不同发酵条件对饲料固态发酵效果的影响

Effects of different fermentation conditions on the results of solid-state fermentation results of feed

摘要

目的 为研究不同发酵环境下饲料固态发酵效果的影响，优化发酵饲料固态发酵工艺。 方法 试验在室温10 ℃以下（平均室温5 ℃）分为温水启动发酵和冷水启动发酵2个组别，每个组别各2个重复；同时以常规标准发酵方法（在发酵房温度恒温30 ℃发酵7 d后转入室温）作为对照组。分别检测料温、水分、pH、乳酸、乙醇、活菌数及感官观察等。 结果 发酵15 d时，对照组的水分绝对增长值明显高于其他3组，温水发酵的提高2.06百分点；对照组的pH已降到5.48,温水发酵包内的pH为5.92，其他3组的均在6.1以上；对照组的乳酸含量为9.48 g/kg，其他3组的均低于2.5 g/kg。 结论 在低温情况下，温水启动发酵明显优于冷水启动发酵；无论是温水启动发酵还是冷水启动发酵，即使延长发酵时间，也无法达到设定出库标准。

关键词

发酵饲料 / 温水启动 / 冷水启动 / 室温 / 发酵效果

Key words

fermented feed / hot water start-up / cold water start-up / room temperature / fermentation result

近年来，发酵饲料在畜禽、水产养殖业中的应用广受关注。采用微生物发酵技术处理饲料，既符合绿色健康养殖的发展理念，也在一定程度上缓解了我国饲料资源的供需矛盾。发酵饲料是采用《饲料原料目录》和《饲料添加剂品种目录》等国家相关法规允许使用的品种，利用发酵工程技术生产含有微生物或其代谢产物的单一饲料和混合饲料^[1]。固态发酵是指微生物在潮湿、不溶于水的基质中进行发酵，能明显改善饲料的适口性、风味，进而提高饲料的消化利用率^[2-3]，促进动物的肠道健康^[4]。

微生物在发酵过程中需要维持菌群的生长和产物合成必需的适当发酵条件。温度是影响发酵效果及酶活性的重要因素之一。由于目前养殖终端或中小型饲料厂不具备相应的硬件设施条件，在没有发酵房的情况下，部分客户尝试采用常温发酵，但常温发酵环境受季节影响较大，发酵效果需要进一步确认。目前，关于微生物发酵饲料工艺优化方面的研究较多^[5-7]，但针对大型工厂常温发酵工艺的综合研究较少。本试验通过对比温水启动发酵和冷水启动条件下的发酵效果，探讨环境因素对饲料固态发酵效果的影响，旨在为不同使用场景下优化终端发酵工艺提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

试验基础配方采用博益德（北京）生物科技有限公司的蛋禽发酵料配方821，其中生物饲料发酵菌酶剂由北京博益德集团提供，按配方设计生产，经呼吸袋发酵，制成发酵饲料。

试验工具：山东博益德生物技术有限公司（简称博益德）2 t温水罐、200 L活化罐、150 L水桶、加热棒、温度计（4个RC-4温度记录仪器）等；河南和益德生物科技有限公司（简称和益德）全套发酵生产设备、恒温发酵房及化验相关仪器。

1.2 试验设计

按表1将试验组分为2个处理，每个处理2个重复，以批次计，上料量为0.5 t，共计4批次，总料量为2 t；试验组使用的称量工具及生产设备均一致，产品存放环境相对一致。对照组为1个处理，2个重复，每个重复以批次计，上料量为1 t，共计2 t。试验组及对照组配方一致，产品存放环境相对一致，于2023年11月30日同时开始生产。

所有设计每个重复取10个样，共计60个样，样品袋与大包装均存放仓库。此外，试验组每次检测时，每个重复同时大包取样，共计12个样品。所有样品共计72个，分别在发酵0、15、22、30 d时检测水分、pH、乳酸含量、乙醇含量、乳酸菌总数、酵母菌总数、芽孢杆菌总数，主要由博益德（北京）生物科技有限公司检测，部分项目由博益德或和益德现场检测。所有样品同时作感官评价。

1.3 测定指标与方法

1）饲料采样方法。参照GB/T 14699.1—2005 《饲料 采样标准》执行。

2）料温。料温每天检测1次，用温度计测量，记录试验料4批料温（实际是垛中料袋之间的温度）、2个包装袋内料温及室温。

3）水分。参照GB/T 6435—2014 《饲料中水分的测定》。

4）pH。参照GB/T 5009.237—2016 《食品安全国家标准 食品pH值的测定》。

5）乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌3种活菌总数。分别参照GB 4789.35—2016 《食品安全国家标准 食品微生物学检验 乳酸菌检验》、GB 4789.15—2016 《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》和GB T 26428—2010 《饲用微生物制剂中枯草芽孢杆菌的检测》。

