苹果渣发酵生产蛋白饲料的研究进展

赵 萍，王晓力，王春梅，朱新强，张 茜

（中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所，兰州730050）

综述与专论

苹果渣发酵生产蛋白饲料的研究进展

赵 萍，王晓力，王春梅，朱新强，张 茜

（中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所，兰州730050）

苹果渣是果汁生产中的废弃物，可以通过微生物转化成饲料，或提取乙醇、果胶、膳食纤维等多种产品。经微生物发酵处理后，苹果渣中的蛋白质、氨基酸、矿物质等营养物质含量显著提高，纤维素、果胶、单宁等不易被利用的物质明显减少。文章从苹果渣的营养价值、发酵菌种、发酵工艺及发酵产物的应用几个方面阐述了苹果渣用于生产蛋白饲料的研究现状，以期为大规模以苹果渣为主要原料生产生物饲料提供思路和参考。

苹果渣；蛋白饲料；发酵

我国是世界最大的苹果生产国和消费国，苹果种植面积和产量均占世界总量的40%以上，同时也是浓缩苹果汁生产和出口的第一大国，2008年我国浓缩苹果汁产量为1 213万t，约占全球产量的50%，出口量占全球贸易量的70%［1］。与此同时，苹果渣的排出量也日趋增加。据统计，每加工1 000 kg苹果，可产400～500 kg的鲜苹果渣，烘干后可得到120～165 kg干苹果渣，全国每年产生苹果渣几百万吨，给周围环境造成污染的同时也造成了资源的巨大浪费［2］。苹果渣含有丰富的矿物质、维生素、可溶性糖、纤维素等营养物质，利用苹果渣发酵生产蛋白饲料，不仅可以减少环境污染，而且还为严重短缺的蛋白饲料来源开辟新的途径，对我国饲料工业的发展具有重要意义。本文对目前国内苹果渣发酵生产饲料蛋白的研究情况进行综述，以期为苹果渣生产蛋白饲料的进一步开发提供参考。

1 苹果渣成分的研究

1.1 营养成分

苹果渣中果皮果肉占96.2%，果籽占3.1%，果梗占0.7%［3］。除了含有常规营养物质（见表1）外，苹果渣中的氨基酸含量（表2）、矿物质含量（表3）也较高，通常1.5～1.7 kg苹果渣粉相当于l kg玉米粉的营养价值［4］。鲜苹果中的水分和可溶性营养物质含量高，维生素、果酸含量丰富，但苹果鲜渣不易保存。基于以上特点，可利用其作发酵基质生产酵母饲料、菌体饲料等，提高其饲用价值，并用于反刍家畜和肥育猪的饲料［5］。

表1 苹果渣常规营养成分%

表2 苹果渣氨基酸含量［4］%

表3 苹果渣矿物质和微量元素含量［4］

1.2 抗营养因子

苹果渣中含有多种抗营养因子，其中最主要的是果胶与单宁。干苹果渣中，果胶含量高达15%～18%，是最主要的抗营养因子。单宁又称鞣酸，可分为缩合单宁和水解单宁，其中缩合单宁为主要的抗营养因子，不能水解，可与胰蛋白酶和淀粉酶或酶的底物反应，降低蛋白质和碳水化合物的利用率。果胶是多糖类物质，其结构具多聚半乳糖醛酸的长链键，一般单胃动物难以消化，但可与钙形成果胶酸钙变脆失去粘性。因此，未经处理的苹果渣因其含有果胶成分，一般对家禽消化有不良影响，不适宜饲喂［5］。

1.3 重金属含量及农药残留

苹果渣中含有多种重金属元素如As、Fe、Cd等，但它们的含量都小于猪鸡配合饲料卫生标准，Pb、Hg含量小于鱼粉标准［5］。苹果在榨汁前需经过多道程序，如冲、洗、浸泡和清洗等工序，因此处理后果渣中的农药残留已基本得到净化。杨福有等［13］对农药中的硫磷和甲基对硫磷在苹果渣中的残留量进行了测定，结果均低于GB 512—85食品卫生标准。综合以上特点可以看出，苹果渣属于中能量、低蛋白质粗饲料，渣皮中重金属、农药残留量在饲料卫生标准和食品卫生标准范围之内。

