向日葵花盤、秸稈發酵生產生物蛋白飼料工藝的研究

■田亞紅 王巍杰 王之爽

(河北聯合大學生命科學學院，河北唐山 063000)

我國向日葵總產量在180～200萬噸[1]，與此同時，產生大量的副產物向日葵花盤、秸稈等，其少部分直接用于禽畜飼料，但由于其粗纖維含量較高，動物消化吸收率低，適口性差。如能有效地利用這些資源，將其轉化為可利用的生物蛋白飼料，不僅可以減少向日葵花盤、秸稈等廢棄物對環境的污染，而且能提高飼料的適口性、消化率和利用率，降低飼料成本，具有重要的研究意義。

本文探索了向日葵花盤、秸稈微生物發酵生產生物蛋白飼料的工藝，以期對向日葵花盤、秸稈蛋白飼料化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料

將向日葵花盤、秸稈清洗、晾干，混合粉碎過篩（40目）后，備用。

1.1.2 菌種

啤酒酵母、安琪酵母、綠色木霉、乳酸菌、枯草芽孢桿菌由河北聯合大學生命科學學院微生物實驗室提供。

1.1.3 培養基

啤酒酵母、安琪酵母、綠色木霉：PDA培養基。

乳酸菌：MRS培養基[2]。

枯草芽孢桿菌：牛肉膏蛋白胨培養基。

1.1.4 主要儀器

HPX-9082MBE數顯不銹鋼電熱培養箱：上海博訊實業有限公司醫療設備廠；YXQ-280SI型手提式滅菌鍋：上海經濟區嘉興市中新醫療儀器有限公司；TDA-8002電熱恒溫水浴鍋：余姚市東方電工儀器廠；KDN-08C凱氏定氮儀：蘇州宏拓電子有限公司。

1.2 方法

1.2.1 向日葵花盤、秸稈生物蛋白飼料的制備工藝流程（見圖1）

圖1 工藝流程

1.2.2 測定方法

粗蛋白含量：采用凱氏定氮法[3]測定；粗纖維含量：采用酸性洗滌劑法[4]測定。

2 結果與分析

2.1 單一菌種發酵向日葵花盤、秸稈產蛋白飼料

根據向日葵花盤、秸稈發酵對菌種的要求，分別采用啤酒酵母（A）、安琪酵母（B）、綠色木霉（C）、乳酸菌（D）、枯草芽孢桿菌（E）進行單菌發酵試驗，測定發酵產物的粗蛋白含量(見圖2)。

圖2 不同單一菌種發酵對產物粗蛋白含量的影響

由圖2可知，向固體發酵培養基中接入單一菌種，與對照組（CK）相比，均能提高發酵產物的粗蛋白含量。選擇其中發酵產物蛋白含量最高的三株菌，枯草芽孢桿菌（8.33%）、啤酒酵母（7.99%）、綠色木霉（7.84%）作為混合菌種發酵向日葵花盤、秸稈產蛋白飼料。

2.2 混合菌種發酵向日葵花盤、秸稈產蛋白飼料

2.2.1 接種的菌種比例對向日葵花盤、秸稈發酵的影響

分別采用復配比例分別為1∶1∶1，1∶1∶2，1∶2∶1，2∶1∶1，2∶1∶2，2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢桿菌、綠色木霉混合菌種進行向日葵花盤、秸稈發酵試驗，測定發酵產物的粗蛋白含量（見圖3）。

圖3 菌種不同復配比例對產物粗蛋白含量的影響

從圖3可知，當啤酒酵母、枯草芽孢桿菌、綠色木霉復配比例為2∶2∶1時，發酵產物的粗蛋白含量最高，為9.75%。其發酵產物有酒香，色澤淡黃，干燥后色澤無大變化。因此，最佳的菌種復配比例是啤酒酵母∶枯草芽孢桿菌∶綠色木霉為2∶2∶1的混合菌種發酵向日葵花盤、秸稈產蛋白飼料，且混合菌種發酵生產的蛋白質含量優于單菌發酵。

2.2.2 接種量對發酵產物粗蛋白含量的影響

分別采用接種量0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的復配比例為2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢桿菌、綠色木霉混合菌種進行向日葵花盤、秸稈發酵試驗，測定發酵產物的粗蛋白含量(見圖4)。

從圖4可知，隨著接種量的增加，發酵產物中粗蛋白產量隨之增加，當接種量為2%時，粗蛋白產量達到最高為11.34%，當接種量繼續增加，粗蛋白產量略有下降，主要是由于接種量過大，營養成分迅速消耗，菌體過早自溶，不利于粗蛋白的產生。

2.2.3 發酵時間對發酵產物粗蛋白含量的影響

采用復配比例為2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢桿菌、綠色木霉混合菌種進行向日葵花盤、秸稈發酵試驗，發酵時間分別12、24、36、48、60 h時，測定發酵產物的粗蛋白含量(見圖5)。

