我国糟渣类资源种类丰富、来源广泛,其作为动物饲料原料开发利用不仅能缓解资源短缺的压力,同时还能减少大量副产物堆积而引起的环境污染问题。白酒糟是高梁、大麦、小麦等谷物酿造白酒后所剩的副产物,是典型的糟渣类资源。新鲜白酒糟中含有丰富的营养物质和大量的微生物,如不及时处理或处理不当,极易腐败,造成二次环境污染[1-2]。白酒糟富含蛋白质、维生素、矿物质、氨基酸等营养成分以及有机酸、酚酸、黄酮类和生物碱等生物活性物质,具有良好的饲料开发潜力和广阔的应用前景[3]。然而,新鲜白酒糟富含粗纤维等抗营养因子、含水量高、易霉变腐烂,直接饲喂会导致动物出现生殖道疾病,降低其繁殖能力[4];同时,白酒糟含有乙酸、乙醇、甲醇等成分,长期饲喂会导致中毒和腹泻等疾病发生,严重限制了其直接作为饲料原料在单胃动物生产中的应用,使得白酒糟的资源化利用率低[5]。采用微生物固态发酵技术可有效改善非常规饲料资源的营养价值,是目前实现白酒糟资源化高效利用的有效途径之一。本文结合国内外最新研究进展,对我国白酒糟资源概况、营养特点及组成成分、白酒糟生物发酵饲料生产工艺以及白酒糟生物发酵饲料在猪和鸡生产中的应用进行综述,旨为发酵白酒糟在猪和鸡饲粮中的科学应用提供参考。
1 白酒糟资源概况、营养特点及组成成分
我国白酒糟资源丰富,据国家统计局的资料估算,在2015—2022年期间,我国白酒年均产量约为960万t,近6年虽有所下降,但年均产量仍接近800万t(图1)。白酒糟的产量约是白酒产量的3倍,由此可见,近年来我国白酒糟年均产量在2 000万t以上。但目前,新鲜白酒糟低效粗放的传统处理方式极易造成环境污染和资源浪费等问题,因此,对其进行大规模高效处理和资源化利用具有重要意义。
我国酿造白酒的原料种类以及生产工艺不同,其所产生的酒糟类型以及营养成分也存在很大区别。按酿造原料不同可分为高粱白酒糟、玉米白酒糟、青稞酒糟等;按生产工艺不同可分为浓香型、酱香型、清香型。白酒主要是由高梁、玉米、大麦、小麦等谷物原料酿造而来,所产生的白酒糟中仍然含有较丰富的粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分、钙、磷以及维生素等营养成分,尤其是粗蛋白质含量较高。如表1所示,不同类型白酒糟之间,玉米酒糟的营养价值较高,其粗蛋白质含量可达29%,且粗纤维含量较低;其次为酱香型白酒糟,而浓香型和清香型白酒糟由于酿造白酒时添加了一定量的稻壳,其营养价值相对较低[7]。同时,白酒糟中含有丰富的矿物元素,如钙、磷、钾、锌和铁等[8]。此外,白酒糟中氨基酸种类齐全,包括8种必需氨基酸。除含上述常规营养成分外,白酒糟还富含生物活性物质,如有机酸、酚酸、黄酮类和生物碱等,这些生物活性物质具有抗氧化[9]、抗炎[10]和抑菌[11]等作用,对促进动物生长发育具有重要调控作用(表2)。
表1 不同类型白酒糟常规营养成分含量Table 1 Conventional nutrient contents of different types of distiller’s grains% |
| 项目 Items | 酱香型白酒糟 Sauce-flavor distiller’s grains[12⇓-14] | 浓香型白酒糟 Luzhou-flavor distiller’s grains[12-13,15] | 清香型白酒糟 Light-flavor distiller’s grains[16] | 玉米酒糟 Corn distiller’s grains[12,17] | 青稞酒糟 Highland barely distiller’s grains[12,14] |
|---|---|---|---|---|---|
| 粗蛋白质 CP | 20.85~24.12 | 14.85~16.75 | 14.07~20.96 | 21.45~29.02 | 23.57~26.19 |
| 粗脂肪 EE | 7.95 | 4.53~4.83 | 4.15~7.09 | 3.46~13.85 | 7.33 |
| 粗纤维 CF | 17.12~24.09 | 24.23~28.57 | 14.39~28.55 | 7.52~11.39 | 15.58 |
| 粗灰分 Ash | 9.15~10.13 | 9.91~11.75 | 1.79~5.78 | 1.97~4.47 | 2.12~6.07 |
表2 白酒糟部分生物活性物质含量Table 2 Partial bioactive substance contents of distiller’s grainsμg/g |
