混合菌發酵生產蛋白飼料的研究進展

宋立立，劉 苗

（滄州師范學院，河北滄州061000）

混合菌發酵是一種新的發酵技術，其使用兩個或更多的不同菌株混合來達到一定的發酵過程，其最突出的優點就是可提高發酵效率而且可以形成新的產品。目前，養殖業正在迅速發展，我國飼料行業明顯不能滿足畜牧業發展的需求，同時，我國也是一個極其缺乏蛋白飼料的大國，蛋白質飼料的短缺使得每年都需要大量的進口魚粉來彌補（李海紅等，2003）。生產蛋白飼料的關鍵在于菌株的選擇，菌株的優良直接關系著蛋白飼料的生產。目前主要的發酵菌株有酵母菌、霉菌、芽孢桿菌等?；旌暇l酵通過不同菌株之間的相互作用，彌補彼此的不足，不僅促進各自的生長，還提高了發酵效率。大量試驗表明，混合菌發酵優于單一菌株發酵。隨著科學技術的進步和人們生活水平的改善，每年產生的秸稈、污水、廢渣（蘋果渣、蔗渣、豆渣等）、餐廚垃圾、油茶籽粕、白酒酒糟等數量不斷上升，但大部分都被視為廢棄物，不僅浪費資源，而且污染環境。目前，許多研究人員以此為原料，利用不同菌株混合發酵生產蛋白飼料，都獲得了顯著的成果。

利用混合菌發酵生產蛋白飼料具有周期短、可再生、營養價值高、效率高、無污染等優點，國內外學者也越來越重視這一問題，其具有非常廣闊的前景和市場價值 （張天凡，2010；吳寶霞等，2006）。因此，發展新型蛋白飼料，提升經濟效益，成為勢不可擋的趨勢。

1 蛋白飼料概述

“蛋白飼料”指的是原料中的天然含水量小于干物質的含水量，而干物質中的粗纖維含量較少，蛋白質含量高于20%的一種飼料。蛋白飼料的生產基本是用不同種類的細菌、 真菌等發酵各種各樣的底物，如廢水、廢渣、農業和工人加工廢料等（殷臘生等，2010；魏瑤，2003）。飼料中的粗蛋白質并不是單純地指簡單的蛋白質，還含有其他復雜的成分如多肽、氨基酸等。蛋白飼料的另一個標準是粗纖維含量必須小于18%，這就表明蛋白飼料中可利用的能量相當高，目前主要深入研究的是菌體蛋白飼料。

菌體蛋白飼料的優點是：（1） 蛋白質含量高且品質好，并且富含多種動物生長所需的營養物質，必需氨基酸種類非常多，而且還含有各種維生素和必需的微量元素，蛋白飼料的營養成分全面且高效，優于其他普通飼料，能很好地調節動物體內代謝活動（徐抗震等，2003）。（2）蛋白飼料的生產周期較其他飼料時間短，因為發酵的菌株繁殖速度特別快，所以蛋白飼料的研究正處于熱門課題（張繼等，2006）。（3）蛋白飼料中幾乎不含有粗纖維，而灰分含量和鈣磷含量豐富，比例良好，有助于動物對營養物質的吸收，因富含油脂和蛋白質，所以其能值高于普通飼料。（4）蛋白飼料含有一種特殊的生長因子，使動物的采食量大大增加，這是其他普通飼料所不能代替的特殊功能。（5）蛋白飼料的適口性較好，使飼養動物日增重顯著增加，提高動物的免疫力，從而能夠有效防病治病，使飼養動物快速增長。（6）蛋白飼料的生產條件容易控制，季節、氣候、自然災害等都不會影響蛋白飼料的生產，生產效率高且勞動率要求較低，大大減少飼料的成本，增加養殖業的利潤（劉建靜等，2008）。

2 發酵蛋白飼料原料的種類

2.1 秸稈 每年我國生產的秸稈類農作物總量大約為6.04 億噸，其中玉米秸桿占三分之一，小麥稈、稻草及其他農作物各占六分之一，除去秸稈直接還田和焚燒的部分，剩余秸稈量為5.134 億噸（魏志文等，2009）。秸稈中難以消化的粗纖維含量較高，而粗蛋白質含量相對較低，并且還含有木質素、 半纖維素、 各種微量元素等豐富的營養物質，將其制作成蛋白飼料可提高其利用率，實現自身價值，是一種可再生、可作為飼料原料、有多用途的資源，因此具有廣闊的市場前景。徐堅平等（1995）以秸稈為原料，利用木霉和飼料酵母混合發酵，產物中蛋白質達到30%，纖維素達到51%，從而提高了秸稈的重復利用率（房興堂等，2007）。選用產高纖維素酶的菌株與飼料酵母混合發酵秸稈，發酵后秸稈中蛋白質含量顯著提高 （李日強等，2006）。

