CN108260710A - 一种发酵甜菜粕饲料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发酵甜菜粕饲料的制备方法以及由此制备的发酵甜菜粕饲料，所述方法通过向脱水处理后的甜菜粕中加入糖蜜，并随后向其中加入乳酸菌和纤维素酶的悬液在特定的残留空气量下(‑0.07MPa至‑0.08MPa)静置发酵，可获得具有改善的营养价值和提高的干物质消化率的发酵甜菜粕饲料。

Description

一种发酵甜菜粕饲料及其制备方法

技术领域

本发明涉及动物营养学及发酵技术领域，具体而言，涉及一种利用发酵技术制备甜菜粕饲料的方法，以及由此制备的发酵甜菜粕饲料。

背景技术

甜菜粕(又称作甜菜渣)是甜菜制糖企业加工副产物，其营养丰富，可消化纤维含量高，并且含有促进瘤胃发酵的甜菜碱、果胶和烟酸等活性成分，是一种优质的反刍动物纤维饲料原料。

新鲜甜菜渣的生产期集中在9月-1月榨季，产量大，供应期短，含水量很高。部分甜菜制糖企业将新鲜甜菜渣售卖给工厂附近农户，价格较低。但是，甜菜粕存在简单堆放不易保存，容易腐烂变质，保质期很短的缺点。因此，不能及时售卖的甜菜粕则很快腐烂变质，给企业造成损失，同时也带来环境污染问题，增加企业处理废料成本；还有部分甜菜制糖企业通过干燥制粒等设备生产甜菜颗粒粕，可以实现长期保存，但新鲜甜菜粕含水量高，加热干燥过程需要消耗大量的能源，需要投入与甜菜渣产量相匹配的干燥制粒设备，设备投资和运营成本均较高，而且也容易破坏甜菜粕中的营养物质，且饲喂动物前还要用水浸泡，造成资源浪费。

微生物青贮发酵是一种低成本处理方法。青贮技术是在厌氧条件下利用乳酸菌发酵产生乳酸，抑制有害菌生长，保持青饲料营养多汁的一种保存技术。目前，针对甜菜粕的青贮发酵通常都是自然发酵，即利用天然存在的乳酸菌进行的发酵。但在现有技术的自然发酵中，由于甜菜粕含水量高，糖含量偏低，天然乳酸菌含量低，腐败菌容易大量繁殖，消耗大量养分并带来霉菌毒素污染，降低甜菜粕品质，导致乳酸菌生长缓慢，产酸能量弱，从而延长青贮过程，还可能导致青贮失败，由此降低了发酵成功率。同时，乳酸菌生长需要可溶性糖提供碳源，但新鲜甜菜粕可溶性糖含量低，纤维含量高，也不利于乳酸菌的生长繁殖。

因此，为了延长甜菜粕保质期，控制新鲜甜菜粕的发酵参数使得能够提高发酵产品质量并同时缩短发酵进程，由此提升甜菜粕利用价值和甜菜糖厂生产效益，成为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本发明人通过研究发现，通过向甜菜粕发酵原料中添加外源的乳酸菌，并控制发酵环境中的残留空气量(以空气压力表示)能够显著提升发酵成功率，并且所得到的发酵甜菜粕饲料的总可消化养分的含量、粗纤维的含量、乳酸的含量和乙酸的含量均有所改善，由此提高了该发酵甜菜粕饲料在体外消化实验中的干物质消化率。

在一个方面，本发明提供了一种制备发酵甜菜粕饲料的方法，其特征在于，所述方法包括：

1)将新鲜甜菜粕脱水，并向脱水后的甜菜粕中添加糖蜜，获得发酵原料混合物；

2)将乳酸菌和纤维素酶溶于水中并搅匀静置，从而获得纤维素酶/乳酸菌悬液；

3)将所述纤维素酶/乳酸菌悬液接种至所述发酵原料混合物，得到待发酵混合物，将所述待发酵混合物装入密封容器中，控制其中的残留空气量为-0.07MPa至-0.08MPa，静置发酵，从而获得发酵甜菜粕饲料。