2 苹果渣发酵生产蛋白饲料影响因素的研究进展

2.1 菌种和接种量对发酵产物影响的研究进展

目前，常用于苹果渣发酵的菌株主要有酵母菌、细菌、真菌、藻类等，常用的酵母菌是啤酒酵母、热带假丝酵母和产朊假丝酵母。目前多菌混合培养已成为主要方向发展。混菌发酵可以利用菌种之间协调互作的关系，扩大菌种对苹果渣的适应性和防杂菌能力。

徐抗震等［14］按照产朊假丝酵母∶绿色木霉∶果酒酵母为4.5∶3∶1比例发酵苹果渣，结果使发酵产物中的粗蛋白质含量提高到28.43%，真蛋白含量提高到26.59%，而粗纤维则降低到l0.84%。徐抗震等［12］以产朊假丝酵母、果酒酵母、绿色木霉激光诱变选育出的更优突变株进行液态发酵苹果渣时发现，粗蛋白质量分数随接种量的增加显著提高，但超过0.3mL/g，变化趋于平缓，即选择0.3mL/g固态底物为适宜参数。温志英等［15］利用黑曲霉和酵母菌混合发酵制备饲料蛋白质时发现，2%为黑曲霉适宜接种量。高再兴等［16］对产朊假丝酵母和黑曲霉在苹果渣上混合发酵生产蛋白饲料的条件进行了研究，选取接种比例3∶1，接种量2%，发酵48 h以后，蛋白质含量达到30%以上。任雅萍等［17］同样利用霉菌和酵母菌的不同种属获得了相似的结果。谢亚萍等［18］在试验利用太空诱变获得的优良菌种复合菌剂时的研究结果表明：混合菌剂的最优配比为黑曲霉突变株ZM-8 0.5 g、酿酒酵母1.5 g、白地霉1.0 g、热带假丝酵母1.5 g时，产物中粗蛋白的含量达27.9%，提高了337.5%。袁惠君等［19］以平99、平6、平钟山3个平菇菌种发酵苹果渣，测定了发酵后果渣的营养成分，发现蛋白含量增加了5.55%、2.56%、2.18%。李宏涛等［2 0］以有效微生物群（EM菌液）为发酵剂发酵苹果干渣，结果表明，当接种量在0.8%时发酵产物的粗蛋白含量最大，粗蛋白质量分数由5.28%提高至21.28%，之后随着接种量的增加，粗蛋白含量随之降低，粗脂肪质量分数由4.52%提高至6.83%，总磷和粗灰分的质量分数也有很大的提高。司翔宇等［9］用黑曲霉研究苹果渣发酵的适宜工艺条件时，得到的最佳接种量为1%。秦蓉等［21］研究白地霉、热带假丝酵母和康氏木霉混合发酵时，结果表明，当接种量为5%～10%时，发酵产物的蛋白质含量最高。罗雯等［22］研究白地霉与绿色木霉混合发酵时，发现当比例为l∶10时，不仅发酵产品粗蛋白质增幅最高，而且不再产生绿丝孢子，发酵产品品质得到明显改善。任克宁等［23］研究了粪链球菌和啤酒酵母混合菌种发酵生产生物饲料的工艺条件，选取混菌菌株接种比例l∶1.2，瓶装量25 g时，发酵产品中真蛋白含量为13.51%。胡银川等［24］对苹果渣发酵生产蛋白饲料的混合菌配比进行了研究，结果表明，黑曲霉∶枯草芽孢杆菌∶酿酒酵母为1∶1∶2时，苹果渣发酵后的真蛋白质含量为13.5%，较未发酵时的7.2%提高了88%。武运等［11］在发酵苹果渣生产菌体蛋白饲料工艺的研究中指出，热带假丝酵母菌和啤酒酵母菌最佳接种比例为4∶1～5∶1。在生产过程中，不光要考虑提高蛋白的含量，也要从产业化的角度进行考虑，因为接种量的减少意味着生产方便和成本降低。所以，应该在允许的范围内尽可能降低接种量。

有研究证实，丝状真菌作为从研究中证实，丝状真菌因具有适应性强、生长快、产量高，且能产生丰富的酶类等特点，可作为蛋白生产菌广泛应用于苹果渣中；与此同时，以激光、射线育种，太空育种的途径，获得微生物变异种，并将其用于菌体蛋白的生产是可行的，也是有效的，更将成为今后的发展方向。

