（１．中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南长沙 ４１００４；２．中国农业科学院饲料研究所，北京 １０００８１）
摘要：介绍了糟渣类产品的特点、加工利用方式，并且列举了饲料化固态发酵的工艺特点，为糟渣类资源的开发利用，尤其是饲料化固态发酵生产研究提供借鉴。
关键词：固态发酵；糟渣类副产品；发酵饲料加工
中图分类号：Ｓ８１６．４ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３－６２０２（２０１３）１２－００４２－０４
糟渣类产品包括发酵工业的剩余酒糟、酱渣、醋渣，也包括苹果渣、马铃薯渣、豆渣、木薯渣等副产物，以及果实取出内核所剩余的外皮，包括玉米皮、花生壳等。我国糟渣类副产品资源丰富、种类多、数量大，每年产量高达６ ０００万ｔ以上，是一种可利用的再生资源［１］。该类产品中含丰富的营养物质，其中的蛋白质可作为饲料蛋白来源，此外含有丰富的膳食纤维，是一类潜在的饲料资源。但是这类产品在开发利用中存在许多问题，需要有针对性地研发生物转化技术，提高饲用价值，并降低其抗营养因子的水平。
固态发酵是一种利用微生物在发酵基质中进行生物转化、降解的技术。具有能耗低、成本低、无污染等特点。将固态发酵技术利用于糟渣类副产品，生产发酵饲料，不仅可以有效地利用糟渣类副产品，也能缓解我国饲料资源紧张的局面。
１ 糟渣类副产品饲料化应用所面临的问题
１．１ 水分高，易腐败 糟渣类产品一般是从鲜湿的原料中分离出来的，水分比较高。比如鲜苹果渣中水分高达７０％～８０％［２］。鲜马铃薯渣的水分高达８０％～９５％。较高的水分增加了糟渣类产品储藏的难度，原料极易霉变、发酸、发臭。不仅污染了环境，同时造成了浪费。因此在使用前如何去除水分是糟渣类产品应用中的一个重要问题。
１．２ 粗纤维含量高，适口性差
糟渣类产品含有较多的纤维素、半纤维素、木质素等成分。如果直接进行饲喂，会造成饲用效果差、适口性差、消化率低等问题。将糟渣类产品中的纤维类物质降解为小分子碳水化合物是糟渣类产品应用中的关键技术。
１．３ 理化性质差异大
糟渣类产品的形态差异比较大，有片状、粒状、粉状等。在加热干燥过程中易变硬、结壳，影响加热干燥效果，ｐＨ 值差异大，有的偏酸，有的偏碱［１］。这些都增加了加工利用的难度。
１．４ 存在抗营养因子和毒素
天然的糟渣类物质中可能存在着抗营养成分或者毒素。如大豆皮渣产品中含有胰蛋白酶抑制剂及植酸，木薯渣中含有大量的氰化物，苹果渣中存在着单宁酸。这些物质如果不设法去除，会导致动物体中毒甚至造成死亡。
２ 固态发酵技术及其在糟渣类副产品的利用
２．１ 固态发酵技术概述
固态发酵使用固体物质作为发酵基质，接种适宜的微生物，基质底物进行生化反应，从而降解发酵底物，或者合成所需要的发酵产物。发酵基质来源广泛、投资少、能耗低、技术简单，不需要在严格无菌的环境下进行。同时，固态发酵可以使用大型的发酵罐和密闭反应容器，可以在大规模产业化中使用。随着能源危机和环境污染问题日益严重，固态发酵这种生物资源转化方法开始为现代生物技术产业服务。目前已经开始大规模地生产单细胞蛋白、酶制剂、抗生素、有机酸、食品添加剂和生物农药等［３］。
２．２ 固态发酵技术在糟渣类副产品的利用
２．２．１ 生产单细胞蛋白
我国饲料工业中蛋白质资源匮乏，人们迫切需要找寻新型的蛋白质资源。微生物可以作用在糟渣类副产品上，自身的微生物菌体是单细胞蛋白质的来源，并能够改善发酵基质蛋白质的氨基酸构成，从而丰富蛋白营养并增强蛋白质的消化利用效率［４］。Ｇéｌｉｎａｓ［５］使用６株酵母菌对马铃薯渣进行固态发酵，发酵后底物的粗蛋白质质量分数含量提高了７％～８％，其中产朊假丝酵母的蛋白质生产能力最高。杨喜娟等［６］人利用黑曲霉、产朊假丝酵母在马铃薯渣上进行发酵，粗蛋白质含量显著提高。王兵等［７］以白地霉和产朊假丝酵母对中药废渣发酵，蛋白质质量分数提高了７１．３１％。
