CN110771723A - 一种木薯渣生物饲料及其发酵方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于饲料加工技术领域，具体涉及一种木薯渣生物饲料及其发酵方法与应用。将发酵原料、复合酶以及微生物发酵剂装入带有呼吸阀的发酵袋或发酵容器中，密封，室温下发酵4～10天即生产得到木薯渣生物饲料。本发明的木薯渣生物饲料具有明显的酸甜气味，可提高适口性；可抑制霉菌生长，确保产品安全性；还可提高饲料的营养水平和消化水平，提高饲料利用率；提高生产性能，降低圈舍氨气浓度，改善舍内环境；同时还为木薯渣资源化利用提供良好的前提条件。

Description

一种木薯渣生物饲料及其发酵方法与应用

技术领域

本发明属于饲料加工技术领域，具体涉及一种木薯渣生物饲料及其发酵方法与应用。

背景技术

木薯是世界三大薯类之一，有“地下粮仓”和“淀粉之王”的誉称。木薯渣是利用木薯生产淀粉和酒精所产生的大宗农副产品，主要成分是纤维素，含有少量蛋白质。新鲜薯渣水分含量高，在储存过程中容易变黑、发酸变质，随着木薯渣产量的不断增加，有大量的木薯渣被随意堆置，不仅会对环境造成较大污染，而且还会破坏植被和土壤，污染大气，威胁人类健康，因此，木薯渣的处理和利用已成为一个亟需解决的问题。

而由于木薯渣的粗纤维含量高，适口性较差且不易消化，易造成畜禽的采食量低下，严重的甚至拒食，故不宜直接饲喂动物。近几年来，饲料生物发酵技术不断创新，成为行业发展技术新亮点，引起了业内广泛的关注。采用生物处理技术，改变木薯渣的物理化学性质使木薯渣成为一种有潜力的饲料资源，具有广阔的发展前景。但目前，一些木薯渣发酵产品，放置过久会出现变质、被霉菌污染等问题。此外，在实际生产条件下生产工艺复杂，例如发酵菌剂需要先增殖活化、发酵过程先好氧发酵再厌氧发酵等，也会限制木薯渣发酵饲料的大规模生产。应用微生物发酵木薯渣，菌株的选择及搭配非常关键，微生物品种繁多，但目前研究的微生物品种及搭配非常有限，用乳酸菌和酿酒酵母组合发酵木薯渣的研究基本未见报道。因此，寻求具有优秀的抑制有害菌及霉菌生长活性、良好的产酶性能的菌株，进而提高木薯渣适口性，降低粗纤维含量，提高饲料利用率，同时确保其安全性，并且生产工艺简单高效，成为木薯渣生物饲料开发亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种木薯渣生物饲料及其发酵工艺与应用。

本发明提供了一株屎肠球菌，该菌株从动物肠道和粪便样品中筛选分离纯化得到，在MRS培养基上的菌落形态为菌落淡白色，圆形，湿润，液滴状，凸起，表面光滑，有光泽，边缘整齐，直径1.0～1.5mm。菌体卵圆形球状，单个、成双或呈短链排列存在，革兰氏染色阳性菌株，无芽孢。所述的屎肠球菌具有良好的产酸、耐酸耐胆盐和抗菌性，还可以有效抑制畜禽常见病原菌的增殖及霉菌的生长。

该屎肠球菌菌株(Enterococcus faecium)，于2016年8月15日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，简称CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏编号为：CGMCC No.12851。

本发明还提供了一种用于发酵木薯渣生物饲料的微生物发酵剂。

所述的微生物发酵剂含有所述的屎肠球菌菌株。

在本发明一个优选的实施方案中，所述的微生物发酵剂由屎肠球菌(CGMCCNo.12851)和酿酒酵母(CGMCC No.6560)组合而成，有效活菌数为6×10⁹CFU/g以上。