2.2 培养基主要组分对发酵产物影响的研究进展

2.2.1 氮源 氮素是微生物不可缺少的营养元素。苹果渣的含氮量较低，所以，适当补充苹果渣发酵所需的氮源是必要的，常用的无机氮有硫酸铵和硝酸盐。籍保平等［25］选择尿素、硫酸铵、硝酸钠和硝酸钾4种无机氮源，进行生物量观察试验和固体发酵试验，并测定蛋白质的质量分数。结果表明：尿素添加量为2%、硫酸铵添加量5%和9%时，培养基中菌种生长速度最快，结束培养时生物量最多，生长最好；硝酸钠和硝酸钾添加量的多少对菌种生长无明显差异，说明以它们作为氮源不能促进菌种在苹果渣中的生长。建议在苹果渣发酵中，混合使用尿素和硫酸铵作为无机氮源，适宜添加量为尿素1.5%，硫酸铵2%。贺克勇等［26］、常显波等［27］也进行了类似研究，结果表明，无论是单菌还是混合菌，或者是哪一种氮素处理组，与无氮处理组相比，发酵产物的纯蛋白质含量都显著提高。温志英等［15］进行黑曲霉单菌种发酵试验时选取尿素作为氮源，结果表明，添加5%尿素时可以获得较高的蛋白质含量。张雪等［2］设计了不同C/N值的苹果渣发酵试验，结果表明，随着苹果渣C/N值的降低，苹果渣发酵基质中有效氮含量和pH值均呈现升高趋势，并呈显著负相关，且苹果渣发酵基质的容重略有增加；苹果渣经尿素调节C/N后发酵基质的综合性状优于苹果渣原渣发酵后的基质，有效氮含量为741.32～833.64 mg /kg，容重为0.29～0.33 g/cm3，pH值为6.77～7.20。

2.2.2 碳源 碳素是微生物发酵的重要营养物质、构成细胞的主要元素，也是形成发酵产物的必要成分。不同微生物需要的碳素营养也不同。目前，在苹果渣发酵过程中，为了使微生物在开始阶段就能以较高发酵速率发酵，适当添加一些易被菌体吸收利用的碳源和提供能量的物质是必要的，各种糖类便是很好的选择。徐抗震等［12］利用产朊假丝酵母、果酒酵母、绿色木霉的突变株进行苹果渣发酵实验时，加入4%的蔗糖，结果表明，产物中粗蛋白和真蛋白质量分数分别从16.28%、10.02%提高到29.08%和 26.63%，而粗纤维素则由 16.68%降低到10.32%。

2.3 发酵条件的研究进展

微生物发酵生产的水平最基本的是取决于生产菌种的性能，但有了优良的菌种还需要有最佳的环境条件即发酵工艺加以配合，才能使其生产能力充分。因此，必须研究生产菌种的最佳发酵工艺条件，如发酵的温度、时间、水分、pH值和料层厚度等使生产菌种处于最佳成长条件下，才能取得优质高产的效果。

过高的环境温度会导致蛋白质或核酸的变性失活。菌体的生长受到抑制；而过低的温度会导致菌体分裂生长过于缓慢；适宜的水分，对微生物发酵起着至关重要的作用，如果水分过少，造成基质膨胀度低，微生物生长受抑制；如果水分过多，导致基质多孔性减低，发酵物黏度过大，减少基质内的气体体积和气体交换，难以通风、减温，产品粗蛋白含量明显降低，也增大了被杂菌污染的风险；当微生物发酵达到一定的时间之后，发酵便不能顺利进行，所需产物的产量也会逐渐降低，所以应对发酵时间进行控制；同时微生物生长和生物合成都有其最适和能够耐受的pH值范围，大多数细菌生长的最适pH值范围在6.3～7.5之间，霉菌和酵母生长的最适pH值范围在3～6之间，放线菌生长的最适pH值范围在7～8之间。料层厚度也是影响苹果渣发酵的重要因素，当料层厚度过厚，微生物难以进行好氧呼吸，菌种的生长速度减慢，产物的品质变差，同时一些厌氧呼吸的杂菌容易生长、污染发酵产品。