2.2 白酒酒糟 近年來，我國生產白酒數量巨大，與其他國家相比名列前茅，同時也生產相當多的白酒糟。白酒酒糟是一種不可多得的飼料原料，蛋白質含量相當豐富，是其他農作物的幾倍，粗纖維含量較少，并且還含有一般農作物所缺乏的多種微量元素、維生素、必需氨基酸等，因此酒糟作為蛋白飼料原料具有很好的適口性和易消化的特性，酒糟的另一個特性就是能有效預防牛發生瘤胃鼓氣，使牛生長迅速，從而使經濟效益大增（王曉力等，2013）。但因其含水量高 、易霉變 、不易貯存，使得利用率較低，浪費了資源。因此，將白酒酒糟作為蛋白飼料原料是一個很好的選擇 （李建等，2013）。胡靖（2012）等以白酒糟為發酵原料，選用黑曲霉、康氏木霉、白地霉混合發酵，結果表明，發酵產物的粗蛋白質為29.8%，明顯提高了白酒酒糟的利用率。焦肖飛（2012）選用枯草芽孢桿菌、產朊假絲酵母和白地霉為混合菌株發酵酒糟，在最適發酵條件和最佳比例下，粗蛋白質含量為30.09%，轉化率最高。

2.3 油茶籽粕 我國居世界產茶之首，并且我國作為特有油茶樹種的國家，種植油茶面積為400萬平方千米，與此同時產生的油茶籽的含量為120 萬噸，而油茶籽粕的含量是油茶籽的3 倍（鐘海雁等，2010；黎先勝，2005）。以油茶籽粕為原料生產飼料，不僅可以彌補飼料資源的不足，而且可以提高油茶籽粕的利用率，改善市場飼料的短缺現狀。周浩宇（2010）等以油茶籽粕為原料，選用枯草芽孢桿菌、黑曲霉、產朊假絲酵母為混合菌株發酵油炸籽粕，結果表明，粗蛋白質含量達到66.98%。馬力等（2011）選用產蛋白飼料的菌株發酵油茶枯餅，結果粗蛋白質的含量提高了56.56%，并且混合菌發酵后的茶皂素、粗纖維都得到了降解。

2.4 紅薯渣 紅薯經加工提取紅薯粉及淀粉后形成紅薯渣，紅薯渣中淀粉和纖維素含量豐富，并且含有少量的蛋白質，是良好的飼料原料。研究表明，以紅薯渣為原料，選用產朊假絲酵母、乳酸菌、枯草芽孢桿菌經兩次發酵，粗蛋白質含量達到15.11%（曹建蘭等，2014；張紅蓮等2004）。選用黑曲霉、綠色木霉和酵母為組合菌株發酵木薯渣，粗蛋白質含量高達14.5%（李建等，2013）。楊全福等（2006）以馬鈴薯渣為原料，通過不同組合菌株混合發酵，結果表明，米曲霉和黑曲霉混合發酵能力最強，粗蛋白質含量達到29.0%，提高了8.6 倍。

2.5 蘋果渣 我國每年生產蘋果的數量居世界之首，是世界上最大的蘋果產地。許多地區開始采取蘋果榨汁技術，因此產生的蘋果渣數量巨大。因蘋果渣中維生素、還原糖、纖維素等含量豐富，許多研究人員進行了發酵蘋果渣生產蛋白飼料的研究。徐抗震等（2003）選用果酒酵母和康寧木霉混合發酵蘋果渣，結果測得粗蛋白質含量提高了61.98%。鄧紅（2002）等選用酵母菌、黑曲霉和綠色木霉為混合菌株發酵蘋果渣，發酵結束后測得粗蛋白含量達到13.0%，提高了40%。

3 發酵蛋白飼料菌株的種類

隨著現代科學技術的發展，混合菌發酵生產蛋白飼料極大減少了飼料的成本，提高了養殖業的利潤，具有廣闊的市場價值。目前進行混合菌發酵生產蛋白飼料的幾種代表性菌株主要有：曲霉屬真菌中的黑曲霉；單細胞真菌中的酵母菌；芽孢桿菌屬中的枯草芽孢桿菌等（熊智輝，2006）。