其中，所述的屎肠球菌菌株和所述酿酒酵母的活菌数比为1∶1～1∶2。

本发明还提供了木薯渣生物饲料的制备方法，包括如下步骤：

1)将发酵原料、复合酶以及所述的微生物发酵剂加水后混合均匀；

2)装入带有呼吸阀的发酵袋或发酵容器中，密封，室温下发酵4～10天。

其中，所述复合酶优选为木瓜蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、木聚糖酶和纤维素酶，更优选的，木瓜蛋白酶：淀粉酶：果胶酶：木聚糖酶：纤维素酶＝1：1：1：1：1。

其中，所述发酵原料组成优选为木薯渣40％～60％、豆粕10％～25％、麸皮5％～20％、玉米皮10％～20％、糖蜜5％～10％。

其中，所述微生物发酵剂按发酵原料重量0.1％～0.2％的接种量，先加入水中搅拌均匀并充分混合后，再与发酵原料混合。

其中，调整水分质量百分含量为40％～45％。

本发明还提供由所述的木薯渣生物饲料的制备方法制备得到的木薯渣生物饲料。

优选的，本发明提供的由所述的木薯渣生物饲料的制备方法制备得到的木薯渣生物饲料为育肥猪饲料。

本发明还提供所述的木薯渣生物饲料的用途。

在本发明一个优选的实施方案中，将所述木薯渣生物饲料添加于生长育肥猪日粮中，可提高日增重，提高饲料转化效率，降低圈舍氨气浓度，优选地，所述木薯渣生物饲料在日粮中的添加量为2％～10％。

本发明的有益技术效果：(1)选用适用于发酵的乳酸菌和酵母菌，生产工艺简单高效，发酵过程密封即可，无需先活化，亦无需先好氧发酵再厌氧发酵。且发酵水分较低，更易于存放和应用于动物日粮中。(2)木薯渣生物饲料经过发酵，pH下降，总酸含量明显增加，有明显的酸甜气味，可改善饲料风味，提高适口性，抑制霉菌生长，延长产品保质期。(3)木薯渣生物饲料富含微生物酶，可将蛋白质、纤维素等难以降解的大分子物质转化为小分子的肽类、糖类等，并生成多种有机酸及其它多种促生长因子，利于动物消化吸收，提高饲料利用率。(4)抑制有害菌生长繁殖，降解病原菌产生的毒素，有效减少肠道疾病。(5)可提高日增重，提高饲料转化效率，同时降低圈舍氨气浓度。(6)具有解决环境污染问题的现实意义，减轻环保压力，为木薯资源化利用创造了良好的前提条件。

附图说明

图1所示为5株乳酸菌在不同pH条件下的耐酸性。

图2所示为5株乳酸菌对不同浓度胆盐的耐受结果。

图3所示为木薯渣生物饲料肽类物质的检测结果。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1一株乳酸菌的筛选

从动物肠道和粪便样品中分离乳酸菌，反复MRS平板划线分离纯化至单菌株。通过产酸、耐酸、耐胆盐和抗致病菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌)抑霉菌(曲霉菌、青霉菌、毛霉菌)活性的研究，发现有5株菌株均具有良好的产酸、耐酸、耐胆盐和抗菌性能，其中DBN001的产酸、耐酸耐胆盐和抗菌性最好，在pH为4.5、3.5、2.5以及胆盐浓度为0.1％、0.2％、0.3％条件下，均具有较高的存活率(见图1和图2)，还可以有效抑制畜禽常见病原菌的增殖(见表1)，并且抑制霉菌生长，进而确保产品安全性，延长保质期。通过琼脂平板培养观察菌落特征、显微镜观察单菌体形态以及16S rDNA测序分析，可确定DBN001为屎肠球菌(Enterococcus faecium)。该菌株保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，简称CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏编号为：CGMCC No.12851。

