混合菌發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的研究進(jìn)展

宋立立，劉 苗

（滄州師范學(xué)院，河北滄州061000）

混合菌發(fā)酵是一種新的發(fā)酵技術(shù)，其使用兩個(gè)或更多的不同菌株混合來(lái)達(dá)到一定的發(fā)酵過(guò)程，其最突出的優(yōu)點(diǎn)就是可提高發(fā)酵效率而且可以形成新的產(chǎn)品。目前，養(yǎng)殖業(yè)正在迅速發(fā)展，我國(guó)飼料行業(yè)明顯不能滿足畜牧業(yè)發(fā)展的需求，同時(shí)，我國(guó)也是一個(gè)極其缺乏蛋白飼料的大國(guó)，蛋白質(zhì)飼料的短缺使得每年都需要大量的進(jìn)口魚(yú)粉來(lái)彌補(bǔ)（李海紅等，2003）。生產(chǎn)蛋白飼料的關(guān)鍵在于菌株的選擇，菌株的優(yōu)良直接關(guān)系著蛋白飼料的生產(chǎn)。目前主要的發(fā)酵菌株有酵母菌、霉菌、芽孢桿菌等?；旌暇l(fā)酵通過(guò)不同菌株之間的相互作用，彌補(bǔ)彼此的不足，不僅促進(jìn)各自的生長(zhǎng)，還提高了發(fā)酵效率。大量試驗(yàn)表明，混合菌發(fā)酵優(yōu)于單一菌株發(fā)酵。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的改善，每年產(chǎn)生的秸稈、污水、廢渣（蘋果渣、蔗渣、豆渣等）、餐廚垃圾、油茶籽粕、白酒酒糟等數(shù)量不斷上升，但大部分都被視為廢棄物，不僅浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境。目前，許多研究人員以此為原料，利用不同菌株混合發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，都獲得了顯著的成果。

利用混合菌發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料具有周期短、可再生、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、效率高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也越來(lái)越重視這一問(wèn)題，其具有非常廣闊的前景和市場(chǎng)價(jià)值 （張?zhí)旆玻?010；吳寶霞等，2006）。因此，發(fā)展新型蛋白飼料，提升經(jīng)濟(jì)效益，成為勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。

1 蛋白飼料概述

“蛋白飼料”指的是原料中的天然含水量小于干物質(zhì)的含水量，而干物質(zhì)中的粗纖維含量較少，蛋白質(zhì)含量高于20%的一種飼料。蛋白飼料的生產(chǎn)基本是用不同種類的細(xì)菌、 真菌等發(fā)酵各種各樣的底物，如廢水、廢渣、農(nóng)業(yè)和工人加工廢料等（殷臘生等，2010；魏瑤，2003）。飼料中的粗蛋白質(zhì)并不是單純地指簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)，還含有其他復(fù)雜的成分如多肽、氨基酸等。蛋白飼料的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是粗纖維含量必須小于18%，這就表明蛋白飼料中可利用的能量相當(dāng)高，目前主要深入研究的是菌體蛋白飼料。

菌體蛋白飼料的優(yōu)點(diǎn)是：（1） 蛋白質(zhì)含量高且品質(zhì)好，并且富含多種動(dòng)物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，必需氨基酸種類非常多，而且還含有各種維生素和必需的微量元素，蛋白飼料的營(yíng)養(yǎng)成分全面且高效，優(yōu)于其他普通飼料，能很好地調(diào)節(jié)動(dòng)物體內(nèi)代謝活動(dòng)（徐抗震等，2003）。（2）蛋白飼料的生產(chǎn)周期較其他飼料時(shí)間短，因?yàn)榘l(fā)酵的菌株繁殖速度特別快，所以蛋白飼料的研究正處于熱門課題（張繼等，2006）。（3）蛋白飼料中幾乎不含有粗纖維，而灰分含量和鈣磷含量豐富，比例良好，有助于動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，因富含油脂和蛋白質(zhì)，所以其能值高于普通飼料。（4）蛋白飼料含有一種特殊的生長(zhǎng)因子，使動(dòng)物的采食量大大增加，這是其他普通飼料所不能代替的特殊功能。（5）蛋白飼料的適口性較好，使飼養(yǎng)動(dòng)物日增重顯著增加，提高動(dòng)物的免疫力，從而能夠有效防病治病，使飼養(yǎng)動(dòng)物快速增長(zhǎng)。（6）蛋白飼料的生產(chǎn)條件容易控制，季節(jié)、氣候、自然災(zāi)害等都不會(huì)影響蛋白飼料的生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高且勞動(dòng)率要求較低，大大減少飼料的成本，增加養(yǎng)殖業(yè)的利潤(rùn)（劉建靜等，2008）。

