糟渣是农副产品加工的废弃物。我国糟渣类饲料资源丰富,每年因谷物酿造、水果加工、薯类制粉等产生的各类糟渣约1.7亿t。这些糟渣营养丰富,富含糖类、有机酸、维生素、矿物质、膳食纤维等营养物质及黄酮、多酚、色素类活性物质,将其合理开发用作饲料,不仅能缓解我国饲料资源短缺问题,还可降低养殖成本,从根本上解决由糟渣废弃导致的环境污染问题,促进种植业、加工业及养殖业的可持续发展。然而,鲜糟渣水分含量高,易腐烂变质,压榨会损失大量养分,人工干燥成本高,加之抗营养因子含量高,制约其直接作为饲料的应用。随着生物发酵技术及现代化加工与养殖装备的快速发展,利用益生菌对鲜糟渣进行发酵处理,可明显改善其饲用价值,促进饲料化利用效率。本文就酒糟、果渣、薯渣等主要糟渣资源的营养特点、发酵工艺及其在猪饲粮中的应用进行综述,为大规模开发糟渣用作猪饲料提供参考。
1 发酵酒糟作为猪饲料的研究进展 1.1 白酒糟白酒糟是白酒酿造业的副产物,是以高粱、玉米、小麦、大麦等粮食为主要原料,加入谷壳作为疏松物,在酿酒酵母作用下进行发酵,再把酒精蒸发之后的剩余物。2018年全国白酒(折65°)总产量为871万kL(约800万t),每生产1 t白酒大概产生3 t鲜白酒糟,鲜白酒糟年产量约2 400万t,含60%~70%水分,折合干白酒糟约800万t。风干白酒糟含13%~30%粗蛋白质、2.5%~8.0%粗脂肪、14%~35%粗纤维,还含有醇、酯、酸等发酵产物及微生物菌体产生的核糖核酸、嘌呤、嘧啶、类脂化合物、酶、维生素等微量有益成分[1]。由于酿造白酒的底物与工艺不同,导致不同香型白酒糟间的物理特性存在较大差异。白酒糟作为动物饲料具有较好的饲用价值,特别是对反刍动物。但是,由于鲜白酒糟中残留的酒精、醛和杂醇等成分对动物生长和繁殖具有一定毒性,因此直接添加在饲粮中时比例不宜过高。近年来,随着生物发酵技术的发展,白酒糟的营养价值得以提升,在养猪生产上也得到应用。
1.1.1 白酒糟发酵鲜白酒糟中性洗涤纤维含量高、能值低,养分利用效率较低,且含有植酸、草酸、鞣酸等物质,影响适口性;利用微生物发酵、菌酶协同发酵等预处理技术可以改善白酒糟的理化特性,降低粗纤维含量,提高真蛋白质含量,改善氨基酸组成,同时还能获得微生物的有益代谢产物。阿拉腾珠拉等[2]的试验表明,以米曲霉、黑曲霉和酵母菌组合发酵(80%酒糟+10%玉米+10%麦麸)后,发酵产物的粗蛋白质、真蛋白质、总氨基酸含量分别较发酵前提高了30.39%、38.06%、17.74%,酸性蛋白酶、中性蛋白酶和纤维素酶活性分别提高了41.69%、67.00%和103.84%,酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量分别降低了23.64%和20.40%。焦肖飞等[3]选用枯草芽孢杆菌、白地霉和产朊假丝酵母对白酒糟进行发酵,表明复合菌发酵效果优于单菌。张玉诚[4]采用白地霉、米曲霉、绿色木霉和枯草芽孢杆菌按照等比例混合发酵,白酒糟发酵后的真蛋白质含量提高了57.85%,总氨基酸含量提高了24.47%,其中赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸含量分别提高了109.68%、38.09%、39.39%、71.43%、28.93%;粗纤维、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、粗脂肪含量分别降低了42.39%、31.95%、27.73%、21.48%。由此可见,发酵白酒糟的营养价值得到明显提升,进而增加了其作为饲料资源的附加值。