表1 5株乳酸菌对指示菌的抑菌圈效果

注：“—”无抑制作用；“+”牛津杯周围出现抑制作用，抑菌圈直径0～10mm；“++”抑菌圈直径大于10mm。

实施例2发酵菌株的筛选

2.1乳酸菌菌株的筛选

通过乳酸菌产酸性能试验从已获得屎肠球菌和7株实验室其他有效乳酸菌菌株及某些国内外产品分离菌株(国内是从宝来利来某产品分离得到的，命名BL-3，国外是从拉曼某产品分离得到的，命名为LM-2)中筛选出1株产酸高的乳酸菌，编号为屎肠球菌DBN001(表2)。

表2 10株乳酸菌的产酸性能对比

2.2酵母菌菌株的筛选

通过产淀粉酶试验、产纤维素酶试验和产蛋白酶试验从6株实验室已分离酵母菌及某些产品分离菌株(从山东圣琪某产品分离得到，命名SQ-1；从广州雅琪某产品分离得到，命名为YQ-2)中筛选出1株产酶性能强的酵母菌，编号为SC001(表3)，其保藏编号为：CGMCC No.6560。

表3 6株酵母菌的产酶性能对比

实施例3发酵条件的优化

3.1乳酸菌和酵母菌混合比例的优化

将筛选出的1株乳酸菌和1株酵母菌，制成菌剂后(活菌数均为6×10⁹CFU/g)，按照活菌数接种比例分别为2∶1、1∶1、1∶2混合，按接种量为0.1％接入预先混合好的发酵原料中(总活菌数为6×10⁶CFU/g)，加入0.02％～0.03％复合酶(W/W)，调整水分含量为40％～45％，室温条件下发酵4天后，检测pH、酸溶蛋白、粗纤维含量等指标。酸溶蛋白为较低分子量的蛋白水解物，单胃动物消化道内缺少日粮纤维降解酶，多数种类的日粮纤维不易被单胃动物消化利用。酸溶蛋白含量高，粗纤维含量低，即表明更容易被动物消化，利用率更好。根据结果最终确定乳酸菌和酵母菌的最优混合比例为1∶2。

表4不同菌种混合比例对pH和总酸的影响

3.2发酵接种量的优化

将筛选出的1株乳酸菌和1株酵母菌，制成菌剂后(活菌数均为6×10⁹CFU/g)，按照乳酸菌与酵母菌接种比例为1∶2混合，接入预先混合好的发酵原料中，接种量分别为0.05％、0.1％、0.2％(总活菌数为3×10⁶、6×10⁶、1.2×10⁷CFU/g)，加入0.02％～0.03％复合酶(W/W)，调整水分含量为40％～45％，室温条件下发酵4天后，检测pH、总酸含量等指标。根据结果和经济效益，最终确定接种量为0.1％。

表5不同接种量对pH和总酸的影响

接种量	pH	总酸(％)
			0.05％	4.60	2.75
0.1％	4.41	2.94
			0.2％	4.39	2.96

3.3发酵水分的优化

将筛选出的1株乳酸菌和1株酵母菌，制成菌剂后(活菌数均为6×10⁹CFU/g)，按照乳酸菌与酵母菌接种比例为1∶2混合，按接种量为0.1％接入预先混合好的发酵原料中(总活菌数为6×10⁶CFU/g)，加入0.02％～0.03％复合酶(W/W)，调整水分含量分别为30％～35％、35％～40％、40％～45％、45％～50％，室温条件下发酵4天后，检测pH、总酸含量等指标。根据结果，并综合运输和贮存因素，最终确定发酵水分为40％～45％。

表6不同发酵水分对pH和总酸的影响

实施例4木薯渣生物饲料的制备

将豆粕、麸皮、玉米皮粉碎后过10～20目筛，将木薯渣、豆粕、麸皮、玉米皮、糖蜜按照质量比50∶15∶10∶20∶5的比例混合，加入0.02％～0.03％复合酶(W/W)。复合微生物制剂按照占发酵原料重量0.1％的接种量(屎肠球菌活菌数2×10⁶CFU/g，酵母菌活菌数4×10⁶CFU/g)，先加入水中搅拌均匀并充分混合后，与发酵原料混合，调整水分质量百分含量为40％～45％，均匀混合。装入带有呼吸阀的发酵袋中，密封，室温下发酵4～10天即生产得到木薯渣生物饲料。

