甜菜粕固態發酵飼料的開發及可行性分析

2021-05-22 11:39:09 點擊：

摘要：甜菜粕柔軟多汁、消化特性優良且富含多種營養物質，是家畜良好的飼料來源。由于受季節性及市場形勢制約較強，甜菜糖廠通常無法將甜菜粕及時售出，余下的甜菜粕會快速腐爛，不僅造成大量的經濟損失，且會造成環境污染。利用微生物進行固態發酵，產生的多種物質可以抑制飼料中有害的生長，從而長期保存飼料中的營養成分。以甜菜粕為原料開展發酵試驗，通過添加乳酸菌探究乳酸菌對青貯的影響，并結合工藝流程分析其關鍵控制指標。

甜菜是我國重要的糖料作物，主要種植于新疆、內蒙古和黑龍江等地區。甜菜糖業不僅關系到我國食糖的供給問題，更關系到甜菜種植區域廣大農民的經濟利益以及甜菜加工企業的就業問題。甜菜粕是甜菜在制糖過程中，經切絲、滲出、提糖后得到的含糖量很低的甜菜絲，是甜菜制糖工業重要的副產物。甜菜粕主要成分為纖維素、半纖維素和果膠，還含有少量的蛋白質、糖分、礦物質、甜菜堿和煙酸等營養物質。甜菜粕柔軟多汁，在動物腸道內停留時間較長，容易被降解吸收，不僅能夠為動物提供能量，同時還能維持瘤胃正常的pH值，是一種優質的家畜飼料來源。

目前，只有少部分甜菜粕是通過干燥、制粒加工成甜菜粕顆粒產品進行銷售，大部分的甜菜粕是直接以濕粕的形式作為飼料進行銷售的。由于甜菜粕含水量較高，受工廠加工和貯存條件及季節性、市場因素的制約，部分甜菜粕無法及時售出，在堆放儲存過程中會發生腐爛變質、滋生細菌、損失營養物質，不僅造成了大量經濟損失，同時也加劇了廢棄物排放，污染生態環境。利用乳酸菌厭氧發酵產生乳酸，降低青貯料的pH值，可以抑制微生物活動，從而在提升飼料的營養價值同時，實現青綠多汁飼料的長期保存。

結合糖廠實際生產需求，對甜菜濕粕的固態發酵技術進行探索，旨在通過微生物固態發酵（青貯）技術解決甜菜粕貯藏期短問題。以甜菜粕為原料，通過添加乳酸菌種開展發酵試驗，并對發酵產物進行評估來探究引入乳酸菌的影響，同時結合工藝流程分析其關鍵控制指標。

材料與方法

1 試驗材料

甜菜粕，由中糧屯河新源糖業股份有限公司提供；

菌種1：秸稈青貯發酵劑，采購自中國臺灣亞芯公司，活性乳酸菌含量≥100億個／g，適用于糖分含量較低物料的青貯發酵；

菌種2：全株玉米青貯發酵劑，采購自中國臺灣亞芯公司，活性乳酸菌含量≥100億個／g，適用于水分和糖分含量較高物料的青貯發酵。

試驗時，將秸稈青貯乳酸菌菌種和全株玉米青貯乳酸菌菌種分別加水溶解，質量分數為0.2％。

2 試驗方案

考慮到新鮮甜菜粕自身就含有天然菌種，因此試驗分為不添加菌種與添加菌種2個部分，菌種類別和含水量見表1，菌種的添加量為每1t發酵飼料添加20ｇ菌種。試驗時，通過螺旋擠壓機將甜菜粕擠壓至一定含水量；根據終產品的含水量計算所需甜菜粕的量及菌劑溶液的量；向甜菜粕中噴灑乳酸菌溶液，適當翻動甜菜粕，保證噴灑均勻；將試驗樣品用食品真空袋真空密封，為乳酸菌厭氧發酵創造條件，模擬實際生產中的窖貯或真空裹包，厭氧發酵60ｄ。