1.1.2 发酵白酒糟在猪饲粮中的应用发酵白酒糟主要应用于育肥猪和母猪。育肥猪饲喂发酵白酒糟,可以降低饲料成本。张旺宏等[5]研究表明,育肥猪饲粮中添加5%发酵白酒糟可增加平均日增重,降低料重比;15%的添加量可显著改善机体氮代谢能力,增强抗氧化能力,而不影响生长性能。杨志勇等[6]在育肥猪饲粮中添加10%白酒糟酵母培养物,对猪只采食量、日增重和料重比均没有显著的影响,可降低饲料成本;但添加量提高到20%时,则降低了生长性能。发酵白酒糟在仔猪和生长猪上的应用研究较少,且在仔猪上的应用效果不佳。研究发现,饲粮中添加10%发酵白酒糟增加了60 kg以下仔猪和生长猪的采食量与料重比,但对日增重没有显著影响,可能是由于发酵白酒糟容重低,添加比例过高导致饲粮营养水平偏低[6]。
母猪利用粗纤维的能力较强,适当提高母猪饲粮粗纤维含量不仅可以节约常规饲料,而且可以改善母猪消化机能,提高泌乳力,有利于促进仔猪的生长发育。刘建忠等[7]以5%的发酵茅台白酒糟替代哺乳母猪饲粮中的麦麸,从母猪产前4 d饲喂至产后18 d,母猪泌乳量增加了33.71%,1~18日龄仔猪的平均日增重提高了24.25%。王伦学等[8]在妊娠期母猪和哺乳期母猪饲粮中添加4%的白酒糟酵母培养物,可将母猪产活仔数提高0.5头,断奶仔猪成活数提高1.5头,母猪哺乳期产奶量提高17%。
1.2 啤酒糟啤酒糟是啤酒生产过程中的主要副产品,是以大麦(或青稞)为主要原料,并辅以啤酒花、酵母以及淀粉质辅助原料、糖类辅助原料和水等,经发酵提取可溶性碳水化合物后的残渣,主要由不溶性蛋白质、半纤维素、脂肪、酶、维生素、灰分及少量未分解的淀粉和未洗出的可溶性浸出物等组成。我国是世界第一啤酒生产大国,啤酒糟产量也位居世界第一,2018年全国啤酒总产量3 812万kL(约3 800万t),每生产1 t啤酒约产生0.25 t鲜啤酒糟,则鲜啤酒糟年产量约1 000万t,含70%~80%水分,折合干啤酒糟约为300万t。李倩等[9]分析了5个啤酒糟的营养成分,风干物中粗蛋白质含量为27.34%、粗脂肪含量为10.21%、粗纤维含量为17.35%、粗灰分含量为3.91%、无氮浸出物含量为32.29%。但是,啤酒糟营养成分含量随啤酒生产用料和加工工艺等不同而存在差异。
1.2.1 啤酒糟发酵鲜啤酒糟水分含量高,不宜储存,且酸性强、粗纤维含量高,并含有较多的抗营养因子,直接饲喂会影响动物的消化吸收,但其粗蛋白质含量较高,因此可通过生物发酵处理制备高蛋白质饲料。通常以啤酒糟为发酵基质,采用混合发酵技术,在微生物产生的各种酶系协同作用下,将不易消化吸收的物质降解成有利于动物吸收的单糖、寡糖和各种氨基酸;同时,酵母迅速大量增殖,使得发酵后的啤酒糟真蛋白质含量显著增加,进而改善适口性和饲用价值。黄河清涛等[10]和宾冬梅等[11]通过二次发酵方法建立了啤酒糟生产高蛋白质饲料的工艺:首先从黑曲霉、康氏木霉、青霉、曲霉4株菌种中筛选出康氏木霉和黑曲霉作为第1次发酵菌种组合,该组合降解纤维素的效果最佳,且混菌发酵比单菌发酵的降解纤维效果更好;第2次采用酵母菌和枯草芽孢杆菌组合(接种量比为5 : 1),在33.73 ℃、接种量16.51%、添加硫酸铵5%和2%尿素条件下连续发酵4 d,理论粗蛋白质含量可达43.38%。王瑞等[12]以85.0%啤酒糟和15.0%血粉为发酵底物,先接入1.0%乳酸菌发酵2 d后,再接入1.0%酵母菌继续发酵至7 d时,发酵产物的粗蛋白质含量达到59.27%,较发酵前提高了106.59%。