Chinese Journal of Animal Nutrition >

2025 , Vol. 37 >Issue 1: 648 - 657

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.056

RESEARCH PAPER

Research on the Best Technology of Solid State Fermentation for Feather Powder through Bacteria-Enzyme Coordination

  • XIAO Jiale , 1 ,
  • FENG Zhihua , 1, ** ,
  • ZHANG Zushuo 2, * ,
  • TAN Jianxin 2 ,
  • GONG Jiangang 2, *
Expand
  • 1 School of Animal Science and Technology, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China
  • 2 School of Food Science and Technology, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China
** associate professor, E-mail:

* Contributed equally

Received date: 2024-05-27

  Online published: 2025-01-10

Fold

Abstract

The aim of this experiment was to use the strains stored in the laboratory which could be used for feather degradation, combine them with isokeratase, and carry out the bacteriozyme cooperative solid-state fermentation of feather powder, explore the best fermentation process, and apply it to the biodegradation of feathers. The strains were cultured with LB medium and fermented with feather powder as the only organic nutrient source. Single factor test and orthogonal test were designed to determine the optimal fermentation process of feather powder through the determination of soluble protein content and in vitro digestibility of fermentation products. The results showed that the optimal bacterial enzyme combination was Enterococcus aureus strain SRD15-Bacillus amylolytica-keratin degrading enzyme, the ratio of bacterial enzyme was 1:2, the fermentation time was 13 days, the inoculation amount was 8%, and the addition water was 35%. The in vitro digestibility of the product after fermentation was 76.31%, which was 24.34% higher than that before fermentation, and the soluble protein content was 48.93%, which was 50.69% higher than that before fermentation.

Key words： feather powder; bacteria-enzyme coordination; solid state fermentation; fermentation technology

Cite this article

XIAO Jiale , FENG Zhihua , ZHANG Zushuo , TAN Jianxin , GONG Jiangang . Research on the Best Technology of Solid State Fermentation for Feather Powder through Bacteria-Enzyme Coordination[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2025 , 37(1) : 648 -657 . DOI: 10.12418/CJAN2025.056

中国是家禽养殖大国,每年的肉鸡和蛋鸡出栏数量已高达百亿羽,羽毛产量可达到数百万吨。我国羽毛的原有处理方式均存在明显弊端:如焚烧过程中会释放大量有害气体和烟尘,填埋可能对土壤及地下水造成严重污染,而加工利用则耗费大量能源和资源[1],这些废弃羽毛不但浪费大量土地资源,同时对自然环境产生巨大危害,急需采取更好的解决方案。在20世纪末,我国主要运用膨化法、高温高压水解法和酸解碱解法等传统技术手段对羽毛资源进行饲料化加工处理。上述方法在当时确实对羽毛的有效处理起到了积极的推动作用,但仍存在一些不容忽视的缺陷,例如,高温高压法在处理过程中可能导致羽毛中热敏氨基酸遭受损失,而酸解碱解法则有可能破坏氨基酸的结构[2]。
微生物发酵法通过丰富的酶系,将饲料中的大分子蛋白降解为小分子氨基酸和多肽,减少饲料中抗营养因子含量,提高蛋白质的消化率,增强生物活性。目前,国内外已有一些通过枯草杆菌、短小芽孢杆菌、黑曲霉等细菌或者真菌发酵饲料的研究[3]。
目前采用混菌发酵羽毛粉的研究报道较少,积极探索并寻找更加可持续且环保的加工方法,有利于更有效地解决羽毛废弃物的处理问题。基于此,本试验从复合工艺的角度出发,创新利用菌酶协同固态发酵羽毛废弃物生产高附加值蛋白质饲料的关键技术,可在温和的加工条件下,更为彻底地降解羽毛粉,减少氨基酸损失;同时,产生大量的酶和微生物,提高羽毛废弃物的营养价值,进而保障蛋白质饲料原料的有效供给。菌酶协同固态发酵法不但有利于解决养殖业固废污染难题,更有利于解决我国饲料蛋白质资源不足的问题,对推动废弃物的资源化再利用和家禽养殖业高质量可持续发展具有重要意义[4⇓⇓-7]。

