本發(fā)明屬于微生物發(fā)酵領(lǐng)域，具體涉及一種甘薯渣發(fā)酵飼料及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
甘薯是我國重要的低投入、高產(chǎn)出、耐貧瘠的糧食和工業(yè)原料，作為一種抗饑荒的雜糧作物，甘薯在我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。我國是世界上最大的甘薯生產(chǎn)國，甘薯的種植面積常年保持在7500-8000萬畝，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)的80％左右。甘薯渣是甘薯提取淀粉后的殘?jiān)?，薯渣中通常含有淀?0-60％，纖維15-25％，以及果膠和蛋白。將甘薯渣直接喂飼動(dòng)物，適口性差，禽畜對甘薯渣的營養(yǎng)成分不能很好的吸收利用。此外，在儲(chǔ)存過程中薯渣可能被病原微生物污染變質(zhì)，將其飼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丟棄或者作掩埋處理，由于薯渣有機(jī)質(zhì)和水分含量高，容易腐敗變質(zhì)導(dǎo)致土壤和地下水的嚴(yán)重污染，加重了農(nóng)業(yè)面源污染。因此，如何開發(fā)利用甘薯渣成為當(dāng)前我國淀粉行業(yè)需要解決的問題。
近年來，通過微生物發(fā)酵技術(shù)，將廢棄薯渣轉(zhuǎn)化為可被動(dòng)物有效吸收利用的菌體蛋白飼料，成為薯渣資源化利用的一條重要途徑。微生物發(fā)酵技術(shù)改變了薯渣原來的物理化學(xué)性質(zhì)，將其所含的淀粉、粗纖維等物質(zhì)降解為單糖、多糖、氨基酸等小分子物質(zhì)，細(xì)菌、酵母菌和霉菌等利用這些小分子物質(zhì)大量繁殖菌體，菌體蛋白就是從酵母等微生物菌體中獲取的蛋白質(zhì)。中國發(fā)明專利ZL201410327470介紹了一種甘薯渣發(fā)酵生產(chǎn)復(fù)合有機(jī)酸的方法，該發(fā)明將黑曲霉、米根霉、凝結(jié)芽孢桿菌和植物乳桿菌混合后對甘薯渣進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵后的飼料中有機(jī)酸含量達(dá)到15-20％，其中檸檬酸含量＞5％，乳酸含量＞5％，富馬酸含量＞3％。中國發(fā)明專利ZL200510012227介紹了一種馬鈴薯渣發(fā)酵飼料及其制備方法，該發(fā)明將黑曲霉和白地霉混合后對馬鈴薯渣進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵飼料中總氨基酸含量由4.43％上升至13.42％，粗蛋白含量由4.63％上升至16.15％。
上述專利使用混合菌固態(tài)發(fā)酵技術(shù)制備薯渣型發(fā)酵飼料，改善了薯渣的營養(yǎng)價(jià)值，提高了薯渣飼料中粗蛋白、氨基酸和有機(jī)酸含量。然而，薯渣中淀粉、纖維素和果膠含量極高(60％～85％)，對于處于幼齡、老年或者疾病狀態(tài)的動(dòng)物，其消化道內(nèi)源性消化酶分泌不足，特別是幼齡動(dòng)物斷奶后，其主食由含有乳蛋白、乳糖和乳脂為主的母乳轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘矸酆屠w維素為主的薯渣飼料，幼崽消化系統(tǒng)分泌的消化酶一時(shí)還不能滿足消化薯渣飼料的需要。因此，處于上述狀態(tài)動(dòng)物的飼料中除了含有蛋白質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，通常還需要外源添加消化酶類(淀粉酶、蛋白酶等)。目前，飼料中外源添加消化酶的方法是：先通過發(fā)酵法制備單一酶制劑，然后將各單一酶制劑按一定的比例混合后添加，生產(chǎn)成本高，操作繁瑣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種甘薯渣發(fā)酵飼料的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的成本較高，操作繁瑣，使用效果不佳等問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種甘薯渣發(fā)酵飼料的制備方法，它包括如下步驟：
