富硒甘薯皮生物料发酵工艺的研究

林海斌

（福建华冠生物科技有限公司，福建连城 366200）

富硒功能农业在中国发展迅速，成为农业现代化发展的另一个方向，其特点是低成本、高效益［1，2］。研究表明，与不添加硒相比，添加不同硒源均可显著增加动物肌肉中的硒含量，提高动物体内的其他微量元素含量，增强动物的免疫力，综合提高畜禽的产量和质量［3-7］。通过研发富硒饲料，开发富硒肉、蛋、奶等动物产品解决人体硒摄入量的不足问题，已成为发展富硒养殖业的重要途径［8］。随着生物技术的发展及其与饲料加工产业的不断融合，富硒生物饲料的研究开发已成为饲料加工的热点［9，10］。

关于富硒饲料的生产主要有植物转化法、富硒添加剂法和微生物发酵法。植物转化法通过叶面添加植物外源硒元素或在富硒土壤种植农产品，从而提高植物中的硒含量，最终使生产饲料中的硒含量达到富硒饲料的要求［11，12］。富硒添加剂法是利用含硒元素的矿物质作为添加剂生产富硒添加剂，以解决常规饲料中硒含量不足的问题。微生物发酵法是利用富硒微生物，通过熟化、青贮或脱水等发酵技术手段提高饲料中的硒含量，从而生产出达标的富硒饲料。

甘薯［Dioscorea esculenta（Lour.）Burkill］生长在多种气候条件下，富含纤维、维生素和矿物质［13］，是世界上第七大重要的粮食作物和第五大必需作物［14］。福建省龙岩市连城县是全国最大的甘薯系列食品生产基地，其甘薯食品市场份额占全国同类产品市场份额的80%。在甘薯系列产品的生产和加工过程中会产生大量的甘薯皮，甘薯皮具有丰富的营养价值，含有胡萝卜素以及绿原酸等各种营养成分，对增强身体抵抗力和免疫力有较好功效，其废物利用可以有效缓解常规饲料紧缺，降低饲料成本。

甘薯饲料的研究较多是通过对甘薯渣进行微生物发酵和进一步加工处理，形成动物可食用的、具有丰富营养价值的饲料［15，16］。应用生物技术处理甘薯皮等废弃物可实现有机酸、酶、蛋白质饲料及膳食纤维等高附加值产品的生物转化，不仅能有效降低环境污染，而且能增加经济效益［17］。在湖北省农业科学院农业经济技术研究所富硒研究团队提供的技术支持下，本研究通过探索对甘薯皮等废弃物进行生物技术发酵工艺处理的优化方案，旨在为规模化生产甘薯皮功能性生物发酵饲料的技术提供新途径。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料 新鲜甘薯皮、茶渣、玉米粉、米糠、枯草芽孢杆菌、粗纤维降解专用菌、EM 菌（Effective microorganisms，有效微生物菌群）原种、红糖、生物有机硒营养液等。

1.1.2 设备 清洗池、搅拌机、烘干机、切条机、翻抛机、电子秤、温度计、水分测定仪、量筒、塑料桶、喷壶、发酵袋、发酵槽、包装袋等。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程 鲜甘薯皮→挑选→切断→清洗→杀青→发酵→烘干→包装→储存。

1.2.2 操作步骤

1）堆料。将甘薯加工过程中废弃的甘薯皮剔除杂质后，经切断、清洗、干燥，按20～30 t为一堆放置。

2）枯草芽孢杆菌菌液配制。按质量比0.1∶10.0在枯草芽孢杆菌中加入水，搅拌均匀制得枯草芽孢杆菌菌液。

3）第一次发酵。将摆放好的料堆平铺至15～20 cm 厚度，然后在其上面均匀喷洒枯草芽孢杆菌菌液，再在其上平铺一个料堆的甘薯皮，使其厚度为15～20 cm，并均匀喷洒枯草芽孢杆菌菌液，如此重复至150～200 cm 堆高，放置发酵12～24 h。

4）降解菌粉的配制。将粗纤维降解专用菌与米糠按质量比（m/m）1∶75 充分拌匀，加水拌和至含水量为40%～45%，18～25 ℃发酵24 h，制得降解菌粉。

5）第二次发酵。在处理好的料堆上均匀铺撒一层茶渣，然后在其上均匀撒一次降解菌粉，翻堆拌匀，放置发酵48 h 后测量料堆温度，待其温度达55 ℃以上时继续放置3 d。

6）含硒菌液的配制。将EM 菌原种与红糖和水按质量比（m/m）0.75∶3.50∶75.00 混合溶解，然后按2.5 mL/kg 的量加入有机硒营养液，经混匀制得含硒菌液。