6）乳酸和乙醇含量。采用酶膜法^[8]。

1.4 数据统计与分析

试验数据采用SPSS 20.0软件进行统计分析和数据处理，Duncan's 法进行多重比较；采用Excel制图。

2 结果与分析

2.1 料温的变化

试验组冷水发酵和温水发酵各1个重复，图1中数据为均值。包内温度为冷水和温水发酵各取1包放入温度计再密封后每日记录的检测值。发酵第1天和第2天时包内的料温数据根据实际情况作了修正（第3天放入温度计），均温为包装袋之间的温度，数据为2个重复的平均值。由图1可见，发酵24 d周期内，冷水均发酵积温为173.9 ℃，温水均发酵积温为219.45 ℃，差值45.6 ℃；冷水包内发酵积温为138.9 ℃，温水包内发酵积温为167.2 ℃，差值28.3 ℃。放温度计的包内温水发酵在第3天时，料温与冷水包内的基本一致，但垛内包中温度理论值偏高，见料袋之间的测量值。2组数据均有参考价值。包装袋之间的温度虽不能代表实际料温，但能体现温水和冷水之间的实际差异，在低温环境下打开包装，冷水和温水接近得更快，虽是单包装的实际料温，但不能完全反映包装堆积在一起的温度变化。尽管料温的影响因子较多，但2组数据还是表呈现出相同的变化趋势，即温水启动发酵速率明显优于冷水启动发酵。

2.2 水分的变化

由表2可见，在有氧呼吸阶段，水分增加速率基本不变。冷水发酵条件下，初始阶段水分增加较快，15 d达到最高值，样品和包内差异不显著。温水发酵条件下，初始发酵水分增加较快，15 d达到最高值，但样品袋和大包装的差异显著（P<0.05)。发酵30 d时对照组水分的绝对增长值明显高于试验组，试验组中温水发酵的比初始值增加1.28百分点，但其他3组的增加值均低于1.2百分点，二者差异明显。添加温水发酵的效果优于冷水发酵，这也同样能解释温水大包装内的检测数据优于样品袋的：样品袋中物料数量少，降温较快，而大包装内会积存一定温度，降温较慢。从水分变化来看，试验组温水包内发酵水分的上升趋势基本与对照组的一致。

2.3 pH的变化

发酵过程中产生的有机酸会使饲料的pH下降。由表3可知，初始pH均在 6.0左右，发酵15 d时，对照组的pH已降到5.48，试验组中温水发酵包内的pH为5.92，其他3组的均在6.1以上，表明试验组内温水启动发酵极显著优于其他3组（P<0.01)，发酵30 d时试验组内温水启动发酵仍极显著优于其他3组(P<0.01）。试验组内只有温水大包装内的pH下降，说明尚有一定程度的发酵，但其他3组变化不大，表明在低温条件下微生物不活跃，产品的发酵效果不好，尤其在无氧发酵阶段，产生的有机酸含量少，pH下降不明显。

2.4 乳酸的变化

由表4可知，发酵15 d时，对照组的乳酸含量为9.48 g/kg，试验组除温水发酵大包装外，其他3组的均未超过2.0 g/kg，表明温水启动发酵极显著优于其他3组（P<0.01)；发酵30 d时温水启动发酵占优势，但差异不显著。试验组无论温水发酵还是冷水发酵，乳酸含量均极显著低于对照组（P<0.01)。

2.5 乙醇的变化

由表5可知，发酵15 d时，对照组的乙醇含量为11.8 g/kg，试验组除温水发酵大包装外，其他3组的均低于0.5 g/kg，表明温水启动发酵极显著优于其他3组（P<0.01)。发酵30 d时温水启动发酵仍极显著优于其他3组(P<0.01)。试验组无论温水发酵还是冷水发酵，均远低于对照组的乙醇含量。

2.6 活菌总数的变化

由表6可见，试验组温水启动发酵明显优于其他3组，30 d时仅温水发酵包内的乳酸菌和酵母菌总数均大于1.0×10⁶ CFU/g，符合要求^[9]，但其他3组均不达标。同时30 d时冷水包中出现霉菌，且已超《饲料卫生标准》（GB 13078—2017）的限值。

2.7 感官评价

在感官评价时发现，对照组（发酵1 d）包装及样品均可肉眼观察到明显胀包，第3天即可嗅到酸香味。试验组（发酵4 d）出现有少许胀包，但不明显。发酵17 d时只有温水包里有发酵的酸香味，其他组别均不明显。发酵26 d时温水包和冷水包均可嗅到有发酵的酸香味，但胀包均不明显。样品袋中，温水发酵17 d时可观察到明显胀包，冷水发酵也有胀包但不明显，可能与偶尔开空调制冷有关。此外，冷水发酵样品中，17 d时出现1个白色霉点状，而另一样品直至37 d也未出现胀包，可能与样品袋质量有关。

