菠萝皮渣发酵饲料特性及对营养的改善

杨正楠 廖良坤

摘 要 研究菠萝皮渣发酵饲料的发酵特性及发酵对其营养的改善。对发酵过程中水分含量、可溶性固形物、酒精度和酸度的研究表明，菠萝皮渣发酵饲料在发酵过程中水分含量和可溶性固形物分别升高2.7%和0.16 Brix°，发酵过程中酒精度和酸度均有较大幅度提升，分别提高了1.01%和0.94%。发酵后，饲料酸度和酒精度均为1.2%左右。对纤维素（中性洗涤纤维素和酸性洗涤纤维素）含量、粗蛋白含量、TCA蛋白含量和有机酸含量的研究，结果表明：发酵过程中纤维素含量降低，其中中性洗涤纤维素含量降低了8.3%，酸性洗涤纤维素含量降低了6.9%；粗蛋白含量由6.1%降低至5.4%，三氯乙酸（TCA）蛋白含量由0.54%提高至0.86%；乳酸含量急剧升高，其余有机酸基本维持稳定。发酵过程提高了菠萝皮渣的利用率，提升了营养价值。

关键词 菠萝皮渣 ；发酵 ；饲料 ；营养

中图分类号 S816.6 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.10.002

Abstract The pineapple peel was fermented to prepare feed， and its fermenting features and nutrient improvement were analyzed. The moisture content， total soluble solids， alcohol and acidity of the pineapple peel fermented during the fermentation process were determined. The moisture content and soluble solids in the fermented feed were found to increase by 2.7% and 0.16 Brix° respectively during fermentation. After fermentation， the acidity and alcohol of the pineapple peel feed were about 1.2%. The analysis of cellulose （neutral detergent fiber and acid washing cellulose） content， crude protein content， Trichloroacetic acid （TCA） protein content and organic acid content of the feed showed that cellulose content during the fermentation was reduced， of which the neutral detergent fiber content was reduced by 8.3% and the acid washing cellulose content was reduced by 6.9%. The protein content was reduced from 6.1% to 5.4%. The TCA protein content was increased from 0.54% to 0.86%. The lactic acid content was dramatically increased while the rest of the organic acid content was stable. The fermentation process improved the utilization of pineapple peel residue and the nutritional value.

Keywords pineapple peel ； fermentation； feed ； nutrient

菠蘿是我国南方的重要水果，我国年产菠萝超过30万t，主要集中在广东、海南、广西等地。菠萝因口感酸爽甜蜜、风味良好而备受我国消费者喜爱。近年来，我国菠萝产量逐年递增，为热带经济的发展做出了重要贡献。菠萝在我国主要用于生产菠萝罐头和菠萝果汁，加工过程中产生的菠萝皮渣占菠萝总重的40%。目前在工业生产中，除少部分皮渣直接用于饲料外，70%以上的残渣被扔掉，造成资源的浪费。发酵饲料是近年来新诞生的一类饲料。相较于传统饲料，发酵饲料具有提升动物免疫水平，改善肉品质，预防疾病等多种功效[1]。同时，发酵饲料中含有丰富的细菌素等多肽，具有广谱抗菌功效，能有效的替代抗生素，对解决抗生素的滥用具有重要作用[2-3]。本文利用发酵方法研究菠萝皮渣饲料的发酵过程，揭示其发酵特性，并研究发酵过程对菠萝皮渣营养的改善。

1 材料及方法

1.1 材料

1.1.1 试剂材料

发酵剂：枯草芽孢杆菌，植物乳杆菌，假丝酵母菌，购自中国工业微生物菌种保藏中心；菠萝皮渣，有机酸标准品（纯度99.99%），sigma公司；福林酚试剂，3%十二烷基磺酸钠，2%十六烷三甲基溴化铵，乙二胺四乙酸钠，四硼酸钠，乙二醇乙醚，无水磷酸氢二钠，硫酸，无水亚硫酸钠，丙酮，十氢化萘等。

1.1.2 设备

烘箱，糖度计，pH计，高效液相色谱仪，紫外分光光度计，凯氏定氮仪。

1.2 方法

1.2.1 菠萝皮渣饲料发酵

菠萝榨汁后，立即收集皮渣，并按万分之一的量混入发酵剂，发酵剂采用冷冻干燥法制备，即将3种菌培养至对数末期，将3种培养基等体积混合后，离心收集菌泥，利用10%灭菌脱脂乳重悬后，进行冷冻干燥，即得到混合菌泥。接入菌剂后充分混匀，装袋密封，于37℃下恒温培养，每隔4 h取一小袋放入-20℃，备用，共发酵60 h。