1 材料与方法

1.1 试验原料

肉鸡羽毛粉、角蛋白降解酶(EC)(苏州卓鑫生物科技有限公司,批次2023.11.01,活性为2.00×105 U/g)、角蛋白降解菌株[分别为蜡样芽孢杆菌菌株C9T2311(BT)、肠球菌菌株4510K(CG)、金黄色肠球菌菌株SRD15(CE)、实验室筛选出的解淀粉芽孢杆菌(BH)、枯草芽孢杆菌菌株BF14(MJ)]。在高温高压灭菌后的LB培养基中分别接种以上5种菌,并在37 ℃恒温式平转摇床下培养24 h,之后测定菌株浓度分别为:BT 1.22×108 CFU/mL,CG 1.00×108 CFU/mL,CE 1.19×108 CFU/mL,BH 0.54×108 CFU/mL,MJ 0.58×108 CFU/mL。

1.2 试验方法

1.2.1 羽毛前处理准备

羽毛清洗、除杂、物理粉碎过40目筛,于蒸汽灭菌锅中进行高温杀菌(121 ℃、102.9 kPa、15 min)预处理,65 ℃恒温干燥至恒重,保存待用。

1.2.2 单因素试验

固定每瓶发酵基料(即羽毛粉底物)为5 g,将菌液、酶、0.01 mol/L磷酸盐缓冲液(PBS)(主要成分为磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和氯化钠,pH为7.2~7.4)和无菌水均匀混合,按一定比例添加至羽毛粉底物中,充分搅拌混合后密封,在37 ℃条件下发酵培养,每12 h手动翻料1次,每个处理6个重复。发酵结束后,检测发酵后产物可溶性蛋白含量和体外消化率[8]。

1.2.2.1 菌酶组合方式的单因素试验

固定加水量为40%、发酵时间为7 d、接种量为10%。菌酶组合方式选择BT-BH-EC、CG-BH-EC、CE-BH-EC、MJ-BH-EC、BT-MJ-BH-EC、CG-MJ-BH-EC、CE-MJ-BH-EC、BT-CG-BH-EC、BT-CE-BH-EC、CG-CE-BH-EC、BT-CG-MJ-BH-EC、BT-CE-MJ-BH-EC、CG-CE-MJ-BH-EC、BT-CG-CE-BH-EC、BT-CG-CE-MJ-BH-EC(菌酶比例1:1,其中不同菌亦为同等比例)。

1.2.2.2 菌酶比例的单因素试验

确定菌酶组合方式后,固定菌酶组合方式为CE-BH-EC、发酵时间为7 d、接种量为10%、加水量为40%。菌酶比例分别选择4:1、2:1、1:1、1:2、1:4,筛选出最佳菌酶比例。

1.2.2.3 发酵时间的单因素试验

固定菌酶接种比例为1:2、接种量为10%、加水量为40%。发酵时间分别选择1、3、5、7、9、11、13、14 d,筛选出最佳发酵时间范围。

1.2.2.4 接种量的单因素试验

固定菌酶接种比例为1:2、发酵时间为13 d、加水量为40%。接种量分别选择2%、4%、6%、8%、10%,筛选出最佳接种量范围。

1.2.2.5 加水量的单因素试验

固定发酵时间为13 d、接菌量为8%、接种比例为1:2。加水量分别选择10%、15%、25%、35%、45%,筛选出最佳加水量范围。

1.2.3 正交设计优化发酵工艺

根据单因素试验结果,利用正交试验进一步对发酵时间、接种量、接种比例、加水量等条件进行优化,设计4因素3水平L9(34)正交试验筛选出最优发酵条件。正交试验设计因素及水平见表1,正交表见表2,每个处理6个重复。
表1 正交试验设计因素及水平

Table 1 Design factors and levels of orthogonal experiments

因素Factors 水平Levels
发酵时间Fermentation time/d 9 11 13
接种量Inoculation amount/% 4 6 8
菌酶比例Bacterial enzyme ratio 1:1 2:1 1:2
加水量Water addition amount/% 25 35 45
表2 正交表

Table 2 Orthogonal table

组别
Groups		 发酵时间
Fermentation time/d		 接种比例
Inoculation amount/%		 菌酶比例
Bacterial enzyme ratio		 加水量
Water addition amount/%
1 9 4 1:1 25
2 9 6 2:1 35
3 9 8 1:2 45
4 11 4 2:1 45
5 11 6 1:2 25
6 11 8 1:1 35
7 13 4 1:2 35
8 13 6 1:1 45
9 13 8 2:1 25