(1)將甘薯渣和小麥麩皮混合后，向其中加入尿素、硫酸銨、磷酸二氫鉀和硫酸鎂，配成發(fā)酵原料備用；
(2)將步驟(1)中所得發(fā)酵原料和水混合均勻后作為基質(zhì)，將混合菌液作為發(fā)酵菌劑接種于基質(zhì)上，經(jīng)好氧發(fā)酵和低溫干燥后，即得甘薯渣發(fā)酵飼料。
步驟(1)中，甘薯渣和小麥麩皮的質(zhì)量比為3～5：1，優(yōu)選4：1。
步驟(1)中，尿素、硫酸銨、磷酸二氫鉀和硫酸鎂的質(zhì)量比為0.5～1.5：0.5～1.5：0.4～0.8：0.2～0.5，優(yōu)選1：1：0.5：0.3；其中，尿素質(zhì)量為甘薯渣和小麥麩皮總質(zhì)量的1％。
步驟(2)中，發(fā)酵原料和水的質(zhì)量比為1：2～3。
步驟(2)中，混合菌液和基質(zhì)的接種比例為0.2～0.5mL：1g，優(yōu)選03mL：1g。
步驟(2)中，所述的混合菌液包括瑞氏木霉、黑曲霉和產(chǎn)朊假絲酵母。
步驟(2)中，所述的混合菌液的制備方法為：將瑞氏木霉、黑曲霉和產(chǎn)朊假絲酵母的菌液濃度均調(diào)整為1×107CFU/mL，然后將瑞氏木霉、黑曲霉和產(chǎn)朊假絲酵母的菌液按照1～3：1～2：1～4的體積比混合，即得。
其中，優(yōu)選體積比為3：2：1。
步驟(2)中，所述的好氧發(fā)酵是指在25～30℃下發(fā)酵96～120h；所述的低溫干燥是指在25～35℃下干燥至水分含量小于10％。
上述制備方法中的任意一項(xiàng)制備得到的甘薯渣發(fā)酵飼料也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
上述甘薯渣發(fā)酵飼料在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
有益效果：
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下效果：
(1)針對甘薯渣中淀粉、纖維素和果膠含量高的特點(diǎn)，本發(fā)明利用甘薯渣發(fā)酵生產(chǎn)富含消化酶類(主要包括淀粉酶、果膠酶、蛋白酶、纖維素酶和木聚糖酶)的菌體蛋白飼料，該飼料適用于處于幼齡、老年或者疾病狀態(tài)的消化道內(nèi)源性消化酶分泌不足的動(dòng)物，由于不需要外源添加消化酶類，間接降低了飼料生產(chǎn)成本。
(2)本發(fā)明產(chǎn)品中，粗蛋白含量為15～17％，淀粉酶酶活為60～74U，果膠酶酶活為10～14U，蛋白酶酶活為15～19U，纖維素酶酶活為13～19U，木聚糖酶酶活為3～5U，消化酶類品種豐富。
(3)本發(fā)明優(yōu)選的發(fā)酵菌劑具有顯著協(xié)同增效效果，具體表現(xiàn)為三菌混合液得到的飼料中，粗蛋白和消化酶酶活顯著高于單菌、雙菌組合，體現(xiàn)了三種菌之間互惠利生的關(guān)系，并且動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)本發(fā)明優(yōu)選的發(fā)酵菌劑在提高仔豬生產(chǎn)性能、降低肉料比方面效果優(yōu)于其他菌劑組合。
附圖說明
圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下述實(shí)施例中，甘薯渣購于淮安市趙集粉絲廠有限公司，70℃烘干后備用。
實(shí)施例1甘薯渣發(fā)酵飼料的制備
(1)菌液制備
本發(fā)明實(shí)施例中使用的黑曲霉購買自美國標(biāo)準(zhǔn)生物品收藏中心，菌種保藏號ATCC No.1057，瑞氏木霉購自美國標(biāo)準(zhǔn)生物品收藏中心，菌種保藏號ATCC No.26921，產(chǎn)朊假絲酵母購自中國工業(yè)微生物保藏中心，菌種保藏號CICC No.1807。