3.2 有機酸

有機酸檢測方法見表3，包括乳酸、乙酸、丙酸和丁酸

3.3 能量代謝和消化率

根據奶牛營養需求標準NRC(2001)計算甜菜粕飼料的代謝能、泌乳凈能、維持凈能、增重凈能，根據樣品質量和消化后殘渣質量來計算干物質消化率。

3.4 pＨ值

pH值是影響發酵成功與否的重要指標，當青貯飼料pH值在4.0以下時，質量優等；pH值在4.1~4.3，質量良好；pH值在4.4~5.0，質量一般；pH值在5.0以上，質量劣等。

3.5 菌群檢測

菌群檢測方法見表4，包括乳酸菌、酵母菌、霉菌。乳酸菌是固態發酵過程中的有益菌，可產生乳酸降低飼料的ｐＨ值，另外二者的量會在青貯初期隨著含氧量下降而下降。

3.6 真菌毒素

真菌毒素檢測方法見表5，飼料中常見的真菌毒素包括黃曲霉素、玉米赤霉烯酮、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，如果含量超標會嚴重影響動物健康。

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3.7 感官評定

我國現行的青貯飼料質量評定依據是1996年農業部下發的《青貯飼料質量評定標準》，包括了感官評定和化學評定。青貯完成啟用時，從青貯飼料的氣味、顏色、質地等方面進行感官評定。青貯后的色澤為綠色或黃色為最佳；青貯后若具有輕微酸味或果香味則代表品質較高，有腐臭、霉變等異味則說明青貯質量不佳。具體評定方法見表6。

3.8 有機酸含量評定

有機酸總量及構成可以反映青貯發酵過程的好壞，其中最重要的是乳酸、乙酸和丁酸，乳酸所占的比例越大越好。本研究主要評定有機酸，具體評分方法見表7。

結果分析

本研究所添加的菌種由乳酸菌與酶制劑構成。每1g試劑中乳酸菌數量可達100億個，主要為同型發酵菌，具有產酸速度快、能力強的特點；酶制劑主要為纖維素酶，可以將多糖分解為單糖，為乳酸菌發酵提供可溶性糖。分析５組發酵產物的測定數據，以此評估添加乳酸菌對發酵的影響。

1 粗蛋白質

添加乳酸菌青貯，能快速產生大量乳酸，維持低pH值環境，抑制蛋白酶活性和有害微生物的生長，從而有效減少了蛋白質成分的損失。Muck研究表明，添加乳酸菌青貯發酵，青貯飼料中氨態氮下降了60％。如圖1所示，4個加菌處理組中，3個組的粗蛋白質含量均超過了甜菜粕原料，且４個組的均值為12.43％，略高于甜菜粕原料的11.46％，表明了甜菜粕經青貯發酵后營養價值有所提升。

結果分析

1 粗蛋白質

2 中性洗滌纖維

中性洗滌纖維(NDF)指飼料中的結構性碳水化合物，對維持瘤胃正常的發酵功能具有重要意義，但含量過高則會對動物的采食量造成一定影響。由圖2分析可知：加菌處理的４個組的中性洗滌纖維含量高于甜菜粕原料，表明加入乳酸菌的發酵中，中性洗滌纖維含量呈上升趨勢，可能是由于菌種種的乳酸菌與酶制劑改變了甜菜粕的細胞壁結構

3 粗纖維含量與干物質消化率

由圖3可知，添加乳酸菌發酵后，４組的粗纖維含量均低于甜菜粕原料，均值為17.88％，低于甜菜粕原料的22.71％，而干物質消化率均高于甜菜粕原料，均值為76.42％，高于甜菜粕原料的70.055％。這表明添加乳酸菌后可以有效的降解粗纖維，降解產物中的小分子糖可以作為乳酸菌的營養物質，同時提高了干物質消化率，提升了動物對飼料的利用效率。

4 能量指標

通過體外消化實驗檢測飼料的代謝能，由圖4數據可知，添加乳酸菌發酵的甜菜粕其能量指標均略低于甜菜粕原料，４組的代謝能、泌乳凈能、維持凈能、增重凈能均值分別為11.30、7.13、7.44、4.83 MJ/kg，均低于甜菜粕原料對應的11.64、7.37、7.70、5.07 MJ/kg。這表明了乳酸菌發酵飼料中的代謝能量指標有小幅下降，同時說明了發酵過程中有強烈的微生物活動。

