混菌发酵白酒糟生产含功能成分饲料发酵条件的优化

2021-02-10 07:37范恩帝蒋梦迎冯敏雪陈叶福肖冬光郭学武
生物技术通报 2021年12期
关键词:装料烟酸黑曲霉

范恩帝 蒋梦迎 冯敏雪 陈叶福 肖冬光 郭学武,2

(1. 工业发酵微生物教育部重点实验室 天津市工业微生物重点实验室 天津科技大学生物工程学院,天津 300457;2. 中国轻工业浓香型白酒固态发酵重点实验室,宜宾 644000)

中国是白酒的主要生产国和消费国,白酒市场需求量巨大,2010-2016年白酒年平均产量接近1.0×107t,最近3年虽有下降,但也接近千万吨(数据来源于国家统计局),而一般情况下生产1 t白酒会产生3 t左右酒糟废物[1],因此,我国白酒每年所产酒糟量巨大。白酒糟中还含有丰富的蛋白质、维生素和氨基酸等营养成分[2-3],但是数量如此庞大且营养丰富的白酒糟却难以利用,一方面是由于其水分含量高,酸度高,难以保存,另一方面是由于其中稻壳占比高等因素所导致的纤维含量高[2,4]难利用。所以其再利用研究具有重要意义,不仅可以实现传统白酒绿色生产,同时也能实现资源合理利用,响应国家可持续发展号召。

白酒糟用途广泛,可用于生产饲料、肥料、化工产品、生物质能源等,其中以微生物发酵饲料研究较多,有利于解决我国饲料蛋白资源匮乏的问题[5-8]。但酒糟饲料除了粗纤维含量高外,还可能和普通蛋白饲料一样存在功能单一的问题,常导致动物生长缓慢且易出现病死现象[9]。与之相对应的则是功能饲料,该类饲料除了拥有蛋白质等基础营养物质外,还含有甾醇、萜类、氨基酸、多酚和皂苷等功能物质,具有促进动物生长、改善繁殖性能、提高动物健康水平等作用[10]。所以通过多种微生物发酵酒糟生产功能饲料具有广阔的应用前景。

具有不同功能的霉菌、酵母等微生物协同作用可发酵酒糟生产功能饲料。康宁木霉(Trichoderma koningii)、黑曲霉(Aspergillus niger)、嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila)等霉菌微生物可以通过产生纤维素酶及其相关酶类降解纤维素,且各类霉菌微生物产生的酶类有所差异,所以各霉菌在酒糟发酵过程中可以起到互补作用,另外蒸汽爆破预处理酒糟可以降解软化其半纤维素和木质素,并撕裂纤维素,进而破坏木质纤维素稳定结构并提高微生物源纤维素酶的可及性,蒸汽爆破与各酶类共同作用可较大程度地提高其降解粗纤维效果[11-16]。除此之外,枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)可以产生淀粉酶、葡聚糖酶等酶类物质和改善饲料适口性的香味成分乙偶姻,并具有促进动物生长和增强免疫力等作用[17-20];部分酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)可以产生烟酸等功能成分,具有促进动物生长并改善其肉质等作用[21-22];产朊假丝酵母(Candida utilis)则主要用于提高酒糟蛋白[23];而植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)等乳酸菌可以起到改善饲料适口性、抑制病原菌和维持肠道健康的作用[24-26]。综上所述,本试验欲通过蒸汽爆破预处理结合多种功能微生物协同发酵以降解酒糟粗纤维,并利用酒糟作为底物合成多种功能成分,生产含多种功能成分的酒糟饲料。