圖4 接種量對產物粗蛋白含量的影響

圖5 發酵時間對產物粗蛋白含量的影響

從圖5可知，隨著發酵時間的延長，粗蛋白含量呈先上升后下降趨勢，當發酵時間為48 h時，粗蛋白含量達到最高，故最佳發酵時間為48 h。

2.2.4 含水量對發酵產物粗蛋白含量的影響

分別調整培養基的含水量為20%、40%、60%、80%，采用復配比例為2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢桿菌、綠色木霉混合菌種進行向日葵花盤、秸稈發酵試驗，測定發酵產物的粗蛋白含量(見圖 6)。

圖6 含水量對產物粗蛋白含量的影響

由圖6可知，隨著培養基水分的增加，產品粗蛋白含量先增加后降低。當基質中初始水分含量為40%時，發酵產品中粗蛋白含量最高。說明此含水量的培養基質最適宜微生物生長繁殖，這可能是因為基質的細小顆粒之間存在合適的疏松度，有利于溶氧和CO2的排出，促進微生物菌體生長，從而使發酵產品中粗蛋白含量增加，因此，適宜的含水量為40%。

2.2.5 培養溫度對發酵產物粗蛋白含量的影響

分別設置培養溫度為25、29、33、37、41 ℃，采用復配比例為2∶2∶1的啤酒酵母、枯草芽孢桿菌、綠色木霉混合菌種進行向日葵花盤、秸稈發酵試驗，測定發酵產物的粗蛋白含量（見圖7）。

圖7 培養溫度對產物粗蛋白含量的影響

從圖7可以看出，隨著培養溫度的升高，粗蛋白產量呈先上升后下降趨勢。這是由于枯草芽孢桿菌最適溫度為37℃左右，啤酒酵母和綠色木霉的最適溫度為28℃左右，三種菌的最適溫度不是在同一范圍內，因此兼顧到混菌發酵過程，當發酵溫度為33℃，此時的發酵產品中粗蛋白含量最高。

2.2.6 正交實驗結果與分析

綜合考慮上述單因素實驗結果，在上述實驗的基礎上，設計接種量、發酵時間、含水量和培養溫度L9(34)的正交實驗，因素及水平見表1。實驗結果見表2、表3。

由表2直觀分析可以看出，對影響的次序由大到小為A＞C＞B＞D，即接種量＞含水量＞發酵時間＞培養溫度，最佳組合方式為A3B3C2D1。表3方差分析可知，接種量和含水量對產物粗蛋白含量的影響顯著，而發酵時間和培養溫度影響不顯著，與直觀分析結果一致。

表1 正交實驗因素水平

表2 L9(34)正交實驗結果

表3 方差分析

在最優發酵條件下進行三組平行試驗，結果重現性好，發酵產物粗蛋白含量平均為14.35%，優于前述試驗效果，故確定混合菌種發酵向日葵花盤、秸稈產蛋白飼料的最優條件為：接種量2%，發酵時間48 h，含水量50%，培養溫度29℃。

2.3 向日葵花盤、秸稈生物蛋白飼料成分分析

按照上述確定的混合菌種發酵向日葵花盤、秸稈產蛋白飼料的最優條件進行發酵試驗，對發酵產物的粗蛋白和粗纖維含量進行測定，并與未發酵的原料進行對比，測定結果見表4。

表4 發酵飼料與原料中各主要成分比較

由表4可知，原料發酵后，粗蛋白含量由7.45%上升到14.35%，粗蛋白增加率為92.62%。粗纖維素由發酵前的24.95%減少為21.10%，粗纖維減少率為15.43%，說明微生物生長繁殖將部分碳水化合物與無機氮變成菌體蛋白。且發酵產物有酸甜味和酒香味，無霉味，色澤淡黃，適口性好，這樣能在一定程度上使其更好的被飼養動物吸收，更大的發揮向日葵花盤、秸稈的利用價值。

3 討論

將向日葵花盤、秸稈轉化為蛋白飼料，既可提高其綜合利用價值，又能緩解蛋白飼料短缺所帶來的問題。本研究對向日葵花盤、秸稈轉化為蛋白飼料發酵條件進行了探索，比較了單菌發酵與混菌發酵生產生物蛋白飼料的工藝，結果表明，混合菌種發酵生產的蛋白質含量優于單菌發酵；確定了混合菌種發酵向日葵花盤、秸稈產蛋白飼料的最優條件為：接種量2%，發酵時間48 h，含水量50%，培養溫度29℃，在此條件下，發酵產物粗蛋白由7.45%上升到14.35%，粗蛋白增加率為92.62%，粗纖維素由發酵前的24.95%減少為21.10%，粗纖維減少率為15.43%。