蔡国林等[13]采用干燥粉碎联合生物发酵的方法,利用纤维素酶、木聚糖酶和蛋白酶混合酶解,同时经产朊假丝酵母JX-09固态发酵啤酒糟后,粗蛋白质含量从38.8%提高到45.17%,多肽含量从0.68%提高到5.21%,蛋白质体外消化率从53.7%提高到61.8%,水解氨基酸总量达42.18%,必需氨基酸总量达17.3%,粗纤维含量仅为1.66%,比啤酒糟原样降低了89%。
1.2.2 发酵啤酒糟在猪饲粮中的应用鲜啤酒糟中粗纤维含量高,且其中的蛋白质主要是不溶性蛋白,极大地限制了其在猪饲粮中的应用。虽然经过微生物发酵处理后啤酒糟的饲用价值得到改善,替代部分豆粕饲喂生长育肥猪来减少饲料成本是可行的[14],但目前在猪饲粮中的应用研究非常少。邬苏晓等[15]采用添加复合酶和益生菌发酵啤酒糟的饲粮饲喂30 kg梅花猪,发现饲粮添加40%发酵啤酒糟后,猪体重增长快,饲料报酬高,降低了饲养成本,并能有效控制腹泻和减少粪臭。
2 发酵果渣作为猪饲料的研究进展 2.1 柑橘渣我国是世界第一柑橘生产大国,2018年柑橘产量达4 138万t[16]。柑橘渣是柑橘果实加工榨汁或制罐后的副产物,包括果皮、种子、橘络和残余果肉等,甜橙榨汁后的副产物约占果实重量的50%,蜜桔制罐后的副产物约占果实重量的25%。随着我国柑橘产业的快速发展,越来越多的柑橘用于深加工,每年大约产生500万t柑橘渣。鲜柑橘渣含水量约为80%,干燥后含无氮浸出物62%~70%、粗蛋白质6.3%~8.0%、总氨基酸5.3%~5.9%、粗脂肪2.2%~4.4%、粗纤维11%~16%、粗灰分2.8%~3.9%,且钙含量高、磷含量低[17-18],同时还富含铁、维生素B1、维生素B2、维生素C、维生素E、胡萝卜素、黄酮类抗氧化物质、橘皮精油、可溶性糖和膳食纤维。此外,柑橘渣含有大量果胶以及柚皮苷、柠檬苦素等苦味物质。其中,果胶占整个果皮的20%~30%,是多糖类物质,黏度高,单胃动物难以消化;苦味物质会影响柑橘渣的适口性,降低动物采食量,姚焰础等[18]测得柑橘渣中柚皮苷和柠檬苦素含量分别为12.21和431.14 mg/kg。
2.1.1 柑橘渣发酵利用有益微生物对柑橘渣进行发酵,能够降低苦味物质含量,提高粗蛋白质含量,改善柑橘渣的饲用价值。姚焰础等[19]发现,青贮后柑橘渣中柚皮苷和柠檬苦素含量分别降低了43.82%、35.82%。赵蕾[20]研究表明,产朊假丝酵母、黑曲霉和里氏木霉发酵夏橙皮渣的适宜条件为:发酵时间3~4 d,接种比例2 : 1 : 1或3 : 2 : 1,接种量10%,含水量65%;发酵后粗蛋白质含量由10%左右增加到30%以上,真蛋白质含量增加了45%左右。李赤翎等[21]提出酵母菌发酵柑橘渣的最佳发酵条件:发酵温度30 ℃,开始pH为5,发酵时间4 d;当酵母菌接种量为3%时,柑橘渣中酵母菌数量达到9.26×108 CFU/g,粗蛋白质含量由发酵前的8.17%增加到28.06%。程锦[22]研究发现,柑橘渣和麦麸或豆粕混合发酵的最佳发酵条件为:米曲霉、康宁木霉、热带假丝酵母菌比例为1 : 2 : 2,发酵时间84 h,发酵温度33 ℃,含水量70%,辅料5%,菌液0.4 mL/g。