本试验以蒸汽爆破(1.7 MP压强条件处理15 min)进行预处理的白酒糟为原料,将前期筛选(待发表)的酿酒酵母、产朊假丝酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、黑曲霉H7、黑曲霉H1496和嗜热毁丝霉作为发酵菌种,以粗蛋白含量和烟酸含量为主要指标,粗纤维和乙偶姻含量为次要指标,探究发酵时间、发酵温度、接种量、初始pH、装料量及麸皮添加量对混菌发酵酒糟的影响,以期优化酒糟饲料发酵条件,生产富含蛋白质、烟酸、乙偶姻等功能物质的酒糟饲料,进而推动畜牧业的发展,实现传统白酒升级转型为环境友好型产业。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 酒糟和试剂 白酒糟,由河北省某酒厂提供;麸皮,市售;庚烷磺酸钠、甲醇、烟酸、二水合乙二胺四乙酸二钠、冰乙酸、三乙胺、三氟乙酸、乙偶姻均为色谱纯,其他常规试剂均为国产或进口优级纯试剂。

1.1.2 试验仪器 汽爆工艺试验台(中国鹤壁正道生物能源有限公司);Unity SpectraStar XT Series 近红外光谱仪(美国Unity);立式压力蒸汽灭菌锅(上海医用核子仪器厂);电热恒温培养箱(天津市实验仪器厂);电子天平(上海精密科技仪器有限公司);高效液相色谱仪(北京安捷伦科技有限公司);马福炉(上海锦屏仪器仪表有限公司);超净台(苏州安泰空气技术有限公司);移液器(法国吉尔森公司)。

1.1.3 菌种 产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、黑曲霉H7、黑曲霉H1496、康宁木霉、嗜热毁丝霉,以上菌株由天津科技大学现代酿造实验室提供;酿酒酵母(CICC1746),购于中国工业微生物保藏中心。

1.1.4 培养基 酵母培养基(YPD培养基):酵母浸粉1%,蛋白胨2%,葡萄糖2%(配制固体培养基需加入2%琼脂)。115℃高压灭菌20 min。

乳酸菌培养基(MRS培养基):葡萄糖2%,蛋白胨1%,牛肉提取物1%,酵母提取物0.5%,无水乙酸钠0.5%,吐温80 0.1%,柠檬酸铵0.2%,磷酸氢二钾0.2%,硫酸镁0.058%,硫酸锰0.025%,调节pH为6.2-6.8(如配制固体培养基需加入2%琼脂)。121℃高压灭菌20 min。

芽孢杆菌培养基(LB培养基):酵母浸粉0.5%,氯化钠1%,蛋白胨1%(如配制固体培养基需加入2%琼脂)。121℃高压灭菌20 min。

霉菌培养基(PDA培养基):称取200 g去皮的马铃薯,切碎,加入800 mL蒸馏水,放在电炉上煮沸30 min左右,用8层纱布过滤,留取滤液,加入20 g葡萄糖,加水至1 000 mL(如配制固体培养基需加入20 g琼脂,定容至1 000 mL)。121℃高压灭菌20 min。

麸皮种子培养基:称取1 000 g麸皮,加入800 mL蒸馏水,混匀分装于500 mL锥形瓶,每瓶分装75 g。121℃高压灭菌30 min。灭菌后麸皮中添加2%菌液,于各自最适温度培养箱中培养5-6 d。

1.2 方法

1.2.1 种子液制备 酵母接种于YPD培养基于30℃、200 r/min摇床培养12 h。乳酸菌接种于MRS培养基于37℃培养箱中静置培养12 h。芽孢杆菌接种于LB培养基于37℃、200 r/min摇床培养12 h。各霉菌均使用接种环挑取1环均匀涂布于斜面培养基,并于30℃培养箱培养6-7 d,长成后向各斜面培养基添加10 mL生理盐水洗涤即可制得霉菌种子液(嗜热毁丝霉培养温度为37℃)。

1.2.2 酒糟发酵条件优化

1.2.2.1 麸皮添加量的优化 以酿酒酵母、产朊假丝酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、黑曲霉H7、黑曲霉H1496和嗜热毁丝霉作为发酵菌种,将发酵时间控制为5 d,发酵温度控制为30℃,初始pH控制为3.70,总接种量控制为装料量的10%且各菌株按等比例接种,装料量控制为100 g,基料汽爆酒糟中麸皮添加量依次设置为5%、10%、15%、20%、25%。

