王 健，張 棟，吳子毅，張思聰，王 寶,，武 運，鄧國強，趙抒娜,

(1.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司，老年營養(yǎng)食品研究北京市工程實驗室，營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室，北京 102209； 2.中糧糖業(yè)遼寧有限公司，遼寧 營口 115212； 3.中糧屯河糖業(yè)股份有限公司，農(nóng)業(yè)部糖料與番茄質(zhì)量安全控制重點實驗室，新疆 昌吉 831100； 4．新疆農(nóng)業(yè)大學食品科學與藥學學院，新疆 烏魯木齊 830052)

甜菜是我國重要的糖料作物，主要種植于新疆、內(nèi)蒙古和黑龍江等地區(qū)。甜菜糖業(yè)不僅關系到我國食糖的供給問題，更關系到甜菜種植區(qū)域廣大農(nóng)民的經(jīng)濟利益以及甜菜加工企業(yè)的就業(yè)問題。甜菜粕是甜菜在制糖過程中，經(jīng)切絲、滲出、提糖后得到的含糖量很低的甜菜絲，是甜菜制糖工業(yè)重要的副產(chǎn)物[1]。甜菜粕主要成分為纖維素、半纖維素和果膠，還含有少量的蛋白質(zhì)、糖分、礦物質(zhì)、甜菜堿和煙酸等營養(yǎng)物質(zhì)。甜菜粕柔軟多汁，在動物腸道內(nèi)停留時間較長，容易被降解吸收，不僅能夠為動物提供能量，同時還能維持瘤胃正常的pH值[2-3]，是一種優(yōu)質(zhì)的家畜飼料來源。

目前，只有少部分甜菜粕是通過干燥、制粒加工成甜菜粕顆粒產(chǎn)品進行銷售，大部分的甜菜粕是直接以濕粕的形式作為飼料進行銷售的。由于甜菜粕含水量較高，受工廠加工和貯存條件及季節(jié)性、市場因素的制約，部分甜菜粕無法及時售出，在堆放儲存過程中會發(fā)生腐爛變質(zhì)、滋生細菌、損失營養(yǎng)物質(zhì)，不僅造成了大量經(jīng)濟損失，同時也加劇了廢棄物排放，污染生態(tài)環(huán)境。利用乳酸菌厭氧發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，降低青貯料的pH值，可以抑制微生物活動，從而在提升飼料的營養(yǎng)價值同時，實現(xiàn)青綠多汁飼料的長期保存[4-5]。

結合糖廠實際生產(chǎn)需求，對甜菜濕粕的固態(tài)發(fā)酵技術進行探索，旨在通過微生物固態(tài)發(fā)酵(青貯)技術解決甜菜粕貯藏期短問題。以甜菜粕為原料，通過添加乳酸菌種開展發(fā)酵試驗，并對發(fā)酵產(chǎn)物進行評估來探究引入乳酸菌的影響，同時結合工藝流程分析其關鍵控制指標。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

甜菜粕，由中糧屯河新源糖業(yè)股份有限公司提供；菌種1：秸稈青貯發(fā)酵劑，采購自中國臺灣亞芯公司，活性乳酸菌含量≥100億個/g，適用于糖分含量較低物料的青貯發(fā)酵；菌種2：全株玉米青貯發(fā)酵劑，采購自中國臺灣亞芯公司，活性乳酸菌含量≥100億個/g，適用于水分和糖分含量較高物料的青貯發(fā)酵。試驗時，將秸稈青貯乳酸菌菌種和全株玉米青貯乳酸菌菌種分別加水溶解，質(zhì)量分數(shù)為0.2%。

1.2 試驗方案

考慮到新鮮甜菜粕自身就含有天然菌種，因此試驗分為不添加菌種與添加菌種2個部分，菌種類別和含水量見表1，菌種的添加量為每1t發(fā)酵飼料添加20 g菌種。試驗時，通過螺旋擠壓機將甜菜粕擠壓至一定含水量；根據(jù)終產(chǎn)品的含水量計算所需甜菜粕的量及菌劑溶液的量；向甜菜粕中噴灑乳酸菌溶液，適當翻動甜菜粕，保證噴灑均勻；將試驗樣品用食品真空袋真空密封，為乳酸菌厭氧發(fā)酵創(chuàng)造條件，模擬實際生產(chǎn)中的窖貯或真空裹包，厭氧發(fā)酵60 d。

