淺談蘋果渣發(fā)酵蛋白飼料的研究進(jìn)展

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　　淺談蘋果渣發(fā)酵蛋白飼料的研究進(jìn)展
　　山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院 喬君毅 張福元
　　摘要：蘋果渣作為鮮蘋果加工后的下腳料，其營養(yǎng)價值非常豐富，經(jīng)過微生物發(fā)酵可以成為一種蛋白飼料。本文論述了蘋果渣的成分，影響蘋果渣發(fā)酵蛋白飼料的因素以及蘋果渣蛋白飼料的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：蘋果渣;蛋白飼料;影響因素;應(yīng)用
　　我國是世界上水果的生產(chǎn)大國，總產(chǎn)量位居世界首位。2002年生產(chǎn)量達(dá)
　　到5452.9萬噸，其中蘋果2000萬噸以上，位居世界第一位，約占世界總產(chǎn)的40 % 以上,但是加工能力只有5%左右。蘋果產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，加工產(chǎn)品種類繁多，加工能力不斷提高，與此同時，隨著蘋果渣的排出量也日趨增加。蘋果渣是鮮蘋果加工后的下腳料，每加工1000kg蘋果，可產(chǎn)400-500kg鮮蘋果渣，烘干后可得到120-165kg干蘋果渣，全國每年產(chǎn)生蘋果渣幾百萬噸。蘋果渣是高含水量物質(zhì)，含有部分可溶性糖、維生素、礦物質(zhì)及纖維素，具有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)。如果不及時處理，蘋果渣很快變酸變臭，給周圍環(huán)境造成了極大污染，同時造成資源的巨大浪費(fèi)。但是,隨著畜牧業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，保證家畜必需的蛋白飼料越來越缺乏。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計，到21世紀(jì)初期，全球的蛋白質(zhì)短缺量約為2500萬噸以上。就我國而言，據(jù)有關(guān)資料報道，按國內(nèi)現(xiàn)有精飼料中蛋白質(zhì)含量水平計算，我國蛋白質(zhì)飼料的缺口每年至少達(dá)1200萬,因此，開發(fā)蘋果渣蛋白飼料具有重要意義.
　　1 蘋果渣的成分分析
　　用于生產(chǎn)濃縮果汁的蘋果原料多為秦冠蘋果，混雜有少量的富士、紅星、元帥等品種。其生產(chǎn)工藝為：原料的浸泡→清洗→揀選→破碎→壓榨→一次渣皮→二次壓榨→二次渣皮
　　根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，設(shè)備擠壓強(qiáng)度的不同，其渣皮的質(zhì)量也有所不同。經(jīng)過專家分析與測定，蘋果渣中微量元素、氨基酸及總糖含量比果干和鮮果干物質(zhì)中的含量降低。這表明在壓榨過程中，營養(yǎng)成分中的可溶部分隨汁液流走。一次壓榨的蘋果渣的營養(yǎng)成分如表1 所示，若為二次壓榨，其粗纖維、粗脂肪含量明顯提高。
　　表1 蘋果渣成分含量 單位:%

水分	干物質(zhì)
	粗蛋白	粗脂肪	粗纖維	粗灰分	鈣	總磷
77	6.13	6.64	16.31	2.19	0.064	0.062

　　2 影響蘋果渣發(fā)酵蛋白飼料的因素
　　2.1菌種
　　2.1.1菌種的選擇