1.2.2.2 装料量的优化 以酿酒酵母、产朊假丝酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、黑曲霉H7、黑曲霉H1496和嗜热毁丝霉作为发酵菌种,将发酵时间控制为5 d,发酵温度控制为30℃,初始pH控制为3.70,总接种量控制为装料量的10%且各菌株按等比例接种,基料为汽爆酒糟,装料量依次设置为 40 g、60 g、80 g、100 g、120 g。

1.2.2.3 初始pH的优化 以酿酒酵母、产朊假丝酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、黑曲霉H7、黑曲霉H1496和嗜热毁丝霉作为发酵菌种等比例接种,将发酵时间控制为5 d,发酵温度控制为30℃,接种量控制为10%,总接种量控制为装料量的10%且各菌株按等比例接种,基料为汽爆酒糟,用氢氧化钙和盐酸将初始pH依次设置为3.70、4.67、5.83、6.71、7.82。

1.2.2.4 发酵时间的优化 以酿酒酵母、产朊假丝酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、黑曲霉H7、黑曲霉H1496和嗜热毁丝霉作为发酵菌种等比例接种,将发酵温度控制为30℃,初始pH控制为3.70,总接种量控制为装料量的10%且各菌株按等比例接种,装料量控制为100 g(加上麸曲质量),基料为汽爆酒糟,发酵时间依次设置为1 d、3 d、5 d、7 d、9 d。

1.2.2.5 发酵温度的优化 以酿酒酵母、产朊假丝酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、黑曲霉H7、黑曲霉H1496和嗜热毁丝霉作为发酵菌种等比例接种,将发酵时间控制为5 d,初始pH控制为3.70,接种量控制为10%,总接种量控制为装料量的10%且各菌株按等比例接种,基料为汽爆酒糟,发酵温度依次设置为27℃、30℃、33℃、36℃、39℃。

1.2.2.6 接种量的优化 以酿酒酵母、产朊假丝酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、黑曲霉H7、黑曲霉H1496和嗜热毁丝霉作为发酵菌种等比例接种,将发酵时间控制为5 d,发酵温度控制为30℃,初始pH控制为3.70,装料量控制为100 g,基料为汽爆酒糟,总接种量依次设置为装料量的5%、10%、15%、20%、25%,且各菌株按等比例接种。

1.2.3 正交试验 根据单因素试验确定的对酒糟发酵有明显影响的培养基条件(麸皮添加量、装料量和初始pH)进行L9(34)正交试验,其它条件如下:发酵时间5 d,发酵温度30℃,接种量10%。以粗蛋白、粗纤维、烟酸和乙偶姻为指标,确定酒糟发酵时最佳的培养基条件,各因素和水平的选择选择见表1。

表1 正交试验的因素和水平设计Table 1 Factors and level design of orthogonal test

1.2.4 酒糟饲料的综合评价

1.2.4.1 感官评价 采用德国农业协会(Deutsche Lan Dwirtschafts Gesellschaft)评分法对工艺优化后的酒糟发酵饲料进行感官评价,根据发酵饲料气味、质地、色泽进行评分,根据得分可将饲料分为优良、尚好、中等、腐败4个等级,评分标准见表2[27]。

表2 发酵饲料感官评价标准(DLG)Table 2 Sensory evaluation standard of fermented feed(DLG)

1.2.4.2 营养价值分析 对上述酒糟发酵饲料中粗蛋白、粗纤维、烟酸和乙偶姻4项指标含量进行测定,以汽爆未发酵酒糟作为空白对照,同时对各项指标优化前后变化率进行计算。