宋鹏等［10］通过研究白地霉、枯草芽孢杆菌、绿色木霉混合发酵苹果渣的研究中经过单因素和正交试验。结果表明：发酵时间48 h、底物含水量50%、料层厚度30 mm时，产物粗蛋白质含量提高145%。薛祝林等［28］在研究枯草芽孢杆菌和啤酒酵母接种苹果渣原料进行微生物发酵的实验中，通过3因素（浆料比、接种量、pH值）正交试验设计，测定发酵产物中真蛋白质含量。结果表明:当浆料比为1.2∶1时，产物中真蛋白质含量最高，为12.54%，此后随比值的增大发酵产物中真蛋白质含量呈降低趋势；当枯草芽孢杆菌接种量为4%时，产物中真蛋白质含量最高，达到13.35%，发酵效果最好；当pH值为7时，产物中真蛋白质含量最高，达到12.89%，之后含量有所下降。最佳发酵条件为浆料比1.0∶1、菌种接种量3%、pH值为5，此时真蛋白质含量最高，可达到13.58%。武运等［11］以热带假丝酵母菌和啤酒酵母菌为发酵剂，研究了发酵果渣生产菌体蛋白饲料的影响条件，发现混合菌种发酵生产的蛋白质含量优于单菌发酵，加入氮源处理较无氮源处理的蛋白质含量高。温志英等［15］以富士苹果为原料制取苹果渣，利用黑曲霉和酵母菌单菌种或混合菌种发酵制备饲料蛋白质，发现黑曲霉发酵苹果干渣的最优发酵工艺条件为：尿素添加量5%、水料比1∶1、温度30℃、发酵时间5 d；黑曲霉和酵母菌混合菌种发酵的最优条件为：自然pH值下，浆料比1.3∶1、黑曲霉接种量为2%、装料量25 g，无论是单菌种还是混合菌种发酵，饲料蛋白质含量均在30%以上，混合发酵蛋白质含量更高。高再兴等［16］对产朊假丝酵母和黑曲霉在苹果渣上混合发酵生产蛋白饲料的条件进行了研究。其最佳工艺条件为：pH值4.5、最适温度28℃、培养基含水量70%左右、发酵48 h以后，蛋白质含量达到30%以上，且有酒香味，适口性好。司翔宇等［9］采用黑曲霉为菌种，通过单因素试验，获得了苹果渣发酵的适宜工艺条件：尿素添加量7%，料水比1∶1，温度30℃，发酵时间5 d，接种量1%，pH值自然。在已确定的工艺条件的基础上，进行了工业化模拟试验。结果表明，当发酵料层厚度为5 mm、动力通风时，发酵产物真蛋白含量达到14.09%，蛋白质含量明显提高。任克宁等［23］研究了粪链球菌和啤酒酵母混合菌种发酵生产生物饲料的工艺条件。结果表明：最佳工艺条件为发酵温度28℃、发酵时间5 d，其发酵产品中真蛋白含量13.51%。李宏涛等［20］以有效微生物群（EM菌液）为发酵剂，对苹果渣进行固态发酵，生产菌体饲料蛋白。采用正交设计试验和单因素试验对固态发酵条件进行了研究，结果表明，苹果渣发酵的最佳培养基组成为蔗糖添加量3%、含水量30%、培养温度25℃、接种量0.8%、发酵时间4 d。发酵产物的粗蛋白含量由5.82%提高到21.28%，粗脂肪和粗灰分也有所提高，营养价值得到了改善。

除以上因素外，苹果渣原料的处理也影响着发酵产物。陈懿［29］把4种菌种根霉、啤酒酵母、白地霉和产朊假丝酵母分别接种到灭菌的和未灭菌的苹果渣原料中做单菌种固体发酵试验，结果表明，未经灭菌发酵的产物其粗蛋白质含量普遍要高于其灭菌后产物的粗蛋白质含量，而且味道和颜色也有所改观。

3 苹果渣发酵饲料在动物饲料中的应用现状及发展前景

发酵果渣由于在发酵过程中使用了微生物和非蛋白质原料，其粗蛋白质的含量明显增加，酸度、益生菌、还原糖等物质都发生了变化，从而增加了动物的适口性。目前，苹果渣发酵饲料的饲喂试验主要集中于反刍动物，这是因为经发酵处理的苹果渣不仅含有动物可利用的粗蛋白质、脂肪等，并且含有微生态调节剂，这些活性因子进入到反刍动物瘤胃后和瘤胃固有微生物发生协同作用，调整整个瘤胃微生物的区系达到和谐，从而提高了微生物对饲料的利用，同时提高了瘤胃微生物蛋白质的产量。