3 讨论

微生物在生长繁殖过程中会分解底物的营养成分，同时产生热量，检测料温在一定程度上可粗略判断微生物的活跃程度。环境温度太低，可能会使菌体生长过慢，导致发酵产量降低^[8]。熊仕娟等^[10]研究发现，环境温度低于5 ℃明显抑制微生物的生长繁殖，活菌数量较少。陆文清等^[11]的研究结果表明，环境温度低时，需要延长发酵时间才能达到预期效果，但当温度低于12 ℃时，酵母在低温下长期代谢低迷，不产生二氧化碳，包内存的氧气长时间与乳酸菌接触，会导致乳酸菌的活力大幅下降，其代谢产物中乳酸含量相对就较低。本研究发现，当室温在10 ℃以下（平均温度在5 ℃）时，温水启动发酵效果明显优于冷水启动发酵。

发酵初始，酵母菌消耗袋内残留的氧气进行增殖和呼吸代谢，有氧发酵阶段产生二氧化碳和水，无氧发酵阶段产生乙醇、乳酸、乙酸等。正常发酵状态时，微生物大量活动，呼吸作用旺盛，会代谢产生酸类物质，正常pH值会下降，但本研究表明，除了温水包内pH值降低外，其余的均没有降低，反而有升高的趋势，可能是某种成分分解，或者某种致病菌开始繁殖，消耗营养物质，导致pH值升高^[12]。

影响饲料微生物固态发酵的因素较多，其作用机制需进一步研究。本试验将温水启动发酵和冷水启动发酵及大包装内各设2个重复，检测结果存在误差的可能性，但总体来说，变化趋势基本一致。

4 结论

当室温在10 ℃以下（平均温度在5 ℃）时，温水（37~38 ℃)启动的发酵效果明显优于冷水(9~11 ℃)启动发酵，差异显著（P<0.05）。一般认为，发酵饲料的出库标准^[12]为：气味酸香，有效活菌数为1.0×10⁶ CFU/g，水分增加绝对值在2%以上，pH为4~6，乳酸含量大于5 g/kg，乙醇含量大于5 g/kg。无论是温水启动发酵还是冷水启动发酵，即使延长发酵时间，均无法达到出库标准，与标准发酵房恒温发酵结果差异极显著（P<0.01）。当长期处于低温环境，且无法启动发酵时，会增加霉菌生长的风险。

参考文献

[1] 北京生物饲料产业技术创新战略联盟. 生物饲料产品分类：T/CS WSL 001—2018[S]． 北京： 中国标准出版社， 2018．

[2] 王新凤. 发酵饲料的特点及应用[J]. 养殖与饲料， 2022,21(3):61-63.

[3] 武志敏, 黄显晔, 刘雪松, 发酵饲料的应用研究进展[J]. 现代畜牧兽医, 2022(2):84-87.

[4] 罗建. 无抗微生物发酵饲料对断奶仔猪免疫功能影响的研究 [J]. 饲料与畜牧:新饲料, 2010(7):27-29.

[5] 王芬, 赵腊梅. 枯草芽孢杆菌固态发酵花生粕的条件优化[J]. 饲料研究, 2022,45(2):75-78.

[6] 王诚刚, 郭芸, 赵雯. 乳酸菌发酵豆粕工艺参数优化及其对豆粕营养成分的影响[J]. 饲料研究, 2023,46(3):102-105.

[7] 曾子铭, 柴沙驼, 王迅， 发酵饲料在动物养殖中的应用研究进展[J]. 饲料研究, 2023,46(24):154-158.

[8] 王剑， 曹云鹤， 陆文清， 发酵饲料工艺技术的影响因素[J]． 猪业科学， 2017，34(9)：38-40．

[9] 郁冯艳, 付佳伟, 从光雷, 发酵饲料在动物生产中应用的研究进展[J]. 饲料研究, 2023，47(4):154-157．

[10] 熊仕娟， 徐卫红， 杨芸， 不同温度下微生物和纤维素酶对发酵猪粪理化特性的影响［J］. 环境科学学报， 2014，34(12):3158-3165.

[11] 陆文清， 胡起源. 微生物发酵饲料的生产与应用[J]． 饲料与畜牧(新饲料)， 2008(7)：5-9．

[12] 李天阳， 姜宁， 张爱忠. 固态发酵饲料研究进展[J]． 黑龙江畜牧兽医， 2018(19)：56-59．