2.1.2 发酵柑橘渣在猪饲粮中的应用发酵柑橘渣对猪的适口性好,适量添加可促进肠绒毛发育,改善肠道微生态平衡,提高蛋白质利用率,降低饲料成本。王帅[23]在断奶仔猪饲粮中添加8%发酵柑橘渣,提高了仔猪的生长性能,促进了肠绒毛生长发育,降低了隐窝深度,提高了消化吸收能力。赵蕾[20]用发酵夏橙皮渣替代50%、100%的菜籽粕,对生长猪生长性能无不良影响;50%替代组的血清尿素氮含量显著降低,饲粮蛋白质和干物质消化率显著提高;50%和100%替代组的饲料成本分别降低了2.43%和4.85%。Hernandez等[24]研究表明,在肥育猪饲粮中添加青贮柑橘渣显著降低了消化能,但线性增加了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率;随着柑橘渣添加量的增加,粪便中肠杆菌和乳酸菌数量显著降低,屠宰率也线性下降,皮下脂肪层多不饱和脂肪酸含量呈二次曲线下降;当添加量为10%时,对肥育猪营养物质消化率、屠宰率、皮下脂肪酸含量均无显著影响。
2.2 苹果渣我国是世界第一苹果生产大国,2018年全国苹果产量3 923万t[16]。苹果渣是苹果榨汁或生产罐头后的副产物,主要由果皮、果核和残余果肉组成。我国年产苹果渣约300万t。鲜苹果渣水分含量为69%~87%,干燥后含无氮浸出物60%~73%、粗蛋白质4.9%~6.7%、总氨基酸4.1%~4.6%、粗脂肪5.9%~8.2%、粗纤维14%~22%、粗灰分1.6%~2.8%,钙、磷含量低[25]。苹果渣还富含可溶性糖、铁、B族维生素、黄酮、多酚和膳食纤维。
2.2.1 苹果渣发酵苹果渣含有单宁等抗营养因子[26],且粗蛋白质含量较低,在养猪生产中直接应用效果欠佳。通过有益微生物发酵来改善适口性、提高粗蛋白质含量,是改善苹果渣饲用价值的有效途径。胡银川等[27]分别研究了单菌、双菌、三菌发酵苹果渣的效果,发现单菌发酵时,黑曲霉发酵产物的粗蛋白质含量增幅最大,枯草芽孢杆菌次之,最后为酿酒酵母;双菌发酵时,当黑曲霉与枯燥芽孢杆菌混合比例为1 : 1时,粗蛋白质含量增幅最大;三菌发酵的最优菌种比例为黑曲霉:枯草芽孢杆菌:酿酒酵母=1 : 1 : 2,粗蛋白质含量由发酵前的7.2%增加到13.5%。薛祝林等[28]研究了枯草芽孢杆菌和啤酒酵母双菌发酵苹果渣的效果,最佳发酵条件为浆料比1 : 1、接种量3%、pH 5.0,此发酵条件下发酵产物真蛋白质含量达到了13.58%。
2.2.2 发酵苹果渣在猪饲粮中的应用饲粮中添加6%发酵苹果渣能提高断奶仔猪的生长性能,改善小肠形态结构,调节肠道微生态平衡,提高养分消化率。高印[29]研究了添加4%、6%、8%益生菌发酵苹果渣对早期断奶仔猪生长性能、血清生化指标和粪便微生物菌群的影响,结果表明,添加6%益生菌发酵苹果渣能提高断奶仔猪的生长性能,调节肠道微生态平衡,降低粪便中大肠杆菌数量和腹泻率,提高血清中内分泌激素含量,降低血清中尿素氮和胆固醇含量。王国军等[30]研究也发现,饲粮中添加6%益生菌发酵苹果渣能够提高仔猪小肠绒毛高度,降低隐窝深度,改善肠道环境,从而提高粗蛋白质和粗脂肪的表观消化率;降低肠道中大肠杆菌数量,提高乳酸杆菌等有益菌数量,调节肠道微生态平衡;提高血清中免疫球蛋白A、白细胞介素-4、白细胞介素-6等免疫指标含量,从而提高断奶仔猪的免疫力。
2.3 葡萄渣我国是葡萄种植大国,2018年全国葡萄产量1 367万t[16]。葡萄渣是葡萄经过酿酒或榨汁后的副产物,主要由葡萄皮、葡萄籽和果梗构成,占鲜果重量的20%~30%。我国年产葡萄渣约50万t。新鲜葡萄渣水分含量高,干燥后含无氮浸出物37%~38%、粗蛋白质约12%、总氨基酸9.7%~10.8%、粗脂肪8.4%~10.6%、粗纤维22%~30%、粗灰分3.2%~6.0%、钙0.55%~0.82%、磷0.08%~0.21%[31]。葡萄渣还富含可溶性糖、矿物质、维生素以及多酚、有机酸、不饱和脂肪酸和膳食纤维等多种功能性物质。葡萄渣中主要的抗营养因子是单宁,含量为3.83%~5.18%[32]。
