發(fā)酵飼料生產(chǎn)技術(shù)
微生物發(fā)酵飼料生產(chǎn)形式多種多樣，應(yīng)用微生物可利用廉價(jià)農(nóng)業(yè)和輕工副產(chǎn)物生產(chǎn)高質(zhì)量飼料蛋白原料，同時(shí)使飼料富含高活性有益微生物及其活性代謝產(chǎn)物。本文對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵及可移動(dòng)式飼料發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)成果分述于下。
1、生產(chǎn)菌種選用基本原則
1.1、安全性
① 菌體本身不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)；
② 不會(huì)危害環(huán)境固有的生態(tài)平衡。
1.2、有效性
① 菌體本身具有很好生長(zhǎng)代謝活力，能有效地降解大分子和抗?fàn)I養(yǎng)因子，合成小肽和有機(jī)酸等小分子物質(zhì)；
② 能保護(hù)和加強(qiáng)動(dòng)物體微生物區(qū)系平衡，促進(jìn)動(dòng)物健康。這種功效主要指能有效地提高和維護(hù)有益微生物在動(dòng)物消化道中數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。它可以通過(guò)2種方式來(lái)達(dá)到目標(biāo)：發(fā)酵飼料所用菌種本身就是從目標(biāo)動(dòng)物消化道中分離出來(lái)的有益菌，通過(guò)飼喂高比例發(fā)酵飼料可以直接提高動(dòng)物消化道中有益微生物數(shù)量，使有益微生物形成優(yōu)勢(shì)。另一種方式是生產(chǎn)菌種或代謝產(chǎn)物可以選擇性地殺滅或者抑制有害微生物，從而造成有益菌數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)這種途徑的方式可以多種多樣，比較常用的有：耗盡氧氣，降低體系氧化還原電位；降低環(huán)境pH值；代謝物中含有能選擇性殺滅大腸桿菌和沙門(mén)氏菌等有害微生物的抗菌物質(zhì)。
2、發(fā)酵飼料生產(chǎn)技術(shù)
除了生產(chǎn)菌種以外，生產(chǎn)工藝也是決定發(fā)酵技術(shù)成敗的要素。到目前為止，國(guó)內(nèi)外關(guān)于發(fā)酵飼料生產(chǎn)技術(shù)或生產(chǎn)工藝的內(nèi)容主要包括以下幾種：
2.1、青儲(chǔ)
有利因素：傳統(tǒng)工藝，歷史悠久，技術(shù)成熟。
限制因素：季節(jié)性強(qiáng)，原料必須新鮮；只能就地利用，基本不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸；開(kāi)窖后必須在短時(shí)間內(nèi)用完；目前僅限應(yīng)用于反芻動(dòng)物領(lǐng)域。
青儲(chǔ)飼料研究歷史很長(zhǎng)，有專(zhuān)門(mén)論著，筆者在此不再贅述，有興趣的讀者可以參考曹利軍和韓鵬主編的“青儲(chǔ)飼料標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)”，針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際提出了很好的技術(shù)方法，有很好參考價(jià)值。
2.2、利用有機(jī)廢水生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白或蛋白原料
這種技術(shù)主要是用于有機(jī)廢水凈化處理。有機(jī)廢水主要來(lái)源于造紙、酒精、氨基酸和有機(jī)酸工業(yè)所產(chǎn)生的廢水。
在20世紀(jì)60年代，國(guó)外曾選用生長(zhǎng)速度很快的熱帶假絲酵母，采用液體連續(xù)培養(yǎng)處理造紙廢水，但是生產(chǎn)的酵母有苦味，很難在飼料中應(yīng)用。80年代末，我國(guó)工程院院士倫世儀先生領(lǐng)導(dǎo)的課題組用熱帶假絲酵母連續(xù)培養(yǎng)處理酒精廢水，生產(chǎn)的酵母有較好適口性，但是由于廢水中有機(jī)物含量比較低，培養(yǎng)液中干物質(zhì)得率不超過(guò)1.0%，基本沒(méi)有商業(yè)價(jià)值。