1.2.2 菠萝皮渣水分及可溶性固形物测定

菠萝皮渣水分含量利用烘干法测定：称取5 g菠萝皮渣于干燥称量瓶中，置于105℃烘箱中2 h左右，取出放入干燥器内，冷却后用分析天平称量。复烘至恒重（二次称重相差不超过0.002 g即为恒重），计算水分含量。可溶性固形物测量：取菠萝皮渣适量并加入等量的去离子水磨浆，超声30 min，取上清液，利用糖度计测量可溶性固形物，并计算皮渣的糖度。

1.2.3 酸度、酒精度测定

酸度测定采用国标GB/T 12456-2008方法测定；酒精度测定采用国标GB 5009.225-2016密度法测定。

1.2.4 中性纤维素与酸性纤维素测定[4]

（1） 中性涤纤维素（NDF）测定：称取风干发酵饲料1.0 g，置于烧杯中，加入中型洗涤剂100 mL和数滴十氢化萘以及0.5 g无水亚硫酸钠，煮沸1 h，冷却10 min，将残渣移入抽滤瓶，冲洗抽滤，直至滤液呈中性为止，用20 mL丙酮冲洗残渣2次，直至丙酮为无色，将滤膜上的残渣移入坩埚，100℃烘干3 h，至恒重，称取残渣重量即为NDF的含量。

（2） 酸性洗涤纤维素（ADF）测定：称取风干发酵饲料1.0 g，加入酸性洗涤剂100 mL和数滴十氢化萘，洗涤方式同NDF测定，洗涤后收集残渣，烘干至恒重，称取残渣重量即为ADF的含量。

1.2.5 粗蛋白含量测定

按照GB 50095-2010凯氏定氮法测定。

1.2.6 TCA可溶解蛋白测定

三氯乙酸（TCA）可溶解蛋白为肽链小于10个氨基酸的多肽及游离氨基酸，TCA可溶解蛋白的测定在氢氧化钾蛋白质溶解度的基础上进行，按照中华人民共和国国家标准GB/T 19541-2004方法获得上清液，向上清液中加入10%TCA溶液，静置离心后取上清，通过茚三酮比色，测定上清液中游离氨基的含量。具体步骤如下：（1）称取发酵饲料试样1.0 g，加入氢氧化钾溶液，磁力搅拌20 min，3 000 r/min离心10 min，小心移取上清液。（2）上清液中加入等量10% TCA溶液，混合后静置10 min，3 000 r/min离心20 min，取上清。（3）0.5 mL上清液中加入1.5 mL梓檬酸纳缓冲液，再加入茚三酮溶液1.5 mL，沸水浴15 min，冷却至室温，于吸光度570 nm测定吸光度。（4）将亮氨酸标准溶液稀释至0.012 5、0.025、0.05和0.1 mmol/L，绘制标准曲线[5]。

1.2.7 有机酸含量测定

将发酵饲料样品稀释10倍，离心收集上清液，用0.22 μm水系膜过滤后，利用高效液相色谱（HPLC）检测发酵饲料有机酸含量。检测条件：流动相为1%磷酸水溶液，等度洗脱，流速为0.5 mL/min，有机酸柱，柱温箱40 ℃，紫外检测器，检测波长为205 nm。

1.2.8 數据处理

利用Excel和Spss对数据进行处理，利用Origin对数据进行作图，每个实验重复3次取平均值，结果表示为（平均值±标准偏差）。

2 结果及分析

2.1 水分及可溶性固形物含量变化

酵母菌在有氧情况下，发酵产生水分和CO2，在无氧环境下，产生酒精。芽孢杆菌是需氧发酵菌，代谢产生乳酸和各类酶。植物乳杆菌为兼性厌氧菌，代谢产生乳酸。由菠萝皮渣发酵过程中物料水分含量和可溶性固形物含量变化（图1）可知，发酵初始阶段（t<12 h），物料水分略有上升，这可能是因为发酵初始阶段，物料中含有氧气，酵母进行有氧发酵产生了水分，当发酵继续进行，物料水分含量基本维持稳定，主要是经过酵母和芽孢杆菌的有氧发酵，物料中处于缺氧环境，主要进行厌氧发酵，此时主要是酵母进行厌氧发酵产生酒精，植物乳杆菌发酵产生乳酸。发酵过程中，物料可溶性固形物先降低后升高，一方面是由于物料开始阶段水分含量升高，另一方面，由于发酵过程消耗糖，产生CO2，导致体系可溶性固形物降低；但发酵中后期，物料可溶性固形物逐渐升高，这是由于发酵过程是不溶性物质如纤维素、蛋白质等降解为可溶性物质[6]。

