CN106804875A - 一种甘薯渣发酵饲料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甘薯渣发酵饲料的制备方法，它将甘薯渣和小麦麸皮混合后，向其中加入尿素、硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸镁，配成发酵原料备用；再将发酵原料和水混合均匀后作为基质，将混合菌液作为发酵菌剂接种于基质上，经好氧发酵和低温干燥后，即得甘薯渣发酵饲料。与现有技术相比，本发明利用甘薯渣发酵生产富含消化酶的菌体蛋白饲料，该饲料在提高动物生产性能和降低肉料比方面具有突出的效果，适合大规模工业化推广。

Description

一种甘薯渣发酵饲料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于微生物发酵领域，具体涉及一种甘薯渣发酵饲料及其制备方法与应用。

背景技术

甘薯是我国重要的低投入、高产出、耐贫瘠的粮食和工业原料，作为一种抗饥荒的杂粮作物，甘薯在我国农业经济中占有重要地位。我国是世界上最大的甘薯生产国，甘薯的种植面积常年保持在7500-8000万亩，产量占世界总产的80％左右。甘薯渣是甘薯提取淀粉后的残渣，薯渣中通常含有淀粉40-60％，纤维15-25％，以及果胶和蛋白。将甘薯渣直接喂饲动物，适口性差，禽畜对甘薯渣的营养成分不能很好的吸收利用。此外，在储存过程中薯渣可能被病原微生物污染变质，将其饲喂牲畜存在致使畜禽患病死亡的可能。因此甘薯渣通常被直接丢弃或者作掩埋处理，由于薯渣有机质和水分含量高，容易腐败变质导致土壤和地下水的严重污染，加重了农业面源污染。因此，如何开发利用甘薯渣成为当前我国淀粉行业需要解决的问题。

近年来，通过微生物发酵技术，将废弃薯渣转化为可被动物有效吸收利用的菌体蛋白饲料，成为薯渣资源化利用的一条重要途径。微生物发酵技术改变了薯渣原来的物理化学性质，将其所含的淀粉、粗纤维等物质降解为单糖、多糖、氨基酸等小分子物质，细菌、酵母菌和霉菌等利用这些小分子物质大量繁殖菌体，菌体蛋白就是从酵母等微生物菌体中获取的蛋白质。中国发明专利ZL201410327470介绍了一种甘薯渣发酵生产复合有机酸的方法，该发明将黑曲霉、米根霉、凝结芽孢杆菌和植物乳杆菌混合后对甘薯渣进行发酵，发酵后的饲料中有机酸含量达到15-20％，其中柠檬酸含量＞5％，乳酸含量＞5％，富马酸含量＞3％。中国发明专利ZL200510012227介绍了一种马铃薯渣发酵饲料及其制备方法，该发明将黑曲霉和白地霉混合后对马铃薯渣进行发酵，发酵饲料中总氨基酸含量由4.43％上升至13.42％，粗蛋白含量由4.63％上升至16.15％。

上述专利使用混合菌固态发酵技术制备薯渣型发酵饲料，改善了薯渣的营养价值，提高了薯渣饲料中粗蛋白、氨基酸和有机酸含量。然而，薯渣中淀粉、纤维素和果胶含量极高(60％～85％)，对于处于幼龄、老年或者疾病状态的动物，其消化道内源性消化酶分泌不足，特别是幼龄动物断奶后，其主食由含有乳蛋白、乳糖和乳脂为主的母乳转变为以淀粉和纤维素为主的薯渣饲料，幼崽消化系统分泌的消化酶一时还不能满足消化薯渣饲料的需要。因此，处于上述状态动物的饲料中除了含有蛋白质、氨基酸等营养物质，通常还需要外源添加消化酶类(淀粉酶、蛋白酶等)。目前，饲料中外源添加消化酶的方法是：先通过发酵法制备单一酶制剂，然后将各单一酶制剂按一定的比例混合后添加，生产成本高，操作繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种甘薯渣发酵饲料的制备方法，以解决现有技术存在的成本较高，操作繁琐，使用效果不佳等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种甘薯渣发酵饲料的制备方法，它包括如下步骤：

(1)将甘薯渣和小麦麸皮混合后，向其中加入尿素、硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸镁，配成发酵原料备用；

