4）2SO4、0.2%K2HPO4、0.1%MgSO4·7H2O，初始pH为5.0，在30℃发酵84 h，其中纤维素酶活力23.76 IU/g、植酸酶活力6.90 IU/g。

白玉明等[20]采用多菌种固态发酵酱油渣、醋糟制备饲用复合酶，所用菌种为木霉（Trichodermasp.）、扣囊拟内孢霉（Endomycopsis fibuligera）AS2.1145和丝孢酵母（Thichospron cuteneum）2057，培养料配比为酱油渣∶醋糟∶麦麸∶玉米面=6∶2∶2∶1，按所选各项条件曲盘培养42 h后，物料收率为82%左右，蛋白含量24.5%左右，纤维素酶活2 750 U/g，糖化酶活1 800 U/g，蛋白酶活1 100 U/g和3.5×109CFU/g。

WANG Z H等[21-22]研究发现无花果曲霉（Aspergillus ficuum）能在单一醋糟培养基中很好地生长并且产生植酸酶，干物质发酵产物中最高酶活达8.74 U/g。将该酶用于饲喂试验发现，蛋鸡排泄物中磷含量减少了22.14%，并且可降低饲喂成本。

利用微生物发酵醋糟制备酶具有成本低、附加值较高的优点，但是，提取目的产物之后产生的未完全发酵的残余物如果直接排放不仅浪费资源，还会造成环境污染，如何处理还需要进一步研究探讨。

1.3微生物发酵醋糟生产活菌

除了通过微生物发酵改善醋糟的发酵品质，还可以采用物理、化学手段与生物处理相结合的方法。李小连等[23]采用水热处理结合纤维素酶酶解技术对醋糟进行了预处理，制得葡萄糖质量浓度为27 g/L的醋糟酶解液，利用该醋糟酶解液作为液体发酵培养基，发酵生产枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）TS-02活菌制剂，培养44 h时活菌数高达4.64×1010CFU/mL；在7 L发酵罐中发酵22 h，活菌数达6.16×1010CFU/mL，产量高于葡萄糖培养基产量。但是，采用外加纤维素酶降解技术预处理醋糟的成本较高。

2　用于发酵制备能源

能源短缺是全球问题，我国目前处于快速发展时期，对能源需求巨大，积极推动能源科技革命，大力发展可再生能源和清洁能源，是发展的重中之重。醋糟厌氧发酵产能，不仅可以使这种废物转化为能源，也可减轻对环境的污染，具有很好的工业应用前景。

2.1发酵醋糟产甲烷

魏本平等[24]对批式干发酵醋糟产沼气进行了研究。确定了醋糟是良好的干发酵产沼气的原料。在发酵初始料液总固体量为23.7%的条件下，35℃培养时原料产气率比25℃培养提高了24.3%，池容产气率提高21.4%。

贾志莉等[25]研究了在中温条件下混菌发酵酱糟和醋糟混合物产沼气的情况。研究发现，单一酱渣培养菌种的延滞期为17.46 d，混合物培养明显缩短了延滞期，为3.00～3.83 d；混合发酵组产甲烷量最多提高了14%；发酵产生的沼气中甲烷体积分数在65%～70%；酱、醋糟发酵的产酸类型以乙酸型发酵为主。

FENG L等[26]发现活性污泥接种比例（feed to inoculum ratio，F/I）为1时甲烷的产量最高，可以达到242.69 mL/g VS。LI L等[27]研究了在连续搅拌罐反应器中醋糟厌氧消化（anaerobic digestion，AD）产甲烷的情况。在有机负荷率（organic loading rate，OLR）为2.5 gVS/Ld时甲烷最高产率为581.88 mL/L。废液的再循环能够有效地中和醋糟的酸度，提高原料的pH值，增强厌氧消化系统的缓冲能力。

为了提高醋糟的生物能源气体转化，WANG Z B等[28]在两阶段的厌氧发酵系统中对醋糟和厌氧污泥的预处理进行了研究。碱预处理厌氧污泥能够有效地富集氢；盐酸处理醋糟会释放更多的有机成分，将醋糟的非晶纤维素结构显著分解。通过醋糟和厌氧污泥的预处理增强了产氢量，获得较短的延迟期和发酵周期，两级厌氧发酵具有更高的效率。

FENG J Y等[29]为了进一步提高醋糟厌氧发酵的转化率，采用蒸汽爆破对醋糟进行预处理，破坏了醋糟的纤维结构，与未处理醋糟相比，发酵后甲烷产量提高了27.65%，且预处理不影响厌氧发酵的稳定性。

2.2发酵醋糟产氢

马海乐等[30]以预处理的牛粪为接种物，研究了醋糟固体发酵产氢的情况，在批式反应器中，当有机负荷（food/ microbe，F/M）为1.65、醋糟加量为16.90 g/200 mL水、初始pH值6.02、发酵温度为37.66℃时，产氢量最高达到33.73 mL/g TS。邵淑萍等[31]在中温条件下，采用批式发酵方式，以活性污泥为接种物，研究了醋糟厌氧发酵产氢的情况。结果表明，最佳碳氮源比例为40，添加氯化铵使产氢率最多提高了57%。