2.3.1 葡萄渣发酵葡萄渣的水分和可溶性糖含量高,不易保存,纤维和单宁含量高,适口性差,干燥耗能大,故生产中常通过有益微生物发酵来改善适口性,增加益生菌数量,提高粗蛋白质含量和纤维利用率,同时延长保质期。周广麒等[33]先用纤维素酶+木聚糖酶50 ℃酶解72 h,再加0.05%酵母菌30 ℃发酵96 h,使得葡萄皮渣的粗纤维含量由16.25%降到11.42%,降低了29.72%。张丽芝等[34]用产朊假丝酵母、酿酒酵母、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌进行菌种筛选,结果发现产朊假丝酵母单菌发酵葡萄渣的真蛋白质含量最高,比对照组提高了38.61%;产朊假丝酵母和嗜酸乳杆菌双菌组合的发酵效果优于三菌和四菌组合发酵,发酵葡萄渣的真蛋白质含量达到13.88%,确定固态发酵葡萄渣最佳菌种组合为产朊假丝酵母+嗜酸乳杆菌。翟羽佳等[35]确定葡萄渣发酵条件为葡萄皮渣75%,辅料25%(玉米:麸皮=1 : 1),产朊假丝酵母与嗜酸乳杆菌最佳接种比例为1.5 : 1.0,接种量为10%,料水比1 : 1,32 ℃发酵72 h;在此条件下发酵后,葡萄渣中真蛋白质含量由10.10%增至14.45%,提高了43.07%,具有酸香气味,适口性和营养价值大幅提升。
2.3.2 发酵葡萄渣在猪饲粮中的应用发酵葡萄渣能改善猪的生长性能、肠道菌群、营养物质消化率、抗氧化能力和肉质。Kafantaris等[36]研究了青贮葡萄渣对20日龄仔猪生长性能、肠道菌群、机体抗氧化能力和肉质的影响,结果表明,饲喂青贮葡萄渣后仔猪日增重提高23.65%;兼性益生菌和乳酸菌数量增加,肠杆菌和空肠弯曲杆菌等病原菌数量减少;机体抗氧化能力显著提高,肌肉中二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、亚麻酸等n-3多不饱和脂肪酸含量提高,n-6/n-3多不饱和脂肪酸比值降低,猪肉品质得到改善。王敬勉等[37]分别用15%、20%、25%的发酵葡萄渣代替花生蔓粉、棉籽饼和麦麸,生长育肥猪日增重分别增加3.2%、7.7%、8.7%,料重比分别降低1.4%、4.9%、4.3%,经济效益分别提高19.6%、40.7%、47.3%。Yan等[38]研究了酵母发酵葡萄渣对生长育肥猪生长性能、养分消化和肉质的影响,结果表明,添加3%发酵葡萄渣改善了生长育肥猪的日增重,提高了干物质和氮的表观消化率,增加了肌肉大理石纹评分、红度值、黄度值和脂质抗氧化能力,降低了皮下脂肪中棕榈酸、硬脂酸、花生四烯酸等饱和脂肪酸含量,提高了亚油酸、总多不饱和脂肪酸以及多不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸比值,降低了背最长肌中花生四烯酸含量。
3 发酵薯渣作为猪饲料的研究进展 3.1 甘薯渣我国是甘薯生产大国,甘薯年产量高达1.2亿t[39]。甘薯渣是甘薯加工中提取淀粉后的副产品,每年我国都有大量的甘薯渣产生,每加工1 t淀粉产生湿渣2~3 t[40]。鲜甘薯渣水分含量在85%左右,干燥后的甘薯渣一般水分含量为12%左右,另含有大量的营养物质,其中粗蛋白质含量在3.10%~5.26%,淀粉含量在48%以上,膳食纤维含量约为26%,粗灰分含量约为3%[41]。甘薯渣纤维素含量高,粗蛋白质含量低,且水分含量高,不易储存和运输,极易腐败变质,其利用有限。如何开发利用甘薯渣已经成为当前我国甘薯淀粉行业亟需解决的难题。