表1 甜菜粕發(fā)酵條件

1.3 檢測指標與評定方法

1.3.1營養(yǎng)指標

營養(yǎng)指標檢測方法見表2，包括干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗纖維、粗脂肪、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維。

表2 營養(yǎng)指標檢測方法

1.3.2有機酸

有機酸檢測方法見表3，包括乳酸、乙酸、丙酸和丁酸。

表3 有機酸方法

1.3.3能量代謝和消化率

根據(jù)奶牛營養(yǎng)需求標準NRC(2001)計算甜菜粕飼料的代謝能、泌乳凈能、維持凈能、增重凈能，根據(jù)樣品質(zhì)量和消化后殘渣質(zhì)量來計算干物質(zhì)消化率。

1.3.4pH值

pH值是影響發(fā)酵成功與否的重要指標，當青貯飼料pH值在4.0以下時，質(zhì)量優(yōu)等；pH值在4.1～4.3，質(zhì)量良好；pH值在4.4～5.0，質(zhì)量一般；pH值在5.0以上，質(zhì)量劣等[4]。

1.3.5菌群檢測

菌群檢測方法見表4，包括乳酸菌、酵母菌、霉菌。乳酸菌是固態(tài)發(fā)酵過程中的有益菌，可產(chǎn)生乳酸降低飼料的pH值，另外二者的量會在青貯初期隨著含氧量下降而下降。

表4 菌群檢測方法

1.3.6真菌毒素

真菌毒素檢測方法見表5，飼料中常見的真菌毒素包括黃曲霉素、玉米赤霉烯酮、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，如果含量超標會嚴重影響動物健康。

表5 真菌毒素檢測方法

1.3.7感官評定

我國現(xiàn)行的青貯飼料質(zhì)量評定依據(jù)是1996年農(nóng)業(yè)部下發(fā)的《青貯飼料質(zhì)量評定標準》，包括了感官評定和化學評定。

青貯完成啟用時，從青貯飼料的氣味、顏色、質(zhì)地等方面進行感官評定。青貯后的色澤為綠色或黃色為最佳；青貯后若具有輕微酸味或果香味則代表品質(zhì)較高，有腐臭、霉變等異味則說明青貯質(zhì)量不佳。具體評定方法見表6。

表6 青貯飼料感官評定評分細則

注：1.pH值用廣泛試紙測定。2.括號內(nèi)數(shù)值表示得分數(shù)

1.3.8有機酸含量評定

有機酸總量及構成可以反映青貯發(fā)酵過程的好壞，其中最重要的是乳酸、乙酸和丁酸，乳酸所占的比例越大越好。本研究主要評定有機酸，具體評分方法見表7。

表7 青貯飼料試驗室評定——有機酸評分細則

2 結果分析

本研究所添加的菌種由乳酸菌與酶制劑構成。每1 g試劑中乳酸菌數(shù)量可達100億個，主要為同型發(fā)酵菌，具有產(chǎn)酸速度快、能力強的特點；酶制劑主要為纖維素酶，可以將多糖分解為單糖，為乳酸菌發(fā)酵提供可溶性糖[4]。分析5組發(fā)酵產(chǎn)物的測定數(shù)據(jù)，以此評估添加乳酸菌對發(fā)酵的影響。

2.1 粗蛋白質(zhì)

添加乳酸菌青貯，能快速產(chǎn)生大量乳酸，維持低pH值環(huán)境，抑制蛋白酶活性和有害微生物的生長，從而有效減少了蛋白質(zhì)成分的損失。Muck研究[6]表明，添加乳酸菌青貯發(fā)酵，青貯飼料中氨態(tài)氮下降了60%。如圖1所示，4個加菌處理組中，3個組的粗蛋白質(zhì)含量均超過了甜菜粕原料，且4個組的均值為12.43%，略高于甜菜粕原料的11.46%，表明了甜菜粕經(jīng)青貯發(fā)酵后營養(yǎng)價值有所提升。

圖1 乳酸菌發(fā)酵對甜菜粕粗蛋白質(zhì)含量的影響

2.2 中性洗滌纖維

中性洗滌纖維(NDF)指飼料中的結構性碳水化合物，對維持瘤胃正常的發(fā)酵功能具有重要意義，但含量過高則會對動物的采食量造成一定影響。由圖2分析可知：加菌處理的4個組的中性洗滌纖維含量高于甜菜粕原料，表明加入乳酸菌的發(fā)酵中，中性洗滌纖維含量呈上升趨勢，可能是由于菌種種的乳酸菌與酶制劑改變了甜菜粕的細胞壁結構。