　　利用蘋果渣發(fā)酵蛋白飼料,菌株的選擇是非常關(guān)鍵的.目前常用的生產(chǎn)菌株主要有酵母菌、細(xì)菌、真菌和藻類等,常用的酵母菌是啤酒酵母、熱帶假絲酵母和產(chǎn)朊假絲酵母,細(xì)菌乳酸菌、腸道桿菌、腐敗菌等;藻類有藍(lán)藻和綠藻，霉菌有毛霉、青霉、曲霉白地霉。除以上常用的菌種外，利用激光選育新菌種是今后的發(fā)展方向。
　　目前，在蘋果渣發(fā)酵蛋白飼料中，菌種應(yīng)由單一菌株向多菌混合培養(yǎng)方向發(fā)展?；炀l(fā)酵主要是利用菌種之間協(xié)調(diào)互作關(guān)系, 擴(kuò)大對蘋果渣的適應(yīng)性和防雜菌能力。在實(shí)踐中人們使用最多的是酵母菌和真菌同步糖化發(fā)酵法, 真菌類可產(chǎn)生纖維素酶, 從而利用蘋果渣中的纖維素、淀粉等生成糖, 而酵母類則可利用糖進(jìn)行生長代謝, 這樣既減輕了產(chǎn)物抑制效應(yīng), 又促進(jìn)了酵母的生長, 提高了發(fā)酵率。徐抗震等(2003)利用產(chǎn)朊假絲酵母、果酒酵母、綠色木霉發(fā)酵蘋果渣,結(jié)果使發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白含量提高到28.43%，真蛋白含量提高到26.59%，而粗纖維則降低到10.84%。陳五嶺等(2003)經(jīng)過土壤的分離純化篩選出產(chǎn)朊假絲酵母和黑曲霉兩株菌株，然后匯合發(fā)酵蘋果渣，結(jié)果表明，發(fā)酵產(chǎn)物中果膠、高酸高糖被轉(zhuǎn)化, 蛋白質(zhì)含量大大提高。從研究中證實(shí), 絲狀真菌作為蛋白生產(chǎn)菌,適應(yīng)性強(qiáng), 生長快, 產(chǎn)量高, 且能產(chǎn)生豐富的酶類,可廣泛應(yīng)用于蘋果渣中。
　　2.1.2接入菌種之間的比例
　　目前發(fā)酵蘋果渣常用匯合菌種, 雖然所用的菌種不同,接種比例也不同,但是菌種之間的接種比例對發(fā)酵產(chǎn)物的品質(zhì)是至關(guān)重要的,這已得到證實(shí).黃杰等(2003) 采用接種混合比為：產(chǎn)朊假絲酵母:綠色木霉:果酒酵母=4.5:3:1時,發(fā)酵蘋果渣,最后測定發(fā)酵產(chǎn)物中的蛋白質(zhì)含量明顯高于其它比例的,這可能是因?yàn)樵现械倪€原糖含量比較高,酵母起了主要作用.羅雯等(2004)將白地霉與綠色木霉分別按照1:1、1:2、1:4、1:10、1:20的比例發(fā)酵蘋果渣, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)比例為1∶10 時,不僅發(fā)酵產(chǎn)品粗蛋白增幅最高,而且不再產(chǎn)生綠絲孢子,發(fā)酵產(chǎn)品品質(zhì)明顯改善。因此，菌種之間的比例對發(fā)酵產(chǎn)物品質(zhì)的影響是十分巨大的，應(yīng)該引起重視。
　　2.1.3接種量
　　接種量的多少對培養(yǎng)周期和菌株產(chǎn)酶均有較大的影響。接種量太小，菌體生長緩慢，培養(yǎng)時間長，使發(fā)酵周期延長，接種量過大，會使菌體繁殖過快而產(chǎn)生過多的代謝廢物。接種量適宜，既能有效地縮短培養(yǎng)周期，又能得到較高的菌體生物量，可獲得較多的酶,從而提高發(fā)酵產(chǎn)物的品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量，所以，發(fā)酵過程中，應(yīng)該確定適當(dāng)?shù)慕臃N量。