在另一方面，本发明还提供了由上述方法制备的发酵甜菜粕饲料。

可通过如下段落中所述的内容对本发明的示例性的技术方案加以说明：

1.一种制备发酵甜菜粕饲料的方法，其特征在于，所述方法包括：

1)将新鲜甜菜粕脱水，并向脱水后的甜菜粕中添加糖蜜，获得发酵原料混合物；

2)将乳酸菌和纤维素酶溶于水中并搅匀静置，从而获得纤维素酶/乳酸菌悬液；

3)将上述纤维素酶/乳酸菌悬液接种至所述发酵原料混合物，得到待发酵混合物，将所述待发酵混合物装入密封容器中，控制其中的残留空气量为-0.07MPa至-0.08MPa，静置发酵，从而获得发酵甜菜粕饲料。

2.如段落1所述的方法，其中，所述新鲜甜菜粕的含水量为85％以上。

3.如段落1或2所述的方法，其中，将所述新鲜甜菜粕挤压脱水。

4.如段落1-3中任一段所述的方法，其中，所述脱水后的甜菜粕的含水量为70wt％-80wt％。

5.如段落4所述的方法，其中，所述脱水后的甜菜粕的含水量为70wt％-75wt％。

6.如段落1-5中任一段所述的方法，其中，相对于所述发酵原料混合物的总重量，向所述脱水后的甜菜粕中添加的糖蜜的量为2wt％-20wt％。

7.如段落6所述的方法，其中，相对于所述发酵原料混合物的总重量，向所述脱水后的甜菜粕中添加的糖蜜的量为5wt％-10wt％。

8.如段落1-7中任一段所述的方法，其中，所述发酵原料混合物的含水量为65wt％-75wt％。

9.如段落8所述的方法，其中，所述发酵原料混合物的含水量为68wt％-72wt％。

10.如段落1-9中任一段所述的方法，其中，所述发酵原料混合物的含糖量为1.5wt％以上。

11.如段落10所述的方法，其中，所述发酵原料混合物的含糖量为3wt％-5wt％。

12.如段落1-11中任一段所述的方法，其中，所述糖蜜为甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、柑橘糖蜜和/或玉米糖蜜。

13.如段落12所述的方法，其中，所述糖蜜为甜菜糖蜜。

14.如段落1-13中任一段所述的方法，其中，在步骤2)中，相对于所述发酵原料混合物的总重量，所述水的用量为0.4wt％-0.5wt％。

15.如段落1-14中任一段所述的方法，其中，在步骤2)中，所述水的温度为20℃-30℃。

16.如段落1-15中任一段所述的方法，其中，在步骤2)中，所述静置进行1.0h-2.0h。

17.如段落1-16中任一段所述的方法，其中，在步骤3)中，相对于每克所述发酵原料混合物，所接种的乳酸菌的数量为1×10⁵CFU以上。

18.如段落17所述的方法，其中，在步骤3)中，相对于每克所述发酵原料混合物，所接种的乳酸菌的数量为2×10⁵至6×10⁵CFU。

19.如段落1-18中任一段所述的方法，其中，所述乳酸菌和纤维素酶来自亚芯秸秆青贮剂。

20.如段落1-19中任一段所述的方法，其中，通过将所述纤维素酶/乳酸菌悬液喷洒在所述发酵原料混合物上来进行所述接种。

21.如段落1-20中任一段所述的方法，其中，在步骤3)中，所述密封容器为密封袋。

22.如段落21所述的方法，其中，在步骤3)中，将所述待发酵混合物装入所述密封袋中，充分压实压紧封口，并通过真空泵抽出所述密封袋中的多余的空气，控制所述密封袋中的残留空气量为-0.07MPa至-0.08MPa，然后利用裹包机对所述密封袋进行裹包。

