酵母培養(yǎng)物固體發(fā)酵工藝優(yōu)化研究

文│何家運（北京英惠爾生物技術有限公司）

酵母培養(yǎng)物近年在我國飼料行業(yè)中的應用方興未艾，它作為一種新型飼料單細胞原料添加劑，被越來越多的養(yǎng)殖客戶接受。北京英惠爾早在2008年就開始研究生產(chǎn)酵母培養(yǎng)物，其良好的產(chǎn)品性能已被大量的養(yǎng)殖客戶認可。但生產(chǎn)工藝的研究改良永無止境，如何穩(wěn)定、高效地生產(chǎn)酵母培養(yǎng)物產(chǎn)品，降低生產(chǎn)能耗，始終是工業(yè)生產(chǎn)不懈探索的課題。酵母培養(yǎng)物固體發(fā)酵工藝的優(yōu)化，是北京英惠爾產(chǎn)品在生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)節(jié)能改良方面的第一個研究課題。

一、酵母培養(yǎng)物生產(chǎn)工藝簡述

英惠爾專利酵母菌株加入到經(jīng)過加熱滅菌的酵母培養(yǎng)物（主要為酵母膏、糖蜜等），經(jīng)過搖瓶擴大培養(yǎng)得到酵母生產(chǎn)種液，再經(jīng)300升、5噸發(fā)酵罐進行進一步的種液擴大培養(yǎng)，最后進入30噸的發(fā)酵罐進行生產(chǎn)規(guī)模的培養(yǎng)，得到用于下一步生產(chǎn)的發(fā)酵液。將發(fā)酵液用小麥麩等混合載體混合吸附，潮濕的吸附物在常溫常壓下固體發(fā)酵3天左右，再將其經(jīng)過鏈板干燥機干燥，然后經(jīng)粉碎、過篩、稱量包裝即得產(chǎn)品。

二、酵母培養(yǎng)物固體發(fā)酵工藝存在的主要問題

從酵母培養(yǎng)物生產(chǎn)工藝流程可以看出，酵母培養(yǎng)物固體發(fā)酵時間太長，這是它很大的一個生產(chǎn)缺點，而且因此派生的生產(chǎn)缺點很多，主要有以下三點：

第一，由于固體發(fā)酵，且在一個個發(fā)酵箱中進行，使得固體發(fā)酵設備投入很大，占用廠房的面積也很大。一個年產(chǎn)1萬噸酵母培養(yǎng)物的裝置，僅固體發(fā)酵工藝占地面積就達600平方米。如果此工序生產(chǎn)裝置再按自動化建設估算，建設資金投入就差不多1000萬元。

第二，由于工序操作的物料是潮濕固體，在生產(chǎn)裝置未實現(xiàn)自動化時，流水作業(yè)就十分不便，它不能像液體那樣，很方便地用管道長距離輸送，且便于自動控制。原料因工藝要求人工搬運，工人勞動強度很大。即使自動化，如果過多的發(fā)酵箱運來運去，對操作安全都十分不利。

第三，潮濕固體在車間堆得越多，火災危險性就越大，對防火等安全的軟硬件管理要求就越高。

表1 各試驗產(chǎn)品重點工藝的主要相關操作參數(shù)

三、酵母培養(yǎng)物固體發(fā)酵工藝的優(yōu)化試驗方案

針對酵母培養(yǎng)物固體發(fā)酵工藝存在的問題，查閱國內(nèi)外發(fā)酵同行業(yè)的生產(chǎn)工藝資料，制定出的固體發(fā)酵工藝優(yōu)化試驗方案如下：

1.優(yōu)化試驗內(nèi)容。對酵母培養(yǎng)物固體發(fā)酵工藝主要進行以下兩方面的優(yōu)化試驗：用液體發(fā)酵工藝替代固體發(fā)酵工藝，即取消固體發(fā)酵，將發(fā)酵液在發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵結束后，直接在固體發(fā)酵條件下發(fā)酵；適當改變條件，壓縮固體發(fā)酵時間，節(jié)約廠房等資源。

2.優(yōu)化試驗原則。工藝小調(diào)，確保產(chǎn)品質(zhì)量不受影響。大量的文獻及大量的養(yǎng)殖試驗中發(fā)現(xiàn)，酵母對動物生長性能的影響是綜合的，酵母產(chǎn)品質(zhì)量的保證是通過對全流程工藝所有操作參數(shù)的嚴格控制和檢測來共同保證的。單純的檢測不一定能反映產(chǎn)品質(zhì)量。正是由于酵母產(chǎn)品的特殊性，故對其生產(chǎn)工藝流程的優(yōu)化是不能冒進的，絕不能進行過多調(diào)整。

3.優(yōu)化試驗操作。按以下方案制備3批試驗產(chǎn)品，分別標記為百惠邦1號、百惠邦2號和百惠邦3號，在不影響原產(chǎn)品性能的情況下，對其進行人工檢測評價，并進行喂養(yǎng)試驗，以此確定生產(chǎn)工藝方案優(yōu)化是否成功。