(2)将步骤(1)中所得发酵原料和水混合均匀后作为基质，将混合菌液作为发酵菌剂接种于基质上，经好氧发酵和低温干燥后，即得甘薯渣发酵饲料。

步骤(1)中，甘薯渣和小麦麸皮的质量比为3～5：1，优选4：1。

步骤(1)中，尿素、硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸镁的质量比为0.5～1.5：0.5～1.5：0.4～0.8：0.2～0.5，优选1：1：0.5：0.3；其中，尿素质量为甘薯渣和小麦麸皮总质量的1％。

步骤(2)中，发酵原料和水的质量比为1：2～3。

步骤(2)中，混合菌液和基质的接种比例为0.2～0.5mL：1g，优选03mL：1g。

步骤(2)中，所述的混合菌液包括瑞氏木霉、黑曲霉和产朊假丝酵母。

步骤(2)中，所述的混合菌液的制备方法为：将瑞氏木霉、黑曲霉和产朊假丝酵母的菌液浓度均调整为1×10⁷CFU/mL，然后将瑞氏木霉、黑曲霉和产朊假丝酵母的菌液按照1～3：1～2：1～4的体积比混合，即得。

其中，优选体积比为3：2：1。

步骤(2)中，所述的好氧发酵是指在25～30℃下发酵96～120h；所述的低温干燥是指在25～35℃下干燥至水分含量小于10％。

上述制备方法中的任意一项制备得到的甘薯渣发酵饲料也在本发明的保护范围之内。

上述甘薯渣发酵饲料在动物饲料中的应用也在本发明的保护范围之内。

有益效果：

与现有技术相比，本发明具有以下效果：

(1)针对甘薯渣中淀粉、纤维素和果胶含量高的特点，本发明利用甘薯渣发酵生产富含消化酶类(主要包括淀粉酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素酶和木聚糖酶)的菌体蛋白饲料，该饲料适用于处于幼龄、老年或者疾病状态的消化道内源性消化酶分泌不足的动物，由于不需要外源添加消化酶类，间接降低了饲料生产成本。

(2)本发明产品中，粗蛋白含量为15～17％，淀粉酶酶活为60～74U，果胶酶酶活为10～14U，蛋白酶酶活为15～19U，纤维素酶酶活为13～19U，木聚糖酶酶活为3～5U，消化酶类品种丰富。

(3)本发明优选的发酵菌剂具有显著协同增效效果，具体表现为三菌混合液得到的饲料中，粗蛋白和消化酶酶活显著高于单菌、双菌组合，体现了三种菌之间互惠利生的关系，并且动物实验证实本发明优选的发酵菌剂在提高仔猪生产性能、降低肉料比方面效果优于其他菌剂组合。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

下述实施例中，甘薯渣购于淮安市赵集粉丝厂有限公司，70℃烘干后备用。

实施例1甘薯渣发酵饲料的制备

(1)菌液制备

本发明实施例中使用的黑曲霉购买自美国标准生物品收藏中心，菌种保藏号ATCCNo.1057，瑞氏木霉购自美国标准生物品收藏中心，菌种保藏号ATCC No.26921，产朊假丝酵母购自中国工业微生物保藏中心，菌种保藏号CICC No.1807。

黑曲霉和瑞氏木霉用PDA培养基30℃培养至菌丝铺满平板，然后接种到察氏培养基30℃培养5天，用适量无菌水冲洗孢子，3层擦镜纸过滤，用血球计数板计算孢子悬浮液浓度，调整至1×10⁷CFU/mL；产朊假丝酵母用YPD液体培养基30℃培养至浓度约为1×10⁷CFU/mL。PDA培养基：土豆200g，葡萄糖20g，琼脂20g，将土豆去皮，加水煮烂，纱布过滤取滤液，向滤液中加入葡萄糖和琼脂，加水定容至1000mL，121℃湿热灭菌15分钟。察氏培养基：硝酸钠3g，磷酸氢二钾1g，硫酸镁0.5g，氯化钾0.5g，硫酸亚铁0.01g，蔗糖30g，琼脂20g，加水定容至1000mL，121℃湿热灭菌15分钟。YPD液体培养基：酵母膏10g，蛋白胨20g，葡萄糖20g，加水定容至1000mL，121℃湿热灭菌15分钟。