3.1 反刍动物饲料中的应用

孙攀峰等［30］用干苹果渣（机械烘干而成）补饲奶牛的效果表明，干苹果渣补饲料能够有效改善奶牛的产奶性能，其中苹果渣与苜蓿草粉以各占35%组合最佳，其次才是苜蓿草粉70%组，最低的为苹果渣70%组。从采食状况看，由于苹果渣中含有各种有机酸和糖类物质，使其具有特殊香味，对奶牛有良好的适口性，能促进奶牛的采食。陈志强等［31］研究发现，苹果渣与玉米秸秆混贮饲料可明显改善饲料的适口性，不仅可提高西门塔尔杂交品种育肥肉牛的增重效果和产肉性能，而且还可提高肉牛的经济效益。秦蓉等［21］用康氏木霉、自地霉和热带假丝酵母发酵的苹果渣作为试验产品，选择30头泌乳中期的健康奶牛进行了饲喂试验。对照组用常规饲料饲喂，试验组用试验饲料替代原日粮中的全部精料，其他条件一致。结果表明，试验组的日产奶量比对照组平均高3.0 kg以上，乳脂率提高0.61%，且差异显著。曹珉等［32］用苹果渣发酵物代替等量的甜菜粕或苹果渣发酵物和甜菜粕同时使用，每天每头奶牛的产奶量分别增加1.89 kg和1.90 kg。

4.2 在家禽、家畜动物饲料中的应用

牛竹叶等［33］选择400只商品代尼克红母雏，分别采用风干未发酵苹果渣粉、半干发酵苹果渣粉、膜发酵苹果渣粉分别替代基础日粮中5%的麸皮，研究苹果渣对雏鸡生长的影响，结果表明，添加半干发酵苹果渣粉组和膜发酵苹果渣粉组，试鸡6周龄平均体重及Et增重均显著高于喂基础日粮的对照组和风干未发酵苹果渣粉组（P＜0.05），喂基础日粮的对照组略高于风干未发酵苹果渣粉组，但差异不显著（P＞O.05），说明发酵苹果渣粉对雏鸡生长发育有显著的促进效果。张乃锋等［34］选择了品种、年龄、体重相近的断奶生长羊80只，分为对照组和试验组，对照组用常规饲料饲喂，试验组用发酵的苹果渣代替部分的玉米和麸皮，经过45 d饲养，试验组比对照组平均日增重增加0.13 kg（2.08%），差异比较显著。

总之，发酵苹果渣作为一种新型的蛋白质饲料资源，因含有丰富的营养素，可以替代一部分传统意义上的蛋白质饲料。在保证生产效果的前提下，可以部分解决养殖业面临的蛋白质饲料资源不足的压力，同时可以降低生产成本，从而获得更好的经济效益和社会效益。所以，开发和利用苹果渣作为蛋白质饲料资源，有着广阔的市场前景和发展空间。综上所述，苹果渣具有价格低廉、来源广泛和营养丰富的特点，在奶牛业中有巨大的应用前景。近年来人们在苹果渣的开发利用方面做了很多研究，并取得了一系列的应用进展。但是相关的加工方式还不够完善，不同加工产品和不同饲喂方式的最佳饲喂量等问题还有待解决。因此，为了提高苹果渣的开发利用，还需要改进其加工方式，进一步探索最佳饲喂量，以期为合理利用苹果渣奠定基础。

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Advance in the Protein Feed Production by Apple Pomace Fermentation

ZhaoPing，WangXiaoli，ZhangQian，et al
（Lanzhou Institute ofAnimal Husbandryand Pharmaceutical Sciences，Chinese AcademyofAgricultural Sciences，Lanzhou 730050，China）

Apple pomace is the waste of fruit juice production，which has high nutrition values.Apple pomace can be turned into feed by microorganism or be used to extract a variety of different products，such as ethanol，pectin，and dietary fiber.Microbial fermentation could improve apple pomace’s nutritive substance significantly，such as protein，amino acid，mineral and probiotics and decrease the materials which could not to be used easily，such as cellulose，pectin and tannin.This essay discussed the research status of apple pomace in producing protein feed in respect of nutritional value，fermentation，fermentation process and the product，in order to provide ideas and

for the large-scale production of biological feed by using apple pomace as main rawmaterial.

apple pomace；protein feed；fermentation

S816.3

A

2095-3887（2016）03-0054-06

10.3969/j.issn.2095-3887.2016.03.014

2016-03-22

赵萍（1992-），女，学士。

张茜（1980-），女，助理研究员，博士。