1.2.4 验证试验

按照正交试验优化结果进行发酵验证试验,检测可溶性蛋白含量和发酵产物体外消化率。

1.2.5 测定指标

1.2.5.1 可溶性蛋白含量测定

参照考马斯亮蓝G250试剂盒检测步骤测定羽毛降解液中可溶性蛋白含量。取1 mL 5×G250染色液,将蛋白标准品(浓度为0.2 mg/mL)按0、2、4、6、8、12、16、20 μL分别加到96孔板中,加PBS稀释液补足到20 μL。称取羽毛粉发酵产物1 g,样品用PBS溶解并作适当稀释,取20 μL至96孔板的样品孔中。各孔加入200 μL稀释后的1×G250染色液,室温放置3~5 min。用酶标仪(Gene Company Limited HTX,中国)测定并根据标准曲线计算出样品中的蛋白浓度。

1.2.5.2 体外消化率测定

体外消化率测定参考文献[9-10]的方法,并做适当修改。发酵产物于65 ℃下烘干至恒重,取1.00 g样品于离心管中,加入生理盐水和盐酸使其溶解,并调整pH为1.8。加入1 mL胃蛋白酶溶液(3 mg/mL)并将其置于摇床中振荡消化4 h。消化完成后加入PBS和氢氧化钠溶液,并调整pH为7.5。加入1 mL胰蛋白酶溶液(10 mg/mL)并将其置于摇床中振荡消化20 h。消化完成后加入水杨酸并取沉淀,计算体外消化率,计算公式如下:
D(%) = [(1-m)/1.00]×100。
式中:D为体外消化率;m为残渣重量。

1.3 数据统计分析

采用正交设计助手V3.1软件对正交试验的因素与水平进行分析。采用SPSS 27.0统计软件对数据进行独立样本t检验,试验结果以“平均值±标准差”表示,P<0.01表示差异极显著,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同菌酶组合方式对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

由表3可知,可溶性蛋白含量和体外消化率随着组合方式的不同有所增减,当组合方式为BT-BH-EC、CE-BH-EC、BT-CE-BH-EC时,可溶性蛋白含量和体外消化率较高。
表3 不同菌酶组合方式对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

Table 3 Effects of different bacterial enzyme combination methods on soluble protein content and in vitro digestibility of fermented feather powder %

菌酶组合方式
Bacterial enzyme combination methods		 可溶性蛋白含量
Soluble protein content		 体外消化率
In vitro digestibility
MJ-BH-EC 14 37.00
BT-CG-CE-MJ-BH-EC 22 46.00
CG-MJ-BH-EC 26 49.00
BT-MJ-BH-EC 28 51.50
CG-CE-MJ-BH-EC 30 53.33
BT-CG-BH-EC 31 53.50
CG-CE-BH-EC 33 55.33
CE-MJ-BH-EC 33 56.33
BT-CE-MJ-BH-EC 33 56.67
BT-CG-CE-BH-EC 37 57.00
BT-CG-MJ-BH-EC 39 59.00
CG-BH-EC 41 59.67
BT-CE-BH-EC 43 60.33
BT-BH-EC 45 60.67
CE-BH-EC 49 62.00

EC:角蛋白降解酶 Keratin degrading enzyme; BT:蜡样芽孢杆菌菌株C9T2311 Bacillus cereus strain C9T2311; CG:肠球菌菌株4510K Enterococcus strain 4510K; CE:金黄色肠球菌菌株SRD15 Enterococcus aureus strain SRD15; BH:实验室筛选出的解淀粉芽孢杆菌 Bacillus amylolyticus screened in laboratory; MJ:枯草芽孢杆菌菌株BF14 Bacillus subtilis strain BF14。表4同 the same as Table 4。

对组合方式BT-BH-EC、CE-BH-EC、BT-CE-BH-EC进行重复试验。由表4可知,当组合方式为CE-BH-EC时,可溶性蛋白含量和体外消化率较高。因此,选择菌酶组合方式CE-BH-EC进行后续试验。
表4 不同菌酶组合方式对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

Table 4 Effects of different bacterial enzyme combination methods on soluble protein content and in vitro digestibility of fermented feather powder %

菌酶组合方式
Bacterial enzyme combination methods		 BT-BH-EC CE-BH-EC BT-CE-BH-EC
可溶性蛋白含量Soluble protein content 44.7 48.2 46.0
体外消化率In vitro digestibility 60.13 62.50 59.83

