富硒甘薯皮生物料發(fā)酵工藝的研究

林海斌

（福建華冠生物科技有限公司，福建連城 366200）

富硒功能農(nóng)業(yè)在中國(guó)發(fā)展迅速，成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的另一個(gè)方向，其特點(diǎn)是低成本、高效益［1，2］。研究表明，與不添加硒相比，添加不同硒源均可顯著增加動(dòng)物肌肉中的硒含量，提高動(dòng)物體內(nèi)的其他微量元素含量，增強(qiáng)動(dòng)物的免疫力，綜合提高畜禽的產(chǎn)量和質(zhì)量［3-7］。通過研發(fā)富硒飼料，開發(fā)富硒肉、蛋、奶等動(dòng)物產(chǎn)品解決人體硒攝入量的不足問題，已成為發(fā)展富硒養(yǎng)殖業(yè)的重要途徑［8］。隨著生物技術(shù)的發(fā)展及其與飼料加工產(chǎn)業(yè)的不斷融合，富硒生物飼料的研究開發(fā)已成為飼料加工的熱點(diǎn)［9，10］。

關(guān)于富硒飼料的生產(chǎn)主要有植物轉(zhuǎn)化法、富硒添加劑法和微生物發(fā)酵法。植物轉(zhuǎn)化法通過葉面添加植物外源硒元素或在富硒土壤種植農(nóng)產(chǎn)品，從而提高植物中的硒含量，最終使生產(chǎn)飼料中的硒含量達(dá)到富硒飼料的要求［11，12］。富硒添加劑法是利用含硒元素的礦物質(zhì)作為添加劑生產(chǎn)富硒添加劑，以解決常規(guī)飼料中硒含量不足的問題。微生物發(fā)酵法是利用富硒微生物，通過熟化、青貯或脫水等發(fā)酵技術(shù)手段提高飼料中的硒含量，從而生產(chǎn)出達(dá)標(biāo)的富硒飼料。

甘薯［Dioscorea esculenta（Lour.）Burkill］生長(zhǎng)在多種氣候條件下，富含纖維、維生素和礦物質(zhì)［13］，是世界上第七大重要的糧食作物和第五大必需作物［14］。福建省龍巖市連城縣是全國(guó)最大的甘薯系列食品生產(chǎn)基地，其甘薯食品市場(chǎng)份額占全國(guó)同類產(chǎn)品市場(chǎng)份額的80%。在甘薯系列產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的甘薯皮，甘薯皮具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，含有胡蘿卜素以及綠原酸等各種營(yíng)養(yǎng)成分，對(duì)增強(qiáng)身體抵抗力和免疫力有較好功效，其廢物利用可以有效緩解常規(guī)飼料緊缺，降低飼料成本。

甘薯飼料的研究較多是通過對(duì)甘薯渣進(jìn)行微生物發(fā)酵和進(jìn)一步加工處理，形成動(dòng)物可食用的、具有豐富營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的飼料［15，16］。應(yīng)用生物技術(shù)處理甘薯皮等廢棄物可實(shí)現(xiàn)有機(jī)酸、酶、蛋白質(zhì)飼料及膳食纖維等高附加值產(chǎn)品的生物轉(zhuǎn)化，不僅能有效降低環(huán)境污染，而且能增加經(jīng)濟(jì)效益［17］。在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所富硒研究團(tuán)隊(duì)提供的技術(shù)支持下，本研究通過探索對(duì)甘薯皮等廢棄物進(jìn)行生物技術(shù)發(fā)酵工藝處理的優(yōu)化方案，旨在為規(guī)模化生產(chǎn)甘薯皮功能性生物發(fā)酵飼料的技術(shù)提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料 新鮮甘薯皮、茶渣、玉米粉、米糠、枯草芽孢桿菌、粗纖維降解專用菌、EM 菌（Effective microorganisms，有效微生物菌群）原種、紅糖、生物有機(jī)硒營(yíng)養(yǎng)液等。

1.1.2 設(shè)備 清洗池、攪拌機(jī)、烘干機(jī)、切條機(jī)、翻拋機(jī)、電子秤、溫度計(jì)、水分測(cè)定儀、量筒、塑料桶、噴壺、發(fā)酵袋、發(fā)酵槽、包裝袋等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 鮮甘薯皮→挑選→切斷→清洗→殺青→發(fā)酵→烘干→包裝→儲(chǔ)存。

