復(fù)合益生菌發(fā)酵飼料工藝參數(shù)優(yōu)化
通過(guò)人工控制手段,充分利用微生物的代謝活動(dòng),達(dá)到分解轉(zhuǎn)化飼料中抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的目的,該項(xiàng)技術(shù)稱之為發(fā)酵飼料技術(shù),最終產(chǎn)物是一種更加容易被家畜采食和消化的無(wú)毒無(wú)害、高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值飼料,現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)推廣使用。
1復(fù)合益生菌發(fā)酵飼料研究進(jìn)展
1)復(fù)合益生菌發(fā)酵效果分析。大量研究和應(yīng)用案例表明,微生物發(fā)酵飼料具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),具體表現(xiàn)在:①微生物發(fā)酵能夠有效去除飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子,如胰蛋白酶抑制因子、大豆球蛋白等,同時(shí)生物活性物質(zhì)含量明顯提升,具有代表性的有益生菌、蛋白酶和小分子肽等,最終大大提升飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;②提升飼料的適口性,增加動(dòng)物采食量。飼料經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵后,不容易消化的粗蛋白和大分子淀粉,通過(guò)微生物和有益菌群的分解轉(zhuǎn)化,變?yōu)楦尤菀孜盏男》肿影被岷途S生素。飼料的適口性提升和動(dòng)物采食量增加主要依據(jù)就是粗纖維的減少;③污染物含量降低,細(xì)菌疾病得到控制。發(fā)酵后的飼料更容易被動(dòng)物吸收,所以糞便中的氮、磷、鈣等含量降低,更進(jìn)一步地降低糞便臭味,與此同時(shí)飼料中蛋白質(zhì)分解為氨氣的比重得以降低,減少對(duì)環(huán)境的污染。
2)發(fā)酵飼料研究。分解酶、多種微生物活菌等高效生物因子的作用分析如下。傳統(tǒng)飼料中的纖維素、半纖維素等大分子纖維、各類木質(zhì)素、木聚糖長(zhǎng)分子鏈被分解為小分子,最終的目的是將高分子碳水化合物等不能被動(dòng)物直接吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化分解為低分子碳水化合物,提升飼料能量的利用率。此外,有機(jī)氮、無(wú)機(jī)氮等難以被動(dòng)物利用的物質(zhì),在微生物活菌的作用下轉(zhuǎn)化成營(yíng)養(yǎng)成分較高的多種菌體蛋白質(zhì)?,F(xiàn)階段,我國(guó)益生菌發(fā)酵飼料主要有固態(tài)、液態(tài)和固態(tài)表面吸附發(fā)酵3 種方式。固態(tài)發(fā)酵技術(shù)使用幾乎不含游離水的固態(tài)培養(yǎng)基進(jìn)行操作,該項(xiàng)技術(shù)歷史悠久,在20 世紀(jì)90 年代提出的新型固態(tài)發(fā)酵技術(shù)具有能源消耗低、發(fā)酵設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、后期處理便捷等優(yōu)勢(shì),得到廣泛的應(yīng)用。液態(tài)發(fā)酵利用液態(tài)的發(fā)酵介質(zhì)進(jìn)行,美國(guó)科學(xué)家提出的液態(tài)深層發(fā)酵技術(shù)是應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)。與此同時(shí),我國(guó)科研工作者研發(fā)的分離耦合液態(tài)發(fā)酵技術(shù)和生物反應(yīng)器發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)取得重大攻關(guān)成果。
微生物有很多種類,其生物學(xué)特征也多不相同,但任何一種用于發(fā)酵飼料的微生物都必須在生物學(xué)和遺傳學(xué)特性上保證其安全性和穩(wěn)定性。因此,實(shí)際應(yīng)用中必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的病理、毒理試驗(yàn),充分證明其無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)耐藥性等副作用后才可以使用。目前,細(xì)菌、酵母菌、放線菌和絲狀真菌中的許多菌種都已經(jīng)用于飼料生產(chǎn)。最常用的主要有乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌、米曲霉、黑曲霉以及某些放線菌和光合細(xì)菌等。
2復(fù)合益生菌發(fā)酵飼料菌種選擇