2 發(fā)酵蛋白飼料原料的種類

2.1 秸稈 每年我國(guó)生產(chǎn)的秸稈類農(nóng)作物總量大約為6.04 億噸，其中玉米秸桿占三分之一，小麥稈、稻草及其他農(nóng)作物各占六分之一，除去秸稈直接還田和焚燒的部分，剩余秸稈量為5.134 億噸（魏志文等，2009）。秸稈中難以消化的粗纖維含量較高，而粗蛋白質(zhì)含量相對(duì)較低，并且還含有木質(zhì)素、 半纖維素、 各種微量元素等豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將其制作成蛋白飼料可提高其利用率，實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值，是一種可再生、可作為飼料原料、有多用途的資源，因此具有廣闊的市場(chǎng)前景。徐堅(jiān)平等（1995）以秸稈為原料，利用木霉和飼料酵母混合發(fā)酵，產(chǎn)物中蛋白質(zhì)達(dá)到30%，纖維素達(dá)到51%，從而提高了秸稈的重復(fù)利用率（房興堂等，2007）。選用產(chǎn)高纖維素酶的菌株與飼料酵母混合發(fā)酵秸稈，發(fā)酵后秸稈中蛋白質(zhì)含量顯著提高 （李日強(qiáng)等，2006）。

2.2 白酒酒糟 近年來(lái)，我國(guó)生產(chǎn)白酒數(shù)量巨大，與其他國(guó)家相比名列前茅，同時(shí)也生產(chǎn)相當(dāng)多的白酒糟。白酒酒糟是一種不可多得的飼料原料，蛋白質(zhì)含量相當(dāng)豐富，是其他農(nóng)作物的幾倍，粗纖維含量較少，并且還含有一般農(nóng)作物所缺乏的多種微量元素、維生素、必需氨基酸等，因此酒糟作為蛋白飼料原料具有很好的適口性和易消化的特性，酒糟的另一個(gè)特性就是能有效預(yù)防牛發(fā)生瘤胃鼓氣，使牛生長(zhǎng)迅速，從而使經(jīng)濟(jì)效益大增（王曉力等，2013）。但因其含水量高 、易霉變 、不易貯存，使得利用率較低，浪費(fèi)了資源。因此，將白酒酒糟作為蛋白飼料原料是一個(gè)很好的選擇 （李建等，2013）。胡靖（2012）等以白酒糟為發(fā)酵原料，選用黑曲霉、康氏木霉、白地霉混合發(fā)酵，結(jié)果表明，發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白質(zhì)為29.8%，明顯提高了白酒酒糟的利用率。焦肖飛（2012）選用枯草芽孢桿菌、產(chǎn)朊假絲酵母和白地霉為混合菌株發(fā)酵酒糟，在最適發(fā)酵條件和最佳比例下，粗蛋白質(zhì)含量為30.09%，轉(zhuǎn)化率最高。

2.3 油茶籽粕 我國(guó)居世界產(chǎn)茶之首，并且我國(guó)作為特有油茶樹(shù)種的國(guó)家，種植油茶面積為400萬(wàn)平方千米，與此同時(shí)產(chǎn)生的油茶籽的含量為120 萬(wàn)噸，而油茶籽粕的含量是油茶籽的3 倍（鐘海雁等，2010；黎先勝，2005）。以油茶籽粕為原料生產(chǎn)飼料，不僅可以彌補(bǔ)飼料資源的不足，而且可以提高油茶籽粕的利用率，改善市場(chǎng)飼料的短缺現(xiàn)狀。周浩宇（2010）等以油茶籽粕為原料，選用枯草芽孢桿菌、黑曲霉、產(chǎn)朊假絲酵母為混合菌株發(fā)酵油炸籽粕，結(jié)果表明，粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到66.98%。馬力等（2011）選用產(chǎn)蛋白飼料的菌株發(fā)酵油茶枯餅，結(jié)果粗蛋白質(zhì)的含量提高了56.56%，并且混合菌發(fā)酵后的茶皂素、粗纖維都得到了降解。