２．２．２ 降解粗纤维，提高适口性
传统的粗纤维降解方法主要是脱水干燥法和氨化法，这些方法能够改变粗纤维的理化性质，但是能耗大、环境污染严重。近几年生物降解法逐步发展起来。代小伟等［８］使用两株纤维分解菌对甘蔗渣及稻草进行降解，木质素降解率达到５．１７％、纤维素降解率高达１８．２３％。罗涌泉等［９］使用酿酒酵母对豆腐渣进行处理，粗纤维含量降低４５％，还原糖含量显著提高，适口性大大改善。生物法降解具有污染小、能耗低、绿色环保，在生产应用中具有很广泛的前景。
２．２．３ 发酵中间产物的提取
固态发酵过程中，出现了许多发酵中间产物，包括有机酸、酶、维生素、色素、抗生素等。如何能够从价格低廉的糟渣类基质中提取这些产品，是生物工程技术发展的方向。目前应用于糟渣类产品比较多的是酶制剂和有机酸的生产，如纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、柠檬酸、植酸酶等［１０－１１］。Ｂａｎｓａｌ等［１２］在厨房垃圾废物中接入黑曲霉来生产纤维素酶，试验得到羧甲基纤维素钠酶活、滤纸酶活、β－葡萄糖苷酶活分别为３１０、１７、３３Ｕ／ｇ（干物质基础）的纤维素酶。田长城等［１３］利用啤酒糟原料使用黑曲霉发酵生产β－葡萄糖苷酶。黄键等［１４］使用柑橘皮渣进行固态发酵，生产柠檬酸，并探究柑橘皮渣生产柠檬酸最佳工艺。
２．２．４ 生物降解抗营养因子及毒素
抗营养因子及某些植物源毒素存在于糟渣类产品中。它们影响了饲料本身的营养价值，降低了营养物质的摄入量、甚至会引起动物中毒及死亡。
采用固态发酵技术处理糟渣类产品，可降低某些抗营养因子的含量。孙林等研究使用乳酸菌等对菜籽粕进行固态发酵，硫苷含量降低了８５．１９％。棉籽壳中存在游离棉酚和木质素，院江等［１５］使用酵母菌和乳酸菌等对棉籽壳进行固态发酵，棉酚脱毒率达到７５．４％。张乃峰等［１６］使用复合酿酒酵母对苹果渣进行发酵，单宁含量降低７９．０８％，同时甲胺磷、敌百虫、毒死蜱等农药残留有明显的减少。近几年来糟渣类产品的固态发酵的一些应用见表１。
固态发酵可以改善糟渣类副产品的营养价值，发酵过程中提高了蛋白质含量，同时也降低了纤维类物质的含量，也能够生产大量的酶，抗营养因子含量显著的降低。从表１可以看出，苹果渣既可以生产发酵饲料，同时可以生产酶制剂，也降低了抗营养因子。目前在糟渣类副产品的饲用技术中研究比较多的是苹果渣、马铃薯渣、蔗糖渣等。
３ 糟渣类产品的饲料化固态发酵工艺
生产发酵饲料是糟渣类产品最重要的一种利用方式，也是解决饲料资源紧缺的重要处理方法。最典型的案例是青贮饲料的生产，利用乳酸菌对玉米秸秆等粗饲料进行厌氧发酵，在保存饲料营养的同时也提高了适口性［２５］。发酵饲料的生产工艺研究，包括菌种的选择、发酵基质的配比及发酵条件的控制这几方面。
３．１ 发酵菌种的选择
丝状真菌与酵母菌适合于低水分的生长环境，真菌所产生的菌丝、酶系、中间代谢产物、孢子等适应于湿润的固态基质中，如果在液相水中悬浮培养，会阻碍酵母菌和真菌的代谢速率和繁殖，影响真菌的生长［２６］。因此饲料化固态发酵适宜选择丝状真菌和酵母菌。
真菌分解纤维素的能力强，真菌生长在发酵基质的表面，菌丝体进入植物胞腔内降解纤维素，打破纤维素分子之间的碳链，使其分解。常见的纤维分解菌有白腐真菌、黑曲霉、绿色木霉等。白腐真菌能够释放木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶及漆酶，专一性的分解木质素。黑曲霉能够释放丰富的纤维素酶及果胶酶，是公认的安全菌种，生长快、适应性强。产朊假丝酵母能够在发酵中具有糖化降解功能，同时能够产生丰富的菌体蛋白，是发酵饲料富蛋白化的重要菌种。