通过微生物发酵醋糟制备能源气体具有绿色、环保、可持续的优点，而且发酵后的残余物可以用作肥料，具有巨大的发展空间。值得注意的是，醋糟的高酸度和高纤维含量不利于发酵，需要进行醋糟的预处理，以降低酸度和纤维含量，同时，以牛粪或活性污泥作为接种物进行批次发酵可能会使不同批次气体产量出现差异，可以开发连续发酵工艺。

3　利用醋糟生产有机肥

堆肥化处理是有机固废资源化利用的有效途径，堆肥可以抑制多种土传植物病原体，如黄单胞菌（Xanthomonas campestris）、黄萎病菌（Verticilliumspp.）、腐霉属（Pythiumspp.）、大豆疫霉（Phytophthora）等[32-35]。但醋糟堆肥过程中产生的有机物中间代谢产物（如有机酸等）会对植物产生毒害作用，并且如果堆肥产品腐熟度不够，可能会造成植物根系缺氧[36]。因此，以确定的指标判断堆肥腐熟度来保证堆肥产品质量在堆肥生产中是非常重要的。

孙德民等[37]研究表明，接种微生物可以促进醋糟堆肥的物质转化；堆温、可溶性碳含量会因含水率过低而降低，堆温接近环境温度、可溶性碳含量降到15 g/kg以下是醋糟堆肥腐熟的必要条件；由于其硝态氮含量过低，因此不宜作为腐熟指标；pH值降到7以下、碳氮比降至16、铵态氮含量降到4 g/kg左右可以作为醋糟堆肥腐熟的评价指标。

为了探讨醋糟发酵过程中氮素形态变化对pH值的影响，赵青松等[38]采用向醋糟堆体添加水分的两阶段条垛式堆肥发酵方法，堆肥完成后堆体总氮、氨氮、硝氮相对质量分数均有所上升，堆体pH值从4.3升至6.3，有机物的含量从91.8%下降至83.2%，发芽指数（germination index，GI）达到102.3%。研究表明，经两阶段堆肥发酵，醋糟堆体已完全腐熟。为了提高醋糟堆肥的效率，该课题组研究了分离自堆肥的嗜热菌OP-2、根霉FM1和根霉SL10混合堆肥的效果，结果表明，混合接种可以加快醋糟堆肥速度，同时加速有机氮矿化，提高堆肥质量[39]。

在醋糟有机肥生产过程中，混菌堆肥效果较好。但是在此过程中微生态关系复杂，容易受外界环境条件的影响，导致堆肥工艺不稳定，除此之外，对接种堆肥的微生物之间的生态学关系了解较少，限制了该技术在堆肥过程中的进一步应用。

4　展望

对醋糟的综合利用既能减轻环境的压力，又可变废为宝，进一步节约淀粉类和蛋白质类原料，真正能做到食醋生产企业的可持续性发展。但是，已有的报道大都处于实验室研究水平，因此应加快研发力度，使之尽快产业化。通过校企合作，提高企业自主创新能力，充分利用现代生物发酵技术，将醋糟转化为附加值高的发酵产品，实现企业产业链式发展，使传统产业勃发生机。

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Research advances of microbial fermentation of vinegar residues

DENG Yongping1,2,XIN Jiaying1*,ZHENG Luoyun1,LIU Xiaolan2,AI Ruibo2,GUO Jianhua2
(1.Key Laboratory for Food Science&Engineering,College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China; 2.Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province,Qiqihar University,Qiqihar 161006,China)

The vinegar residue,a byproduct of brewing vinegar,has the characteristics of high acidity,slow rotting;therefore,it pollutes the environment.It can be valuable by modern biological fermentation technology,which can reduce the vinegar residue pollution to the environment,and also realize reuse of vinegar residue resources.In this paper,the research progresses of vinegar residue in fermentation feed,production of enzymes and probiotics,preparation of energy,production of organic fertilizer were introduced,which could provide reference and basis for the research and development of vinegar residue resources.

vinegar residue;microorganism;fermentation;feed;enzyme;organic fertilizer

Q815

0254-5071（2016）10-0005-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.10.002

2016-07-08

黑龙江省自然科学基金资助项目（C201329）；齐齐哈尔市科技局社会发展攻关项目（SFGG-201578）；山西省重点研发计划（指南）项目（201603D221027-3）；齐齐哈尔大学青年教师科学技术类科研启动支持计划项目（2014k-Z08）

邓永平（1978-），女，副教授，博士研究生，研究方向为微生物学与应用酶学。

辛嘉英（1978-），男，教授，博士，研究方向为食品化学。