2.4 紅薯渣 紅薯經(jīng)加工提取紅薯粉及淀粉后形成紅薯渣，紅薯渣中淀粉和纖維素含量豐富，并且含有少量的蛋白質(zhì)，是良好的飼料原料。研究表明，以紅薯渣為原料，選用產(chǎn)朊假絲酵母、乳酸菌、枯草芽孢桿菌經(jīng)兩次發(fā)酵，粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到15.11%（曹建蘭等，2014；張紅蓮等2004）。選用黑曲霉、綠色木霉和酵母為組合菌株發(fā)酵木薯渣，粗蛋白質(zhì)含量高達(dá)14.5%（李建等，2013）。楊全福等（2006）以馬鈴薯渣為原料，通過(guò)不同組合菌株混合發(fā)酵，結(jié)果表明，米曲霉和黑曲霉混合發(fā)酵能力最強(qiáng)，粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到29.0%，提高了8.6 倍。

2.5 蘋果渣 我國(guó)每年生產(chǎn)蘋果的數(shù)量居世界之首，是世界上最大的蘋果產(chǎn)地。許多地區(qū)開(kāi)始采取蘋果榨汁技術(shù)，因此產(chǎn)生的蘋果渣數(shù)量巨大。因蘋果渣中維生素、還原糖、纖維素等含量豐富，許多研究人員進(jìn)行了發(fā)酵蘋果渣生產(chǎn)蛋白飼料的研究。徐抗震等（2003）選用果酒酵母和康寧木霉混合發(fā)酵蘋果渣，結(jié)果測(cè)得粗蛋白質(zhì)含量提高了61.98%。鄧紅（2002）等選用酵母菌、黑曲霉和綠色木霉為混合菌株發(fā)酵蘋果渣，發(fā)酵結(jié)束后測(cè)得粗蛋白含量達(dá)到13.0%，提高了40%。

3 發(fā)酵蛋白飼料菌株的種類

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，混合菌發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料極大減少了飼料的成本，提高了養(yǎng)殖業(yè)的利潤(rùn)，具有廣闊的市場(chǎng)價(jià)值。目前進(jìn)行混合菌發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的幾種代表性菌株主要有：曲霉屬真菌中的黑曲霉；單細(xì)胞真菌中的酵母菌；芽孢桿菌屬中的枯草芽孢桿菌等（熊智輝，2006）。

3.1 酵母菌 酵母菌體中的蛋白質(zhì)含量較高，并且還含有維生素、脂肪等各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。飼料酵母因其含有較高的粗蛋白質(zhì)、 必需氨基酸及各種微量元素，同時(shí)含有動(dòng)物消化所需的各種酶類，并且積累較多的菌體蛋白，所以有助于飼養(yǎng)動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。鄧桂蘭（2008）等以玉米秸稈為原料，首先用酵母菌發(fā)酵作對(duì)比，發(fā)酵結(jié)束后，通過(guò)測(cè)還原糖的含量從而測(cè)蛋白質(zhì)的含量，結(jié)果表明，蛋白質(zhì)含量達(dá)到最高為23.79%。劉穩(wěn)結(jié)（2010）等選用釀酒酵母發(fā)酵紅薯渣，測(cè)得原料中粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到12.43%。

3.2 黑曲霉 黑曲霉是曲霉屬真菌中的一個(gè)常見(jiàn)種，發(fā)酵能力較強(qiáng)，是一種非常重要的發(fā)酵菌株，可產(chǎn)生淀粉酶、纖維素酶、果膠酶、半纖維素酶等，因此黑曲霉具有較強(qiáng)的分解纖維素的能力，并且可分解半纖維素和果膠物質(zhì)、 淀粉等。張紅蓮（2004）等以玉米秸稈為原料，首先選用黑曲霉對(duì)玉米秸稈進(jìn)行處理，發(fā)酵結(jié)束后原料中蛋白質(zhì)含量達(dá)到 9.66%，提高了 64.29%。鄧桂蘭（2008）等以油茶籽粕為原料，選用黑曲霉和酵母為發(fā)酵菌株，發(fā)酵結(jié)束后原料中粗蛋白質(zhì)含量顯著提高，不僅避免環(huán)境污染，還大大提高了油茶籽粕的利用率。楊全福（2006）等選用黑曲霉發(fā)酵紅薯渣，發(fā)酵結(jié)束后，粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到13.67%。

3.3 芽孢桿菌 芽孢桿菌是一種公認(rèn)的安全無(wú)毒的有益菌，能夠有效地降解飼料中的大分子物質(zhì)，促進(jìn)動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。芽孢桿菌能夠產(chǎn)生較多的B 族維生素、 蛋白酶以及各種代謝物，可以分解動(dòng)物難以消化的大分子物質(zhì)，在促進(jìn)動(dòng)物消化吸收、加強(qiáng)代謝活動(dòng)、防病治病、提高飼料轉(zhuǎn)化率等方面發(fā)揮著重要作用。陸文清（2008）等以餐廚垃圾為原料，首先選用單一菌株發(fā)酵做對(duì)比，經(jīng)枯草芽孢桿菌發(fā)酵后的餐廚垃圾中粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到18%。張長(zhǎng)霞（2003）等以蘋果渣為原料，首先選用單一菌株發(fā)酵，結(jié)果表明，枯草芽孢桿菌的發(fā)酵能力僅次于黑曲霉，強(qiáng)于釀酒酵母，實(shí)現(xiàn)了蘋果渣的重復(fù)利用。

