大豆作为主要的蛋白质饲料原料,目前的国内产量远不能满足生产需求。为此,我国每年都从美国和巴西等主要大豆产地进口大量的大豆[1],仅在2018年我国就进口大豆8 803万t[2],而豆浆和豆渣作为大豆加工主要副产品,其营养成分并没有得到充分的利用。目前,国内豆浆和豆渣在养殖领域的应用研究才刚刚起步,合理利用现有的大豆资源,充分利用大豆加工副产品,对我国饲料产业的发展具有重要的意义。
发酵饲料是目前被广泛使用的用于减少抗生素使用的饲料[3],它不但能通过在现代猪生产中使用工业副产品来降低生产成本[4],还能通过微生物发酵降解饲料原料中抗营养因子,并提供益生菌[5]。豆浆和豆渣是豆制品加工行业的主要副产品,豆浆以其营养而闻名[6],但豆渣由于含有抗营养因子,在饲料应用方面受到限制[7]。据统计,我国每年生产湿豆渣2 000万t[8]。Jiang等[7]用豆渣为原料,运用固态发酵技术添加γ-聚谷氨酸(γ-poly-glutamic acid,γ-PGA)生产染色芽孢杆菌,证明了连续分批发酵的可行性。Jiang等[9]也曾以发酵豆渣部分替代豆粕,通过饲养试验研究其对鱼的生长性能及血液生化指标的影响,结果显示发酵豆渣对鱼的生长有一定的促进作用,以40 g/kg替代豆粕时生长性能最佳。Yadav等[10]利用豆浆作为代乳剂饲喂水牛犊牛,结果表明添加维生素、矿物质和酶的豆浆可替代多达80%的水牛乳,节省成本且对水牛生长性能无不良影响。目前,国内在高水分豆渣和豆浆直接发酵并在短时间内达到利用效果的技术还不是很成熟。因此,本试验通过在豆浆型和豆渣型发酵饲料中添加微生物和复合化学添加剂,研究不同添加剂对豆浆型和豆渣型发酵饲料有氧稳定性及发酵产物的影响,旨在探究豆渣和豆浆开发为发酵饲料的可行性以及适合豆浆型和豆渣型发酵饲料的添加剂,为合理利用大豆加工副产物提供理论依据和科学指导。
1 材料与方法 1.1 试验材料与设计主要试验材料:布氏乳杆菌(Lactobacillus buchneri,LB)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum,LP)、复合化学添加剂(复合化学添加剂1和2均由苯甲酸钠、亚硝酸钠、山梨酸钾配制而成,但是复合化学添加剂1和2中各成分比例不同)、乳酸细菌培养基(MRS)。玉米胚芽粕、豆渣、豆浆、大豆糖蜜、喷浆玉米皮、稻壳均由大庆市牧源药业公司提供。
试验时间为2018年4月,试验共6组,分别为对照组、复合化学添加剂1组、复合化学添加剂2组、LB+LP(水)组、LB+LP(MRS)组、LB+LP组。每组称取900 g混合发酵饲料,由玉米胚芽粕、豆渣或豆浆、大豆糖蜜、喷浆玉米皮、稻壳按12 : 45 :1: 25 : 17比例配制而成,分别作如下处理:1)对照组无任何添加剂;2)复合化学添加剂1组添加复合化学添加剂1,添加量为4 L/t;3)复合化学添加剂2组添加复合化学添加剂2,添加量为2 L/t;4)LB+LP(水)组添加LP和LB冻干粉末与水混合菌液,以2.0 mL/kg的添加量添加到发酵饲料中,LB添加量为106 CFU/g,LP添加量为106 CFU/g;5)LB+LP(MRS)组添加LP和LB冻干粉末与MRS混合菌液,以2.0 mL/kg的添加量添加到发酵饲料中,LB添加量为106 CFU/g,LP添加量为106 CFU/g;6)LB+LP组添加LB和LP用MRS复活后的菌液,按1 : 1体积比混合均匀,LB添加量为106 CFU/g,LP添加量为106 CFU/g。各组均用蒸馏水将水分调至同一水平。将每组混合好的饲料均匀地装入3个真空袋内。用真空封口机进行封口,把真空袋放在室温中发酵,豆浆型和豆渣型发酵饲料发酵时间为10 d,每组3个重复。开封后取样分析化学成分及发酵品质。原料干物质含量、pH及微生物含量见表 1。
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表 1 原料干物质含量、pH及微生物数量(鲜重) Table 1 DM content, pH and microbial number of raw materials (fresh weight) |
开封前、后样品干物质含量采用65 ℃烘箱干燥48 h后进行测定[11]。
1.2.2 微生物数量测定乳酸菌数量的测定采用MRS平板计数法。大肠杆菌数量的测定采用紫红胆盐琼脂培养后进行计数。使用pH调至3.5的马铃薯琼脂培养基培养酵母菌和霉菌,并采用平皿涂布法[12]测定酵母菌和霉菌数量。
1.2.3 发酵品质和有氧稳定性pH测定:用pH-100精密pH计(哈尔宾市南岗区硕博顺达试剂公司)测定[13]。