23.如段落22所述的方法，其中，在步骤3)中，利用所述裹包机在所述密封袋的外部缠绕3层裹包膜。

24.如段落1-23中任一段所述的方法，其中，所述残留空气量为-0.075MPa至-0.08MPa。

25.如段落1-24中任一段所述的方法，其中，在步骤3)中，在5℃-35℃的温度下进行所述静置发酵。

26.如段落25所述的方法，其中，在步骤3)中，所述静置发酵的发酵时间为28天至42天。

27.如段落25或26所述的方法，其中，在步骤3)中，所述静置发酵的发酵温度为5℃-10℃，并且发酵时间为至少40天。

28.如段落25或26所述的方法，其中，在步骤3)中，所述静置发酵的发酵温度为30℃-35℃，并且发酵时间为至少28天。

29.如段落25或26所述的方法，其中，在步骤3)中，所述静置发酵的发酵温度为15-25℃时，并且发酵时间为35天至42天

30.通过段落1-29中任一段所述的方法制备的发酵甜菜粕饲料。

本发明所述的技术方案实现了如下的有益效果：

本发明公开的新的甜菜粕固态发酵技术操作简单，可以有效延长甜菜粕保质期，减少污染，同时可在甜菜产区周边于饲料淡季时供应市场，丰富了饲料市场的产品，实现了资源循环利用。

本发明所述的甜菜粕固态发酵技术不需要加热处理，生产成本较低。而且，通过添加外源的乳酸菌并控制特定的残留空气量，从而能够最大限度地保留甜菜粕中的营养成分，同时保留了甜菜粕青绿多汁的特点，另外经过发酵的甜菜粕还具有酸香味，感官指标获得提升，增加动物的适口性。

本发明所述的甜菜粕固态发酵技术在添加外源的乳酸菌的同时配以纤维素酶等活性酶，能够将作为甜菜粕主要成分的纤维素降解为易于利用的小分子单糖、多糖等物质，从而能为乳酸菌生长繁殖提供能量。

本发明所述的方法利用挤压脱水、添加甜菜糖蜜可以降低新鲜甜菜粕的含水量，不需要蒸汽加热等高温烘干处理，降低了能耗成本，充分利用糖厂副产物，最大限度保留了甜菜粕营养成分。并且，糖蜜中含有大量的糖等营养成分，与甜菜粕按一定比例混合可以提升甜菜粕营养价值，而且糖蜜气味香甜，提升了甜菜粕的感官品质，有助于增加动物采食量。

通过控制发酵过程中的残留空气量，可显著提高发酵甜菜粕的品质，同时经过发酵也可提高甜菜粕的营养价值，提升其在动物体内的干物质消化率。

生产过程可控性强，可实时监控、优化发酵进程，适合工业化生产。

通过有效延长甜菜粕保质期，可节约工厂对易腐烂变质甜菜粕的处理成本，减少对工厂周边生态环境的污染。同时将甜菜粕变废为宝，作为优质反刍动物纤维饲料，丰富甜菜糖厂周边地区的饲料市场的产品种类，弥补饲料供应淡季时的市场需求，增加甜菜糖企业的收益，带动相关产业发展和就业，造福社会。

附图说明

图1为本发明所述的示例性的制备发酵甜菜粕饲料的生产工艺流程图。

具体实施方式

图1中示出了本发明的示例性的制备发酵甜菜粕饲料的方法。具体而言，在对新鲜甜菜粕进行脱水处理(例如进行挤压脱水)后，向其中添加糖蜜，得到发酵原料混合物，同时将乳酸菌与纤维素酶溶解于水中并搅匀静置，从而获得纤维素酶/乳酸菌悬液，将所述纤维素酶/乳酸菌悬液接种至所述发酵原料混合物，得到待发酵混合物，并装入密封容器中(控制其中的残留空气量)进行发酵，从而获得发酵甜菜粕饲料。

在一个实施方式中，本发明提供了一种制备发酵甜菜粕饲料的方法，其特征在于，所述方法包括：

1)将新鲜甜菜粕脱水，并向脱水后的甜菜粕中添加糖蜜，获得发酵原料混合物；

2)将乳酸菌和纤维素酶溶于水中并搅匀静置，从而获得纤维素酶/乳酸菌悬液；

3)将所述纤维素酶/乳酸菌悬液接种至所述发酵原料混合物，得到待发酵混合物，将所述待发酵混合物装入密封容器中，控制其中的残留空气量为-0.07MPa至-0.08MPa，静置发酵，从而获得发酵甜菜粕饲料。