3.1 酵母菌 酵母菌體中的蛋白質含量較高，并且還含有維生素、脂肪等各種營養物質。飼料酵母因其含有較高的粗蛋白質、 必需氨基酸及各種微量元素，同時含有動物消化所需的各種酶類，并且積累較多的菌體蛋白，所以有助于飼養動物對營養物質的消化吸收。鄧桂蘭（2008）等以玉米秸稈為原料，首先用酵母菌發酵作對比，發酵結束后，通過測還原糖的含量從而測蛋白質的含量，結果表明，蛋白質含量達到最高為23.79%。劉穩結（2010）等選用釀酒酵母發酵紅薯渣，測得原料中粗蛋白質含量達到12.43%。

3.2 黑曲霉 黑曲霉是曲霉屬真菌中的一個常見種，發酵能力較強，是一種非常重要的發酵菌株，可產生淀粉酶、纖維素酶、果膠酶、半纖維素酶等，因此黑曲霉具有較強的分解纖維素的能力，并且可分解半纖維素和果膠物質、 淀粉等。張紅蓮（2004）等以玉米秸稈為原料，首先選用黑曲霉對玉米秸稈進行處理，發酵結束后原料中蛋白質含量達到 9.66%，提高了 64.29%。鄧桂蘭（2008）等以油茶籽粕為原料，選用黑曲霉和酵母為發酵菌株，發酵結束后原料中粗蛋白質含量顯著提高，不僅避免環境污染，還大大提高了油茶籽粕的利用率。楊全福（2006）等選用黑曲霉發酵紅薯渣，發酵結束后，粗蛋白質含量達到13.67%。

3.3 芽孢桿菌 芽孢桿菌是一種公認的安全無毒的有益菌，能夠有效地降解飼料中的大分子物質，促進動物對營養物質的吸收。芽孢桿菌能夠產生較多的B 族維生素、 蛋白酶以及各種代謝物，可以分解動物難以消化的大分子物質，在促進動物消化吸收、加強代謝活動、防病治病、提高飼料轉化率等方面發揮著重要作用。陸文清（2008）等以餐廚垃圾為原料，首先選用單一菌株發酵做對比，經枯草芽孢桿菌發酵后的餐廚垃圾中粗蛋白質含量達到18%。張長霞（2003）等以蘋果渣為原料，首先選用單一菌株發酵，結果表明，枯草芽孢桿菌的發酵能力僅次于黑曲霉，強于釀酒酵母，實現了蘋果渣的重復利用。

4 混合菌株發酵蛋白飼料

4.1 混合菌株發酵的特點 不同菌株混合發酵能夠產生許多生物催化酶，在發酵過程中不同菌株通過彼此的協同作用能將動物難以消化吸收的粗纖維等大分子物質分解成易消化吸收的小分子物質，同時還能產生大量的菌體蛋白，因此國內外都在加強此方面的研究。

利用混合菌發酵生產蛋白飼料，酵母菌、黑曲霉菌、 芽孢桿菌是首選菌株，起著非常重要的作用，因為酵母菌將培養物中的無機氮轉化為菌體蛋白，黑曲霉菌可以產生纖維素酶，芽孢桿菌能將大分子物質分解成小分子物質，不同菌株之間相互作用、互利互補，共同發酵生產蛋白飼料。張秋華（2010）等以葵花盤粉為原料，選用單一菌株發酵與混合菌發酵生產蛋白飼料作對比，經黑曲霉發酵后的原料中粗蛋白質含量為10.47%，米曲霉發酵后粗蛋白質含量為10.18%，產朊假絲酵母發酵后粗蛋白質含量為9.78%，枯草芽孢桿菌發酵后粗蛋白質含量為10.78%，將這四種菌株按最佳的比例混合發酵后，原料中的粗蛋白質含量最高，達到15.33%。陳淑偉（2011）等以油茶籽濕渣為原料，選用米曲霉發酵后，產物中的粗蛋白質含量為29.17%，青霉發酵后產物中粗蛋白質含量為25.45%，毛霉發酵后產物中粗蛋白質含量為23.61%，黑曲霉發酵后產物中粗蛋白含量為27.51%，熱帶假絲酵母發酵后產物中粗蛋白質含量為20.95%，然后經過篩選及優化，結果得出將米曲霉、青霉、熱帶假絲酵母組合后，以最佳比例和最適發酵條件發酵后產物的粗蛋白質含量達到35.88%，混合菌發酵生產蛋白飼料中蛋白質的含量均比單一菌株發酵生產蛋白飼料高。

4.2 混合菌發酵工藝條件的研究 不同菌種對每種飼料原料的發酵效果不同，每種菌株都有適合各自生長發酵的條件，多菌種混合的發酵條件亦然不同，在不同條件下，同一菌株對飼料原料的發酵作用不同，多菌種混合要求的發酵工藝條件更加復雜?，F今研究發現，影響混合菌發酵的工藝條件主要有培養基、發酵時間、發酵溫度、菌種比例、接種量等。研究混合菌發酵生產蛋白飼料，必須將以上這些發酵條件控制在最適范圍內，才能獲取最佳的發酵效果，達到理想的要求。