1.2.2 操作步驟

1）堆料。將甘薯加工過程中廢棄的甘薯皮剔除雜質(zhì)后，經(jīng)切斷、清洗、干燥，按20～30 t為一堆放置。

2）枯草芽孢桿菌菌液配制。按質(zhì)量比0.1∶10.0在枯草芽孢桿菌中加入水，攪拌均勻制得枯草芽孢桿菌菌液。

3）第一次發(fā)酵。將擺放好的料堆平鋪至15～20 cm 厚度，然后在其上面均勻噴灑枯草芽孢桿菌菌液，再在其上平鋪一個(gè)料堆的甘薯皮，使其厚度為15～20 cm，并均勻噴灑枯草芽孢桿菌菌液，如此重復(fù)至150～200 cm 堆高，放置發(fā)酵12～24 h。

4）降解菌粉的配制。將粗纖維降解專用菌與米糠按質(zhì)量比（m/m）1∶75 充分拌勻，加水拌和至含水量為40%～45%，18～25 ℃發(fā)酵24 h，制得降解菌粉。

5）第二次發(fā)酵。在處理好的料堆上均勻鋪撒一層茶渣，然后在其上均勻撒一次降解菌粉，翻堆拌勻，放置發(fā)酵48 h 后測(cè)量料堆溫度，待其溫度達(dá)55 ℃以上時(shí)繼續(xù)放置3 d。

6）含硒菌液的配制。將EM 菌原種與紅糖和水按質(zhì)量比（m/m）0.75∶3.50∶75.00 混合溶解，然后按2.5 mL/kg 的量加入有機(jī)硒營(yíng)養(yǎng)液，經(jīng)混勻制得含硒菌液。

7）第三次發(fā)酵。在處理好的料堆上先后均勻鋪撒一層玉米粉及一層酒糟，然后在其上均勻噴灑一次含硒菌液，混合均勻，再將其送入發(fā)酵裝置中，30～55 ℃發(fā)酵5～7 d。

8）脫水。將所得發(fā)酵料于60～85 ℃干燥至含水量≤13%。

9）粉碎。將脫水后的發(fā)酵料粉碎，即得所述富硒甘薯皮生物料。

1.2.3 操作要點(diǎn)

1）將用于堆料的甘薯皮置于殺青機(jī)中，200 ℃處理10～20 min，以達(dá)到殺菌及提溫的效果，從而使甘薯皮在冬季寒冷環(huán)境下仍能實(shí)現(xiàn)快速發(fā)酵。

2）枯草芽孢桿菌菌液的用量按每層甘薯皮加入其重量0.015‰～0.025‰ 的枯草芽孢桿菌進(jìn)行換算。

3）茶渣的用量為所用甘薯皮重量的1%，降解菌粉的用量按所用每千克甘薯皮加入0.4 g 粗纖維降解專用菌進(jìn)行換算。還可以加入甘薯藤、百香果皮、芋頭皮、秸稈中的一種或幾種進(jìn)行共同發(fā)酵；其加入量與所用甘薯皮的質(zhì)量百分比為（3～5）∶（5～7）。

4）所用有機(jī)硒營(yíng)養(yǎng)液中有機(jī)硒的含量為2.5～5.5 g/L。

5）玉米粉及酒糟的用量均為所用甘薯皮重量的2%；含硒菌液的用量按所用每千克甘薯皮加入0.2 g EM 菌原種進(jìn)行換算。

1.3 營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定方法

發(fā)酵后的甘薯皮粗蛋白質(zhì)的測(cè)定采用GB/T 6432—2018《飼料中粗蛋白的測(cè)定 凱氏定氮法》。粗脂肪的測(cè)定采用GB/T 6433—2006《飼料中粗脂肪的測(cè)定》方法。粗纖維采用GB/T 6434—2006《飼料中粗纖維的含量測(cè)定過濾法》。鈣的測(cè)定采用GB/T 13885—2017《飼料中鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鈉和鋅含量的測(cè)定原子吸收光譜法》?？偭椎臏y(cè)定采用GB/T 6437—2018《飼料中總磷的測(cè)定 分光光度法》。氯化鈉的測(cè)定采取GB/T 6439—2007《飼料中水溶性氯化物的測(cè)定》方法。硒的測(cè)定采用GB/T 13883—2008《飼料中硒的測(cè)定》方法。粗灰分的測(cè)定采用GB/T 6438—2007《飼料中粗灰分的測(cè)定》方法。水分的測(cè)定采用GB/T 6435—2014《飼料中水分的測(cè)定》方法。