3.1.1 甘薯渣发酵通过微生物高效降解甘薯渣中不可吸收纤维及淀粉,生成可消化吸收的营养物质,可极大地提高消化利用率,同时微生物菌体繁殖生成大量微生物蛋白和消化酶等,增加生物学利用价值。安文亭等[42]报道,产朊假丝酵母和霉菌X3固态发酵甘薯渣提高粗蛋白质和真蛋白质含量的效果较好,真蛋白质含量较发酵前分别提高118.05%和107.02%;酿酒酵母和植物乳杆菌降解粗纤维能力较好,分别可降解51.54%和49.57%的粗纤维;产朊假丝酵母提高真蛋白质含量和降解粗纤维的综合能力最好,使必需氨基酸和氨基酸总量分别提高211.32%和154.78%。史酉川等[43]采用双菌固态发酵甘薯渣,结果发现康宁木霉+枯草芽孢杆菌组合综合效果最好,增值加权值为76.69%,真蛋白质含量提高96.56%,粗纤维含量降低30.34%,氨基酸组成最好。邢文会等[44]利用产朊假丝酵母、解脂假丝酵母、乳酸乳球菌、米曲霉组成的复合微生物菌剂对甘薯渣进行固态发酵,在接种量1.64%、温度29.79 ℃,初始pH 5.59的条件下,甘薯渣真蛋白质含量增加至22.95%,较优化前提高了47.68%。王雪涛[45]研究发现混合菌固态发酵甘薯渣效果优于单菌,最优发酵条件为发酵温度38 ℃,发酵时间4.5 d,料水比1.0 : 1.3,接种量1×106 CFU/g,粗蛋白质、粗脂肪和还原糖含量分别提高了53.1%、81.5%和66.1%,羧甲基纤维素酶、滤纸酶、β-葡萄糖苷酶和淀粉酶活性分别为4.26、3.29、3.75和5.15 U/g DM。欧荣娣[46]研究发现,混合菌组合发酵明显优于单一菌发酵,好氧+厌氧二次发酵优于单一好氧或厌氧发酵,最佳工艺条件为:混合菌比例为黑曲霉:产朊假丝酵母(2 : 1)+产朊假丝酵母:乳酸菌:枯草芽抱杆菌(1 : 1 : 1),发酵时间3 d,发酵温度28 ℃,氮源添加量1%,菌液接种量3%;在按照上述发酵条件发酵后,发酵产物粗蛋白质含量达12.35%,较同等氮源添加量原料发酵前提升了85.99%,且发酵产物总能和氨基酸含量都有不同程度提升,几种必需氨基酸含量上升明显。
3.1.2 发酵甘薯渣在猪饲粮中的应用甘薯渣经发酵处理后,营养价值和适口性明显改善,饲粮中适量添加在生长育肥猪上的应用效果良好。王淑军等[47]用发酵甘薯渣替代20%的基础饲粮饲喂猪,产品适口性好,能降低料重比,促进生长。周晓容等[48]在生长猪饲粮中使用15%的发酵甘薯渣,不影响猪的采食量和日增重,但可显著改善饲料利用效率,使料重比降低了14.7%,单位增重成本可节约2.4元。邢文会等[44]将10%的发酵甘薯渣加入到育肥猪饲粮中,饲粮具有较佳的适口性,且猪的料重比小、屠宰率高,鲜肉品质有所提高。
3.2 马铃薯渣我国马铃薯资源丰富,2017年总产量达9 682万t。马铃薯淀粉加工是我国马铃薯加工产业的重要组成部分,淀粉生产过程中会产生大量废渣,生产1 t马铃薯淀粉产生6.5~7.5 t薯渣[49],马铃薯渣年产量已超600万t。马铃薯渣由马铃薯的细胞碎片、细胞壁残余物、残余淀粉颗粒及细胞壁、薯皮细胞或细胞结合物构成,主要组分包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、木质素、蛋白质、游离氨基酸、脂质和盐类等可利用成分,其中干物质中含淀粉30%~50%、纤维素15%~35%、果胶10%~25%、蛋白质或氨基酸4%~8%,具有一定的利用价值和转化加工潜力[50]。新鲜马铃薯渣的水分含量很高,在90%以上,不易储存和运输,且表现出典型胶体的理化特征,水分去除难,干燥成本极高,同时马铃薯渣中含有多种微生物,易腐烂变质,极易造成环境污染。