1.2.5 分析方法 酒糟烘干采用105℃烘干恒质量法[28];水分测定采用105℃烘干恒质量法[28];粗纤维含量测定采用GB/T 6434-2006方法进行测定,用纤维网袋代替其中过滤装置[29];粗蛋白含量测定采用Unity近红外光谱仪进行测定[30];烟酸含量测定采用GB 7300-2017方法进行测定[31];乙偶姻含量测定采用高效液相色谱进行测定[32];pH测定时取样10 g加入40 mL去二氧化碳水,搅拌20 min,用pH 计进行测定[33-34]。

2 结果

2.1 酒糟发酵条件优化

2.1.1 麸皮添加量对酒糟发酵的影响 由图1可知,随着发酵酒糟中麸皮比例的提高,粗蛋白和乙偶姻含量表现为先增长后下降的趋势,分别在麸皮添加量在10%和20%处取得最大值,并且麸皮添加量为10%的实验组粗蛋白含量远高于高麸皮添加量实验组且与低麸皮添加量实验组相比也有较大提高,而烟酸和粗纤维含量则大体呈现为递减趋势,但烟酸含量整体变化幅度较小,而粗纤维含量主要在麸皮添加量由5%增加至10%和麸皮添加量由15%增加至20%两处出现了显著降低。综合考虑,酒糟发酵中最佳麸皮添加量确定为10%。

图1 麸皮添加量对酒糟发酵的影响Fig.1 Effects of bran addition amount on the fermentation of distiller’s grains

2.1.2 装料量对酒糟发酵的影响 由图2可知,随着装料量增加,酒糟中粗蛋白和烟酸含量均表现为先增长后下降的趋势,分别在装料量为100 g和80 g时达到最大值,且装料量为80 g与100 g发酵酒糟中烟酸产量极为接近,乙偶姻含量则大致为递增趋势,而粗纤维含量在装料量小于等于100 g时变化不太明显,仅当装料量从100 g增加至120 g时出现了较大幅度的增长。综合考虑,酒糟发酵中最佳装料量确定为100 g。

图2 装料量对酒糟发酵的影响Fig.2 Effects of loading amount on the fermentation of distiller’s grains

2.1.3 初始pH值对酒糟发酵的影响 从图3可以看出,酒糟中粗蛋白、烟酸含量随着酒糟pH升高大致呈现递减趋势,但当pH从3.70升高至4.67时,粗蛋白和烟酸含量变化较小;乙偶姻含量则先增加后降低,在pH为4.67时到达最高点,且远高于其余组;而酒糟中粗纤维含量则大体呈现递增趋势,但当pH从3.70升高至4.67时粗纤维含量下降了0.5%左右。综合考虑,酒糟发酵中最佳初始pH值确定为4.67。

图3 初始pH对酒糟发酵的影响Fig.3 Effects of initial pH on the fermentation of distiller’s grains

2.1.4 发酵时间对酒糟发酵的影响 从图4可以看出,随着发酵时间的增加,酒糟中烟酸、乙偶姻和粗蛋白含量均大体呈现先增长后下降的趋势,其中烟酸和粗蛋白含量在酒糟发酵时间为5 d时出现最高点,乙偶姻含量则在发酵时间为3 d时达到最高点;而酒糟中粗纤维含量早期表现为显著下降状态,后期变化幅度较小,其中发酵时间为5 d和7 d实验组粗纤维降解效果最佳。综合考虑,酒糟发酵中最佳时间确定为5 d。

图4 发酵时间对酒糟发酵的影响Fig.4 Effects of fermentation time on the fermentation of distiller’s grains

2.1.5 发酵温度对酒糟发酵的影响 从图5可以看出,发酵酒糟中粗蛋白、烟酸和乙偶姻受温度变化影响较大,而温度改变对酒糟中粗纤维影响较小。随着发酵温度的提高,酒糟粗蛋白含量出现先增长后下降趋势,当发酵温度为33℃时酒糟粗蛋白含量取得最大值,且30℃发酵的酒糟粗蛋白含量与之极为接近;烟酸含量随发酵温度的升高而逐渐降低,但当发酵温度从 27℃升至30℃时,其含量变化较小;而乙偶姻含量则大致呈现递增趋势。综合考虑,酒糟发酵中最佳温度确定为30℃。