5 有機酸總量

有機酸總量及構成可以反映青貯發酵過程的好壞，測定有機酸的總量和構成，作為評分指標并進行評分，見表8～表10。

根據《青貯飼料質量評定標準》評分細則，甜菜粕原料及甜菜粕發酵產物均獲得了較高分數。在有機酸成分中，乳酸占70％以上，為有用物質。觀察有機酸含量數據，可以發現乳酸菌處理的４組料中乳酸含量均高于甜菜粕原料，４組的乳酸平均含量為0.82％，遠高于甜菜粕原料的0.32％，表明了加入乳酸菌種可以顯著提升乳酸菌含量。另外，Y1和Y2的乳酸平均含量為1.13％，高于Y3和Y4的乳酸平均含量0.76％，即從乳酸的角度分析，菌種１更加適合甜菜粕的固態發酵。此外，乙酸含量呈下降的趨勢，可能是因為甜菜粕發酵過程發生了異型乳酸菌發酵，生成了乙酸，而再加入乳酸菌之后抑制了異型發酵過程，使得乙酸含量下降，乳酸含量上升。由此可得出結論：加入乳酸菌利于無用有機酸成分的減少，能使乳酸維持在較高的水平。

6 pH值

pH值是評價青貯發酵飼料品質最簡單且最直觀的指標之一，pH值越低，酸度越大，青貯發酵越容易保存。選取Y1組作為考察對象，跟蹤甜菜粕青貯發酵過程的pH值變化，如圖5所示，隨著發酵時間的延長，4個實驗處理組pH值在發酵初期下降迅速，在發酵3d內，試驗樣品pH值下降到4.4以下，發酵30ｄ后pH值下降到4.2以下，且變化幅度較小，較低的pH值達到了良好的青貯發酵要求。

7 菌群數量分析

試驗中檢測了甜菜粕原料、甜菜粕加菌發酵樣品中的菌群數量。在甜菜粕原料中，霉菌小于10CFU/g，酵母菌約40CFU/g，乳酸菌數量僅為1.0×104CFU/g，低水平的菌落數量有利于甜菜粕的保存。甜菜粕加菌樣品中霉菌小于10CFU/g，酵母菌約7100CFU/g，乳酸菌數量高達4.3×108CFU/g。由數據可知乳酸菌菌群數量始終占主導地位，對比發酵前后的數據，說明了添加乳酸菌可有效抑制霉菌的生長，酵母菌數量的增長可能是因為甜菜粕加水后酵母菌被活化，進行了生長繁殖。

8 真菌毒素檢測

飼料中常見真菌毒素包括黃曲霉素、玉米赤霉烯酮、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，其中黃曲霉素還包括B1、B2、G1、G2。4種類型。對甜菜粕發酵產品中的３種真菌毒素進行檢測，均未檢出，即滿足飼料的相關相求，不會對動物的健康產生影響。

9 感官評定

對甜菜粕原料、甜菜粕加菌后的樣品從氣味、色澤、結構３方面進行感官評定，結合ｐＨ值與水分含量進行綜合評分，結果見表11。

分析評分結果可知，甜菜粕原料在氣味、結構與水分含量等方面都處在極低水平，若作為商品直接售出，也不會具有太大價值。而甜菜粕加菌發酵后，由于乳酸菌產生大量乳酸，可使甜菜粕中的異味成分得到抑制，使得產品的氣味水平提升；同時提升pH值水平，利于貯存；并且不會對其余指標產生明顯的負面影響，產品綜合評分大幅上升。

綜上所述，添加乳酸菌使得甜菜粕飼料體系內pH值明顯降低，有利于青貯發酵的成功率；其發酵產物的中性洗滌纖維與粗蛋白質含量均有提升，含量下降的粗纖維被降解成易于吸收的小分子糖，促進了干物質在動物體內的消化；各項能量指標的下降也說明了青貯飼料內部發生了劇烈的發酵活動。通過固態發酵，提升了甜菜粕飼料的營養價值。