3.2.1 马铃薯渣发酵以马铃薯作为发酵底物,通过微生物转化,可提高其粗蛋白质含量并改善营养配比,降解粗纤维,提高发酵产品中蛋白酶活和纤维素酶活性,增加适口性,提高综合营养价值。萨仁呼等[51]选用植物乳杆菌,以80%鲜马铃薯渣、10%小麦麸皮和10%玉米蛋白粉为发酵底物进行固态发酵,结果表明,在菌液量4%(菌液浓度约为8×108 CFU/mL)、发酵温度33 ℃、发酵时间60 h的条件下,马铃薯渣生物饲料粗蛋白质和粗纤维含量分别为22.37%~23.07%和13.69%~14.55%,达到了作为蛋白质饲料的要求。Liu等[52]采用固态-液态2步法进行马铃薯渣发酵,结果表明发酵后马铃薯渣纤维素降解率为80.54%。程方等[53]采用8种菌株开展单一菌种和双菌组合固态发酵马铃薯渣,结果发现黑曲霉Z9和啤酒酵母PJ组合为最佳菌种配伍,且当菌种比例为1 : 1时粗蛋白质含量为41.72%,蛋白酶活性为1 344.93 U/g,纤维素酶活性为120.87 U/g,分别较未接菌对照组提高了78.69%、296.74%和1 473.77%;粗纤维含量为8.47%,比未接菌对照组降低了31.96%。宋雅芸[54]以马铃薯渣为原料、麸皮为辅料进行发酵,结果发现双菌组合优于三菌组合,且以黑曲霉和啤酒酵母组合较优,固态发酵产品的粗蛋白质含量高于酶解液态发酵产品,筛选出双菌固态发酵马铃薯渣的适宜工艺为黑曲霉:啤酒酵母=1 : 1、原辅料比85 : 15、料水比1 : 2、尿素添加量2.0%、硫酸铵添加量1.0%,发酵温度31 ℃、发酵时间100 h,料层厚度3 cm,总接种量10%;采用上述发酵工艺制备得到高品质的蛋白质饲料,其中真蛋白质含量以及酸性蛋白酶、纤维素酶活性显著提高,分别较原渣提高了303.84%、1 999.97%、251.69%,且产物中氨基酸种类齐全、搭配合理,同时粗纤维、果胶等抗营养因子也很大程度被降解。
3.2.2 马铃薯渣在猪饲粮中的应用大量研究表明,发酵后马铃薯渣饲料营养价值得到显著改善,一定程度上能提高猪的生产性能,具有较好的应用前景。周芳[55]通过体外离体模拟试验得出,马铃薯渣发酵蛋白质饲料干物质、粗蛋白质、粗纤维素和粗脂肪的消化率较发酵前均明显提高,其中以粗纤维和粗蛋白质的消化率提高最明显,分别为101.6%和92.7%。董交其等[56]用酵母菌发酵的马铃薯渣烘干后饲喂30~90 kg杂交猪,基础饲粮中前期添加4%、后期添加8%等量替代麦麸,育肥效果较好,饲料成本降低。刘元甲[57]使用发酵马铃薯渣饲喂生长育肥猪,取得了良好的饲喂效果和经济效益,日增重提高14%,料重比降低12.3%,产出投入比提高7.4%。Xue等[58]使用5%发酵马铃薯渣饲喂泌乳母猪,母猪哺乳期间体损失具有降低趋势,日采食量具有提高趋势,断奶至发情时间缩短且窝重显著增加。