图5 发酵温度对酒糟发酵的影响Fig.5 Effects of fermentation temperature on the fermentation of distiller’s grains

2.1.6 接种量对酒糟发酵的影响 由图6可知,接种量对酒糟中粗蛋白、烟酸和乙偶姻存在显著影响,而对于粗纤维影响较小。随着接种量的增加,粗蛋白和烟酸含量呈现先增长后下降的趋势,分别在接种量为10%和15%时取得最大值,而乙偶姻含量则逐渐减少。综合考虑,酒糟发酵中最佳接种量确定为10%。

图6 接种量对酒糟发酵的影响Fig.6 Effects of inoculum amount on the fermentation of distiller’s grains

2.2 正交试验结果及方差分析

在单因素试验基础上,设计了关于麸皮添加量、装料量和初始pH三个因素的L9(34)正交试验,以优化酒糟发酵培养基条件,结果见表3。

从表3中各类目标物极差结果可知,影响粗蛋白含量的主次因素顺序为:C>A>B;影响粗纤维含量的主次因素顺序为:A>B>C;影响乙偶姻含量的主次因素顺序为:C>A>B;影响烟酸含量的主次因素顺序为:C>A>B。以粗蛋白、粗纤维、乙偶姻和烟酸为指标时,得出的最优培养基条件分别为 :A1B2C1、A3B3C1、A1B1C1、A1B2C3。由于 A3B3C1、A1B1C1、A1B2C3三组试验均包含在表中,所以只需要进行A1B2C1组试验即可确定培养基最优条件,结果见表4。在酒糟饲料中粗蛋白含量是最基础且重要的指标,其次是具有促进动物生长等功能的烟酸,而与前两者相比粗纤维和乙偶姻重要性更低,根据这个评判标准,最终选择了A1B1C1(即麸皮添加量为5%,装料量为80 g,初始pH值为3.70)作为最优培养基条件,其粗蛋白和乙偶姻含量远高于其余3组,同时含有适中含量的粗纤维和烟酸。

表3 正交试验结果与分析Table 3 Results and analysis of orthogonal test

表4 最优培养基条件筛选Table 4 Screening of optimal medium conditions

2.3 酒糟饲料的综合评价

2.3.1 感官评价 根据上述德国农业协会饲料评价标准,从气味、质地、色泽三方面对工艺优化后的酒糟发酵饲料进行感官评价,具体结果见表5。经过综合评分,优化条件下生产的酒糟饲料最终得分17分,为优良(1级)发酵饲料。

表5 酒糟发酵饲料感官评价Table 5 Sensory evaluation of distiller’s grains fermented feed

2.3.2 营养价值分析 经工艺优化后,酒糟发酵产物中粗蛋白、粗纤维、烟酸和乙偶姻含量及其优化前后变化率见表6。

由表6可以看出,经过工艺优化后,酒糟发酵饲料各项指标相对于未发酵酒糟都有显著变化,酒糟饲料中粗蛋白含量提高至35.21%,粗纤维含量降低至12.73%,烟酸含量提高至1.21 mg/g酒糟,乙偶姻含量变为37.30 mg/g酒糟,相较于优化前发酵酒糟,粗蛋白含量提高了1.56%,粗纤维含量降低了33.11%,烟酸含量提高了290.32%,乙偶姻含量则基本保持不变。