可行性分析

甜菜粕固態發酵可以有效地提升其作為飼料的營養價值，結合發酵工藝流程，對關鍵的控制指標進行分析。

1 工藝技術路線

甜菜粕固態發酵技術可有效緩解甜菜粕腐爛變質的問題，在提高產品銷售量的同時降低了廢品處理成本與環境污染，多方面提高了工廠效益；同時還能帶動相關產業的發展，形成一條全新的產業鏈，促進就業，造福社會。目前，甜菜粕青貯飼料的生產方式主要為窖儲或者裹包青貯發酵兩種技術途徑生產發酵甜菜粕產品，經牧場飼喂試驗，收到了良好的效果和收益。

青貯窖儲一般選在地勢高、向陽、排水良好、距畜舍近、取喂方便、無糞場、無污染的干燥地區，挖好窖后應晾曬1~2d以減少窖壁水分。典型的窖儲青貯飼料的制作過程如下：

（1）用水泥、石板等建筑材料建造窖池，并清理干凈。

（2）用隔氧率較好的塑料膜覆蓋窖池的底部、邊墻。

（3）將青貯原料卸料至窖池，注意避免碾壓。

（4）裝好料后，用拖拉機壓實。

（5）臨近地窖邊緣的部分要包裹好。

（6）另找一塊塑料膜壓在上層，完全包裹甜菜粕。

（7）塑料膜上層用５ｃｍ厚的泥土封蓋。

（8）４～６周后打開地窖開始使用，取料處表面保持豎直，以避免坍塌。

窖藏成本較低，但需要建設專用窖池，如果厭氧條件保持不佳，容易產生霉變等現象而影響飼料品質，如果條件控制不當，容易發生２次發酵現象。因此，近年來歐洲市場也在持續推動裹包發酵飼料技術的應用。

裹包生產發酵甜菜粕，儲藏簡易，榨季開始后即可發酵。使用特制打包機在榨季期間進行生產，密封性好，而且運輸較方便，可以不拆包直接運達使用地，不易出現２次發酵等現象。典型的裹包青貯飼料制作過程如下：

（1）裹包：在環形壓力倉內對甜菜粕進行壓縮，當達到設定壓力后，停止進料；使用特制的塑料膜進行裹包；然后將打包捆抬起、釋放壓力，并使用拉伸薄膜進一步裹包；打捆后自動放置到墊子上，并印上生產日期。

（2）運送：大多數裹包飼料在榨季期間直接運送給客戶；部分放置在倉庫，在當年賣出。

（3）飼喂：包裹一旦打開后，冬季需１周內使用，氣候溫暖時需３ｄ內使用。

2 固態發酵關鍵控制指標

2.1 乳酸菌數量

青貯添加劑中的菌株必須是能戰勝原料本身所附著的各種菌群，同時這些菌株必須具有耐酸性，在青貯中可以迅速繁殖，可以廣泛的利用各種可溶性糖，不應降解有機酸，在較大的溫度范圍及多種條件下均可生長，且不具有過度的蛋白質水解酶活性。每1ｇ原料必須至少含有1×105個乳酸菌，在青貯發酵時添加活力旺盛的乳酸菌，可以使乳酸菌數量盡快達標，保證快速有效的發酵。

2.2 保持無氧環境

乳酸菌為厭氧菌，在無氧條件下才能生長繁殖。若青貯容器內空氣沒有排盡，則乳酸菌不能存活，同時酵母菌、霉菌等好氧菌會大量滋生，導致青貯失敗。因此青貯過程中的原料一定要切短、壓實、封嚴，且制作過程盡量迅速。

2.3 充足的含糖量

飼料中的乳酸菌主要利用小分子糖進行生長繁殖，并將糖轉化為乳酸。因此若青貯原料中含糖量較高，會極大地促進乳酸菌的生長繁殖，從而產生很多的乳酸，加大對有害微生物的抑制程度；反之，會使體系酸度過低，有害物質便會滋生，使得青貯料霉變腐爛。一般要嚴格保證青貯原料中含糖量不低于鮮重的1％～1.5％。