| 项目 Item | 表儿茶素 Epicatechin | 阿魏酸 Ferulic acid | 对羟基苯甲酸 p-hydroxybenzoic acid | 咖啡酸 Caffeic acid | 丁香酸 Syringic acid | 檞皮素 Quercetin | 参考文献 Reference |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 白酒糟 Distiller’s grains | 562.7 | 518.2 | 417.7 | 217.1 | 158.0 | 147.8 | [18] |
综上所述,白酒糟含有丰富的营养物质,可作为优良的饲料资源。然而,白酒糟中粗纤维等抗营养因子含量高,同时新鲜白酒糟含有甲醇、乙醇、醛类等有害物质,加之其水分含量较高易发生霉变,处理不当饲喂动物会出现中毒现象。因此,畜禽生产中通常不直接添加新鲜白酒糟作为饲料原料。
2 白酒糟生物发酵饲料生产工艺
发酵基料是影响发酵产物营养物质含量变化的首要因素。白酒糟中营养物质不均衡,其中氮源丰富,但缺乏含碳物质,因此,研究人员通常在发酵白酒糟时添加玉米粉、麦麸和菜籽粕为微生物生长代谢提供碳源,适量的碳源可以提高菌体生长速度,并且有助于提高白酒糟蛋白质转化率。于海漫[23]利用混合菌种(热带假丝酵母、枯草芽孢杆菌、白地霉)发酵白酒糟发现,当麸皮添加量在5%~15%时,发酵白酒糟中粗蛋白质含量随着麸皮添加量增加而呈增长趋势。张玉诚[24]研究发现,在麸皮添加量10%、玉米粉添加量5%和菜籽粕添加量5%的条件下,接种白地霉、绿色木霉、米曲霉和枯草芽孢杆菌,白酒糟中粗蛋白质含量从16.32%提高到24.34%,粗纤维含量从34.90%降低至20.06%。
微生物菌种是影响发酵白酒糟营养成分的重要因素,不同种类微生物其发酵效果不同。在生产上,发酵酒糟常用的菌种有酵母菌(产朊假丝酵母菌、热带假丝酵母菌等)、霉菌(白地霉、黑曲霉等)、乳酸菌(异型双歧杆菌等)、芽孢杆菌(枯草芽孢杆菌等)和放线菌(小单胞菌属、链霉属等)[25]。白酒糟经不同菌种发酵后,其粗蛋白质、粗纤维等营养成分含量变化差异较大。因此,应不断筛选优良的微生物菌种,以获得高品质发酵白酒糟。杨丽华等[26]利用枯草芽孢杆菌和酵母菌混合发酵白酒糟,发酵后白酒糟的粗蛋白质含量为25.91%,比发酵前提高了60.43%。刘瑞娟等[27]采用枯草芽孢杆菌和热带假丝酵母菌按照等比例混合发酵后,白酒糟的粗蛋白质含量提高,可达39.17%。上述发酵白酒糟中粗蛋白质含量存在一定差异的原因可能与菌种组合、接种量等因素不同有关。向玉华[28]以白酒糟为主要原料,以康宁木霉和纤维素酶为发酵菌种,研究单菌及混合菌发酵后白酒糟中营养成分含量的变化,结果表明,发酵白酒糟的纤维素含量降低,且混菌发酵的效果优于单菌发酵,可能是混合菌中不同菌种产生的酶之间存在互补作用,使其发挥更好的效果。
此外,发酵条件,如含水量、接种量、接种比例、发酵温度以及时间等也是影响发酵产品品质的主要因素。含水量会直接影响微生物的生长,含水量过高会导致发酵底物的孔隙中充满水,不利于气体交换,而含水量过低会导致底物营养物质溶解度降低,微生物的生长受到抑制;接种量会影响活菌数目,接种量不足、微生物菌株少,相关酶分泌减少,影响发酵效果,接种量过多会导致菌株快速进入稳定期甚至衰亡期;发酵温度会影响微生物的生长速率和酶活性等;发酵时间会影响发酵速率,发酵时间过短会导致饲料原料发酵不充分,发酵过长又会导致杂菌生长[29-30]。因此,只有将各项工艺参数控制在适宜的范围内,才能达到最优发酵效果。司维江等[31]生产发酵白酒糟饲料时发现,采用酿酒酵母、产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌、黑曲霉和米曲霉,在接种比为2∶4∶1∶1∶1、温度为38 ℃、含水量为55%、培养周期为5 d的条件下,发酵白酒糟的粗脂肪和真蛋白质含量分别比发酵前提高了27.67%和16.91%。梅世慧等[32]利用黑曲霉、粪肠球菌、植物乳酸杆菌、酿酒酵母对白酒糟进行固态发酵,当接种比为1∶1∶1∶1、初始pH为6、发酵温度为28 ℃、接种量为8%、培养周期为5 d的条件下,发酵白酒糟中粗蛋白质含量提高了34.46%,中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量分别降低了35.28%和54.02%。