通过发酵品质测定表明，木薯渣生物饲料经过发酵，pH下降，总酸含量明显增加，有明显的酸甜气味，可改善饲料风味，提高适口性(表7)。应用SDS-PAGE蛋白电泳方法测定肽类物质，结果表明，发酵后，高分子量肽类物质转化为低分子量肽类物质，低分子量肽类物质含量增多(图3)，低肽类物质含量更高，更容易被动物吸收利用。将木薯渣生物饲料溶于水，进行粗提，测定其对致病菌的抑菌活性，结果表明木薯渣生物饲料可有效抑制有害菌生长繁殖(表8)。

表7木薯渣生物饲料发酵品质测定

表8木薯渣生物饲料的抑菌活性测定

实施例5在生长育肥猪上的应用

选取120头杜洛克×长白×大约克健康体重相近育肥猪，随机分成3组，每组4个重复，每个重复10头猪。A组为对照组，饲喂基础日粮；B组为基础日粮添加5％本发明木薯渣生物饲料；C组为基础日粮添加5％市场某木薯渣发酵产品。试验进行20天。

结果发现，与对照组相比，在育肥阶段使用木薯渣生物饲料，可提高日增重，提高饲料转化效率，且效果优于市场产品(表9)。

表9木薯渣生物饲料对育肥猪生产性能的影响

项目	A组	B组	C组
				初均重(kg)	105.6	106.1	105.5
末均重(kg)	126.0	127.9	126.0
				平均日增重(kg)	1.019	1.089	1.026
平均日采食量(kg)	3.22	3.26	3.17
				料肉比	3.16	2.99	3.09

畜舍内氨气一部分来源于粪中的含氮有机物被微生物分解为氨气。添加本发明的生物饲料，可以提高饲料的转化效率(利用率)，使排出的含氮有机物减少，从而降低氨气浓度(表10)。

表10木薯渣生物饲料对猪舍氨气浓度的影响

项目	A组	B组	C组
				氨气(mg/m<sup>3</sup>)	7.90	4.66	6.00
氨气相对值	100	59	76

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一株屎肠球菌菌株，其特征在于，保藏号为：CGMCC No.12851。

2.含有权利要求1所述的屎肠球菌菌株的微生物发酵剂。

3.如权利要求2所述的微生物发酵剂，其特征在于，还含有酿酒酵母，所述微生物发酵剂的有效活菌数为6×10⁹CFU/g以上。

4.如权利要求3所述的微生物发酵剂，其特征在于，所述的屎肠球菌菌株和所述酿酒酵母的活菌数比为1∶1～1∶2。

5.一株木薯渣生物饲料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将发酵原料、复合酶、权利要求2-4任一项所述的微生物发酵剂加水后混合均匀；

2)装入带有呼吸阀的发酵袋或发酵容器中，密封，室温下发酵4～10天，

优选的，所述复合酶为木瓜蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、木聚糖酶和纤维素酶，更优选的，木瓜蛋白酶：淀粉酶：果胶酶：木聚糖酶：纤维素酶＝1：1：1：1：1。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述发酵原料组成为木薯渣40％～60％、豆粕10％～25％、麸皮5％～20％、玉米皮10％～20％、糖蜜5％～10％。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述微生物发酵剂按发酵原料重量0.1％～0.2％的接种量，先加入水中搅拌均匀并充分混合后，再与发酵原料混合。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，调整水分质量百分含量为40％～45％。

9.根据权利要求5-8任一项所述的木薯渣生物饲料的制备方法制备得到的木薯渣生物饲料，优选为育肥猪饲料。

10.一种权利要求9所述的木薯渣生物饲料的用途，其特征在于，所述木薯渣生物饲料添加于生长育肥猪日粮中，可提高日增重，提高饲料转化效率，降低圈舍氨气浓度，优选地，所述木薯渣生物饲料在日粮中的添加量为2％～10％。

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