圖2 乳酸菌發(fā)酵對甜菜粕中性洗滌纖維含量的影響

2.3 粗纖維含量與干物質(zhì)消化率

由圖3可知,添加乳酸菌發(fā)酵后，4組的粗纖維含量均低于甜菜粕原料，均值為17.88%，低于甜菜粕原料的22.71%，而干物質(zhì)消化率均高于甜菜粕原料，均值為76.42%，高于甜菜粕原料的70.055%。這表明添加乳酸菌后可以有效的降解粗纖維，降解產(chǎn)物中的小分子糖可以作為乳酸菌的營養(yǎng)物質(zhì)，同時提高了干物質(zhì)消化率，提升了動物對飼料的利用效率。

圖3 乳酸菌發(fā)酵對甜菜粕粗纖維含量與干物質(zhì)消化率的影響

2.4 能量指標

通過體外消化實驗檢測飼料的代謝能，由圖4數(shù)據(jù)可知，添加乳酸菌發(fā)酵的甜菜粕其能量指標均略低于甜菜粕原料，4組的代謝能、泌乳凈能、維持凈能、增重凈能均值分別為11.30、7.13、7.44、4.83 MJ/kg，均低于甜菜粕原料對應的11.64、7.37、7.70、5.07 MJ/kg。這表明了乳酸菌發(fā)酵飼料中的代謝能量指標有小幅下降，同時說明了發(fā)酵過程中有強烈的微生物活動。

圖4 乳酸菌發(fā)酵對甜菜粕飼料代謝能的影響

2.5 有機酸總量

有機酸總量及構成可以反映青貯發(fā)酵過程的好壞，測定有機酸的總量和構成，作為評分指標并進行評分,見表8～表10。

表8 甜菜粕原料及發(fā)酵產(chǎn)品有機酸含量

表9 甜菜粕原料及發(fā)酵產(chǎn)品各有機酸占總酸比例

表10 甜菜粕原料及發(fā)酵產(chǎn)品各有機酸得點

根據(jù)《青貯飼料質(zhì)量評定標準》評分細則，甜菜粕原料及甜菜粕發(fā)酵產(chǎn)物均獲得了較高分數(shù)。在有機酸成分中，乳酸占70%以上，為有用物質(zhì)。觀察有機酸含量數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)乳酸菌處理的4組料中乳酸含量均高于甜菜粕原料，4組的乳酸平均含量為0.82%，遠高于甜菜粕原料的0.32%，表明了加入乳酸菌種可以顯著提升乳酸菌含量。另外，Y1和Y2的乳酸平均含量為1.13%，高于Y3和Y4的乳酸平均含量0.76%，即從乳酸的角度分析，菌種1更加適合甜菜粕的固態(tài)發(fā)酵。此外，乙酸含量呈下降的趨勢，可能是因為甜菜粕發(fā)酵過程發(fā)生了異型乳酸菌發(fā)酵，生成了乙酸，而再加入乳酸菌之后抑制了異型發(fā)酵過程，使得乙酸含量下降，乳酸含量上升。由此可得出結論：加入乳酸菌利于無用有機酸成分的減少，能使乳酸維持在較高的水平。

2.6 pH值

pH值是評價青貯發(fā)酵飼料品質(zhì)最簡單且最直觀的指標之一，pH值越低，酸度越大，青貯發(fā)酵越容易保存。選取Y1組作為考察對象，跟蹤甜菜粕青貯發(fā)酵過程的pH值變化，如圖5所示，隨著發(fā)酵時間的延長，4個實驗處理組pH值在發(fā)酵初期下降迅速，在發(fā)酵3 d內(nèi)，試驗樣品pH值下降到4.4以下，發(fā)酵30 d后pH值下降到4.2以下，且變化幅度較小，較低的pH值達到了良好的青貯發(fā)酵要求。

圖5 乳酸菌發(fā)酵過程中甜菜粕pH值的變化

2.7 菌群數(shù)量分析

試驗中檢測了甜菜粕原料、甜菜粕加菌發(fā)酵樣品中的菌群數(shù)量。在甜菜粕原料中，霉菌小于10 CFU/g，酵母菌約40 CFU/g，乳酸菌數(shù)量僅為1.0×104CFU/g，低水平的菌落數(shù)量有利于甜菜粕的保存。甜菜粕加菌樣品中霉菌小于10 CFU/g，酵母菌約7 100 CFU/g，乳酸菌數(shù)量高達4.3×108CFU/g。由數(shù)據(jù)可知乳酸菌菌群數(shù)量始終占主導地位，對比發(fā)酵前后的數(shù)據(jù)，說明了添加乳酸菌可有效抑制霉菌的生長，酵母菌數(shù)量的增長可能是因為甜菜粕加水后酵母菌被活化，進行了生長繁殖。