综上所述,发酵基料、微生物菌种和发酵条件不同会影响白酒糟的发酵品质,筛选优良的微生物菌种是发酵的关键,但不同菌种所要求的发酵条件有所不同。因此,只有将发酵过程中各项工艺参数控制在适宜范围内,才能得到优质的发酵白酒糟(表3)。
表3 发酵白酒糟的发酵条件和营养物质含量Table 3 Fermentation conditions and nutrient contents of fermented distiller’s grains |
| 发酵菌种 Fermentation strains | 接种量 Inoculation quantity/% | 接种比 Proportion of inoculation | 发酵温度 Fermentation temperature/℃ | 含水量 Moisture content/% | 发酵时间 Fermentation time/d | 营养物质含量变化 Changes of nutrient contents | 参考文献 References |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 酿酒酵母、黑曲霉、米曲霉 Saccharomyces cerevisiae, Asperillus niger and Aspergillus oryzae | 2∶1∶1 | 35 | 55 | 4 | 粗蛋白质、真蛋白质和钙含量分别 提高了4.78%、16.41%和13.33%, 粗纤维含量降低了10.30% | [33] | |
| 植物乳杆菌、黑曲霉、粪肠球菌、 酿酒酵母 Lactobacillus plantarum, Asperillus niger, Enterococcus faecalis and Saccharomyces cerevisiae | 8 | 1∶1∶1∶1 | 5 | 粗蛋白质含量提高了34.46%,中性洗涤 纤维和酸性洗涤纤维含量分别 降低了35.28%和35.28% | [32] | ||
| 热带假丝酵母、枯草芽孢杆菌、 白地霉 Candida utilis, Bacillus subtilis and Geotrichum candidum | 20 | 1∶1∶2 | 60 | 3 | 粗蛋白质、真蛋白质含量分别 提高了64.28%、91.90%,粗纤维 含量降低了26.15% | [23] | |
| 白地霉、米曲霉、绿色木霉、 枯草芽孢杆菌 Geotrichum candidum, Aspergillus oryzae, Trichoderma and Bacillus subtilis | 10 | 1∶1∶1∶1 | 50 | 3 | 真蛋白质、总氨基酸、钙和磷含量分别 提高了57.85%、24.47%、16.67%和68.18%, 粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和 粗脂肪含量分别降低了42.39%、 27.73%、31.95%和21.48% | [24] | |
| 米曲霉、黑曲霉 Aspergillus oryzae and Asperillus niger | 1∶1 | 33 | 45 | 3 | 总氨基酸含量提高了17.74% | [34] | |
| 黑曲霉、枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌 Asperillus niger, Bacillus subtilis and Lactobacillus acidophilus | 12 | 2∶1∶1 | 37 | 2.5 | 粗蛋白质含量提高了30.33%, 粗纤维含量降低了30.05% | [35] | |
| 酿酒酵母、产朊假丝酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、康宁木霉、黑曲霉、嗜热毁丝霉 Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis, Lactobacillus plantarum, Bacillus subtilis, Trichoderma, Asperillus niger and Myceliophthora thermophila | 10 | 30 | 5 | 粗蛋白质含量提高了24.46%, 粗纤维含量降低了45.03% | [36] |