7）第三次发酵。在处理好的料堆上先后均匀铺撒一层玉米粉及一层酒糟，然后在其上均匀喷洒一次含硒菌液，混合均匀，再将其送入发酵装置中，30～55 ℃发酵5～7 d。

8）脱水。将所得发酵料于60～85 ℃干燥至含水量≤13%。

9）粉碎。将脱水后的发酵料粉碎，即得所述富硒甘薯皮生物料。

1.2.3 操作要点

1）将用于堆料的甘薯皮置于杀青机中，200 ℃处理10～20 min，以达到杀菌及提温的效果，从而使甘薯皮在冬季寒冷环境下仍能实现快速发酵。

2）枯草芽孢杆菌菌液的用量按每层甘薯皮加入其重量0.015‰～0.025‰ 的枯草芽孢杆菌进行换算。

3）茶渣的用量为所用甘薯皮重量的1%，降解菌粉的用量按所用每千克甘薯皮加入0.4 g 粗纤维降解专用菌进行换算。还可以加入甘薯藤、百香果皮、芋头皮、秸秆中的一种或几种进行共同发酵；其加入量与所用甘薯皮的质量百分比为（3～5）∶（5～7）。

4）所用有机硒营养液中有机硒的含量为2.5～5.5 g/L。

5）玉米粉及酒糟的用量均为所用甘薯皮重量的2%；含硒菌液的用量按所用每千克甘薯皮加入0.2 g EM 菌原种进行换算。

1.3 营养成分测定方法

发酵后的甘薯皮粗蛋白质的测定采用GB/T 6432—2018《饲料中粗蛋白的测定 凯氏定氮法》。粗脂肪的测定采用GB/T 6433—2006《饲料中粗脂肪的测定》方法。粗纤维采用GB/T 6434—2006《饲料中粗纤维的含量测定过滤法》。钙的测定采用GB/T 13885—2017《饲料中钙、铜、铁、镁、锰、钾、钠和锌含量的测定原子吸收光谱法》。总磷的测定采用GB/T 6437—2018《饲料中总磷的测定 分光光度法》。氯化钠的测定采取GB/T 6439—2007《饲料中水溶性氯化物的测定》方法。硒的测定采用GB/T 13883—2008《饲料中硒的测定》方法。粗灰分的测定采用GB/T 6438—2007《饲料中粗灰分的测定》方法。水分的测定采用GB/T 6435—2014《饲料中水分的测定》方法。

2 结果与分析

新鲜甘薯皮发酵后，对其营养成分及矿物质含量进行检测，结果如表1 所示。经检测，甘薯皮发酵后粗蛋白质含量为11.6%，将其含量与标准DB 61/T 557.10—2012《富硒畜禽配合饲料》进行比较，产蛋鸡、肉仔鸡配合饲料粗蛋白质含量的标准范围应该大于等于12.0%。仔猪、生长肥猪的配合饲料粗蛋白质标准的含量应大于等于12.5%，与《肉种鸭配合饲料》标准NY/T 1820—2009 相比，肉种鸭的配合饲料粗蛋白质含量标准为大于等于14.0%，发酵甘薯皮作为产蛋鸡、肉鸡、仔猪、生长肥猪、肉种鸭的配合饲料粗蛋白质的含量较低。相较于SC/T 1076—2004《鲫鱼配合饲料》和GB/T 36205—2018《草鱼配合饲料》等鱼类配合饲料粗蛋白质含量标准，发酵甘薯皮的粗蛋白质含量无法达到既定标准。

表1 检测样品发酵甘薯皮各营养成分含量

发酵后的甘薯皮粗脂肪含量为35 g/kg，即每千克甘薯皮中含粗脂肪3.5%。肉种鸭配合饲料标准中粗脂肪含量为大于等于2.5%，发酵甘薯皮粗脂肪含量在肉种鸭饲料粗脂肪规定标准范围内。而鲫鱼、草鱼等鱼配合饲料标准中粗脂肪含量要求至少达到4.0%，发酵甘薯皮中的粗脂肪含量低于标准值。

发酵甘薯皮中测得每千克甘薯皮中含有65 g 粗纤维，含量为6.5%，在DB 61/T 557.10—2012 饲料标准中，仔猪饲料中粗纤维含量为小于等于4.0%，生长肥猪的粗纤维含量小于等于7.0%，生长鸡、肉仔鸡中除了15～20 周龄生长鸡的饲料粗纤维含量标准小于等于7.0%以外，其余的都要求粗纤维含量小于等于6.0%。标准NY/T 1820—2009《肉种鸭配合饲料》中，只有育成期的肉种鸭粗纤维含量标准为小于等于7.0%，其余生长期的肉种鸭配合饲料中粗纤维含量都小于等于6.0%。参照SC/T 1076—2004《鲫鱼配合饲料》和GB/T 36205—2018《草鱼配合饲料》粗纤维的含量标准，发酵甘薯皮中粗纤维含量既符合鲫鱼的鱼种饲料和食用鱼饲料的颗粒饲料标准，也适用于草鱼的鱼种和食用鱼饲料标准。

发酵甘薯皮中每100 g 粗灰分含量为6.7 g（6.7%），参照标准DB 61/T557.10—2012《富硒畜禽配合饲料》、NY/T 1820—2009《肉种鸭配合饲料》、SC/T 1076—2004《鲫鱼配合饲料》和GB/T 36205—2018《草鱼配合饲料》等鱼类配合饲料标准，发酵甘薯皮粗灰分含量6.7%均在这些标准适用范围内。