2.8 真菌毒素檢測

飼料中常見真菌毒素包括黃曲霉素、玉米赤霉烯酮、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，其中黃曲霉素還包括B1、B2、G1、G24種類型。對甜菜粕發(fā)酵產(chǎn)品中的3種真菌毒素進行檢測，均未檢出，即滿足飼料的相關相求，不會對動物的健康產(chǎn)生影響。

2.9 感官評定

對甜菜粕原料、甜菜粕加菌后的樣品從氣味、色澤、結構3方面進行感官評定，結合pH值與水分含量進行綜合評分，結果見表11。

表11 甜菜粕原料及發(fā)酵產(chǎn)品感官評定得分表

分析評分結果可知，甜菜粕原料在氣味、結構與水分含量等方面都處在極低水平，若作為商品直接售出，也不會具有太大價值。而甜菜粕加菌發(fā)酵后，由于乳酸菌產(chǎn)生大量乳酸，可使甜菜粕中的異味成分得到抑制，使得產(chǎn)品的氣味水平提升；同時提升pH值水平，利于貯存；并且不會對其余指標產(chǎn)生明顯的負面影響，產(chǎn)品綜合評分大幅上升。

綜上所述，添加乳酸菌使得甜菜粕飼料體系內(nèi)pH值明顯降低，有利于青貯發(fā)酵的成功率；其發(fā)酵產(chǎn)物的中性洗滌纖維與粗蛋白質(zhì)含量均有提升，含量下降的粗纖維被降解成易于吸收的小分子糖，促進了干物質(zhì)在動物體內(nèi)的消化；各項能量指標的下降也說明了青貯飼料內(nèi)部發(fā)生了劇烈的發(fā)酵活動。通過固態(tài)發(fā)酵，提升了甜菜粕飼料的營養(yǎng)價值。

3 可行性分析

甜菜粕固態(tài)發(fā)酵可以有效地提升其作為飼料的營養(yǎng)價值，結合發(fā)酵工藝流程，對關鍵的控制指標進行分析。

3.1 工藝技術路線

甜菜粕固態(tài)發(fā)酵技術可有效緩解甜菜粕腐爛變質(zhì)的問題，在提高產(chǎn)品銷售量的同時降低了廢品處理成本與環(huán)境污染，多方面提高了工廠效益；同時還能帶動相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，形成一條全新的產(chǎn)業(yè)鏈，促進就業(yè)，造福社會。目前，甜菜粕青貯飼料的生產(chǎn)方式主要為窖儲或者裹包青貯發(fā)酵兩種技術途徑生產(chǎn)發(fā)酵甜菜粕產(chǎn)品，經(jīng)牧場飼喂試驗，收到了良好的效果和收益[7]。

青貯窖儲一般選在地勢高、向陽、排水良好、距畜舍近、取喂方便、無糞場、無污染的干燥地區(qū)，挖好窖后應晾曬1～2 d以減少窖壁水分[8]。典型的窖儲青貯飼料的制作過程如下：

(1) 用水泥、石板等建筑材料建造窖池，并清理干凈。

(2) 用隔氧率較好的塑料膜覆蓋窖池的底部、邊墻。

(3) 將青貯原料卸料至窖池，注意避免碾壓。

(4) 裝好料后，用拖拉機壓實。

(5) 臨近地窖邊緣的部分要包裹好。

(6) 另找一塊塑料膜壓在上層，完全包裹甜菜粕。

(7) 塑料膜上層用5 cm厚的泥土封蓋。

(8) 4～6周后打開地窖開始使用，取料處表面保持豎直，以避免坍塌。

窖藏成本較低，但需要建設專用窖池，如果厭氧條件保持不佳，容易產(chǎn)生霉變等現(xiàn)象而影響飼料品質(zhì)，如果條件控制不當，容易發(fā)生2次發(fā)酵現(xiàn)象。因此，近年來歐洲市場也在持續(xù)推動裹包發(fā)酵飼料技術的應用。

裹包生產(chǎn)發(fā)酵甜菜粕，儲藏簡易，榨季開始后即可發(fā)酵。使用特制打包機在榨季期間進行生產(chǎn)，密封性好，而且運輸較方便，可以不拆包直接運達使用地，不易出現(xiàn)2次發(fā)酵等現(xiàn)象。典型的裹包青貯飼料制作過程如下：