新鲜甜菜粕含水量高，一般可以达到新鲜甜菜粕重量的85％以上。将新鲜甜菜粕挤压脱水。相比于新鲜甜菜粕的含水量，脱水后的甜菜粕的含水量降低至70wt％-80wt％、优选70wt％-75wt％。相对于发酵原料混合物的总重量，向脱水后的甜菜粕中添加的糖蜜(例如甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、柑橘糖蜜和/或玉米糖蜜，优选甜菜糖蜜)的量为2wt％-20wt％、优选5wt％-10wt％，从而可以进一步调节发酵原料混合物的含水量至65wt％-75wt％、优选68wt％-72wt％。由于糖蜜(例如甜菜糖蜜)含有糖分，可以为菌种发酵提供能量。所添加的糖蜜的量不宜高于发酵原料混合物总重量的20％，否则甜菜粕饲料颜色过深，影响动物采食量，而且造成发酵甜菜粕成本偏高。新鲜甜菜粕的含糖量一般为1wt％以下，通过添加糖蜜，使发酵原料混合物的含糖量达到1.5wt％以上、优选3wt％-5wt％，从而能够为乳酸菌的生长提供足够能量。

在上述方法的步骤(2)中，水的用量并无特别限制。仅出于更好地使乳酸菌和纤维素酶溶解的目的，相对于所述发酵原料混合物的总重量而言，所述水的用量为0.4wt％-0.5wt％。优选地，将所述水的温度控制在20-30℃，以使乳酸菌更大程度上保持良好的活性。进一步优选，在所述步骤(2)中，所述静置进行1.0h-2.0h。

为保证在发酵原料混合物中乳酸菌占绝对优势，向发酵原料混合物中额外添加外源的乳酸菌。优选的是，相对于每克发酵原料混合物，所接种的乳酸菌的数量为1×10⁵CFU以上、优选2×10⁵至6×10⁵CFU，以抑制杂菌生长。同时，进一步利用纤维素酶来降解甜菜粕中的纤维素，从而生成可被乳酸菌利用的小分子单糖、多糖等物质，为乳酸菌的生长繁殖提供充足养料。在本发明中，可以采用现有技术已知用于甜菜粕发酵的任意的乳酸菌和纤维素酶或它们的商品化的产品，例如，可以使用购自台湾亚芯公司的亚芯秸秆青贮剂(同时含有乳酸菌和纤维素酶，其中的乳酸菌的数量≥100亿个/g)。优选通过将纤维素酶/乳酸菌悬液喷洒在所述发酵原料混合物上来进行接种。

本发明中的密封容器可以是密封袋。由于甜菜粕质软，不易直接裹包，可以先将待发酵混合物装入密封袋中，充分压实压紧封口，并通过真空阀抽出所述密封袋中的多余的空气，控制其中的残留空气量为-0.07MPa至-0.08MPa、优选-0.075MPa至-0.08MPa，然后利用裹包机对密封袋进行裹包。优选利用裹包机在密封袋的外部缠绕3层以上的裹包膜，以充分隔绝空气。

在5℃-35℃、优选15℃-25℃的温度下进行静置发酵。发酵温度不宜过高或过低。发酵温度过低，不利于乳酸菌的生长繁殖；发酵温度过高，会降低乳酸菌的生长速率，同时促进丁酸发酵，导致甜菜粕发酵失败。发酵时间与温度密切相关，当环境温度较低时要适当延长发酵时间，而温度较高时，发酵速度快，可适当减少发酵时间。当发酵温度为5℃-35℃时，发酵时间为28天至42天。如果发酵温度为5℃-10℃，则发酵时间为至少40天；如果发酵温度为30℃-35℃，则发酵时间为至少28天。优选当发酵温度为15-25℃时，发酵时间为35天至42天。可用发酵混合物的pH值作为指标评估发酵进程，当pH值稳定在4以下时，可认为发酵完成。