发酵甘薯皮中所含的矿物质为钙、总磷和氯化钠，含量分别为4 900 mg/kg、0.23%和0.33%。参照鸡、鸭、猪、鱼的配合饲料标准，钙含量只符合生长肥猪的配合饲料中钙的含量，相较于其余禽畜饲料标准，钙的含量偏低，对这些畜禽的钙元素缺乏只能进行微量补充。磷的主要生理功能是参加骨骼的组成，且与能量代谢相关，能够调节血液中的酸碱度。发酵甘薯皮中总磷含量为0.23%，对比上述各配合饲料标准含量较低，对于动物矿物质磷补充能起到一定作用。氯化钠的含量为0.33%，在上述各配合饲料标准要求范围内，其作用是能保持动物体内正常的渗透压、促进动物正常生理代谢。水分含量在发酵甘薯皮中为7.7%，小于12.5%，在鸡、鸭、猪、鱼的配合饲料标准中属于正常偏低，水分少证明发酵甘薯皮中单位重量中干物质含量较多，其营养成分含量较高。

发酵样品中硒含量为3.28 mg/kg，在国家富硒饲料中硒含量指标为大于或等于0.10 mg/kg，因此发酵甘薯皮的硒含量远超国家富硒饲料的标准，其含量不仅满足了富硒的标准，更蕴含了丰富的硒元素，能够被称为富硒的优质饲料。

3 讨论

3.1 发酵方法的可行性

本研究采用先耗氧后厌氧的发酵方法，适用多点多地前处理后集中加工，可快速消化大量废弃甘薯皮，且可使甘薯皮保持原有的清新度，不发生霉变。堆料时先将甘薯皮分多次铺成15～20 cm 堆高后，再进行接种发酵，可使料堆较快达到适宜的发酵温度，有助于实现物料的快速发酵，其发酵时间较常规直接接种缩短3～4 d。制备过程中加入茶渣，不仅可起到一定替抗作用，而且有助于甘薯皮的保色，可使所得富硒甘薯皮生物料具有甘薯皮原本的新鲜色泽。酒糟的加入可改善所得富硒甘薯皮生物料的适口性，并使其具有清新的酸甜风味，促进禽畜取食。该制备方法中采用特殊的发酵装置替代传统发酵袋进行厌氧发酵，可简化操作，有利于实现物料的大批量处理，对富硒甘薯皮生物料的工业化生产有积极的推动作用。该制备方法通过添加多种专用生物菌进行生物发酵，不仅可将原料大分子物质转化为小分子物质，而且使其易于消化吸收，还可使原料软化，产生一定的酸香味，从而具有良好的适口性，使禽畜喜欢采食。同时，微生物的大量繁殖，丰富了所得富硒甘薯皮生物料的营养成分。

3.2 发酵甘薯皮作为饲料的适用性

经过发酵制得的甘薯皮各营养成分含量通过与DB 61/T557.10—2012、NY/T 1820—2009、SC/T 1076—2004、GB/T 36205—2018 对比，除了钙、总磷等矿物质元素含量稍低、粗蛋白质含量略低以外，其他营养成分对鸡、鸭、猪等牲畜均有很好的适用性，并且在富硒作用上效果良好，蕴含丰富的硒元素，利用价值较高。发酵甘薯皮能够很好地作为鸡、鸭、猪富硒替代饲料。而发酵甘薯皮营养成分含量不太符合鲫鱼、草鱼等鱼类产品配合饲料的标准范围，不适合鱼类养殖。

试验很好地利用了微生物发酵技术，有速度快、时间短、操作简单的优点，有利于大批量处理。甘薯皮的饲料化技术能有效利用甘薯皮、补充畜禽饲料资源、防止甘薯皮资源浪费，提高了畜禽养殖经济效益，推动了农业资源绿色可持续发展。但依然存在一些不足之处，本研究只是与饲料的国家标准进行了对照，没有与实际成品饲料对照组进行比较。同时本研究并没有从实际应用方面讨论，缺乏实际应用效果的检验。

4 小结

该发酵工艺生产所得的富硒甘薯皮生物料制备的禽畜饲料，除了粗蛋白质含量略低以外，其他营养成分都在国家饲料标准范围内，且硒元素含量丰富，可以作为良好的畜禽富硒饲料使用。该生物料不仅能满足禽畜生长所需营养，还可代替激素和抗生素，达到促进生长、降低死亡率、防病治病、提高肉质风味的效果，并使饲养的动物无激素和抗生素残留。同时，该技术能解决常规饲料紧缺，提高畜禽肉制品质量，为开发利用甘薯皮饲料提供科学依据。富硒甘薯皮生物料可替代常规禽畜饲料中豆粕、玉米粉的使用，扩大了饲料来源，降低了饲养成本，可以显著提高养殖户的经济效益。