(2)混菌固态发酵

取120g甘薯渣和30g小麦麸皮混合均匀后装入5L锥形瓶，向瓶内加入1.5g尿素，1.5g硫酸铵，0.75g磷酸二氢钾和0.45g硫酸镁，然后加入450m水，121℃湿热灭菌15分钟。取黑曲霉菌悬液90mL，瑞氏木霉菌悬液60mL，产朊假丝酵母菌液30mL，三种菌液混合均匀后接种到锥形瓶中。将锥形瓶置于恒温培养箱中，28℃好氧发酵96小时。发酵结束后采用常州快达干燥设备有限公司生产的XSG系列旋转闪蒸干燥机对发酵产品进行低温干燥，25～35℃下干燥至水分含量小于10％，粉碎过40目筛，获得甘薯渣型发酵饲料。饲料中粗蛋白含量为17.19％，淀粉酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素酶和木聚糖酶酶活分别为74.3U、14.4U、17.0U、19.2U和5.0U。

检测方法和酶活定义如下：

粗蛋白：按照GB/T14771-1993测定。

淀粉酶：在60℃，pH＝6.0的条件下，1分钟液化1mg可溶性淀粉，定义为一个酶活力单位(U)。

果胶酶：在30℃，pH＝5.0的条件下，1分钟水解果胶生成1μg还原糖所需酶量，定义为一个酶活力单位(U)。

蛋白酶：在40℃，pH＝3.5的条件下，1分钟水解酪素生成1μg酪氨酸所需酶量，定义为一个酶活力单位(U)。

纤维素酶：在50℃，pH＝5.5的条件下，1分钟水解滤纸(Whatman No.1)生成1μmol还原糖所需酶量，定义为一个酶活力单位(U)。

木聚糖酶：在50℃，pH＝5.5的条件下，1分钟水解玉米芯木聚糖生成1μmol还原糖所需酶量，定义为一个酶活力单位(U)。

实施例2菌种的优选

(1)菌液制备

黑曲霉和瑞氏木霉用PDA培养基30℃培养至菌丝铺满平板，然后接种到察氏培养基30℃培养5天，用适量无菌水冲洗孢子，3层擦镜纸过滤，用血球计数板计算孢子悬浮液浓度，调整至约为1×10⁷CFU/mL；产朊假丝酵母用YPD液体培养基30℃培养，调整浓度至约为1×10⁷CFU/mL。PDA培养基：土豆200g，葡萄糖20g，琼脂20g，将土豆去皮，加水煮烂，纱布过滤取滤液，向滤液中加入葡萄糖和琼脂，加水定容至1000mL，121℃湿热灭菌15分钟。察氏培养基：硝酸钠3g，磷酸氢二钾1g，硫酸镁0.5g，氯化钾0.5g，硫酸亚铁0.01g，蔗糖30g，琼脂20g，加水定容至1000mL，121℃湿热灭菌15分钟。YPD液体培养基：酵母膏10g，蛋白胨20g，葡萄糖20g，加水定容至1000mL，121℃湿热灭菌15分钟。

(2)发酵菌种的组合发酵

将烘干的甘薯渣和小麦麸皮按照8:2的比例混合配成发酵原料，在此基础上加入试剂：尿素1％、硫酸铵1％，磷酸二氢钾0.5％和硫酸镁0.3％，将以上原料和水以1:3的质量比混合均匀作为基质。将黑曲霉(A)、瑞氏木霉(B)和产朊假丝酵母(C)进行单菌、双菌和三菌组合，菌液间按照1：1的比例混合，按照30％(v/w)比例接种于基质，28℃好氧发酵96小时，发酵结束后取部分鲜样测定粗蛋白含量、淀粉酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素酶和木聚糖酶酶活，结果见表1。

表1

注：同列数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05)，相同字母表示差异不显著(P>0.05)。表2至表4同。

由表1可知，黑曲霉、瑞氏木霉和产朊假丝酵母三菌组合发酵效果最好，总蛋白含量、淀粉酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素酶和木聚糖酶酶活显著高于单菌、双菌组合。因此，本发明优选的发酵菌剂具有显著协同增效效果，推测原因是黑曲霉和瑞氏木霉的酶促作用生成的单糖立即被产朊假丝酵母利用，从而解除了单糖产物对消化酶的反馈抑制作用，体现了三种菌之间互惠利生的关系。

