好食脉孢菌与红酵母协同发酵醋糟的营养价值研究

2021-05-17项斌伟陈书明辛嘉英张建新王倩倩陈亚伟

中国畜牧杂志 2021年5期

高佳，项斌伟，陈书明*，辛嘉英，张建新，王倩倩，卫阳，陈亚伟

（1.山西农业大学动物医学学院，山西太谷 030801；2.右玉县畜牧局，山西右玉 037200；3.山西农业大学动物科学学院，山西太谷 030801）

醋糟是酿醋产业的下脚料，仅山西省每年的排放量就超过60 万t，全国每年排放量达200 万t 以上。醋糟作为非常规饲料，其粗纤维（CF）含量高，粗蛋白质（CP）含量低，营养价值低，适口性差，饲用效果不佳[1]。目前，研究者们多通过微生物发酵提高醋糟的利用率。张建新等[2]研究表明，利用担子菌和酵母菌混合发酵的醋糟中CP 含量显著增加，CF 含量显著降低。Wang 等[3]发现，在蛋鸡日粮中添加无花果曲霉发酵醋糟产物可改善蛋黄颜色，减少蛋鸡排泄物中磷含量。好食脉孢菌（Neurospora sitophila）是经美国食品药品监督管理局（FDA）认证的可用于食品加工的安全菌种，对培养基营养要求简单，繁殖能力强[4-5]。邓永平等[5]研究发现，好食脉孢菌发酵过程可产生木聚糖酶。刘慈等[4]研究表明，醋糟经好食脉孢菌发酵产生了80.9 mg/kg 类胡萝卜素，CP 与真蛋白（TP）含量均显著升高，但升高的蛋白质为好食脉孢菌菌体及孢子蛋白质，瘤胃有效降解率较低。张林等[1]研究表明，红酵母（Rhodotorula）发酵醋糟产生的类胡萝卜素含量仅为6.60 mg/kg，但醋糟CP 和TP 含量显著提高，且增加量为易于消化吸收的酵母菌体蛋白质。基于此，本研究首先在醋糟培养基中接种高产类胡萝卜素的好食脉孢菌，测定发酵过程中木聚糖酶和纤维素酶的动态变化及发酵底物还原糖等营养成分的含量变化；并在上述发酵产物中接种嗜好还原糖的红酵母，研究上述2 种菌协同发酵醋糟营养价值的变化，为醋糟的无害化处理以及富含优质蛋白质的类胡萝卜素功能饲料的研发提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料红酵母与好食脉孢菌由山西农业大学动物医学学院发酵实验室保存，醋糟由山西省太谷县太平庄醋厂提供。

1.2 好食脉孢菌培养基与种子液制备好食脉孢菌固体培养基与液体培养基的配制方法参照文献[6]。好食脉孢菌种子液的制备：将PDA 固体培养基上的好食脉孢菌接种于液体种子培养基中，于30℃、150 r/min 振荡培养48 h，调整好食脉孢菌细胞数为1.4×106个/mL，即为好食脉孢菌种子液。

1.3 红酵母培养基与种子液制备红酵母斜面培养基及液体种子培养基的配制方法参照文献[6]。红酵母种子液的制备：将红酵母斜面培养基上的红酵母接种于液体种子培养基，于30℃、150 r/min 振荡培养48 h，调整红酵母细胞数达8.5×106个/mL，即得红酵母种子液。

1.4 试验设计及过程

1.4.1 好食脉孢菌发酵醋糟称取干醋糟混合物12 份，每份100 g，分别放入12 个烧杯，各加蒸馏水140 mL，高压灭菌30 min，冷却至室温。然后，随机取9 个烧杯做为试验组，分别接入好食脉孢菌种子液8 mL，在30℃培养箱发酵96 h，测定发酵过程中木聚糖酶和纤维素酶的动态变化及该发酵所致发酵底物中干物质（DM）、CF、酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）、半纤维素、粗灰分（Ash）、CP、TP、粗脂肪（EE）、还原糖、总糖及类胡萝卜素含量的变化。另外3 个烧杯做为对照组，分别接入经过高压灭菌的好食脉孢菌种子液8 mL，其他处理与试验组相同。

1.4.2 好食脉孢菌和红酵母协同发酵醋糟随机取6 份醋糟好食脉孢菌发酵产物，并随机分为2 组，分别为对照组与试验组。试验组分别接入红酵母种子液8 mL，30℃发酵96 h，然后分别测定该发酵所致发酵底物中DM、CF、ADF、NDF、半纤维素、Ash、CP、TP、EE、还原糖、总糖及类胡萝卜素含量的变化。对照组分别接入高压灭活的红酵母种子液8 mL，其他处理与试验组相同。

1.4.3 纤维素酶及木聚糖酶活性的测定采用DNS 法测定纤维素酶及木聚糖酶的酶活[7]。

1.4.4 营养成分含量的测定所有样品均65℃烘干至恒重，回潮48 h，再进行营养成分测定。DM 测定参照张丽英[7]的方法，CF、ADF、NDF 采用滤袋法测定[7]，半纤维素=NDF－ADF，采用《食品中灰分的测定》（GB 5009.4-2010）测定样品中的Ash 含量，采用《饲料中粗蛋白测定方法》（GB/T 6432-94）测定样品中CP 和TP 含量，采用《饲料中粗脂肪的测定》（GB/T 6433-2006）测定样品中EE 含量，采用DNS 法测定样品还原糖及总糖含量[8]，利用王蓉等[9]方法测定样品中类胡萝卜素含量。