但是，由于選擇的菌種不同，所以接種量也不相同，這需要在實(shí)際生產(chǎn)過程中來確定。宋紀(jì)蓉等(2002)用果酒酵母與康寧木霉的激光選育種對蘋果渣進(jìn)行發(fā)酵，結(jié)果表明當(dāng)接種量在3 %-10 %之間時,粗蛋白含量隨接種量的增加,顯著提高,但超過10 %時,變化趨于平緩。秦蓉等(2004)將白地霉 、熱帶假絲酵母和康氏木霉按2:2 :1 的比例分別按2%,5%,10%,15%和20%的接種量接入蘋果渣固體發(fā)酵培養(yǎng)基來進(jìn)行固體發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)接種量為5%-10%時，發(fā)酵產(chǎn)物的蛋白含量最高。同時，在生產(chǎn)過程中，我們也要從生產(chǎn)化的角度進(jìn)行考慮，因?yàn)榻臃N量的減少意味著生產(chǎn)方便和成本降低。所以，應(yīng)該在允許的范圍內(nèi)盡可能降低接種量。
　　2.2無機(jī)氮
　　氮素是微生物不可缺少的營養(yǎng)元素。它是構(gòu)成微生物細(xì)胞蛋白質(zhì)和核酸的主要物質(zhì)，所以提供適當(dāng)?shù)牡次镔|(zhì)往往使微生物旺盛發(fā)育。在蘋果渣中存在一定數(shù)量的有機(jī)氮，往往提供適量的無機(jī)氮可以提高發(fā)酵產(chǎn)物中的純蛋白含量，這是因?yàn)榧尤霟o機(jī)氮源可調(diào)節(jié)發(fā)酵原料C/N，給微生物提供充足氮源。目前，常用的無機(jī)氮是硫酸銨和硝酸鹽等。常顯波等(2004)研究了加氮對蘋果渣發(fā)酵產(chǎn)物純蛋白含量的影響，結(jié)果表明無論是單菌還是混合菌，加氮處理比無加氮的處理，發(fā)酵產(chǎn)物中的純蛋白含量顯著增加。薛泉宏等(2004)研究了氮素對蘋果渣中發(fā)酵飼料純蛋白含量及氨基酸組成的影響，結(jié)果證明了無論是哪一種氮素處理組，與無氮處理組相比，發(fā)酵產(chǎn)物的純蛋白含量顯著提高。
　　2.3碳源
　　碳素是構(gòu)成微生物細(xì)胞的主要元素,也是產(chǎn)生發(fā)酵產(chǎn)物的必要成分。不同微生物需要不同的碳素營養(yǎng)。目前，在蘋果渣發(fā)酵過程中，為了從開始階段就提高發(fā)酵速率，適當(dāng)添加一些易被菌體吸收利用的碳源和提供能量的物質(zhì)是必要的。一般而論，各種糖類是最好的碳素營養(yǎng)。徐抗震(2006)在用產(chǎn)朊假絲酵母、果酒酵母、綠色木霉的突變株發(fā)酵蘋果渣的過程中加入4%的蔗糖，結(jié)果表明發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白質(zhì)含量比沒加入的提高了2%。在廣大農(nóng)村，為了節(jié)省成本，可以使用玉米秸稈、木薯莖等作為碳素營養(yǎng)。
　　2.4發(fā)酵溫度
　　發(fā)酵溫度是影響產(chǎn)物蛋白質(zhì)含量的一個很重要的因素。溫度通過影響蛋白質(zhì)、核酸等大分子的結(jié)構(gòu)與功能以及細(xì)胞結(jié)構(gòu),如細(xì)胞膜的流動性及完整性來影響微生物的生長、繁殖和代謝。過高的環(huán)境溫度會導(dǎo)致蛋白質(zhì)或核酸的變性失活,從而影響了菌體孢子的發(fā)芽、生長、產(chǎn)品的形成和孢子的形成;而過低的溫度會導(dǎo)致菌體分裂生長過于緩慢,而且酶作用效果很差。此外，在固體發(fā)酵蘋果渣過程中還應(yīng)注意溫度梯度，傳熱困難使發(fā)酵體系很難維持在最佳溫度，在微生物生長周期內(nèi)可，固體物料層溫度可超過3℃/㎝。