本发明的样品的pH值的测量方法：

取10g待测样品置于三角瓶中，加入90mL蒸馏水浸泡，并将三角瓶放入冰箱(5℃)内。24小时后取出三角瓶，将瓶内样品过滤得到滤液，使用pH计对该滤液的pH值进行测定。其中，在测定前，pH计先用缓冲液进行两点法校正，采用中性(pH＝6.86)和酸性标准液(pH＝4.00)进行校正，经反复校正、待仪器稳定方可应用。

本发明的样品的含水量的测量方法：

用天平量取100g待测样品，置于80℃烘箱中烘烤48小时，取出烘干的样品在天平上进行称重，即可计算待测样品的含水量。

本发明的样品的含糖量的测量方法：

采用国标GB/T 5009.8-2008中所述的方法对本发明的样品的含糖量进行测量。

本发明的样品的粗纤维含量的测量方法：

采用美国Ankom 2000全自动纤维分析仪提供的测量方法。

本发明的样品的干物质消化率的测量方法：

采用美国Ankom DaisyII体外模拟培养箱提供的体外真值消化率测定方法。

本发明的样品的总可消化养分的百分比(即，饲料中可消化养分的结合能力的计算值；可用于不同饲料之间的比较)的测量方法：

采用美国Ankom DaisyII体外模拟培养箱提供的体外真值消化率测定方法。

本发明的样品的乳酸含量的测量方法：

采用国标GB/T 23877-2009中所述的方法对本发明的样品的乳酸含量进行测量。

本发明的样品的乙酸含量的测量方法：

采用国标GB/T 17815-1999中所述的方法对本发明的样品的乙酸含量进行测量。

实施例

接下来，通过实施例对本发明进行进一步详细地说明，但本发明不仅限于这些实施例。

以下实施例中所使用的乳酸菌和纤维素酶来自台湾亚芯公司生产的亚芯秸秆青贮剂，其由活性乳酸菌和纤维素酶复配而成，其中活性乳酸菌数量≥100亿/g。

实施例1

取新鲜甜菜粕，其含水量经测量为85wt％。通过挤压脱水使该新鲜甜菜粕的含水量降低至70wt％。称取4750g脱水后的甜菜粕，并与250g甜菜糖蜜(含水量为24wt％)搅拌混合(即，相对于发酵原料混合物的总重量，添加了5wt％的糖蜜)，获得5000g发酵原料混合物，经测定，该发酵原料混合物的含水量为68.5wt％、含糖量约为3.5wt％。

将亚芯秸秆青贮剂(含乳酸菌和纤维素酶)溶于水中，相对于发酵原料混合物的总重量而言，水的用量为0.5wt％，水温控制在20-30℃，搅拌均匀后放置1小时，从而获得纤维素酶/乳酸菌悬液。

将上述纤维素酶/乳酸菌悬液移入喷枪的水箱中，以喷雾方式将其均匀喷洒在发酵原料混合物上从而进行接种，得到待发酵混合物。相对于发酵原料混合物的重量，乳酸菌的接种量为5×10⁵CFU/g。

将待发酵混合物装入密封袋中，充分压实压紧封口，并通过真空阀抽出密封袋中的多余的空气，控制袋中的残留空气量达到-0.08Mpa。

利用裹包机对上述密封袋进行裹包，在密封袋的外部缠绕3层裹包膜，以充分隔绝空气，随后放置在干燥处进行固态发酵，发酵的环境温度为30℃。发酵过程中，通过上述方法测定发酵混合物的pH值，作为评估发酵进程指标。发酵30天后，pH值下降至4以下，发酵完成，此时从裹包袋中取样，进行体外消化实验和如下的理化指标检测，验证固态发酵效果。