2 結(jié)果與分析

新鮮甘薯皮發(fā)酵后，對(duì)其營(yíng)養(yǎng)成分及礦物質(zhì)含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表1 所示。經(jīng)檢測(cè)，甘薯皮發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)含量為11.6%，將其含量與標(biāo)準(zhǔn)DB 61/T 557.10—2012《富硒畜禽配合飼料》進(jìn)行比較，產(chǎn)蛋雞、肉仔雞配合飼料粗蛋白質(zhì)含量的標(biāo)準(zhǔn)范圍應(yīng)該大于等于12.0%。仔豬、生長(zhǎng)肥豬的配合飼料粗蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的含量應(yīng)大于等于12.5%，與《肉種鴨配合飼料》標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1820—2009 相比，肉種鴨的配合飼料粗蛋白質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)為大于等于14.0%，發(fā)酵甘薯皮作為產(chǎn)蛋雞、肉雞、仔豬、生長(zhǎng)肥豬、肉種鴨的配合飼料粗蛋白質(zhì)的含量較低。相較于SC/T 1076—2004《鯽魚配合飼料》和GB/T 36205—2018《草魚配合飼料》等魚類配合飼料粗蛋白質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)酵甘薯皮的粗蛋白質(zhì)含量無法達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn)。

表1 檢測(cè)樣品發(fā)酵甘薯皮各營(yíng)養(yǎng)成分含量

發(fā)酵后的甘薯皮粗脂肪含量為35 g/kg，即每千克甘薯皮中含粗脂肪3.5%。肉種鴨配合飼料標(biāo)準(zhǔn)中粗脂肪含量為大于等于2.5%，發(fā)酵甘薯皮粗脂肪含量在肉種鴨飼料粗脂肪規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。而鯽魚、草魚等魚配合飼料標(biāo)準(zhǔn)中粗脂肪含量要求至少達(dá)到4.0%，發(fā)酵甘薯皮中的粗脂肪含量低于標(biāo)準(zhǔn)值。

發(fā)酵甘薯皮中測(cè)得每千克甘薯皮中含有65 g 粗纖維，含量為6.5%，在DB 61/T 557.10—2012 飼料標(biāo)準(zhǔn)中，仔豬飼料中粗纖維含量為小于等于4.0%，生長(zhǎng)肥豬的粗纖維含量小于等于7.0%，生長(zhǎng)雞、肉仔雞中除了15～20 周齡生長(zhǎng)雞的飼料粗纖維含量標(biāo)準(zhǔn)小于等于7.0%以外，其余的都要求粗纖維含量小于等于6.0%。標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1820—2009《肉種鴨配合飼料》中，只有育成期的肉種鴨粗纖維含量標(biāo)準(zhǔn)為小于等于7.0%，其余生長(zhǎng)期的肉種鴨配合飼料中粗纖維含量都小于等于6.0%。參照SC/T 1076—2004《鯽魚配合飼料》和GB/T 36205—2018《草魚配合飼料》粗纖維的含量標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)酵甘薯皮中粗纖維含量既符合鯽魚的魚種飼料和食用魚飼料的顆粒飼料標(biāo)準(zhǔn)，也適用于草魚的魚種和食用魚飼料標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)酵甘薯皮中每100 g 粗灰分含量為6.7 g（6.7%），參照標(biāo)準(zhǔn)DB 61/T557.10—2012《富硒畜禽配合飼料》、NY/T 1820—2009《肉種鴨配合飼料》、SC/T 1076—2004《鯽魚配合飼料》和GB/T 36205—2018《草魚配合飼料》等魚類配合飼料標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)酵甘薯皮粗灰分含量6.7%均在這些標(biāo)準(zhǔn)適用范圍內(nèi)。

發(fā)酵甘薯皮中所含的礦物質(zhì)為鈣、總磷和氯化鈉，含量分別為4 900 mg/kg、0.23%和0.33%。參照雞、鴨、豬、魚的配合飼料標(biāo)準(zhǔn)，鈣含量只符合生長(zhǎng)肥豬的配合飼料中鈣的含量，相較于其余禽畜飼料標(biāo)準(zhǔn)，鈣的含量偏低，對(duì)這些畜禽的鈣元素缺乏只能進(jìn)行微量補(bǔ)充。磷的主要生理功能是參加骨骼的組成，且與能量代謝相關(guān)，能夠調(diào)節(jié)血液中的酸堿度。發(fā)酵甘薯皮中總磷含量為0.23%，對(duì)比上述各配合飼料標(biāo)準(zhǔn)含量較低，對(duì)于動(dòng)物礦物質(zhì)磷補(bǔ)充能起到一定作用。氯化鈉的含量為0.33%，在上述各配合飼料標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，其作用是能保持動(dòng)物體內(nèi)正常的滲透壓、促進(jìn)動(dòng)物正常生理代謝。水分含量在發(fā)酵甘薯皮中為7.7%，小于12.5%，在雞、鴨、豬、魚的配合飼料標(biāo)準(zhǔn)中屬于正常偏低，水分少證明發(fā)酵甘薯皮中單位重量中干物質(zhì)含量較多，其營(yíng)養(yǎng)成分含量較高。