廖雪義（2009）等用黑曲霉、木霉、酵母混合發酵秸稈，旨在提高秸稈中可消化的粗蛋白質含量，首先通過正交試驗確定混合菌發酵的最佳培養基及培養基中最適的成分，然后通過單因素試驗確定發酵條件，結果表明，在發酵溫度為31 ℃，發酵時間為 6 d，黑曲霉:木霉:酵母=1:2:1，接種量為12%的條件下，粗蛋白質含量最高。陸文清等（2008）以餐廚垃圾為原料，利用物理、化學方法將其進行預處理。首先進行單一菌株發酵作對比，然后將黑曲霉、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌混合發酵，結果表明，在接種量為10%，含水量為60%，發酵時間為48 h，溫度為30 ℃的條件下，原料中粗蛋白質含量達到25.07%。代青等（2009）以秸稈為原料選用黑曲霉、木霉和酵母混合發酵秸稈，通過正交試驗確定最佳培養基的成分為玉米秸稈: 麩皮為80:20、2.0%硫酸銨、0.3%磷酸二氫鉀和0.2%尿素，在最適發酵條件接種量12%，溫度31 ℃，發酵時間為6 d 時進行發酵，粗蛋白質含量達到24.61%。張長霞等（2003）選用酵母菌、黑曲霉和綠色木霉混合發酵蘋果渣，確定了混合菌發酵的最佳培養基原料為:麩皮10%、硝酸銨1.0%、尿素0.5%，在最適的發酵條件下，含水量為60%，接種量為10%，溫度為35 ℃，接種比例為1:3，發酵時間為84 h，發酵結束后真蛋白質含量為13.0%，提高了40%。劉傳都（2009）選用黑曲霉、綠色木霉、酵母混合發酵木薯渣，在最適的發酵條件下，液體菌種添加量為2%，發酵溫度35 ℃，發酵時間3 d，氮源添加量為15%，黑曲霉:綠色木霉:酵母=2:2:3，蛋白質含量達到18.4%。

4.3 混合菌株發酵飼料的應用 混合菌發酵可以開發新型飼料原料，提高原料的利用率，增加粗蛋白質的含量，從而增加飼養動物的日增重，促進動物的快速生長。馮杰等（2007）選用發酵棉籽蛋白飼料喂養仔豬，分為對照組與試驗組，結果表明，喂養發酵棉籽蛋白飼料的仔豬日采食量較對照組增加1016.51 g，平均日增重為535.54 g。蘇錫云等（2008）研究表明，飼喂葵花盤粉發酵蛋白飼料組較對照組泌乳牛的產奶量提高5.1%。樊平等（2003）對仔豬飼喂發酵木薯渣飼料進行了研究，通過卡方檢驗分析，木薯渣發酵后生產的蛋白飼料飼喂仔豬后，仔豬日增重、飼料轉化率明顯增加。樊平等（2003）證明，仔豬喂養混合菌發酵蛋白飼料后，采食量及日增重提高5.56%，發病率明顯下降。

5 結語與展望

利用混合菌發酵生產蛋白飼料，主要是將工業、農業的廢渣、污水等重新利用，不僅避免其污染環境，還提高了利用率，為生產飼料提供了新資源?；旌暇l酵不僅降解了原料中牲畜類難以消化的物質，而且將其轉化為可吸收利用的營養物質，大大提高了飼料中蛋白質含量，具有提高動物免疫力、促進生長、防病治病、降低飼料成本等優點。同時蛋白飼料原料資源廣泛，不受任何外界因素如季節、 自然災害的影響，要求的生產周期短、勞動力低、操作簡單且菌種繁殖速度非?？?，發酵效率高，具有非常廣闊的發展前景。

獲得高效的生產蛋白飼料的菌種及飼料原料仍是今后需要重點研究的問題，大多數研究都是利用雙菌種或三菌種混合發酵，少數選用單一菌種發酵和酶菌種發酵，發酵原料的來源可以更廣泛研究和開發：（1）篩選高效優質的菌株；（2）開發新型的可以作為蛋白飼料原料的資源；（3）探究混合菌發酵的最佳條件和最適培養基；（4）嘗試將不同原料混合利用菌株發酵的研究提高其蛋白質的含量；（5）加強對不同菌株代謝活動及協同作用的研究，更有效地發揮各自的作用。