4 混合菌株發(fā)酵蛋白飼料

4.1 混合菌株發(fā)酵的特點(diǎn) 不同菌株混合發(fā)酵能夠產(chǎn)生許多生物催化酶，在發(fā)酵過(guò)程中不同菌株通過(guò)彼此的協(xié)同作用能將動(dòng)物難以消化吸收的粗纖維等大分子物質(zhì)分解成易消化吸收的小分子物質(zhì)，同時(shí)還能產(chǎn)生大量的菌體蛋白，因此國(guó)內(nèi)外都在加強(qiáng)此方面的研究。

利用混合菌發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，酵母菌、黑曲霉菌、 芽孢桿菌是首選菌株，起著非常重要的作用，因?yàn)榻湍妇鷮⑴囵B(yǎng)物中的無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，黑曲霉菌可以產(chǎn)生纖維素酶，芽孢桿菌能將大分子物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)，不同菌株之間相互作用、互利互補(bǔ)，共同發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料。張秋華（2010）等以葵花盤粉為原料，選用單一菌株發(fā)酵與混合菌發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料作對(duì)比，經(jīng)黑曲霉發(fā)酵后的原料中粗蛋白質(zhì)含量為10.47%，米曲霉發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)含量為10.18%，產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)含量為9.78%，枯草芽孢桿菌發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)含量為10.78%，將這四種菌株按最佳的比例混合發(fā)酵后，原料中的粗蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)到15.33%。陳淑偉（2011）等以油茶籽濕渣為原料，選用米曲霉發(fā)酵后，產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量為29.17%，青霉發(fā)酵后產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量為25.45%，毛霉發(fā)酵后產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量為23.61%，黑曲霉發(fā)酵后產(chǎn)物中粗蛋白含量為27.51%，熱帶假絲酵母發(fā)酵后產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量為20.95%，然后經(jīng)過(guò)篩選及優(yōu)化，結(jié)果得出將米曲霉、青霉、熱帶假絲酵母組合后，以最佳比例和最適發(fā)酵條件發(fā)酵后產(chǎn)物的粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到35.88%，混合菌發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料中蛋白質(zhì)的含量均比單一菌株發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料高。

4.2 混合菌發(fā)酵工藝條件的研究 不同菌種對(duì)每種飼料原料的發(fā)酵效果不同，每種菌株都有適合各自生長(zhǎng)發(fā)酵的條件，多菌種混合的發(fā)酵條件亦然不同，在不同條件下，同一菌株對(duì)飼料原料的發(fā)酵作用不同，多菌種混合要求的發(fā)酵工藝條件更加復(fù)雜。現(xiàn)今研究發(fā)現(xiàn)，影響混合菌發(fā)酵的工藝條件主要有培養(yǎng)基、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、菌種比例、接種量等。研究混合菌發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，必須將以上這些發(fā)酵條件控制在最適范圍內(nèi)，才能獲取最佳的發(fā)酵效果，達(dá)到理想的要求。