（1）百惠邦1～3號試驗產(chǎn)品制備。百惠邦1號擬為不調(diào)工藝，在同一試驗生產(chǎn)時間的試驗產(chǎn)品，它是對照品；百惠邦2號為取消固體發(fā)酵，只進行液體發(fā)酵的試驗產(chǎn)品；百惠邦3號為縮短固體發(fā)酵時間的試驗產(chǎn)品（表1）。

取代固體發(fā)酵的液體發(fā)酵，直接在發(fā)酵罐內(nèi)進行，即30噸發(fā)酵罐發(fā)酵結束后，停止通入罐內(nèi)所有物料，包括發(fā)酵凈化空氣，關閉罐出口閥，使罐基本上和外界隔離。除了為了使罐保持常溫常壓短暫進行的以下操作外：根據(jù)罐壓的升高情況，偶爾進行放空；根據(jù)罐溫情況，適當開一下冷卻水。使罐嚴格在常溫常壓下，在剩余培養(yǎng)基下發(fā)酵到規(guī)定的實驗時間。

固體發(fā)酵在發(fā)酵箱進行，即：將有定量剩余培養(yǎng)基的發(fā)酵液用小麥麩等混合載體混合吸附，混合后的含水量約40%，然后將其放入特制的304發(fā)酵箱中，發(fā)酵箱密閉，設放空口、冷風系統(tǒng)。發(fā)酵箱發(fā)酵時間嚴格控制。

（2）試驗產(chǎn)品的評判。試驗產(chǎn)品評價十分嚴肅。由于酵母培養(yǎng)物成分復雜，有限的檢測不能評判產(chǎn)品的所有最佳性能。故對試驗產(chǎn)品的評價是全方位的，不但要進行產(chǎn)品的定性觀察，還要進行定量檢測，更要通過喂養(yǎng)試驗來評判。北京英惠爾具體采取了以下方案來評判。

定性觀察。在對產(chǎn)品顏色、流散性、氣味等表觀指標方面，安排了5位有經(jīng)驗的專家（2位來自銷售、3位來自技術服務），對產(chǎn)品仔細觀察評判打分。他們觀察的試驗產(chǎn)品樣品有6個，每種試驗產(chǎn)品各有2個，且編號被打亂，即他們不知道各試驗產(chǎn)品編號對應的生產(chǎn)流程。他們評價的標準是，統(tǒng)一把公司在市場上銷售的酵母培養(yǎng)物產(chǎn)品定義為100分。每種樣品最終得分，為5位專家打分的平均值。

定量分析。按企業(yè)標準，對每種試驗產(chǎn)品的檢測指標進行檢測，它們?yōu)榇值鞍踪|(zhì)、甘露聚糖、水分、粗灰分。

表2 三種產(chǎn)品的檢測指標百分比（%）

喂養(yǎng)試驗。選擇120頭25日齡斷奶仔豬，按體重和性別相近的原則隨機分成3組，每組4個重復，每個重復10頭。進行3組簡單的對比喂養(yǎng)實驗，試驗1組基礎日糧+0.5%百惠邦1號，試驗2組基礎日糧+0.5%百惠邦2號，試驗3組基礎日糧+0.5%百惠邦3號。上述日糧均含有氧化鋅和酸化劑。

四、試驗產(chǎn)品評判結果

1.定性觀察方面。百惠邦1號產(chǎn)品的綜合得分為100，百惠邦2號產(chǎn)品的綜合得分為98.5，百惠邦3號產(chǎn)品的綜合得分為100。三種產(chǎn)品在顏色、流散性、粒度等方面，5位專家都沒有看出差別。但在氣味及味道方面，百惠邦2號產(chǎn)品略有不同。

2.定量分析方面。三種產(chǎn)品均達到了企業(yè)標準，具體結果見表2。

3.喂養(yǎng)試驗結果概述。喂養(yǎng)結果表明，酵母培養(yǎng)物百惠邦1號、2號、3號均不影響仔豬的生長性能，其增重效果無顯著偏差，百惠邦2號腹瀉率略高。

五、結論

本項試驗明顯看出，酵母培養(yǎng)物液體發(fā)酵后的固體發(fā)酵工藝不能用液體發(fā)酵簡單替代，但可以進行發(fā)酵條件調(diào)整，來縮短固體發(fā)酵時間，溫度適當調(diào)整到28℃，固體發(fā)酵時間縮短到48小時，不影響產(chǎn)品品質(zhì)。液體發(fā)酵不能取代固體發(fā)酵，這似乎可以從大量的文獻檢索中查出一些根據(jù)：酵母培養(yǎng)物是一種含有酵母菌蛋白、大量細胞代謝產(chǎn)物和發(fā)酵培養(yǎng)基的混合物，固體發(fā)酵一定是酵母細胞生長代謝的又一環(huán)境，一定會產(chǎn)生液體發(fā)酵不可能有的一些細胞代謝產(chǎn)物及未知活性因子，固體發(fā)酵工藝當然不能被簡單取消或替代。從我們后續(xù)謹慎推廣到市場上的多批產(chǎn)品來看，固體發(fā)酵時間縮短到48小時，的確未對產(chǎn)品質(zhì)量有負面影響，這說明，固體發(fā)酵時間縮短的這一固體發(fā)酵優(yōu)化操作是成功的。