2.2 不同菌酶比例对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

由表5可知,随着菌酶比例的变化,发酵产物可溶性蛋白含量和体外消化率有所增减,当菌酶比例为1:2时,可溶性蛋白含量和体外消化率均为最高。因此,选择菌酶比例1:2进行后续试验。即菌(CE-BH):EC质量比例为1:2,混菌之间比例由预试验确定1:1效果最佳。
表5 不同菌酶比例对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

Table 5 Effects of different bacterial enzyme ratios on soluble protein content and in vitro digestibility of fermented feather powder %

项目
Items		 菌酶比例Bacterial enzyme ratio
4:1 2:1 1:1 1:2 1:4
可溶性蛋白含量Soluble protein content 40.6 41.9 42.7 44.1 41.5
体外消化率In vitro digestibility 56.92 57.79 58.54 59.31 57.32

2.3 不同发酵时间对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

由表6可知,随着发酵时间的增加,发酵产物可溶性蛋白含量和体外消化率一开始呈现上升趋势,当发酵时间为13 d时,发酵产物可溶性蛋白含量和体外消化率均为最高,之后可溶性蛋白含量和体外消化率上升趋势变缓。因此,选择发酵时间为13 d进行后续试验。
表6 不同发酵时间对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

Table 6 Effects of different fermentation time on soluble protein content and in vitro digestibility of fermented feather powder %

项目
Items		 发酵时间Fermentation time/d
3 5 7 9 11 13 14
可溶性蛋白含量Soluble protein content 11 26 41 44 47 48 47
体外消化率In vitro digestibility 34.37 48.85 56.11 57.83 58.99 59.26 59.02

2.4 不同接种量对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

由表7可知,随着接种量的变化,发酵产物可溶性蛋白含量和体外消化率一直呈上升趋势,当接种量达到8%时,上升趋势变缓。因此,选择接种量为8%进行后续试验。
表7 不同接种量对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

Table 7 Effects of different inoculation amount on soluble protein content and in vitro digestibility of fermented feather powder %

项目
Items		 接种量Inoculation amount/%
2 4 6 8 10
可溶性蛋白含量Soluble protein content 23 33 39 47 47
体外消化率In vitro digestibility 32.37 40.16 47.52 56.96 57.89

2.5 不同加水量对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

由表8可知,随着加水量的增加,发酵产物可溶性蛋白含量和体外消化率一开始呈现上升趋势,当加水量为15%、25%、35%时,发酵产物可溶性蛋白含量和体外消化率均为最高,之后可溶性蛋白含量和体外消化率均有下降趋势。因此,选择加水量为15%、25%、35%进行后续试验。
表8 不同加水量对发酵羽毛粉可溶性蛋白含量和体外消化率的影响

Table 8 Effects of different water addition amount on soluble protein content and in vitro digestibility of fermented feather powder %

项目
Items		 加水量Water addition amount/%
10 15 25 35 45
可溶性蛋白含量Soluble protein content 42 51 53 52 43
体外消化率In vitro digestibility 55.67 59.34 60.62 58.19 52.41

2.6 优化发酵工艺的正交试验结果

菌酶协同固态发酵羽毛粉正交试验结果见表9、表10。以体外消化率为指标,根据极差大小,其对发酵效果的影响因素为发酵时间>菌酶比例>接种量=加水量,依据均值大小,综合发酵后体外消化率,确定菌酶协同固态发酵羽毛粉的较优发酵条件为菌酶比例1:2、发酵时间13 d、接种量8%、加水量35%。
表9 正交试验设计方案及结果

Table 9 Orthogonal experiment design scheme and results

项目
Items		 因素Factors 体外消化率
In vitro
digestibility/%
菌酶比例
Bacterial enzyme
ratio		 发酵时间
Fermentation
time/d		 接种量
Inoculation
amount/%		 加水量
Water addition
amount/%
试验号Test number
1 1:1 9 4 25 54.31
2 2:1 9 6 35 56.19
3 1:2 9 8 45 57.80
4 2:1 11 4 45 53.22
5 1:2 11 6 25 59.48
6 1:1 11 8 35 61.55
7 1:2 13 4 35 62.09
8 1:1 13 6 45 60.82
9 2:1 13 8 25 58.96
均值1 Mean 1 58.893 56.100 56.637 57.583
均值2 Mean 2 56.123 58.083 58.830 60.040
均值3 Mean 3 59.887 60.720 59.437 57.280
极差Range 3.764 4.62 2.80 2.76
最优水平Optimal level 1:2 13 8 35
排序Sort 发酵时间>菌酶比例>接种量=加水量
表10 正交试验设计方案及结果