　　2.5發(fā)酵時間
　　發(fā)酵時間是影響粗蛋白含量的一個重要參數(shù)，特別是在實(shí)際生產(chǎn)中，太短，達(dá)不到理想的蛋白含量;太長，則生產(chǎn)周期變長，生產(chǎn)成本變大，而且容易滋生雜菌。司翔宇等(2005)采用黑曲霉為菌種發(fā)酵蘋果渣，取了幾個不同的發(fā)酵時間，當(dāng)發(fā)酵時間為5天時，真蛋白和粗蛋白含量都達(dá)到最高，分別為15%和33%,但是隨著發(fā)酵時間的延長,蛋白含量沒有增加,反而有點(diǎn)降低。高再興等(2003)采用產(chǎn)朊假絲酵母和黑曲霉發(fā)酵蘋果渣,當(dāng)發(fā)酵時間在48h內(nèi),隨著時間的延長,產(chǎn)物的蛋白含量逐漸增加,當(dāng)超過48h,產(chǎn)物的蛋白含量幾乎不增加,甚者還有點(diǎn)降低，這主要是因?yàn)槲⑸镞M(jìn)入到了衰老期，產(chǎn)品的粗蛋白含量會由于微生物的自溶而逐漸降低。此外，在實(shí)際生產(chǎn)中，確定發(fā)酵時間，還要考慮到生產(chǎn)成本及設(shè)備的利用率。
　　2.6水分
　　水是發(fā)酵的主要媒質(zhì),基質(zhì)含水量是決定固態(tài)發(fā)酵成功與否的關(guān)鍵因素之一。如果含水量過高，則會導(dǎo)致基質(zhì)多孔性降低，發(fā)酵物黏度過大，減少基質(zhì)內(nèi)氣體的體積和氣體交換，難以通風(fēng)、降溫，發(fā)酵時溫度上升過高則影響菌體生長，產(chǎn)品粗蛋白含量明顯降低，而且增加了雜菌污染的危險;而如果含水量過低，造成基質(zhì)膨脹程度低，微生物生長受抑制，后期由于微生物生長及蒸發(fā)造成物料較干，微生物難以生長，產(chǎn)量降低。在發(fā)酵過程中，水分由于蒸發(fā)、菌體代謝活動和通風(fēng)等因素而減少，但是由于蘋果渣的含水量一般在72%-87%，比較大，一般只需要在開始發(fā)酵時確定含水量，在發(fā)酵過程中無需重新加水。
　　2.7pH值
　　各種微生物在適宜的酸堿度環(huán)境中才能正常地進(jìn)行生長繁殖。通常用pH來表示酸堿度。pH值對微生物繁殖的影響主要體現(xiàn)在引起細(xì)胞膜的電荷性質(zhì)的變化，從而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，進(jìn)一步影響了細(xì)胞組織正常物質(zhì)代謝的進(jìn)行。一般情況下，酵母菌和霉菌在適宜的偏酸性環(huán)境(pH3-6)下生長。薛泉宏等(2004)利用黑曲霉和酵母菌分別在pH值為4和6的情況下發(fā)酵蘋果渣，結(jié)果表明，當(dāng)pH為4時的發(fā)酵產(chǎn)物中的純蛋白含量比pH為6的純蛋白含量高，而且差異比較顯著。王艷華等用酵母菌、糞鏈球菌和纖維素酶菌發(fā)酵蘋果渣的過程中，測定了原料的起始pH值對培養(yǎng)結(jié)果的影響，結(jié)果表明了當(dāng)pH 值4.5-5.0 時,物料活菌數(shù)較高,當(dāng)pH 值5.0 時活菌數(shù)達(dá)32 億/ g 以上,其中糞鏈球菌菌數(shù)約10 億/ g ,酵母菌數(shù)約20-25 億/ g。而當(dāng)pH 值超過5.5時,污染了雜菌。另外，在發(fā)酵過程中，我們還應(yīng)該考慮微生物和環(huán)境的pH值之間的互動影響。一方面發(fā)酵基質(zhì)的pH值影響細(xì)胞膜上的電荷分布狀況，另一方面微生物在發(fā)酵基質(zhì)中繁殖生長時，由于其代謝作用改變環(huán)境中的pH值。