表6 酒糟发酵饲料营养成分Table 6 Nutrient composition of fermented distiller’s grains

3 讨论

利用微生物发酵生产酒糟饲料不仅可以解决大量酒糟引起的环境污染问题,还能弥补国内蛋白饲料空缺,具有较大的应用前景[5-6],但酒糟饲料还存在纤维高、功能单一等问题亟待解决[4]。另外,发酵条件如发酵时间、发酵温度、接种量及初始pH是影响微生物生长和目标代谢产物积累的重要因素,通过对发酵条件进行优化可进一步为实现工业化生产提供可能。本研究利用蒸汽爆破技术对酒糟进行预处理,利用酿酒酵母、产朊假丝酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、黑曲霉H7、黑曲霉H1496和嗜热毁丝霉作为混菌发酵菌种,以粗蛋白含量和烟酸含量作为主要指标,粗纤维含量和乙偶姻含量作为次要指标,探究发酵时间、温度、初始pH、接种量、装料量及麸皮添加量对酒糟发酵的影响,进而优化酒糟发酵工艺,并对优化后发酵生产的酒糟饲料进行综合评价。

在发酵条件优化试验中,单因素试验能最直观的反映各因素对于发酵的影响[35],故本研究采用单因素试验和正交试验结合优化酒糟发酵条件。探究麸皮添加量对酒糟发酵影响试验中,粗蛋白和乙偶姻含量的变化可能是因为酒糟中添加适当麸皮有利于酒糟间氧气传输,使得产朊假丝酵母和枯草芽孢杆菌代谢旺盛,但是当麸皮添加量过大时,酒糟间氧气充足,上述微生物则利用酒糟营养物质进行大量繁殖,使得粗蛋白和乙偶姻产量下降;另外烟酸含量有下降趋势可能是由于酿酒酵母合成烟酸的底物来自于酒糟,而麸皮不能提供,麸皮添加量增加则意味着酒糟加入量的减少,故酒糟中烟酸合成量减少;而粗纤维含量发生变化则可能是因为降解纤维的霉菌微生物属于严格好氧微生物,适当增加麸皮可以增加锥形瓶内氧气浓度,从而提高霉菌生长繁殖速度进而有利于纤维物质的降解,但当麸皮添加量达到一定程度时,锥形瓶内氧气浓度对于霉菌而言不再是限制性因素。探究装料量对酒糟发酵影响试验中,引起粗蛋白和烟酸含量变化的原因可能是装料量过少(过多)时,锥形瓶中酒糟堆积程度偏低(高),使得酒糟温度低于(高于)产朊假丝酵母和酿酒酵母最适温度,进而导致两者生长代谢慢,同时装料量过大时会造成锥形瓶氧气含量低,也不适宜酵母目标产物的产生。另外乙偶姻含量逐渐提高的原因可能与粗蛋白、烟酸提高的原因相似,装料量逐渐增加使得酒糟温度接近并达到枯草芽孢杆菌最适温度,进而使得其乙偶姻产量得到提高。而粗纤维含量仅在装料量过大时出现上升趋势可能是由于装料量过大导致锥形瓶中氧气含量低,进而使得霉菌等产纤维素酶的严格好氧微生物生长代谢缓慢。