2.4 適宜的含水量

水分含量的高低會影響青貯發酵過程和青貯料品質。一般青貯原料含水量在65％～70％為宜。若含水高于80％，在擠壓時會引起原料中的糖分的流失，從而影響乳酸菌的生長繁殖，影響青貯效果；若含水量過低，則會使得干料難以壓實，隙間會殘留空氣，也會導致乳酸菌活性降低和有害菌的滋生，使飼料霉變腐爛。

2.5 適宜的溫度控制

青貯過程中溫度直接影響著乳酸菌的生長繁殖。大量研究表明，青貯飼料品質的優劣和飼用價值的高低，取決于青貯飼料的厭氧發酵是乳酸發酵還是丁酸發酵，而溫度便是控制發酵類型的關鍵。乳酸菌發酵的適宜溫度為19～37℃，丁酸發酵則需要更高的溫度。

結論

以甜菜粕為原料開展發酵試驗，通過添加乳酸菌探究乳酸菌對青貯的影響，添加乳酸菌使得體系內pH值明顯降低，有利于青貯發酵的成功率；其發酵產物的中性洗滌纖維與粗蛋白質含量均有提升，含量下降的粗纖維被降解成易于吸收的小分子糖，促進了干物質在動物體內的消化；各項能量指標的下降也說明了青貯飼料內部發生了劇烈的發酵活動。乳酸菌不會改變粗纖維與中性洗滌纖維等物質的結構，因此其消化率也不會受到影響。青貯飼料的氣味隨著乳酸菌的加入得到了提升，有助于提高動物采食量。

對于常見的２種固態發酵模式，窖藏成本較低，但需要建設專用窖池，如果厭氧條件保持不佳，容易產生霉變等現象而影響飼料品質，如果條件控制不當，容易發生２次發酵現象。裹包生產發酵甜菜粕，儲藏簡易，相較窖儲，能夠增加運輸半徑，儲存運輸更加方便，并且能有效減少青貯滲出液，從而保留營養成分，但生產成本和運輸成本較高。無論是窖藏還是裹包模式，都需要保持無氧環境，保證充足的乳25-OH-D3被充分提取，以提高檢測的準確性。

研究結果表明，所建立方法的檢出限、定量限、標準曲線范圍、準確度與精確度等均能滿足預混合飼料中25-OH-D3測定要求。

發酵完成的棉菜粕飼喂動物技術

需要注意的是，發酵后的飼料酸度較低，不可以取代禽畜全部日糧。其他類發酵飼料同理。飼喂時根據不同情況，將發酵飼料按照一定比例添加到日糧中，發酵完成的棉菜粕為濕料，具體使用量每大概1.5-2公斤發酵棉菜粕（濕料）代替動物日糧配方中1公斤豆粕的使用量進行代替使用，與其它飼料混合后直接飼喂，由于棉菜籽粕蛋白較高，最高使用量不要超過禽畜日糧飼喂量的40%（濕料重量）。如果發現發酵飼料過酸適口性變差，可在飼喂前在陽光下曬1-2小時，或添加適量的碳酸氫鈉（小蘇打）即可改善。

發酵過程中與發酵后使用過程中，發酵的容器要一直保持密封狀態，可以長時間保存（一年左右）。

當前養殖業成本高居不下，而飼料成本是其中最高的，利用廉價原料發酵飼料（包括一些輕度發霉的粕類低價收回）是極佳解決辦法。通過微生物飼料發酵劑的發酵作用，可以將輕度霉變飼料變成優質飼料，將不易消化的物質分解為可被畜禽吸收的小分子糖類、氨基酸等。同時發酵飼料中富含有益微生物、酶制劑、酸化劑等，可調節畜禽腸胃微生態環境并進一步提高飼料利用率。發酵飼料氣味清香，提高了飼料的適口性，加上發酵飼料中有大約4℃的酒度，能夠促進動物新陳代謝促進健康抵御疾病，是當前養殖業發展中重要的一環。

本技術也可以同樣發酵菜籽粕（餅）、棕櫚粕等，方法同上。

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