3 白酒糟生物发酵饲料在猪和鸡生产中的应用
白酒糟生物发酵饲料作为一种新型的非常规饲料原料,在猪和鸡生产中具有提高生产性能、改善肠道健康以及产品品质等功能,具有广阔的应用前景。
3.1 白酒糟生物发酵饲料在猪生产中的应用
3.1.1 白酒糟生物发酵饲料对猪生产性能的影响
Song等[37]研究发现,饲粮中添加4%酿酒酵母再发酵高梁干酒糟及其可溶物可提高妊娠后期母猪采食量、产奶量和产仔存活率,降低产死仔率,同时提高仔猪断奶窝重,这可能是由于高梁酒糟酿酒酵母培养物能提高母猪乳汁中粗脂肪和干物质含量,进而提高仔猪生长性能。张大城等[38]用4%白酒糟酿酒酵母培养物替代等比例基础饲粮饲喂断奶仔猪发现,添加发酵白酒糟能增加断奶仔猪的平均日增重,其原因一方面可能是白酒糟在发酵过程中产生消化酶、有机酸等生物活性物质,改善白酒糟适口性;另一方面可能是发酵过程中产生的有益微生物和活性物质进入肠道,改善肠道微生态平衡,促进饲料消化吸收,进而提高仔猪生产性能[24]。郑梓等[39]在“杜×长×大”三元杂交猪饲粮中分别添加5%、10%、15%、20%发酵白酒糟替代不同比例玉米、豆粕、小麦麸,结果发现,发酵白酒糟添加量≤15%时能提高育肥猪平均日增重、平均日采食量,并降低料重比;而添加20%发酵白酒糟会降低平均日增重和平均日采食量,提高料重比。研究发现,饲粮中添加发酵白酒糟可提高育肥猪平均日增重,降低料重比及养殖成本,从而增加经济效益[38,40]。综上所述,饲粮中添加适宜比例的发酵白酒糟可有效提高猪的生产性能,但并非添加比例越高效果越好,相反,添加比例过高反而会对机体产生负面影响。发酵白酒糟对猪生产性能的影响见表4。
表4 发酵白酒糟对猪生产性能的影响Table 4 Effects of fermented distiller grains on performance of pigs |
| 试验动物 Experimental animals | 添加量 Addition amount | 对生产性能的影响(与对照组相比) Effects on performance (compared with the control group) | 参考文献 References |
|---|---|---|---|
| 妊娠母猪 Pregnant sows | 2%、4% | 4%添加组平均日采食量提高了6.36% | [37] |
| 断奶仔猪 Weaned piglets | 断奶仔猪腹泻率、料重比分别降低了40.51%、7.89% | [41] | |
| 断奶仔猪 Weaned piglets | 4% | 平均日增重提高了18.29% | [38] |
| 育肥猪 Fattening pigs | 6% | 平均日增重提高了22.22%,料重比降低了9.64% | [35] |
| 育肥猪 Fattening pigs | 5%、10%、15%、20% | 5%、10%、15%添加组平均日增重、平均日 采食量分别提高了19.41%、26.77%、10.03%和 10.95%、15.62%、2.39%,料重比分别降低了 7.12%、8.81%、4.75% | [39] |
3.1.2 白酒糟生物发酵饲料对猪的其他作用效果
微生物发酵后的白酒糟中富含消化酶、小肽、细胞壁多糖(葡聚糖、甘露寡糖等)和维生素等功能性物质,因此还具有改善肠道菌群结构、提高机体抗氧化能力和免疫力等功能。Li等[42]研究饲粮中分别添加5%、10%、15%发酵白酒糟对断奶仔猪肠道菌群和代谢产物的影响,结果发现,添加15%发酵茅台酒糟可有效调节肠道微生物菌群结构,提高肠道中乳酸菌和嗜黏蛋白阿克曼菌等有益菌的丰度,降低大肠杆菌等有害菌的丰度。同样,在育肥猪生产中的研究发现,饲粮中添加发酵白酒糟能提高育肥猪粪便中乳酸菌和双歧杆菌等有益菌的丰度,降低大肠杆菌等有害菌的丰度[40]。由此可见,发酵白酒糟对猪肠道微生物的平衡有一定影响,其原因是微生物发酵白酒糟的菌种多为有益菌,动物采食后,有益菌定殖在肠道内,与有害菌竞争营养物质和结合位点,进而抑制有害菌生长[43]。此外,饲喂发酵白酒糟还能提高机体抗氧化能力和免疫力。蒋载阳等[44]在哺乳期母猪饲粮中添加4%发酵白酒糟替代不同比例玉米、豆粕和玉米皮,与对照组相比,发酵白酒糟组母猪血清中免疫球蛋白G(IgG)含量增加,表明饲粮中添加发酵白酒糟能提高机体免疫力,可能是发酵白酒糟中生物活性物质在机体内发挥作用。另有研究报道,饲喂发酵白酒糟可降低育肥猪粪便臭味,这为改善猪舍环境提供了新的思路[39]。