3.3 木薯渣木薯渣是木薯加工成淀粉或酒精后的残渣,我国每年产生木薯渣约150万t[59]。鲜木薯渣含水量达70%~80%,干物质中含粗蛋白质1.80%~4.00%、粗纤维5.60%~16.00%、粗脂肪0.26%~2.10%、无氮浸出物63.00%~78.70%、粗灰分1.00%~3.20%、钙0.32%~0.90%和磷0.02%~0.10%[60]。木薯渣中营养成分主要以碳水化合物为主,粗蛋白质含量较低、纤维含量较高,钙、磷和氨基酸组成不平衡,含有氢氰酸、单宁和植酸等抗营养因子[61],适口性差,不宜直接饲喂动物。
3.3.1 木薯渣发酵木薯渣发酵后粗蛋白质含量均有所提高,纤维和抗营养因子含量降低,不同的发酵条件产生的效果不同。汤小朋[62]研究发现,混合菌种发酵木薯渣的效果优于单一菌种,黑曲霉、枯草芽孢杆菌及酿酒酵母混合菌发酵木薯渣后,粗蛋白质含量提高了7.15%,还原糖含量提高了1.06%,粗纤维含量降低了4.96%;采用黑曲霉单菌发酵木薯渣后,粗蛋白质含量提高了4.81%,还原糖含量提高了3.69%,粗纤维含量降低了4.56%。刘传都[63]采用黑曲霉、绿色木霉和酵母菌的组合,接种液体菌液2%,添加20%额外氮源,在35 ℃条件下发酵3 d,发酵后木薯渣的粗蛋白质含量提升了11%,而且多种与风味相关的氨基酸含量都有不同程度的上升。徐高骁等[64]采用正交试验,以粗蛋白质含量为考察指标进行固态发酵条件优化,结果显示米曲霉固态发酵木薯渣较优工艺条件为,底物含水量55%、发酵时间6 d、米曲霉接种比例5%、硝酸铵添加比例3%。Aro等[65]采用烟曲霉、德氏乳杆菌和棒状杆菌混合菌发酵木薯渣淀粉残留物,结果显示氰化物、植酸和单宁较未发酵处理分别降低了45.0%、25.1%和44.4%。
3.3.2 发酵木薯渣在猪饲粮中的应用木薯渣经发酵处理后,营养价值得到明显改善,在猪上的饲喂效果良好。周晓容等[66]研究表明,在肥育猪饲粮中使用10%的发酵木薯渣,猪只健康状况良好,无副作用,饲料成本降低了6.54%,经济效益增加。廖晓光等[67]研究发现,在桂科商品猪饲粮中添加2%的木薯渣生物饲料可提高猪的日增重,降低料重比及饲养成本,从而提高经济效益。Aro等[68]在生长猪饲粮中使用不同配比的发酵木薯渣,结果发现饲粮中发酵木薯渣的使用量可高达40%,不会影响到猪的生产性能,并能提高猪的采食量和健康状况。刘中华等[69]研究发现,生长猪饲粮中发酵木薯酒精糟的适宜添加量为2%~6%,可显著提高饲粮养分消化率,进而提高生产性能和养殖效益。李洁等[70]研究发现,育肥猪饲喂添加15%木薯渣发酵饲料的基础饲粮后具有较好的增重效果,同时肠道内乳酸菌数量增加。王志文等[71]在哺乳母猪饲粮中使用4%的发酵木薯渣替代麸皮,能提高哺乳母猪的采食量、仔猪平均日增重和断奶窝增重。
4 小结与展望近年来,国内外学者就糟渣类非常规饲料资源的开发利用开展了大量研究,并在糟渣发酵饲用产品开发与应用技术上取得了重要进展,但要大规模推广应用,仍存在以下主要问题:1)糟渣发酵菌种和发酵工艺不稳定,导致产品不定型,应用效果不稳定;2)糟渣发酵产品质量评价体系未建立,导致市场上的发酵产品质量良莠不齐;3)很多有毒有害物质或抗营养因子缺乏简单高效的检测技术;4)一些糟渣类原料受区域、季节的限制,不利于运输和贮藏,难以实现产业化。为此,未来尚需进一步研究的工作主要包括:1)优化糟渣类饲料发酵的菌种和工艺,逐步形成成熟的加工体系;2)建立糟渣发酵产品质量评价体系,综合评定发酵产品的饲用价值,制定产品质量标准;3)开发有毒有害物质和抗营养因子的高效检测技术。
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