微生物之間的相互作用較為復(fù)雜,復(fù)合菌種發(fā)酵的目的就是利用不同微生物之間的協(xié)同互補(bǔ)效應(yīng),發(fā)揮正組合的最佳效果。本試驗(yàn)選擇的復(fù)合菌,目的是能夠?qū)⒋蠓肿拥牡矸邸⒌鞍踪|(zhì)和纖維素降解為容易被吸收的小分子物質(zhì)。通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果,同時(shí)結(jié)合我國(guó)飼料供應(yīng)廠家的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用情況,確定乳酸菌、芽孢桿菌和酵母菌為復(fù)合發(fā)酵菌種。相比于單一菌種,復(fù)合益生菌的發(fā)酵效果得到顯著提升。
3復(fù)合益生菌發(fā)酵飼料工藝參數(shù)優(yōu)化
1)試驗(yàn)方法。按黃玉米39%、小麥粉21%、菜籽粕14%和豆粕26%的比例混合發(fā)酵原料。復(fù)合益生菌發(fā)酵液主要成分是乳酸桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌。普通瓊脂的配制:營(yíng)養(yǎng)瓊脂32g,加水至1L,121℃下滅菌20min。
發(fā)酵工藝具體操作流程:首先在發(fā)酵原料中接種不同比例和濃度的復(fù)合益生菌,然后加入不同量的自來(lái)水調(diào)節(jié)發(fā)酵水分,在拌勻后采樣裝入密封的錫箔袋,最后放入特定條件的培養(yǎng)箱發(fā)酵培養(yǎng),按要求采樣檢測(cè),流程如圖1所示。
試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集如下:①控制發(fā)酵過(guò)程中水分含量為40%,發(fā)酵溫度為30℃,發(fā)酵時(shí)間控制在3d,檢測(cè)復(fù)合益生菌接種量分別為2.5%、5.0%、7.5%條件下的發(fā)酵效果;②控制發(fā)酵過(guò)程中水分含量為40%,復(fù)合益生菌接種量控制在5%,發(fā)酵時(shí)間控制在3d,分別檢測(cè)發(fā)酵溫度為25、30、35℃條件下的發(fā)酵效果;③發(fā)酵過(guò)程中水分含量控制為30%、40%、50%,復(fù)合益生菌接種量控制在5%,發(fā)酵時(shí)間控制在3d,檢測(cè)發(fā)酵效果;④控制發(fā)酵過(guò)程中水分含量為40%,復(fù)合益生菌接種量控制在5%,發(fā)酵溫度為30℃,分別在0、1、3、5、7、10、15d后進(jìn)行采樣,并分析發(fā)酵效果。發(fā)酵效果評(píng)定主要有以下幾種:飼料感官評(píng)定、細(xì)菌總數(shù)測(cè)定、乳酸菌數(shù)測(cè)定、乳酸測(cè)定、總氨基酸測(cè)定、粗蛋白測(cè)定、銨態(tài)氮測(cè)定等。
2)復(fù)合益生菌接種濃度對(duì)飼料發(fā)酵效果的影響分析。復(fù)合益生菌接種量對(duì)飼料發(fā)酵的影響,從表1中可知,不同接種量發(fā)酵后,飼料粗蛋白含量無(wú)變化(P>0.05);高接種量(7.5%)時(shí),飼料銨態(tài)氮、細(xì)菌總數(shù)和乳酸菌數(shù)高于其他2組(P<0.01),干物質(zhì)回收率降低(P<0.01);低接種量(2.5%),pH較高(P>0.05);5.0%接種量時(shí),細(xì)菌總數(shù)和乳酸菌數(shù)高于低接種量組,而低于高接種量組(P<0.01);在低接種量時(shí),飼料酸味較弱;適宜接種量時(shí)為金黃色、有芳香味、質(zhì)地良好;接種量高時(shí)則為深褐色、酸味刺鼻、質(zhì)地較差。
3)溫度對(duì)飼料發(fā)酵效果的影響分析。溫度對(duì)于復(fù)合益生菌發(fā)酵效果具有較為明顯的影響,在低溫條件下發(fā)酵,飼料發(fā)酵產(chǎn)物中細(xì)菌總數(shù)較低,細(xì)菌生長(zhǎng)受到抑制,同時(shí)pH值增高明顯;隨著發(fā)酵溫度的逐漸升高,乳酸菌數(shù)量增加明顯,pH值逐漸降低。綜合分析各種測(cè)試參數(shù),粗蛋白含量和干物質(zhì)回收量2個(gè)指標(biāo)隨溫度的變化影響不大,呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的趨勢(shì)(P>0.05)。從發(fā)酵產(chǎn)物質(zhì)地進(jìn)行分析,可以看出,低溫發(fā)酵環(huán)境下,飼料具有較弱的酸味,質(zhì)地良好,呈現(xiàn)淡黃色;隨著溫度的升高,產(chǎn)品質(zhì)地變化不大,但是氣味改善,散發(fā)出淡淡的芳香氣味,顏色轉(zhuǎn)變?yōu)榻瘘S色。