在最佳发酵菌种组合的基础上，对黑曲霉、瑞氏木霉、产朊假丝酵母的混合比例进行优化，如表2所示，混合比例设置9组，每组3个重复，菌液接种量30％(v/w)，发酵结束后取部分鲜样测定测定粗蛋白含量、淀粉酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素酶和木聚糖酶酶活，结果见表2。

表2

由表2可知，当黑曲霉、瑞氏木霉、产朊假丝酵母的体积比为3：2：1时，粗蛋白含量、淀粉酶、果胶酶、蛋白酶和纤维素酶等指标优于其他混合比例，因此，选取3：2：1为黑曲霉、瑞氏木霉、产朊假丝酵母的接种体积比。

对比例1

固态发酵步骤同实施例1，但是使用的混菌液为表1中的“AC”组合，即取黑曲霉菌悬液90mL和产朊假丝酵母菌液90mL混合均匀后接种。经检测，饲料中粗蛋白含量为11.55％，淀粉酶、果胶酶、蛋白酶酶活分别为34.6U、9.3U和10.2U。纤维素酶和木聚糖酶酶活为0。

对比例2

固态发酵步骤同实施例1，但是使用的混菌液为表1中的“BC”组合，即取瑞氏木霉菌悬液90mL和产朊假丝酵母菌液90mL混合均匀后接种。经检测，饲料中粗蛋白含量为10.46％，纤维素酶和木聚糖酶酶活分别为15.4U和5.9U。淀粉酶、果胶酶和蛋白酶酶活为0。

实施例2薯渣发酵饲料养猪实验

(1)随机抽取日龄相差不超过7天、体重相近的30kg左右的幼猪，随机组成对照组、实施例1、对照实施例1和对照实施例2共计四组，每组20头，分为2栏，每栏10头。对照组喂基础日粮，配方如表3。实验组(实施例1、对比实施例1和对比实施例2)用甘薯渣发酵饲料替代等量小麦麸皮。

表3

(2)实验在同一栋封闭猪舍内进行，在实验开始和结束时以个体为单位对所有实验猪进行空腹称重，记录体重；实验过程中以重复为单位记录采食量，实验时间40天。

(3)实验组和对照组的生长性能指标，如表4所示。

表4

(4)由表4可知，实施例1与对照组相比，末重提高了6.9％，平均日增重提高了15.3％，平均日采食量增加了9.7％，料肉比下降了4.9％。所有指标均有改善趋势，并且末重、平均日增重和平均日采食量三项指标差异显著(P<0.05)，表明富含消化酶的发酵薯渣饲料能提高仔猪生产性能，降低肉料比。

实施例1与对比实施例1、2相比，末重、平均日增重、平均日采食量均提高，并且三项数据差异显著(P<0.05)，肉料比则有所下降，表明实施例1中所用的发酵菌剂组合，分泌的消化酶酶活更高，在提高仔猪生产性能、降低肉料比方面，优于其他菌剂组合。

Claims (10)

1.一种甘薯渣发酵饲料的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)将甘薯渣和小麦麸皮混合后，向其中加入尿素、硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸镁，配成发酵原料备用；

(2)将步骤(1)中所得发酵原料和水混合均匀后作为基质，将混合菌液作为发酵菌剂接种于基质上，经好氧发酵和低温干燥后，即得甘薯渣发酵饲料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，甘薯渣和小麦麸皮的质量比为3～5：1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，尿素、硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸镁的质量比为0.5～1.5：0.5～1.5：0.4～0.8：0.2～0.5；其中，尿素质量为甘薯渣和小麦麸皮总质量的1％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，发酵原料和水的质量比为1：2～3。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，混合菌液和基质的接种比例为0.2～0.5mL：1g。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的混合菌液包括瑞氏木霉、黑曲霉和产朊假丝酵母。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的混合菌液的制备方法为：将瑞氏木霉、黑曲霉和产朊假丝酵母的菌液浓度均调整为1×10⁷CFU/mL，然后将瑞氏木霉、黑曲霉和产朊假丝酵母的菌液按照1～3：1～2：1～4的体积比混合，即得。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的好氧发酵是指在25～30℃下发酵96～120h；所述的低温干燥是指在25～35℃下干燥至水分含量低于10％。

9.权利要求1～8中任意一项制备得到的甘薯渣发酵饲料。

10.权利要求9所述的甘薯渣发酵饲料在动物饲料中的应用。