　　2.8 料層厚度
　　在蘋果渣發(fā)酵過程中,我們采用的大多數(shù)是好氧型菌株,氧氣是微生物發(fā)酵成功與否的一個重要因素。而料層厚度間接影響著氧氣的供給，所以，在生產(chǎn)中，要根據(jù)條件控制發(fā)酵料的厚度，以提供暢通的透氣，保證發(fā)酵的順利進(jìn)行。此外，料層厚度還影響著發(fā)酵過程中熱量的散失，進(jìn)而影響著發(fā)酵的溫度。
　　除以上因素外，蘋果渣原料的處理也影響著發(fā)酵產(chǎn)物。陳懿等(2006)把四種菌種根霉、啤酒酵母、白地霉和產(chǎn)朊假絲酵母分別接種到滅菌的未滅菌的蘋果渣原料中做單菌種固體發(fā)酵試驗(yàn),結(jié)果表明,未經(jīng)滅菌發(fā)酵的產(chǎn)物其粗蛋白含量普遍要高于相對應(yīng)菌種發(fā)酵的滅菌后產(chǎn)物的粗蛋白含量,而且未經(jīng)滅菌發(fā)酵的產(chǎn)物的味道和顏色均優(yōu)于相對應(yīng)菌種發(fā)酵的滅菌后的產(chǎn)物。
　　3 蘋果渣發(fā)酵飼料的應(yīng)用
　　目前, 蘋果渣發(fā)酵飼料的飼喂試驗(yàn)主要集中于反芻動物, 這是因?yàn)榻?jīng)發(fā)酵處理的蘋果渣不僅含有動物可利用的粗蛋白質(zhì)、脂肪等, 并且含有微生態(tài)調(diào)節(jié)劑, 這些活性因子進(jìn)入到反芻動物瘤胃后和瘤胃固有微生物發(fā)生協(xié)同作用, 調(diào)整整個瘤胃微生物的區(qū)系達(dá)到和諧, 從而提高微生物對飼料的利用, 同時提高了瘤胃微生物蛋白質(zhì)的產(chǎn)量。秦蓉等(2004)用康氏木霉、白地霉和熱帶假絲酵母發(fā)酵的蘋果渣作為試驗(yàn)產(chǎn)品。選擇30頭泌乳中期的健康奶牛進(jìn)行飼喂試驗(yàn)。對照組用常規(guī)飼料飼喂，試驗(yàn)組用試驗(yàn)飼料替代原日糧中的全部精料。其它條件一致。結(jié)果表明，試驗(yàn)組的日產(chǎn)奶量比對照組平均高3.0kg以上，乳脂率提高0.61%，而且差異顯著。刁其玉等(2002) 用蘋果渣發(fā)酵物代替等量的甜菜粕或蘋果渣發(fā)酵物和甜菜粕同時使用,奶牛分別增奶1.89 kg 和1.90 kg/ 天·頭。張乃鋒等(2004)選擇了品種、年齡、體重相近的斷奶生長羊80只,分為對照組和試驗(yàn)組兩組,對照組用常規(guī)飼料飼喂,試驗(yàn)組用發(fā)酵的蘋果渣代替部分的玉米和麩皮,經(jīng)過45天飼養(yǎng),試驗(yàn)組比對照組平均日增重多增重0.13kg(2.08%)，而且差異比較顯著。
　　總之，發(fā)酵蘋果渣作為一種新型的蛋白飼料資源，它含有豐富的營養(yǎng)素，可以替代一部分傳統(tǒng)意義上的蛋白飼料。在保證生產(chǎn)效果的前提下可以在很大程度上解決養(yǎng)殖業(yè)面臨的蛋白飼料資源不足的壓力，同時可以降低生產(chǎn)成本獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。所以，開發(fā)和利用蘋果渣作為蛋白飼料資源，有著廣闊的市場前景和發(fā)展空間。
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