1.5 数据分析用SPSS 25.0 对试验数据进行单因素方差分析、Duncan's 多重比较和独立样本t检验，结果用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 醋糟发酵过程观察由图1 可知，好食脉孢菌发酵24 h，醋糟培养基中尤其是培养基表面会出现大量灰白色菌丝；发酵48 h，培养基中菌丝增多，且培养基表面出现少许黄色好食脉孢菌孢子；发酵72 h，培养基中出现大量黄色好食脉孢菌孢子，且表面分布较多；发酵96 h，黄色孢子层加厚，颜色加深。

图1 好食脉孢菌发酵醋糟的变化

由图2 可见，在醋糟好食脉孢菌发酵产物中接入红酵母种子液，发酵24 h，可见培养基表面出现少量浅粉色菌苔；随着发酵时间的延长，培养基表面出现红酵母菌苔颜色逐渐加深，发酵96 h 时菌苔呈现橙色，表明红酵母在醋糟培养基中发酵。

图2 红酵母与好食脉孢菌协同发酵醋糟结果

2.2 好食脉孢菌发酵醋糟产纤维素酶、木聚糖酶活性动态变化由表1 可知，好食脉孢菌发酵醋糟产纤维素酶及木聚糖酶活性均呈先升高后降低的趋势；其中发酵72 h 时，产纤维素酶活性达到最大值，为17.2 U/g；发酵48 h 时，产木聚糖酶活性达到最大值，为106.3 U/g。

表1 好食脉孢菌发酵醋糟产纤维素酶及木聚糖酶活性动态变化 U/g

2.3 醋糟发酵前后营养成分含量变化由表2 可知，好食脉孢菌发酵及好食脉孢菌和红酵母协同发酵使发酵底物重量均极显著降低（P<0.01）。由表3 可知，与对照组相比，好食脉孢菌发酵醋糟CP 含量、TP 含量、还原糖含量分别提高了23.08%、26.43%、88.24%（P<0.01）；EE 含量、总糖含量分别降低了55.41%、29.66%（P<0.01）；尤其是类胡萝卜素含量较对照组提高了27.6 倍。与对照组相比，好食脉孢菌与红酵母协同发酵使醋糟CP 含量、TP 含量、类胡萝卜素含量分别提高了9.68%、11.70%、12.83%（P<0.01）；EE 含量、还原糖含量、总糖含量分别降低了13.33%、52.94%、20.21%（P<0.01）；Ash 含量升高了5.41%（P<0.05）。

3 讨论

宋增廷[10]对山西省4 个地区12 个酿醋企业的17个醋糟样品进行了常规营养成分分析，结果表明醋糟的NDF、ADF 和木质素的含量分别达到74.98%、52.51%和21.62%，醋糟中CP 平均含量为12.38%，18 种氨基酸均值为9.32%，有机酸平均含量达2 273.96 mg/kg，还含有少量磷、钠、钾等矿物质元素，表明醋糟有被开发利用的价值。

红酵母菌体蛋白质是优质饲料蛋白质，红酵母发酵还可产生具有促进动物生长、抗氧化、提高机体免疫力、改善动物繁殖机能等作用的类胡萝卜素，红酵母是生产功能性生物饲料常用菌种之一[11-12]。刘梦杨等[13]对红酵母菌粉进行了安全性评价，结果显示红酵母无毒性、无致染色体突变等，可减少小鼠腹部脂肪积累。红酵母是嗜还原糖酵母菌，醋糟中还原糖含量很低，醋糟中的残留淀粉不易被红酵母直接吸收利用[14-15]。红酵母发酵醋糟所产生的功能性物质（类胡萝卜素）较少，仅为6.60 mg/kg[1]，利用红酵母发酵豆腐渣酸解产物，其类胡萝卜素产量为2.65 mg/kg[16]。

好食脉孢菌发酵可产生多种酶、蛋白质及大量类胡萝卜素，但产生的蛋白质为好食脉孢菌菌体及孢子蛋白质，动物不易消化吸收。为提高醋糟发酵产物中的优质蛋白质含量，同时提高类胡萝卜素产量，本研究拟定先进行好食脉孢菌发酵醋糟，以醋糟中蕴含的大量CF 为诱导物，诱导好食脉孢菌产生纤维素酶和木聚糖酶，进而酶解醋糟中部分CF，提高醋糟中还原糖含量。然后，再利用嗜还原糖的红酵母发酵富含还原糖的醋糟好食脉孢菌发酵产物，以提高醋糟发酵产物中酵母菌体蛋白质含量。本研究结果显示，好食脉孢菌发酵醋糟所产纤维素酶活性于发酵72 h 时达到最高值，为17.2 U/g，所产木聚糖酶活性于发酵48 h 时达到最高值，为106.3 U/g，在上述酶的共同作用下，发酵产物中还原糖含量提高了88.24%，其机理可能是好食脉孢菌发酵醋糟过程中产生的纤维素酶将纤维素分解成葡萄糖，产生的木聚糖酶将木聚糖降解成木糖和低聚糖[17-21]。第一阶段发酵（好食脉孢菌发酵醋糟）产生了高达80.1 mg/kg 的类胡萝卜素，其含量较对照组提高了27.6 倍；第二阶段发酵（好食脉孢菌与红酵母协同发酵）不仅使醋糟发酵产物中CP含量与TP 含量分别提高了9.68%与11.70%，而且使类胡萝卜素产量又提高了12.83%。理论上讲，好食脉孢菌与红酵母协同发酵提高的蛋白质主要是动物易于利用的酵母菌体蛋白质，而协同发酵产生的类胡萝卜素又具有抗氧化、提高机体免疫力、改善动物繁殖机能等多种作用[22]。但后续仍需对本研究获得的富含蛋白质与类胡萝卜素的发酵醋糟进行动物饲养试验来验证其饲喂效果。