Table 10 Orthogonal experiment design scheme and results

项目
Items		 因素Factors 可溶性蛋白含量
Soluble protein
content/%
菌酶比例
Bacterial enzyme
ratio		 发酵时间
Fermentation
time/d		 接种量
Inoculation
amount/%		 加水量
Water addition
amount/%
试验号Test number
1 1:1 9 4 25 46.72
2 2:1 9 6 35 48.6
3 1:2 9 8 45 50.21
4 2:1 11 4 45 45.63
5 1:2 11 6 25 51.89
6 1:1 11 8 35 53.96
7 1:2 13 4 35 54.39
8 1:1 13 6 45 53.23
9 2:1 13 8 25 51.37
均值1 Mean 1 51.303 48.191 49.047 49.993
均值2 Mean 2 48.417 50.493 51.240 52.297
均值3 Mean 3 52.297 53.130 51.701 49.690
极差Range 3.880 4.939 2.654 2.607
最优水平Optimal level 1:2 13 8 35
排序Sort 发酵时间>菌酶比例>接种量=加水量
以可溶性蛋白含量为指标,根据极差大小,其对发酵效果的影响因素为发酵时间>菌酶比例>接种量=加水量,依据均值大小,综合发酵后体外消化率,确定菌酶协同固态发酵羽毛粉的较优发酵条件为菌酶比例1:2、发酵时间13 d、接种量8%、加水量35%。
因此,通过正交试验结果得出,菌酶协同固态发酵羽毛粉的最佳发酵条件为菌酶比例1:2、发酵时间13 d、接种量8%、加水量35%。

2.7 羽毛粉发酵验证试验结果

按照上述正交试验所确定的较优试验条件对机械粉碎羽毛粉进行发酵,其发酵结果见表11。在最优条件下,羽毛粉发酵产物的体外消化率根据GB/T 17811—2008的方法测定为76.31%,发酵后体外消化率较发酵前提高了24.34%(P<0.05),可溶性蛋白含量为48.93%,发酵后可溶性蛋白含量较发酵前提高了50.69%(P<0.05)。
表11 羽毛粉发酵结果

Table 11 Fermentation results of feather powder %

项目
Items		 体外消化率
In vitro digestibility		 可溶性蛋白含量
Soluble protein content
羽毛粉发酵前Feather powder before fermentation 61.37±0.43A 32.47±0.41a
羽毛粉发酵后Feather powder after fermentation 76.31±1.24B 48.93±1.13b

同列数据肩标不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Different uppercase letters of the shoulder in the same column indicated significant differences (P<0.01), while different lowercase letters indicated significant differences (P<0.05).

3 讨论

3.1 不同菌酶组合方式对发酵羽毛粉的影响

本试验选取角蛋白降解菌株和EC对羽毛粉进行菌酶协同固态发酵。其中本试验使用的菌株为实验室筛选的可用于羽毛降解的菌株;EC为市面上购买的可专一地降解角蛋白的蛋白酶类。发酵初期,芽孢杆菌分解固态培养基中羽毛粉蛋白的能力较强,进行菌体自繁的同时将其分解为分子结构较小的蛋白质、肽类、氨基酸等,这些物质被菌体吸收后可在体内转化为糖类,从而促进芽孢杆菌的生长。而肠球菌虽然在初期分解蛋白质能力不如芽孢杆菌,但其在代谢过程中能产生乳酸和细菌素,抑制动物病原菌繁殖,并改善培养基的生理状态[11]。羽毛降解菌多适宜中性或碱性条件,随羽毛粉分解比例增大,培养基pH增加,脱氨作用增强,同时会释放一定量氨气。羽毛降解菌的活性在pH过高时会迅速降低,进而减少可溶性蛋白产生,需要在固态培养基中加入PBS对pH进行调整。加入PBS后的培养基环境稳定,能保证菌群的正常生长和EC发挥作用。
由表1和表2可知,不同菌酶组合方式对羽毛粉发酵效果产生的影响较大,可能是不同微生物之间的协同作用不同所致。发挥正组合效应的组别能提高发酵产品蛋白质含量和品质[12];而发挥负组合效应的组别则不利于羽毛粉发酵。通过这种发酵方式,可以将羽毛粉中难以消化的角蛋白转变为可消化的蛋白质和氨基酸,有利于饲料蛋白质的生产[13]。孙华欣等[14]和樊磊等[15]均发现混菌固态发酵的效果优于单菌固态发酵。混菌发酵和菌酶协同发酵是目前生物饲料行业使用较多的一种方式[16]。