使用多菌种进行固态发酵，其效果要优于单菌固态发酵。作为饲料化固态发酵，需要考虑生产更多的微生物菌体，改善饲料的营养价值；另外需要考虑饲用安全性，防止污染杂菌和霉菌毒素的产生。
３．２ 发酵基质的配比
只有控制好发酵体系中各营养物质的含量及比例，才能创造微生物生长的条件。因此，除糟渣类原料之外，还需要添加适当的氮源、碳源、生长因子、无机盐及矿物元素，控制好发酵基质的碳氮比。目前作为辅料使用比较多的是麸皮，能够提供微生物需要的基本营养物质，同时呈现多孔片状，创造良好的通气效果，适合需氧的固态发酵。另外也有使用豆粕、玉米粉、糖蜜、米糠等作为天然发酵辅料［２７］。此外尿素、葡萄糖、硫酸铵、硫酸镁、磷酸二氢钠等化学合成药品也可以作为辅料添加。
对于发酵饲料生产而言，辅料的选择要因地制宜，合理使用。尽量使用天然发酵基质而少用化学基质。比如，尿素不合理添加会抑制微生物的生长并产生不愉快的氨味，需要对添加量进行严格控制。
３．３ 发酵条件的优化
固态发酵的发酵条件优化包括发酵容器的选择和工艺参数的优化（温度、ｐＨ 值、通风量、水分等）。固态发酵体系水分含量少，会出现发酵不均匀、不稳定的现象。物化指标的控制一直是学术界亟待解决的问题，目前在国内没有建立固态发酵完整的数学模型［３４］。我国一些文献中报道的固态发酵生产蛋白饲料的工艺参数见表２。
温度是固态发酵中最为关键的工艺参数，适宜的温度能够促进微生物的生长，同时能够抑制其他杂菌的生长。由表２可知，文献中报道发酵最适温度在２８～３０℃，过高的温度会造成其它杂菌的滋生。
发酵菌种的接种量与发酵体系中的微生物生长繁殖速度有关。适当的接种量可以缩短发酵时间，产物合成速度加快。接种量过大也会导致生长过快、过稠，造成营养物质的提前耗尽。由表２可知，文献中报道发酵菌种的接种量大约在１０％～２０％（湿物料基础）。
在发酵工业中，需要在微生物进入衰亡期之前结束发酵。由表２可以看出，文献中报道发酵周期在３～４ｄ，应选择底物蛋白质含量最高时结束发酵，时间过长会导致微生物衰亡，菌体自溶。然而对于降解纤维素、木质素的固态发酵则需要较长的周期，Ｃｈａｎｇ［２９］利用汽爆法和米曲霉固态发酵结合发酵秸秆，发酵降解时间为７ｄ。代小伟［８］利用白腐真菌和黑曲霉降解蔗渣、稻草的纤维素，发酵时间长达３０ｄ。
发酵过程中的水分是动态变化的，难以监控。所以需要在发酵前控制好初始水分含量。初始水分的确定除了与温度和通风有关，也与物料性质有关，比如，李日强等［３０］生产发酵玉米秸秆蛋白饲料需要１∶４．５的料水比，与玉米秸秆的多孔性、吸水能力强有关。油茶籽壳发酵只需要１∶１．２的料水比就可以生产蛋白饲料，与其含有较多的疏水性物质（脂类）有关，初始水分含量低，持水能力差［３１］。
饲料化固态发酵的生产工艺研究不仅应用于大型发酵生产企业，也需要适应中小型农产品生产加工企业。应尽量选择价格低廉、来源丰富的原料，预处理、温控、通风、搅拌、纯化等生产工艺尽量简单。
４ 结语
综上所述，糟渣类产品的固态发酵技术正日益蓬勃发展，但是仍然存在一些问题。比如，能够大规模利用的糟渣类产品种类少，研究较多的是苹果渣、马铃薯渣、蔗渣、啤酒糟等，其他的糟渣类产品尤其是果皮、果壳、种皮的研究报道比较少。此外对于固态发酵的工艺参数研究，尤其是饲料化发酵生产的工艺参数研究不够系统、规范，需要建立发酵工艺模型、确立固态发酵行业标准，以适应不断发展的非常规饲料加工产业。
近几十年来，畜牧养殖业快速发展，饲料资源出现严重的紧缺，以至于出现“人畜争粮”的情况。作为工业生产废弃物的糟渣类产品，应合理利用，变“废”为宝，使之服务于饲料工业。在实际的糟渣类产品的加工生产中需要因地制宜，选择低能耗、高效率的生产方法。同时需要注意发酵饲料产品的安全性和适口性问题。
如果我们能将糟渣类饲料科学合理的利用，就能为我们服务，固态发酵技术在糟渣类产品的应用和生产工艺技术研究任重道远。
［参考文献］略