黑曲霉和瑞氏木霉用PDA培養(yǎng)基30℃培養(yǎng)至菌絲鋪滿平板，然后接種到察氏培養(yǎng)基30℃培養(yǎng)5天，用適量無菌水沖洗孢子，3層擦鏡紙過濾，用血球計(jì)數(shù)板計(jì)算孢子懸浮液濃度，調(diào)整至1×107CFU/mL；產(chǎn)朊假絲酵母用YPD液體培養(yǎng)基30℃培養(yǎng)至濃度約為1×107CFU/mL。PDA培養(yǎng)基：土豆200g，葡萄糖20g，瓊脂20g，將土豆去皮，加水煮爛，紗布過濾取濾液，向?yàn)V液中加入葡萄糖和瓊脂，加水定容至1000mL，121℃濕熱滅菌15分鐘。察氏培養(yǎng)基：硝酸鈉3g，磷酸氫二鉀1g，硫酸鎂0.5g，氯化鉀0.5g，硫酸亞鐵0.01g，蔗糖30g，瓊脂20g，加水定容至1000mL，121℃濕熱滅菌15分鐘。YPD液體培養(yǎng)基：酵母膏10g，蛋白胨20g，葡萄糖20g，加水定容至1000mL，121℃濕熱滅菌15分鐘。
(2)混菌固態(tài)發(fā)酵
取120g甘薯渣和30g小麥麩皮混合均勻后裝入5L錐形瓶，向瓶內(nèi)加入1.5g尿素，1.5g硫酸銨，0.75g磷酸二氫鉀和0.45g硫酸鎂，然后加入450m水，121℃濕熱滅菌15分鐘。取黑曲霉菌懸液90mL，瑞氏木霉菌懸液60mL，產(chǎn)朊假絲酵母菌液30mL，三種菌液混合均勻后接種到錐形瓶中。將錐形瓶置于恒溫培養(yǎng)箱中，28℃好氧發(fā)酵96小時(shí)。發(fā)酵結(jié)束后采用常州快達(dá)干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn)的XSG系列旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)對發(fā)酵產(chǎn)品進(jìn)行低溫干燥，25～35℃下干燥至水分含量小于10％，粉碎過40目篩，獲得甘薯渣型發(fā)酵飼料。飼料中粗蛋白含量為17.19％，淀粉酶、果膠酶、蛋白酶、纖維素酶和木聚糖酶酶活分別為74.3U、14.4U、17.0U、19.2U和5.0U。
檢測方法和酶活定義如下：
粗蛋白：按照GB/T14771-1993測定。
淀粉酶：在60℃，pH＝6.0的條件下，1分鐘液化1mg可溶性淀粉，定義為一個(gè)酶活力單位(U)。
果膠酶：在30℃，pH＝5.0的條件下，1分鐘水解果膠生成1μg還原糖所需酶量，定義為一個(gè)酶活力單位(U)。
蛋白酶：在40℃，pH＝3.5的條件下，1分鐘水解酪素生成1μg酪氨酸所需酶量，定義為一個(gè)酶活力單位(U)。
纖維素酶：在50℃，pH＝5.5的條件下，1分鐘水解濾紙(Whatman No.1)生成1μmol還原糖所需酶量，定義為一個(gè)酶活力單位(U)。
木聚糖酶：在50℃，pH＝5.5的條件下，1分鐘水解玉米芯木聚糖生成1μmol還原糖所需酶量，定義為一個(gè)酶活力單位(U)。
實(shí)施例2菌種的優(yōu)選
(1)菌液制備
黑曲霉和瑞氏木霉用PDA培養(yǎng)基30℃培養(yǎng)至菌絲鋪滿平板，然后接種到察氏培養(yǎng)基30℃培養(yǎng)5天，用適量無菌水沖洗孢子，3層擦鏡紙過濾，用血球計(jì)數(shù)板計(jì)算孢子懸浮液濃度，調(diào)整至約為1×107CFU/mL；產(chǎn)朊假絲酵母用YPD液體培養(yǎng)基30℃培養(yǎng)，調(diào)整濃度至約為1×107CFU/mL。PDA培養(yǎng)基：土豆200g，葡萄糖20g，瓊脂20g，將土豆去皮，加水煮爛，紗布過濾取濾液，向?yàn)V液中加入葡萄糖和瓊脂，加水定容至1000mL，121℃濕熱滅菌15分鐘。察氏培養(yǎng)基：硝酸鈉3g，磷酸氫二鉀1g，硫酸鎂0.5g，氯化鉀0.5g，硫酸亞鐵0.01g，蔗糖30g，瓊脂20g，加水定容至1000mL，121℃濕熱滅菌15分鐘。YPD液體培養(yǎng)基：酵母膏10g，蛋白胨20g，葡萄糖20g，加水定容至1000mL，121℃濕熱滅菌15分鐘。
(2)發(fā)酵菌種的組合發(fā)酵
將烘干的甘薯渣和小麥麩皮按照8:2的比例混合配成發(fā)酵原料，在此基礎(chǔ)上加入試劑：尿素1％、硫酸銨1％，磷酸二氫鉀0.5％和硫酸鎂0.3％，將以上原料和水以1:3的質(zhì)量比混合均勻作為基質(zhì)。將黑曲霉(A)、瑞氏木霉(B)和產(chǎn)朊假絲酵母(C)進(jìn)行單菌、雙菌和三菌組合，菌液間按照1：1的比例混合，按照30％(v/w)比例接種于基質(zhì)，28℃好氧發(fā)酵96小時(shí)，發(fā)酵結(jié)束后取部分鮮樣測定粗蛋白含量、淀粉酶、果膠酶、蛋白酶、纖維素酶和木聚糖酶酶活，結(jié)果見表1。