廖雪義（2009）等用黑曲霉、木霉、酵母混合發(fā)酵秸稈，旨在提高秸稈中可消化的粗蛋白質(zhì)含量，首先通過(guò)正交試驗(yàn)確定混合菌發(fā)酵的最佳培養(yǎng)基及培養(yǎng)基中最適的成分，然后通過(guò)單因素試驗(yàn)確定發(fā)酵條件，結(jié)果表明，在發(fā)酵溫度為31 ℃，發(fā)酵時(shí)間為 6 d，黑曲霉:木霉:酵母=1:2:1，接種量為12%的條件下，粗蛋白質(zhì)含量最高。陸文清等（2008）以餐廚垃圾為原料，利用物理、化學(xué)方法將其進(jìn)行預(yù)處理。首先進(jìn)行單一菌株發(fā)酵作對(duì)比，然后將黑曲霉、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌混合發(fā)酵，結(jié)果表明，在接種量為10%，含水量為60%，發(fā)酵時(shí)間為48 h，溫度為30 ℃的條件下，原料中粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到25.07%。代青等（2009）以秸稈為原料選用黑曲霉、木霉和酵母混合發(fā)酵秸稈，通過(guò)正交試驗(yàn)確定最佳培養(yǎng)基的成分為玉米秸稈: 麩皮為80:20、2.0%硫酸銨、0.3%磷酸二氫鉀和0.2%尿素，在最適發(fā)酵條件接種量12%，溫度31 ℃，發(fā)酵時(shí)間為6 d 時(shí)進(jìn)行發(fā)酵，粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到24.61%。張長(zhǎng)霞等（2003）選用酵母菌、黑曲霉和綠色木霉混合發(fā)酵蘋果渣，確定了混合菌發(fā)酵的最佳培養(yǎng)基原料為:麩皮10%、硝酸銨1.0%、尿素0.5%，在最適的發(fā)酵條件下，含水量為60%，接種量為10%，溫度為35 ℃，接種比例為1:3，發(fā)酵時(shí)間為84 h，發(fā)酵結(jié)束后真蛋白質(zhì)含量為13.0%，提高了40%。劉傳都（2009）選用黑曲霉、綠色木霉、酵母混合發(fā)酵木薯渣，在最適的發(fā)酵條件下，液體菌種添加量為2%，發(fā)酵溫度35 ℃，發(fā)酵時(shí)間3 d，氮源添加量為15%，黑曲霉:綠色木霉:酵母=2:2:3，蛋白質(zhì)含量達(dá)到18.4%。

4.3 混合菌株發(fā)酵飼料的應(yīng)用 混合菌發(fā)酵可以開(kāi)發(fā)新型飼料原料，提高原料的利用率，增加粗蛋白質(zhì)的含量，從而增加飼養(yǎng)動(dòng)物的日增重，促進(jìn)動(dòng)物的快速生長(zhǎng)。馮杰等（2007）選用發(fā)酵棉籽蛋白飼料喂養(yǎng)仔豬，分為對(duì)照組與試驗(yàn)組，結(jié)果表明，喂養(yǎng)發(fā)酵棉籽蛋白飼料的仔豬日采食量較對(duì)照組增加1016.51 g，平均日增重為535.54 g。蘇錫云等（2008）研究表明，飼喂葵花盤粉發(fā)酵蛋白飼料組較對(duì)照組泌乳牛的產(chǎn)奶量提高5.1%。樊平等（2003）對(duì)仔豬飼喂發(fā)酵木薯渣飼料進(jìn)行了研究，通過(guò)卡方檢驗(yàn)分析，木薯渣發(fā)酵后生產(chǎn)的蛋白飼料飼喂仔豬后，仔豬日增重、飼料轉(zhuǎn)化率明顯增加。樊平等（2003）證明，仔豬喂養(yǎng)混合菌發(fā)酵蛋白飼料后，采食量及日增重提高5.56%，發(fā)病率明顯下降。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

利用混合菌發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，主要是將工業(yè)、農(nóng)業(yè)的廢渣、污水等重新利用，不僅避免其污染環(huán)境，還提高了利用率，為生產(chǎn)飼料提供了新資源。混合菌發(fā)酵不僅降解了原料中牲畜類難以消化的物質(zhì)，而且將其轉(zhuǎn)化為可吸收利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，大大提高了飼料中蛋白質(zhì)含量，具有提高動(dòng)物免疫力、促進(jìn)生長(zhǎng)、防病治病、降低飼料成本等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)蛋白飼料原料資源廣泛，不受任何外界因素如季節(jié)、 自然災(zāi)害的影響，要求的生產(chǎn)周期短、勞動(dòng)力低、操作簡(jiǎn)單且菌種繁殖速度非?？?，發(fā)酵效率高，具有非常廣闊的發(fā)展前景。

獲得高效的生產(chǎn)蛋白飼料的菌種及飼料原料仍是今后需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題，大多數(shù)研究都是利用雙菌種或三菌種混合發(fā)酵，少數(shù)選用單一菌種發(fā)酵和酶菌種發(fā)酵，發(fā)酵原料的來(lái)源可以更廣泛研究和開(kāi)發(fā)：（1）篩選高效優(yōu)質(zhì)的菌株；（2）開(kāi)發(fā)新型的可以作為蛋白飼料原料的資源；（3）探究混合菌發(fā)酵的最佳條件和最適培養(yǎng)基；（4）嘗試將不同原料混合利用菌株發(fā)酵的研究提高其蛋白質(zhì)的含量；（5）加強(qiáng)對(duì)不同菌株代謝活動(dòng)及協(xié)同作用的研究，更有效地發(fā)揮各自的作用。