探究初始pH对酒糟发酵影响试验中,出现上述现象可能是因为pH过高不利于酵母生长代谢,使得粗蛋白和烟酸合成受到影响,同时过高的pH也可能会导致酒糟中烟酸被中和进而使其含量下降,而乙偶姻和粗纤维含量变化的主要原因很有可能是乙偶姻合成酶类和纤维素酶最适pH为4.67左右,pH过高或过低均会降低酶类活性,进而影响乙偶姻的合成和粗纤维的降解。探究发酵时间对酒糟发酵影响试验中,烟酸、乙偶姻和粗蛋白的含量出现先增长后下降趋势可能由于发酵后期酒糟营养不足,使得微生物仅依靠酒糟成分无法正常生长代谢,故微生物利用部分目标产物进行自身的生长代谢,导致烟酸、乙偶姻和粗蛋白的含量在发酵后期出现下降趋势;而粗纤维含量先下降后稳定的原因可能是产纤维素酶微生物可以在酒糟发酵前期将酒糟中非晶体结构粗纤维降解,而以晶体结构存在的粗纤维部分由于其结构致密,导致纤维素酶等无法作用或难作用于粗纤维,使得酒糟发酵后期粗纤维含量变化较小[12]。探究发酵温度对酒糟发酵影响试验中,出现上述现象的原因可能是酵母最适生长温度为30-32℃左右,温度过高或过低均不利于酵母生长代谢,进而影响粗蛋白和烟酸的合成;而乙偶姻主要由枯草芽孢杆菌产生,故乙偶姻在枯草芽孢杆菌最适温度(37℃)附近到达最高点,且当温度过高时,乙偶姻增长较慢或下降;而粗纤维含量变化不明显则可能是因为温度对霉菌等产纤维素酶微生物生长代谢影响较小。探究接种量对酒糟发酵影响试验中,接种量过大时粗蛋白、烟酸和乙偶姻含量下降的原因可能是接种量过大导致酒糟原料不足以提供发酵过程中各微生物正常生长代谢的营养,以致于发酵后期各微生物利用目标产物进行自身的生长代谢,进而使得目标产物含量降低。另外接种量从5%提高至10%时,酒糟粗蛋白含量呈现增长趋势,接种量从5%提高至15%时,烟酸含量也呈现增长趋势,而乙偶姻含量在这期间却一直呈现下降趋势,所以可以判断接种量过大时产朊假丝酵母、酿酒酵母和枯草芽孢杆菌等微生物间可能还存在一定的竞争关系。从单因素试验结果可以看出,作为饲料主要营养物质的粗蛋白受麸皮添加量和初始pH影响较大,而作为酒糟饲料主要功能物质的烟酸受初始pH、发酵时间、发酵温度和接种量影响较为明显。

另外从培养基条件的正交优化实验可以发现发酵培养基的初始pH对酒糟中粗蛋白、乙偶姻和烟酸均有较大影响,而对粗纤维含量基本无影响,其中初始pH与粗蛋白和乙偶姻含量呈负相关,与烟酸含量呈正相关。这一结果表明微生物中粗蛋白、乙偶姻和烟酸合成酶类受pH影响较大,部分适宜偏酸性环境,部分适宜弱酸性环境或碱性环境。另外麸皮添加量则对粗蛋白、粗纤维和烟酸有较大影响,高麸皮添加量对粗纤维含量降低和烟酸合成有积极影响,但是不利于粗蛋白合成。

在优化条件下,酒糟饲料中粗蛋白含量为35.21%,粗纤维含量为12.73%,烟酸含量为1.21 mg/g酒糟,乙偶姻含量为37.30 mg/g酒糟,与优化前酒糟饲料相比,粗蛋白含量提高了1.56%,粗纤维含量降低了33.11%,烟酸含量增长为原来的3.90倍,乙偶姻含量基本持平,此酒糟饲料粗蛋白水平高于目前文献已报道酒糟发酵粗蛋白水平,其粗纤维水平低于相关研究中粗纤维水平[34,36-38],且通过发酵产生了烟酸和乙偶姻等功能性成分,对酒糟饲料工业化生产具有一定的指导意义。

4 结论

本试验通过单因素试验和正交试验结合探究麸皮添加量、装料量、初始pH、发酵时间、发酵温度和接种量对酒糟发酵产物中粗蛋白、烟酸等功能性成分的影响,确定了酒糟饲料生产的最佳条件如下:基料中麸皮添加量为5%、装料量为80 g、初始pH为3.70、发酵时间为5 d、发酵温度为30℃、接种量为10%。经工艺优化后,酒糟饲料中粗蛋白含量为35.21%,粗纤维含量为12.73%,烟酸含量为1.21 mg/g酒糟,乙偶姻含量为37.30 mg/g酒糟,相较于优化前发酵酒糟,粗蛋白含量提高了1.56%,粗纤维含量降低了33.11%,烟酸含量增长率达到290.32%,乙偶姻含量则基本持平。

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