西歐和北美等發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是日本、荷蘭和芬蘭等國(guó)，在有機(jī)廢水處理方面投入了大量研究和生產(chǎn)處理費(fèi)用?？梢哉f(shuō)，在有些發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)中，廢水處理設(shè)備投入甚至要超過(guò)發(fā)酵設(shè)備的投入。目前，在荷蘭和芬蘭，它們本國(guó)不生產(chǎn)酒精、氨基酸和有機(jī)酸等大宗發(fā)酵產(chǎn)品，并不是它們的生產(chǎn)技術(shù)不發(fā)達(dá)，而是它們不愿意污染它們寶貴的水源。我國(guó)的谷氨酸、賴(lài)氨酸、檸檬酸和酒精的發(fā)酵產(chǎn)量是世界第一，并不是我們的發(fā)酵水平、提取技術(shù)在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位，而是我們犧牲了生態(tài)（主要是水源）的潔凈所獲得的暫時(shí)利益的結(jié)果。即使是目前的酶制劑產(chǎn)品，我國(guó)的產(chǎn)量在世界也是處于領(lǐng)先地位，但是主要技術(shù)還是從丹麥、美國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)，甚至有些生產(chǎn)企業(yè)純粹就是它們獨(dú)資。
2.3、固態(tài)好氧發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白原料
這種生產(chǎn)方式在上個(gè)世紀(jì)80-90年代很流行，在全國(guó)各地都有推廣應(yīng)用。其中比較著名的是郭維烈先生倡導(dǎo)的微生物組合發(fā)酵生產(chǎn)4320菌體蛋白，這種技術(shù)充分利用了微生物間的相互作用（同生、互惠同生、共生、競(jìng)爭(zhēng)和拮抗等多種關(guān)系），原料不需要嚴(yán)格消毒就可以直接用于接種培養(yǎng)，從而極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本。
接種的微生物主要是熱帶假絲酵母，這種酵母生長(zhǎng)繁殖速度很快，代謝旺盛，能高效地把農(nóng)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成菌體物質(zhì)。
但是，與傳統(tǒng)發(fā)酵工藝一樣，4320發(fā)酵成品也需要干燥，否則容易腐敗變質(zhì)。另外，這種工藝的機(jī)械化程度較低，這也是傳統(tǒng)固態(tài)好氧發(fā)酵的共同缺陷，需要較多人工用于物料的翻拌、散熱等繁瑣操作。
隨著勞動(dòng)力成本和能源價(jià)格不斷上漲，目前這種技術(shù)優(yōu)勢(shì)也正在逐步喪失。按目前生產(chǎn)工藝計(jì)算，每噸4320蛋白加工成本（除原料以外的所有費(fèi)用）至少在800元以上。
2.4、固態(tài)厭氧發(fā)酵高活性生物飼料
為了克服4320蛋白發(fā)酵技術(shù)的不足，近年來(lái)，我國(guó)很多科研工作者提出了多種簡(jiǎn)便的微生物厭氧固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)。相對(duì)于好氧發(fā)酵，厭氧發(fā)酵的能耗低，微生物代謝產(chǎn)生的熱量也要小得多，生產(chǎn)過(guò)程往往不需要翻拌散熱。發(fā)酵產(chǎn)品只要密封得當(dāng)，即使長(zhǎng)期存放也不會(huì)腐敗變質(zhì)。
目前比較典型的固態(tài)厭氧發(fā)酵生物飼料的成功例子主要有二種：一種是適合于養(yǎng)殖戶(hù)自產(chǎn)自用的袋裝發(fā)酵飼料；另一種是屬于規(guī)?；魉€(xiàn)生產(chǎn)的袋裝發(fā)酵飼料。它們接種的微生物基本一致，主要有酵母菌、乳酸菌和芽孢桿菌。
適合養(yǎng)殖戶(hù)自產(chǎn)自用的發(fā)酵袋是一種普通的密封包裝袋，物料接種以后裝入，再將袋口用繩扎緊，物料含水量在30-40%之間。開(kāi)始時(shí)酵母菌消耗袋內(nèi)殘留氧氣進(jìn)行增殖和呼吸代謝，同時(shí)也為乳酸菌創(chuàng)造一個(gè)厭氧生活環(huán)境。然后，酵母菌在無(wú)氧條件下進(jìn)行糖酵解，產(chǎn)生酒精和二氧化碳，乳酸菌也同時(shí)增殖、代謝，產(chǎn)生有機(jī)酸。隨著袋內(nèi)氣壓不斷增加，不斷有二氧化碳帶者酒精和有機(jī)酸排出袋外，飼養(yǎng)員可以根據(jù)排出的酸香味來(lái)判定物料發(fā)酵的成熟度。
有氧發(fā)酵階段：
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
無(wú)氧發(fā)酵階段：
C6H12O6 → 2 CO2 + 2 C2H5OH（乙醇）
在夏季，發(fā)酵3-5天就有明顯酸香味。在冬季，時(shí)間需要延長(zhǎng)。如果環(huán)境溫度低于12度，發(fā)酵就有可能歸于失敗。酵母在低溫下長(zhǎng)期代謝低下，不產(chǎn)生二氧化碳，使得外界氧氣能長(zhǎng)時(shí)間與接種的乳酸菌接觸，會(huì)導(dǎo)致乳酸菌活力大減，甚至死亡。
事實(shí)證明，如果環(huán)境溫度適宜，時(shí)間控制得當(dāng)，采用上述袋裝式“土辦法”發(fā)酵，也可以獲得質(zhì)量很好的微生物發(fā)酵飼料，活性乳酸菌的含量能達(dá)到10億cuf/g以上。在生豬配合飼料中添加15-20%，采食量能明顯提高，最多能提高10%以上，而且增重速度和健康水平也有顯著提高。
