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微生物发酵饲料生产关键因素的优化及发酵过程成分变化分析

2018-01-25 11:08:09 来源: 浏览次数:2074次

 

导读
微生物发酵饲料是一种利用乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌等有益微生物对一种或多种饲料原料进行厌氧或好氧发酵,提高饲料原料营养物质的利用率,消除抗营养因子,同时有益微生物大量繁殖、富集,功能性初级、次级代谢产物大量生成的一种新型发酵生物饲料。近年来,随着生物技术的迅猛发展、肠道微生态研究的不断深入和认可,发酵饲料在畜牧业中的应用越来越广泛,其产量、质量均得到了显著的增长和提高。但相对于其他的如氨基酸、抗生素等发酵产品,发酵饲料的附加值还较低,从业人员多数无发酵专业背景,如何进一步降低生产成本,满足动物不同生长阶段产品细分和特异性营养需求是今后发酵饲料的重要发展方向。目前,国内外对发酵饲料的研究主要集中在发酵菌株类型、生理功能、饲喂效果上,但对其发酵基质选择的科学性、发酵众多代谢物质的活性成分分析缺乏研究,成为了阻碍微生物发酵饲料进一步发展的壁垒。因此,笔者将着重研究水分、温度、能量和蛋白等关键因素对发酵饲料生产的影响,对其进行优化选择,并对发酵过程中各营养成分的变化进行测定分析,以期能降低发酵饲料的生产成本,为其产品的细分、不同发酵阶段的营养组成提供理论依据,最终将发酵饲料的生产技术推向生产实际。

1.1 材料

发酵菌株:复合发酵制剂,内含乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌,以乳酸菌为主,总菌数108个/g,由北京某公司提供。

培养基:MRS培养基(乳酸菌)、YPD培养基(酵母菌)、LB培养基(枯草芽孢杆菌培养基)。

发酵设备及方式:带有单向排气呼吸阀的PE膜密封包装,生料发酵,装袋量2kg;包装后堆积发酵,一堆6~8袋,夏天用大功率排气扇通风降温,冬天用炉火或布帘遮盖保温。

试验在福建省预防兽医学与兽医生物技术重点实验室,于2015年2-7月进行。

1.2 方法

1.2.1 发酵物料组成对发酵效果的影响

配方1(常规饲料)组成(干物质含量):米糠13.0%、木薯粉9%、玉米粉37.5%、麸皮15.0%、棉粕23.0%、复合多维1.0%、红糖1.5%。

配方2(高糖分饲料)组成(干物质含量):米糠13.0%、玉米粉42.5%、麸皮15.0%、棉粕12.5%、复合多维1.0%、玉米浆16%。

配方3(高蛋白饲料)组成(干物质含量):豆粕52.0%、玉米蛋白粉20.0%、麸皮13.0%、花生粕4.0%、玉米胚芽粕7.0%、复合多维1.0%、赖氨酸1.0%、红糖2.0%。

各配方中设定比例的红糖用37℃温水搅拌溶解,加入总物料0.1%的菌株混匀,再与其他原料组成混合,含水量最终控制在35%~36%、装入发酵袋中进行密封发酵(生料密封发酵),发酵温度30℃,发酵12h后每隔12h取样测定其乳酸菌含量和pH变化,分析不同发酵物料组成对发酵效果的影响。

发酵过程中菌种含量、营养成分变化复杂,由于发酵过程是各菌共同作用结果,其中又主要以乳酸菌为主,因此最终选定以总菌含量和pH变化为指标考察发酵效果。

1.2.2 发酵物料含水量、温度对发酵效果的影响

在配方1(常规饲料)条件下,设定控制发酵物料含水量为24%~40%,30℃生料密封发酵7天,从第3天开始取样测定其总菌含量和pH,分析不同含水量对发酵效果的影响。

在配方1(常规饲料)、选定的最优发酵物料含水量条件下,在夏天、春天、冬天库房环境温度下进行生料密封发酵,对应发酵温度和取样时间分别为:夏天25~35℃,发酵7天,每天取样1次;春天15~25℃,发酵14天,每2天取样1次;冬天5~15℃,发酵21天,每3天取样1次。同样测定各取样样品的总菌含量和pH,分析不同环境温度对发酵效果的影响。

1.2.3 发酵过程菌株生长、营养成分变化分析

在配方1(常规饲料)、选定的最优发酵物料含水量,夏天25~35℃库房环境温度下,发酵8天,定时取样,测定各取样时间的乳酸菌、酵母菌等微生物含量和主要生成物乳酸的含量,并对发酵过程中pH、水分、纤维、能量、蛋白、氨基酸、维生素、异硫氰酸酯等指标的变化进行分析,试验重复3次,取平均值。样品取样除乳酸菌、蛋白浓度、维生素含量等需原样外,其余样品均是原样70~75℃干燥粉碎后过100目筛待用。

1.2.4 各指标测定分析方法

各微生物及总菌数含量:平板菌落计法;pH:梅特勒FE.20pH计测定;水分:105℃烘箱干燥,GB/T6435-2006;能量:KT-R4300全自动量热仪测定,ISO9831:1988;纤维:ANKOM220纤维分析仪测定,GB/T6434-2006;粗蛋白测定:Tecator1035全自动定氮仪测定,GB/T6432-1994;异硫氰酸酯:气相色谱法,GB/T13087-91;维生素、氨基酸测定采用岛津LC-20AHPLC检测;乳酸:乳酸脱氢酶法,试剂盒购买于南京某公司。

2结果与分析

2.1 发酵物料组成对发酵效果的影响结果

不同发酵物料组成对发酵效果的影响结果见图1所示,在3个不同配方中,菌株生长曲线和pH变化基本一致。发酵开始时,菌株大量生长,主要发酵菌株乳酸菌分泌乳酸,pH下降;发酵120~132h左右以后,发酵趋于成熟,大量的乳酸产生抑制了菌株的生长,发酵菌株部分死亡、裂解,数量有所下降。高糖分的配方2其菌株的生长速度要明显高于其余2组,其玉米浆所含的高糖分给菌株的生长提供了大量的能量。高蛋白的配方3其菌株的生长速度明显小于其余2组,表明随着蛋白含量的增加,微生物生长速率下降。但实际畜禽饲养中,畜禽的生长不仅需要足够量的活菌,同时一定浓度的蛋白也是必须的,综合考虑,配方1中蛋白含量和糖分含量适中,更有益于发酵菌株生长和满足畜禽生长的蛋白需求。

2.2 发酵物料含水量、温度对发酵效果的影响结果