以上研究结果表明,在猪生产中添加≤15%发酵白酒糟能改善肠道菌群结构,提高机体抗氧化能力和免疫力,改善血液生化指标,进而提高其生产性能,因此,在生产中添加适宜的发酵白酒糟可以节约饲料成本,增加经济效益。
3.2 白酒糟生物发酵饲料在鸡生产中的应用
3.2.1 白酒糟生物发酵饲料对鸡生产性能的影响
张鑫等[45]研究发现,在419日龄海兰褐蛋鸡的饲粮中添加1%和2%发酵白酒糟,蛋鸡采食量和产蛋率有提高的趋势,料蛋比有降低的趋势,且1%添加组效果最优。然而,王少琨等[46]在72周龄海兰褐蛋鸡的饲粮中分别添加2%、4%、6%和8%发酵白酒糟,发现2%和4%添加组蛋鸡产蛋率显著提高,料蛋比显著降低。以上最优添加量有差异可能是发酵白酒糟的品质不同所导致,但综合来看添加发酵白酒糟对蛋鸡生产性能具有改善作用。同样,在肉鸡生产中的研究发现,饲喂发酵白酒糟能提高其生产性能[47-48]。崔玉明等[49]报道,在爱拨益加肉鸡饲粮中添加5%酒糟发酵复合益生菌剂,可提高肉鸡平均日增重,降低料重比。发酵白酒糟对鸡生产性能的影响见表5。
表5 发酵白酒糟对鸡生产性能的影响Table 5 Effects of fermented distiller grains on performance of chickens |
| 试验动物 Experimental animals | 添加量 Addition amount | 对生产性能的影响(与对照组相比) Effects on performance (compared with the control group) | 参考文献 References |
|---|---|---|---|
| 海兰褐蛋鸡 Hy-Line Brown laying hens | 1%、2% | 1%和2%添加组产蛋率分别提高了1.55%、1.40% | [45] |
| 海兰褐蛋鸡 Hy-Line Brown laying hens | 2%、4%、6%、8% | 2%和4%添加组产蛋率分别提高了7.29%、 8.01%,料蛋比分别降低了8.26%、6.20% | [46] |
| 海兰褐蛋鸡 Hy-Line Brown laying hens | 2%、4%、6% | 2%添加组总蛋重提高了8.76%, 料蛋比降低了8.26% | [50] |
| 爱拨益加肉鸡 Arbor Acres broilers | 2.5%高、低纤维和 5%高、低纤维发酵酒糟 | 2.5%高纤维发酵酒糟添加组平均 日采食量提高了4.85% | |
| 爱拨益加肉鸡 Arbor Acres broilers | 5% | 平均日增重提高了13.90%, 料重比降低了7.89% | [49] |
3.2.2 白酒糟生物发酵饲料对鸡的其他作用效果
发酵白酒糟富含氨基酸、维生素、辅酶以及微量元素等营养物质,这些物质通过生理途径进入鸡蛋,进而改善鸡蛋品质[51]。在海兰褐蛋鸡饲粮中添加发酵白酒糟,发现提高了鸡蛋蛋壳颜色值、蛋黄颜色值、蛋白高度和哈氏单位,以2%添加量效果最佳[45]。另有研究发现,饲粮中添加2%、4%发酵白酒糟替代等量玉米干酒糟及其可溶物饲喂三黄鸡,可提高其空肠和回肠长度,进而提高机体对营养物质的消化利用率[52]。此外,饲粮中添加发酵白酒糟具有提高爱拨益加肉鸡空肠中乳酸杆菌、双歧杆菌等有益菌数量趋势,降低大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌数量的作用[46,48]。发酵饲料中富含营养物质,为乳酸菌和双歧杆菌提供了适宜的生存环境,促进其生长繁殖,而乳酸杆菌可通过产生有机酸,降低肠道pH,抑制肠道中有害菌生长,从而改善肠道发育[53]。
以上研究结果表明,饲粮中添加1%~5%发酵白酒糟能提高鸡的生产性能,同时还能改善产品品质以及肠道形态结构和菌群组成,可作为一种饲料原料在鸡的生产中使用。
4 小结
微生物发酵技术极大地改善了白酒糟的营养价值和饲用价值,饲粮中添加适宜比例的发酵白酒糟能提高猪和鸡的生产性能、改善肠道形态结构、产品品质以及降低饲料成本等。但发酵白酒糟在开发和应用过程中仍存在一些待解决的问题:1)现阶段发酵白酒糟使用的微生物菌种种类繁多,高效发酵菌种以及发酵工艺的筛选需进一步研究,以便生产品质稳定的发酵白酒糟;2)虽然发酵白酒糟在猪和鸡生产中具有较好的作用效果,但对于不同品种以及不同发育阶段的最适添加量还需进一步摸索研究。
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