發(fā)酵樣品中硒含量為3.28 mg/kg，在國(guó)家富硒飼料中硒含量指標(biāo)為大于或等于0.10 mg/kg，因此發(fā)酵甘薯皮的硒含量遠(yuǎn)超國(guó)家富硒飼料的標(biāo)準(zhǔn)，其含量不僅滿足了富硒的標(biāo)準(zhǔn)，更蘊(yùn)含了豐富的硒元素，能夠被稱為富硒的優(yōu)質(zhì)飼料。

3 討論

3.1 發(fā)酵方法的可行性

本研究采用先耗氧后厭氧的發(fā)酵方法，適用多點(diǎn)多地前處理后集中加工，可快速消化大量廢棄甘薯皮，且可使甘薯皮保持原有的清新度，不發(fā)生霉變。堆料時(shí)先將甘薯皮分多次鋪成15～20 cm 堆高后，再進(jìn)行接種發(fā)酵，可使料堆較快達(dá)到適宜的發(fā)酵溫度，有助于實(shí)現(xiàn)物料的快速發(fā)酵，其發(fā)酵時(shí)間較常規(guī)直接接種縮短3～4 d。制備過程中加入茶渣，不僅可起到一定替抗作用，而且有助于甘薯皮的保色，可使所得富硒甘薯皮生物料具有甘薯皮原本的新鮮色澤。酒糟的加入可改善所得富硒甘薯皮生物料的適口性，并使其具有清新的酸甜風(fēng)味，促進(jìn)禽畜取食。該制備方法中采用特殊的發(fā)酵裝置替代傳統(tǒng)發(fā)酵袋進(jìn)行厭氧發(fā)酵，可簡(jiǎn)化操作，有利于實(shí)現(xiàn)物料的大批量處理，對(duì)富硒甘薯皮生物料的工業(yè)化生產(chǎn)有積極的推動(dòng)作用。該制備方法通過添加多種專用生物菌進(jìn)行生物發(fā)酵，不僅可將原料大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，而且使其易于消化吸收，還可使原料軟化，產(chǎn)生一定的酸香味，從而具有良好的適口性，使禽畜喜歡采食。同時(shí)，微生物的大量繁殖，豐富了所得富硒甘薯皮生物料的營(yíng)養(yǎng)成分。

3.2 發(fā)酵甘薯皮作為飼料的適用性

經(jīng)過發(fā)酵制得的甘薯皮各營(yíng)養(yǎng)成分含量通過與DB 61/T557.10—2012、NY/T 1820—2009、SC/T 1076—2004、GB/T 36205—2018 對(duì)比，除了鈣、總磷等礦物質(zhì)元素含量稍低、粗蛋白質(zhì)含量略低以外，其他營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)雞、鴨、豬等牲畜均有很好的適用性，并且在富硒作用上效果良好，蘊(yùn)含豐富的硒元素，利用價(jià)值較高。發(fā)酵甘薯皮能夠很好地作為雞、鴨、豬富硒替代飼料。而發(fā)酵甘薯皮營(yíng)養(yǎng)成分含量不太符合鯽魚、草魚等魚類產(chǎn)品配合飼料的標(biāo)準(zhǔn)范圍，不適合魚類養(yǎng)殖。

試驗(yàn)很好地利用了微生物發(fā)酵技術(shù)，有速度快、時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，有利于大批量處理。甘薯皮的飼料化技術(shù)能有效利用甘薯皮、補(bǔ)充畜禽飼料資源、防止甘薯皮資源浪費(fèi)，提高了畜禽養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)資源綠色可持續(xù)發(fā)展。但依然存在一些不足之處，本研究只是與飼料的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)照，沒有與實(shí)際成品飼料對(duì)照組進(jìn)行比較。同時(shí)本研究并沒有從實(shí)際應(yīng)用方面討論，缺乏實(shí)際應(yīng)用效果的檢驗(yàn)。

4 小結(jié)

該發(fā)酵工藝生產(chǎn)所得的富硒甘薯皮生物料制備的禽畜飼料，除了粗蛋白質(zhì)含量略低以外，其他營(yíng)養(yǎng)成分都在國(guó)家飼料標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且硒元素含量豐富，可以作為良好的畜禽富硒飼料使用。該生物料不僅能滿足禽畜生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)，還可代替激素和抗生素，達(dá)到促進(jìn)生長(zhǎng)、降低死亡率、防病治病、提高肉質(zhì)風(fēng)味的效果，并使飼養(yǎng)的動(dòng)物無激素和抗生素殘留。同時(shí)，該技術(shù)能解決常規(guī)飼料緊缺，提高畜禽肉制品質(zhì)量，為開發(fā)利用甘薯皮飼料提供科學(xué)依據(jù)。富硒甘薯皮生物料可替代常規(guī)禽畜飼料中豆粕、玉米粉的使用，擴(kuò)大了飼料來源，降低了飼養(yǎng)成本，可以顯著提高養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟(jì)效益。