挥发性脂肪酸含量测定:称取发酵饲料10 g,放入6号自封袋中,加入90 g去离子水,然后经定性滤纸过滤,并将浸提液置于-20 ℃冷冻保存待测。挥发性脂肪酸和醇类含量采用高效液相色谱仪(戴安中国有限公司)测定[14],色谱柱:Sepax Carbomix H-NP5,配同系保护柱Carbomix H-NP5;流动相:2.5 mmol/L H2SO4水溶液,流速:0.55 mL/min,柱温:57 ℃,示差检测器温度:30 ℃,响应时间:6 s,进样量:20 μL。
有氧稳定性测定:所有发酵饲料达到贮存日期后开封,样料敞口放置7 d,环境温度为室温。连续7 d固定时间测定pH,pH上升幅度小,有氧稳定性则较好,反之较差[15]。
1.3 数据统计分析发酵品质和有氧稳定性结果采用SPSS 19.0统计软件对数据进行单因子方差分析(one-way ANOVA),采用Duncan氏法进行多重比较,结果以“平均值±标准差”表示,P<0.05为差异显著性判断标准。
2 结果与分析 2.1 不同添加剂对豆渣型发酵饲料发酵品质的影响如表 2所示,与对照组相比,复合化学添加剂1和2组的干物质、乙酸含量及乳酸菌数量显著升高(P < 0.05)。复合化学添加剂1组的干物质含量最高,为57.50%;乳酸菌数量最高,为9.04 log(CFU/g)。与对照组相比,复合化学添加剂2和LB+LP组的乳酸、丙酸、异丁酸含量显著降低(P < 0.05),复合化学添加剂2组的乳酸、丙酸和异丁酸含量最低,分别为26.68、1.62、1.44 g/kg DM。对照组的乳酸菌数量显著低于其他各组(P < 0.05)。
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表 2 不同添加剂对豆渣型发酵饲料发酵品质的影响(干物质基础) Table 2 Effects of different additives on fermentation quality of bean dregs type fermented feed (DM basis) |
如表 3所示,复合化学添加剂1和2组在有氧暴露期间内稳定性较好,pH变化幅度较小;而LB+LP(水)、LB+LP(MRS)、LB+LP组在1~3 d表现出良好的稳定性,但在4~7 d pH显著升高(P < 0.05)。复合化学添加剂1组的开封当天(1 d)pH最高,为4.32,显著高于对照组和其他试验组(P < 0.05);LB+LP(MRS)组的最终(7 d)pH最高,为6.73,显著高于对照组和其他试验组(P < 0.05);复合化学添加剂2组的最终(7 d)pH最低,为4.30,显著低于对照组和其他试验组(P < 0.05)。
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表 3 不同添加剂对豆渣型发酵饲料有氧稳定性的影响 Table 3 Effects of different additives on aerobic stability of soybean dregs type fermented feed |
如表 4所示,各试验组对豆浆型发酵饲料发酵品质的改善虽然没有豆渣型发酵饲料明显,但在某些指标上还是有一定的效果。从整体看,复合化学添加剂1组发酵品质较好。复合化学添加剂1和2组的pH分别为4.03和4.06,显著高于对照组和其他试验组(P < 0.05)。复合化学添加剂1组的干物质含量为57.52%,显著高于对照组和其他试验组(P < 0.05)。LB+LP(MRS)组的丙酸含量最高,显著高于对照组和除LB+LP(水)组外的其他试验组(P < 0.05)。LB+LP(水)组的乙醇含量最高,显著高于对照组和其他试验组(P < 0.05)。
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表 4 不同添加剂对豆浆型发酵饲料发酵品质的影响(干物质基础) Table 4 Effects of different additives on fermentation quality of soybean milk type fermented feed (DM basis) |
如表 5所示,对照组和化学添加剂1、2组在有氧暴露期间内稳定性较好,虽1 d和7 d之间差异显著(P < 0.05),但变化幅度较小。而LB+LP(水)、LB+LP(MRS)、LB+LP组有氧暴露期间变化幅度较大。复合化学添加剂2组的开封当天(1 d)pH最高,为4.06,显著高于对照组和其他试验组(P < 0.05);LB+LP(MRS)组的最终(7 d)pH最高,为6.18,显著高于对照组和其他试验组(P < 0.05);各试验组的最终(7 d)pH均高于对照组,但只有LB+LP(水)、LB+LP(MRS)、LB+LP组与对照组差异显著(P < 0.05)。