结果表明，在通过以上固态发酵处理得到的发酵甜菜粕饲料中，粗纤维的含量下降至15.63％(以干重计)，总可消化养分的含量升高至71.12wt％，说明微生物活动强烈，其中的粗纤维被降解为小分子单糖和多糖。同时，作为体外消化实验的结果，所测得的发酵甜菜粕饲料的干物质消化率提高至82.08wt％(以干重计)，有助于促进发酵甜菜粕饲料在动物体内的消化吸收，提升了饲料产品的品质。乳酸的含量显著提高，达到2.14wt％(以湿重计)，乙酸含量也升高至0.12wt％(以湿重计)，表明在固态发酵过程中乳酸菌数量占据主导优势，杂菌含量低，所得到的饲料易于长期保存。甜菜粕原料与实施例1中制备的发酵甜菜粕饲料关于上述指标的对比见下表1。

实施例2

除了进行如下调整，按实施例1中所述方法进行发酵实验：将脱水后的甜菜粕的含水量调整为75wt％，将甜菜糖蜜的添加量调整为6wt％，由此得到的发酵原料混合物的含水量为72.0wt％、含糖量约为4.9wt％；将密封袋中的残留空气量调整为-0.07MPa；发酵的环境温度为5℃。

发酵40天后，pH值下降至4以下，发酵完成，此时从裹包袋中取样，进行体外消化实验和如下的理化指标检测，验证固态发酵效果。

在通过以上固态发酵处理得到的发酵甜菜粕饲料中，粗纤维的含量下降至17.14wt％(以干重计)，干物质消化率提高至75.42wt％(以干重计)，总可消化养分升高至70.7wt％，乳酸的含量则提高至1.92wt％(以湿重计)，乙酸含量升高至0.03wt％(以湿重计)。甜菜粕原料与实施例2中制备的发酵甜菜粕饲料关于上述指标的对比见下表1。

在实施例1与实施例2中，发酵过程中的残留空气量分别控制为-0.08MPa和-0.07MPa，与发酵前的甜菜粕原料相比，采用本发明的方法得到的发酵甜菜粕饲料的消化率、总的可消化养分的含量、粗纤维的含量、乳酸的含量、乙酸的含量均有所改善。

表1：甜菜粕原料与实施例1和实施例2中的发酵甜菜粕饲料的对比数据

由上表1中记载的结果可以看出，采用本发明的制备方法(控制发酵过程中的残留空气量为-0.07MPa至-0.08MPa)，可显著改善所制备得到的发酵甜菜粕饲料的营养价值，提高其在动物体内的消化率(即，干物质消化率)。

Claims (10)

1.一种制备发酵甜菜粕饲料的方法，其特征在于，所述方法包括：

1)将新鲜甜菜粕脱水，并向脱水后的甜菜粕中添加糖蜜，获得发酵原料混合物；

2)将乳酸菌和纤维素酶溶于水中并搅匀静置，从而获得纤维素酶/乳酸菌悬液；

3)将上述纤维素酶/乳酸菌悬液接种至所述发酵原料混合物，得到待发酵混合物，将所述待发酵混合物装入密封容器中，控制其中的残留空气量为-0.07MPa至-0.08MPa，静置发酵，从而获得发酵甜菜粕饲料。

2.如权利要求1所述的方法，其中，将所述新鲜甜菜粕挤压脱水。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，相对于所述发酵原料混合物的总重量，向所述脱水后的甜菜粕中添加的糖蜜的量为2wt％-20wt％。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述糖蜜为甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、柑橘糖蜜和/或玉米糖蜜。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在步骤2)中，相对于所述发酵原料混合物的总重量，所述水的用量为0.4wt％-0.5wt％。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，在步骤3)中，所述密封容器为密封袋。

7.如权利要求6所述的方法，其中，在步骤3)中，将所述待发酵混合物装入所述密封袋中，充分压实压紧封口，并通过真空泵抽出所述密封袋中的多余的空气，控制所述密封袋中的残留空气量为-0.07MPa至-0.08MPa，然后利用裹包机对所述密封袋进行裹包。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，在步骤3)中，在5℃-35℃的温度下进行所述静置发酵。

9.如权利要求8所述的方法，其中，在步骤3)中，所述静置发酵的发酵时间为28天至42天。

10.通过权利要求1-9中任一项所述的方法制备的发酵甜菜粕饲料。