這種工藝雖然簡(jiǎn)便，但受限制因素太多，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)很難把握，實(shí)際推廣有一定困難。
3、可移動(dòng)發(fā)酵技術(shù)
為了使這種袋裝發(fā)酵技術(shù)進(jìn)入程序化、工業(yè)化應(yīng)用，發(fā)酵飼料的質(zhì)量能得到有效保證，必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題：發(fā)酵過(guò)程不受環(huán)境溫度限制；產(chǎn)品質(zhì)量不受存放時(shí)間限制，或者保質(zhì)期能達(dá)到3個(gè)月以上；產(chǎn)品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中不受外界空氣干擾。
農(nóng)業(yè)部飼料工業(yè)中心的微生物發(fā)酵飼料課題研究小組，聯(lián)合北京市飼料監(jiān)察所、國(guó)家肉類(lèi)綜合研究中心和國(guó)內(nèi)近20多家飼料生產(chǎn)企業(yè)，經(jīng)過(guò)近8年的反復(fù)試驗(yàn)，在總結(jié)吸收郭威烈先生倡導(dǎo)的微生物組合發(fā)酵、傳統(tǒng)的壇式泡菜發(fā)酵和高分子硅膠膜氣壓自動(dòng)平衡技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)明了呼吸膜可移動(dòng)式厭氧固態(tài)發(fā)酵飼料生產(chǎn)技術(shù)。
原料接種以后直接進(jìn)入包裝袋中，包裝袋上附加一個(gè)可以調(diào)節(jié)氣壓的硅膠膜，封口后在常溫下儲(chǔ)存發(fā)酵。發(fā)酵過(guò)程不需要進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，也不受環(huán)境溫度影響。發(fā)酵成熟所需要的時(shí)間隨環(huán)境溫度和物料組成變化，但是保質(zhì)期不受時(shí)間限制，只要包裝袋完好，保質(zhì)期可以達(dá)到3年。
上述工藝很簡(jiǎn)單，如果以日產(chǎn)30噸計(jì)算，設(shè)備投資不超過(guò)20萬(wàn)元，特別適合在我國(guó)農(nóng)村推廣使用。
本技術(shù)有如下獨(dú)特特點(diǎn)：
① 傳統(tǒng)微生物發(fā)酵都是先做成產(chǎn)品，再包裝。呼吸膜可移動(dòng)式厭氧固態(tài)發(fā)酵工藝是把包裝袋設(shè)計(jì)成小型發(fā)酵罐，采用先包裝后發(fā)酵工藝。
硅膠膜平衡裝置創(chuàng)造性地解決了發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中氣體控制和雜菌污染等技術(shù)難題。在發(fā)酵過(guò)程中，微生物會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等氣體，使得袋內(nèi)的氣壓大于外界常壓。當(dāng)袋內(nèi)氣壓達(dá)到某一臨界值時(shí)，氣體通過(guò)這個(gè)硅膠平衡膜排到外界。但是外界的氣體始終沒(méi)有機(jī)會(huì)進(jìn)入發(fā)酵體系，從而也就排除了外界的雜菌干擾。
② 研制的特定的微生物菌種組合能使乳酸菌迅速繁殖，占據(jù)數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。巧妙綜合了厭氧菌和好氧菌發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)，原料不需要消毒就可以直接用于接種培養(yǎng)。
課題小組采用的生產(chǎn)菌種主要含有釀酒酵母、乳酸菌、芽孢桿菌。芽孢桿菌能高效地殺滅大腸桿菌、沙門(mén)氏菌和金黃色葡萄球菌等有害微生物，但是對(duì)乳酸菌和酵母菌的生長(zhǎng)代謝沒(méi)有影響。試驗(yàn)表明，即使每克原料中的大腸桿菌K88含量達(dá)到107次方數(shù)量級(jí)，在30°C發(fā)酵4天，大腸桿菌數(shù)量降低到5cfu/g以下。
③ 可以廣泛利用豆渣、果渣、玉米漿和糖渣等高水分含量的農(nóng)業(yè)和輕工副產(chǎn)物作為生產(chǎn)原料，生產(chǎn)技術(shù)實(shí)用，產(chǎn)品附加值高，保質(zhì)期長(zhǎng)，符合我國(guó)國(guó)情，特別適合在我國(guó)廣大農(nóng)村推廣使用。
接種后發(fā)酵物料含水在30-50%之間，蛋白含量在4.5-42.0%之間，操作彈性極大，可大比例使用廉價(jià)的玉米漿、豆渣和果渣等高水分含量的農(nóng)業(yè)和輕工副產(chǎn)物，最大使用比例可以達(dá)到30%以上，成品也不需要干燥，與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比具有很大的成本優(yōu)勢(shì)。
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