2.2 酸度及酒精度变化

酵母菌发酵产生水分和酒精，增加饲料的风味，而植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌发酵生产乳酸，增加饲料的酸度。由菠萝皮渣饲料发酵过程中酸度和酒精度的变化（图2）可知，酒精度在发酵前期处于非常低的水平，在20 h以后，含量逐渐升高，主要是由于酵母在前期进行有氧发酵，产生水和CO2，待物料中氧气含量较低时，才开始进行酒精发酵。而饲料的酸度从发酵开始逐渐升高，这是由于开始阶段，枯草芽孢杆菌生长较快，产生乳酸，发酵后期，氧气逐渐降低，枯草芽孢杆菌发酵减慢，主要是因为植物乳杆菌进行厌氧发酵产生乳酸[7]。

2.3 NDF和ADF含量变化

饲料发酵能提高饲料的利用率，主要是能将饲料中不可利用的部分如半纤维素、纤维素等降解为可以消化利用的部分[8-9]。由菠萝皮渣发酵过程中NDF和ADF含量变化（图3）可知，菠萝皮渣中中性洗涤纤维素含量高于酸性洗涤纤维素，并且在整个发酵过程中，二者含量均逐渐降低，中性洗涤纤维素含量降低了8.3%，酸性洗涤纤维素含量降低了6.9%，说明饲料中不可利用的部分逐渐降低，发酵过程提高了饲料的利用率。

2.4 粗蛋白含量变化

饲料发酵过程中，代谢除产生CO2、酒精、乳酸外，随着发酵环境的改变，次级代谢产物如蛋白酶、糖化酶、多肽等会不断积累[10]。粗蛋白中，有部分不可被动物体吸收，通过发酵后，粗蛋白会被降解为多肽或氨基酸[11]。由菠萝皮渣发酵过程中粗蛋白含量的变化（图4）可知，粗蛋白含量在发酵后期逐渐降低，这可能是因为在发酵后期发酵菌株尤其是枯草芽孢杆菌代谢产生了蛋白酶，将粗蛋白逐渐分解，发酵结束后，粗蛋白含量由6.1%降低至5.4%。

2.5 TCA蛋白变化

TCA可溶解蛋白为肽链小于10个氨基酸的多肽及游离氨基酸，是饲料发酵过程中代谢产生的一类主要营养因子，具有抗菌和提高动物体免疫的作用[12-13]。由菠萝皮渣发酵过程中TCA蛋白含量的变化（图5）可见，发酵24 h后，TCA含量逐渐升高，这与粗蛋白含量变化相对应，说明发酵过程能将粗蛋白分解为可以利用的氨基酸和多肽，菠萝皮渣发酵后，TCA蛋白含量由0.54%提高至0.86%，提高了饲料的营养价值。

2.6 有机酸变化

有机酸是枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌发酵代谢的主要初级代谢产物，具有抑制致病菌生长的功效[14]。由菠萝皮渣发酵过程中有机酸含量的变化（图6）可知，菠萝中柠檬酸和苹果酸含量较高，柠檬酸含量为3.47 mg/g，苹果酸含量为1.05 mg/g，乳酸、酒石酸、乙酸含量非常低。发酵后，饲料中乳酸含量急剧升高，而其余有机酸基本维持稳定，主要是由于枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌发酵产生乳酸，发酵50 h后，乳酸含量维持在9.4 mg/g左右维持稳定，说明50 h后，发酵基本结束。

3 结论

本文利用复合发酵菌种枯草芽孢杆菌、假丝酵母菌、植物乳杆菌对菠萝皮渣进行饲料发酵，研究菠萝皮渣发酵饲料的发酵特性及发酵对其营养的改善。通过对发酵过程中发酵特性的研究，表明利用复合菌发酵后，菠萝皮渣发酵饲料的水分含量和可溶性固形物略有升高，酒精度和酸度有较大幅度提升，发酵饲料的酸度和酒精度均为1.2%左右。通过对中性洗涤纤维素和酸性洗涤纤维素含量、粗蛋白含量、TCA蛋白含量、有机酸含量等营养价值评价，发现发酵过程中纤维素含量降低，其中中性洗涤纤维素含量降低8.3%，酸性洗涤纤维素含量降低6.9%。粗蛋白含量由6.1%降低至5.4%，TCA蛋白含量0.54%提高至0.86%，有机酸总量有大幅度提升，主要是乳酸含量急剧升高。研究表明，利用本复合发酵菌发酵后，提高了菠萝皮渣的利用率，提升了营养价值。本研究将为菠萝等农业副产物的饲料发酵提供技术和理论指导。

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