4)水分對(duì)飼料發(fā)酵效果的影響分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明不同水分條件下,各發(fā)酵飼料中粗蛋白含量變化不明顯(P>0.05);在高水分(50%)條件下發(fā)酵,銨態(tài)氮和細(xì)菌總數(shù)明顯提高(P<0.01),同時(shí)干物質(zhì)回收率顯著降低(P<0.01);在低水分(30%)條件下發(fā)酵,相比于其他參數(shù),pH值增加明顯;在水分含量為40%時(shí),乳酸菌總數(shù)明顯高于其余2組,同時(shí)干物質(zhì)回收率也相對(duì)較高。另一方面,從飼料質(zhì)地進(jìn)行分析,可以看出,低水分含量條件下的飼料發(fā)酵后產(chǎn)品質(zhì)地干散、具有較強(qiáng)的酸味、顏色呈現(xiàn)亮黃色;當(dāng)含水量調(diào)整為40%時(shí),顏色變?yōu)榱咙S色,氣味偏酸,質(zhì)地情況也隨之改觀;但是隨著水分含量繼續(xù)增加,發(fā)酵飼料顏色變?yōu)樯詈稚?、同時(shí)散發(fā)出刺鼻的酸味,質(zhì)地變差,出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)塊現(xiàn)象。
5)發(fā)酵時(shí)間對(duì)飼料發(fā)酵效果的影響分析。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)(圖2),可以看出,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),粗蛋白數(shù)量變化并不明顯,游離氨基酸變化呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì),在發(fā)酵第7天的時(shí)候,游離氨基酸數(shù)量達(dá)到最高值,粗蛋白體外消化率和銨態(tài)氮的含量與時(shí)間呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì),干物質(zhì)回收率和發(fā)酵時(shí)間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢(shì);具體分析發(fā)酵開始的3d,可以看到,乳酸菌和總菌數(shù)量逐漸增加,同時(shí)伴隨pH值顯著下降,在之后的幾天中,這2種指標(biāo)變化不明顯;乳酸含量的變化趨勢(shì)為前5d持續(xù)上升,之后保持較高的水平。
從發(fā)酵產(chǎn)物質(zhì)地進(jìn)行分析,可以看出,在發(fā)酵的初期呈現(xiàn)較弱的酸味,第3天為質(zhì)地明顯改善的時(shí)候,散發(fā)芳香味,同時(shí)顏色變?yōu)榻瘘S色,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),品質(zhì)逐漸變差,氣味由芳香轉(zhuǎn)變?yōu)榇瘫堑乃嵛叮a(chǎn)物顏色加深。
6)復(fù)合益生菌發(fā)酵飼料工藝參數(shù)確定。飼料經(jīng)過(guò)復(fù)合益生菌的發(fā)酵,難以消化的大分子物質(zhì)減少,同時(shí)容易被吸收的氨基酸等小分子物質(zhì)增多,在微生物發(fā)酵過(guò)程中,產(chǎn)生了大量的有益微生物和乳酸,飼料的可消化性得到提升,與此同時(shí),發(fā)酵過(guò)程伴隨著氣體的產(chǎn)生和釋放,這表明一部分能量被消耗,飼料中營(yíng)養(yǎng)成分的消耗程度通過(guò)干物質(zhì)回收率指標(biāo)表示。干物質(zhì)回收率越高,表示碳水化合物、礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)的降解損失越少,發(fā)酵損失越少。但是該項(xiàng)指標(biāo)在青儲(chǔ)飼料中應(yīng)用較多,在發(fā)酵飼料中作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的情況較少。最終,本試驗(yàn)確定乳酸菌數(shù)、pH值、感官評(píng)定指標(biāo)和銨態(tài)氮作為主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
通過(guò)上述主要影響因素的分析,可以看出,在發(fā)酵溫度、接種量和水分含量均較低的情況下,乳酸菌數(shù)量維持在低水平,同時(shí)pH較高,不適合作為最佳工藝參數(shù)。在5%接種量時(shí),乳酸菌和銨態(tài)氮指標(biāo)與低接種量無(wú)明顯差異,但是明顯優(yōu)于更高接種量情況;高水分條件下,銨態(tài)氮含量增加;發(fā)酵時(shí)間對(duì)于產(chǎn)品品質(zhì)的影響如前文所述。
4小 結(jié)
復(fù)合益生菌發(fā)酵飼料品質(zhì)影響較大的因素為復(fù)合益生菌接種量、時(shí)間、溫度和水分含量。綜合考慮發(fā)酵飼料品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性原則,確定最佳工藝參數(shù)為:接種量5%、溫度30~35 ℃、發(fā)酵3 d、發(fā)酵水分含量40%。
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