3.2 不同因素及水平对发酵羽毛粉的影响

本试验采用四因素三水平的L9(34)正交设计试验优化羽毛粉固态发酵工艺。结果显示,优化后的最佳发酵工艺为菌酶比例1:2、发酵时间13 d、接种量8%、加水量35%,在此条件下,羽毛粉发酵效果最好。通过极差分析可知,发酵时间对羽毛粉发酵效果的影响最大,菌酶比例次之,接种量和加水量对羽毛粉发酵效果的影响最小。
菌酶发酵饲料是菌酶和饲料之间形成稳态环境的动态平衡过程。发酵时间是影响羽毛粉发酵效果的重要因素[17]。发酵初期,羽毛发酵效果较差,因为微生物需要适应发酵环境进入适应期[18-19],之后微生物之间形成互利共生作用,在培养基中形成动态平衡的共生环境[20]。试验结果表明,随发酵时间增加,羽毛发酵效果的增加趋势趋向平缓,表明存在最佳发酵时间。发酵羽毛中可溶性蛋白含量前期增加速度较快、效益较高,后期增加速度放慢、效益减少。羽毛发酵效果的变化趋势与之相同。因此,选择合适的发酵时间能减少发酵成本和由于发酵过度引起的不必要浪费。
菌酶协同发酵在降解羽毛粉方面优于单菌或单酶发酵,其优势源自菌酶间的协同作用和互补性[21]。协同作用有助于提升羽毛粉发酵效果,使其资源化利用更广泛。菌酶的互补性体现在酶促反应和微生物代谢上。在酶促反应中,酶的专一性和高效性能够快速地启动和推动反应进程,微生物则可以通过自身的代谢系统提供持续的动力。菌酶相互促进提高菌酶稳态的稳定性和活性,增强降解能力[22]。本研究结果表明,菌酶比例的调整对发酵效果至关重要。适当的接种比例,可优化菌酶协同发酵过程,提高发酵效果。这一发现表明在酶处理过程中,过多的酶可能会在酶解过程中产生竞争性抑制作用,影响酶解效果[23]。因此,酶的添加量需要适量控制,以获得最佳的酶解效果。
对微生物而言,接种量是否适宜也是决定发酵成败的关键因素。微生物在羽毛培养基中生长繁殖,菌群数量需在一定范围内才能发挥最佳作用[24-25]。每种微生物都有其最佳作用条件范围和耐受条件范围,不同微生物对生长繁殖的要求不同,过高或过低的菌群密度都会影响发酵效果[26]。固态发酵基质传质效果不佳,羽毛发酵过程中仅仅通过微生物自身调节菌群密度非常困难。因此,于发酵底物中适量接种可促使微生物快速生长,建立优势菌群,抑制杂菌生长。本研究表明,随着接种量增加,发酵效果先增后减。因此,选择合适的接种量是羽毛粉固态发酵的必要条件。
加水量对羽毛粉发酵效果的影响并不明显,但水是微生物维持生长繁殖的必要条件。微生物在液态环境中繁殖能力更强,同时水是维持固态培养基通气性的重要因素。发酵过程中通气性直接影响微生物生长繁殖和发酵效果。微生物自身生长特性也会影响培养基的含水量。如芽孢杆菌在湿度较大的羽毛培养基中生长效果较好,为其他厌氧菌提供生长条件[27]。另外,不同发酵底物吸水能力不同,羽毛粉作为非常规动物源性蛋白质饲料,其吸水性和亲水性不强,为保证微生物正常生长繁殖,适当提高加水量对羽毛粉的固态发酵更为有利。

4 结论

综上所述,通过菌酶协同发酵处理,筛选出菌酶协同固态发酵羽毛粉的最优条件为菌酶组合方式CE-BH-EC、菌酶比例1:2、发酵时间13 d、接种量8%、加水量35%。发酵后产物的体外消化率为76.31%,较发酵前提高了24.34%,可溶性蛋白含量为48.93%,较发酵后提高了50.69%。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
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