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表 5 不同添加剂对豆浆型发酵饲料有氧稳定性的影响 Table 5 Effects of different additives on aerobic stability of soybean milk type fermented feed |
首先,经过10 d的发酵,豆浆型和豆渣型发酵饲料在开封当天表现出很好的pH和干物质含量;其次,豆浆型发酵饲料一直表现出很好的有氧稳定性,而豆渣型发酵饲料在开封后4 d内也表现出良好的有氧稳定性,这表明豆浆和豆渣可以作为发酵底物。有氧稳定性对发酵饲料至关重要,特别是pH被认为是影响和提高青贮发酵饲料发酵质量的重要因素[16]。Chen等[17]试验证明,发酵饲料中低pH(4.19或更低)均可促进良好发酵,发酵饲料开封后,饲料接触空气,引起好氧微生物的生物活动,致使饲料中的糖、乳酸、乙酸、蛋白质和氨基酸被分解,同时产生热量,使pH升高,pH前后变化超过2时发生腐败,品质变坏。影响有氧稳定性的微生物主要有酵母菌和霉菌[18]。一般以测定开封后7 d的各项指标来判断发酵品质[19]。本试验中,复合化学添加剂1和2组的有氧稳定性很好,可能是因为在发酵开封后,饲料中的乳酸菌数量和乳酸含量比较高,提高了有氧稳定性。苯甲酸钠和乳酸菌是最有前途的添加剂,既能提高青贮饲料发酵,又能提高好氧稳定性[20]。Ranjit等[21]的试验证明,采用1×106 CFU/g的布氏乳杆菌接种玉米青贮饲料,可获得较好的乳酸发酵效果,玉米青贮饲料的好氧稳定性得到了显著提高。但在本试验中,乳酸菌的添加并没有效改善发酵饲料的有氧稳定性,开封后3 d的pH迅速升高,没有起到抑制二次发酵的效果,可能是发酵时间不充足导致的乳酸菌数量和乳酸含量不足。洪梅等[22]研究发现,布什乳杆菌是发酵后期的主导菌群,在发酵过程中起到非常重要的作用,这与本试验中添加微生物的试验组有氧稳定性略差的结果相符。各试验组的乙酸含量都显著高于对照组,但乳酸菌复合制剂添加组的酵母菌较多,酵母菌在有氧条件下代谢产生较多的二氧化碳和乙醇,影响了饲料的发酵品质。Kleinschmit等[23]的试验也证明,有氧稳定性较好的发酵饲料乙酸含量都比较高,而乙醇含量都比较低。这与复合化学添加剂组较好的有氧稳定性试验结果相符合。
3.2 不同添加剂对豆浆型和豆渣型发酵饲料发酵品质的影响乳酸菌和乳酸的产生有利于改善发酵品质。利用含有植物乳杆菌等细菌的青贮饲料接种剂,可以快速降低青贮饲料的pH,避免发酵过程中不需要的微生物的增殖,从而提高青贮饲料的质量[24]。底物中的大豆糖蜜含有碳水化合物、蛋白质、脂肪等成分且含量很高,营养物质丰富[25],近几年常被用作微生物的发酵底物,在本试验中,各试验组发酵饲料中以大豆糖蜜为发酵底物,是为了让乳酸菌快速繁殖,达到快速发酵的目的[26]。同时,孟陆丽等[27]就曾用大豆糖蜜做底物并以乳酸杆菌发酵生产乳酸,并得到了最佳配比,林丽芳[28]的研究也证明促进乳酸的发酵,丁酸的发酵会在发酵过程中受到抑制,进而提高紫花苜蓿青贮的发酵品质。乳酸含量的提高有助于提高发酵品质[29]。本试验中,各组均含有一定量的乳酸,其中以LB+LP(MRS)组乳酸含量最多,可能是乳酸菌利用糖蜜代谢产生乳酸。乳酸的产生可以降低发酵饲料的pH[30],使发酵饲料的营养价值和适口性得到提高。本试验中,LB+LP(水)和LB+LP(MRS)组的乳酸菌含量显著高于对照组和其他试验组,其原因应该是发酵初期乳酸菌的添加致使乳酸菌大量繁殖,也导致乳酸含量迅速增加。化学添加剂在目前生产中普遍使用,它用量少,效果好,能有效提高发酵产物的干物质含量,减少干物质损失率[31],这与复合化学添加剂1和2组豆浆型和豆渣型发酵饲料的干物质含量很高的发酵试验结果相同。复合化学添加剂的添加还可以降低发酵初期有害微生物的活性,确保发酵成功。复合化学添加剂1和2组的乳酸含量低,但是乳酸菌数量很高,可能是复合化学添加剂的添加有利于乳酸菌的生长,但它没有像乳酸菌添加组一开始就有大量乳酸菌,所以乳酸含量的积累不如乳酸菌添加组,但其乳酸含量低的真正原因还需进一步研究。虽然乳酸含量不如乳酸菌添加组高,但复合化学添加剂的添加也在一定程度上促进了乳酸的发酵,改善了发酵品质。豆浆型混合饲料中LB+LP组与对照组相比仅干物质含量升高,其他指标均无显著差异,这与万江春等[32]LB+LP混合添加组具有良好的发酵结果不同。原因可能是发酵时间较短,布氏乳杆菌尚未发挥作用,也可能是发酵底物的差异导致。但真正原因还需进一步研究。
4 结论各添加剂都在一定程度上改善了豆浆型和豆渣型发酵饲料的发酵品质和有氧稳定性,但复合化学添加剂在改善豆渣型发酵饲料的发酵品质和有氧稳定性方面优于其他添加剂。
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