表1
注：同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同字母表示差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著(P>0.05)。表2至表4同。
由表1可知，黑曲霉、瑞氏木霉和產(chǎn)朊假絲酵母三菌組合發(fā)酵效果最好，總蛋白含量、淀粉酶、果膠酶、蛋白酶、纖維素酶和木聚糖酶酶活顯著高于單菌、雙菌組合。因此，本發(fā)明優(yōu)選的發(fā)酵菌劑具有顯著協(xié)同增效效果，推測原因是黑曲霉和瑞氏木霉的酶促作用生成的單糖立即被產(chǎn)朊假絲酵母利用，從而解除了單糖產(chǎn)物對消化酶的反饋抑制作用，體現(xiàn)了三種菌之間互惠利生的關(guān)系。
在最佳發(fā)酵菌種組合的基礎(chǔ)上，對黑曲霉、瑞氏木霉、產(chǎn)朊假絲酵母的混合比例進(jìn)行優(yōu)化，如表2所示，混合比例設(shè)置9組，每組3個(gè)重復(fù)，菌液接種量30％(v/w)，發(fā)酵結(jié)束后取部分鮮樣測定測定粗蛋白含量、淀粉酶、果膠酶、蛋白酶、纖維素酶和木聚糖酶酶活，結(jié)果見表2。
表2
由表2可知，當(dāng)黑曲霉、瑞氏木霉、產(chǎn)朊假絲酵母的體積比為3：2：1時(shí)，粗蛋白含量、淀粉酶、果膠酶、蛋白酶和纖維素酶等指標(biāo)優(yōu)于其他混合比例，因此，選取3：2：1為黑曲霉、瑞氏木霉、產(chǎn)朊假絲酵母的接種體積比。
對比例1
固態(tài)發(fā)酵步驟同實(shí)施例1，但是使用的混菌液為表1中的“AC”組合，即取黑曲霉菌懸液90mL和產(chǎn)朊假絲酵母菌液90mL混合均勻后接種。經(jīng)檢測，飼料中粗蛋白含量為11.55％，淀粉酶、果膠酶、蛋白酶酶活分別為34.6U、9.3U和10.2U。纖維素酶和木聚糖酶酶活為0。
對比例2
固態(tài)發(fā)酵步驟同實(shí)施例1，但是使用的混菌液為表1中的“BC”組合，即取瑞氏木霉菌懸液90mL和產(chǎn)朊假絲酵母菌液90mL混合均勻后接種。經(jīng)檢測，飼料中粗蛋白含量為10.46％，纖維素酶和木聚糖酶酶活分別為15.4U和5.9U。淀粉酶、果膠酶和蛋白酶酶活為0。
實(shí)施例2薯渣發(fā)酵飼料養(yǎng)豬實(shí)驗(yàn)
(1)隨機(jī)抽取日齡相差不超過7天、體重相近的30kg左右的幼豬，隨機(jī)組成對照組、實(shí)施例1、對照實(shí)施例1和對照實(shí)施例2共計(jì)四組，每組20頭，分為2欄，每欄10頭。對照組喂基礎(chǔ)日糧，配方如表3。實(shí)驗(yàn)組(實(shí)施例1、對比實(shí)施例1和對比實(shí)施例2)用甘薯渣發(fā)酵飼料替代等量小麥麩皮。
表3
(2)實(shí)驗(yàn)在同一棟封閉豬舍內(nèi)進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)以個(gè)體為單位對所有實(shí)驗(yàn)豬進(jìn)行空腹稱重，記錄體重；實(shí)驗(yàn)過程中以重復(fù)為單位記錄采食量，實(shí)驗(yàn)時(shí)間40天。
(3)實(shí)驗(yàn)組和對照組的生長性能指標(biāo)，如表4所示。
表4
(4)由表4可知，實(shí)施例1與對照組相比，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％。所有指標(biāo)均有改善趨勢，并且末重、平均日增重和平均日采食量三項(xiàng)指標(biāo)差異顯著(P<0.05)，表明富含消化酶的發(fā)酵薯渣飼料能提高仔豬生產(chǎn)性能，降低肉料比。
實(shí)施例1與對比實(shí)施例1、2相比，末重、平均日增重、平均日采食量均提高，并且三項(xiàng)數(shù)據(jù)差異顯著(P<0.05)，肉料比則有所下降，表明實(shí)施例1中所用的發(fā)酵菌劑組合，分泌的消化酶酶活更高，在提高仔豬生產(chǎn)性能、降低肉料比方面，優(yōu)于其他菌劑組合。