(1) 裹包：在環(huán)形壓力倉內(nèi)對甜菜粕進行壓縮，當達到設定壓力后，停止進料；使用特制的塑料膜進行裹包；然后將打包捆抬起、釋放壓力，并使用拉伸薄膜進一步裹包；打捆后自動放置到墊子上，并印上生產(chǎn)日期。

(2) 運送：大多數(shù)裹包飼料在榨季期間直接運送給客戶；部分放置在倉庫，在當年賣出。

(3) 飼喂：包裹一旦打開后，冬季需1周內(nèi)使用，氣候溫暖時需3 d內(nèi)使用。

3.2 固態(tài)發(fā)酵關鍵控制指標

3.2.1乳酸菌數(shù)量

青貯添加劑中的菌株必須是能戰(zhàn)勝原料本身所附著的各種菌群，同時這些菌株必須具有耐酸性，在青貯中可以迅速繁殖，可以廣泛的利用各種可溶性糖，不應降解有機酸，在較大的溫度范圍及多種條件下均可生長，且不具有過度的蛋白質(zhì)水解酶活性[5]。每1 g原料必須至少含有1×105個乳酸菌，在青貯發(fā)酵時添加活力旺盛的乳酸菌，可以使乳酸菌數(shù)量盡快達標，保證快速有效的發(fā)酵。

3.2.2保持無氧環(huán)境

乳酸菌為厭氧菌，在無氧條件下才能生長繁殖。若青貯容器內(nèi)空氣沒有排盡，則乳酸菌不能存活，同時酵母菌、霉菌等好氧菌會大量滋生，導致青貯失敗。因此青貯過程中的原料一定要切短、壓實、封嚴[8]，且制作過程盡量迅速。

3.2.3充足的含糖量

飼料中的乳酸菌主要利用小分子糖進行生長繁殖，并將糖轉(zhuǎn)化為乳酸。因此若青貯原料中含糖量較高，會極大地促進乳酸菌的生長繁殖，從而產(chǎn)生很多的乳酸，加大對有害微生物的抑制程度；反之，會使體系酸度過低，有害物質(zhì)便會滋生，使得青貯料霉變腐爛。一般要嚴格保證青貯原料中含糖量不低于鮮重的1%～1.5%[2]。

3.2.4適宜的含水量

水分含量的高低會影響青貯發(fā)酵過程和青貯料品質(zhì)。一般青貯原料含水量在65%～70%為宜[2]。若含水高于80%，在擠壓時會引起原料中的糖分的流失，從而影響乳酸菌的生長繁殖，影響青貯效果；若含水量過低，則會使得干料難以壓實，隙間會殘留空氣，也會導致乳酸菌活性降低和有害菌的滋生，使飼料霉變腐爛。

3.2.5適宜的溫度控制

青貯過程中溫度直接影響著乳酸菌的生長繁殖。大量研究表明，青貯飼料品質(zhì)的優(yōu)劣和飼用價值的高低，取決于青貯飼料的厭氧發(fā)酵是乳酸發(fā)酵還是丁酸發(fā)酵，而溫度便是控制發(fā)酵類型的關鍵。乳酸菌發(fā)酵的適宜溫度為19～37℃，丁酸發(fā)酵則需要更高的溫度[6]。

4 結論

以甜菜粕為原料開展發(fā)酵試驗，通過添加乳酸菌探究乳酸菌對青貯的影響，添加乳酸菌使得體系內(nèi)pH值明顯降低，有利于青貯發(fā)酵的成功率；其發(fā)酵產(chǎn)物的中性洗滌纖維與粗蛋白質(zhì)含量均有提升，含量下降的粗纖維被降解成易于吸收的小分子糖，促進了干物質(zhì)在動物體內(nèi)的消化；各項能量指標的下降也說明了青貯飼料內(nèi)部發(fā)生了劇烈的發(fā)酵活動。乳酸菌不會改變粗纖維與中性洗滌纖維等物質(zhì)的結構，因此其消化率也不會受到影響。青貯飼料的氣味隨著乳酸菌的加入得到了提升，有助于提高動物采食量。

對于常見的2種固態(tài)發(fā)酵模式，窖藏成本較低，但需要建設專用窖池，如果厭氧條件保持不佳，容易產(chǎn)生霉變等現(xiàn)象而影響飼料品質(zhì)，如果條件控制不當，容易發(fā)生2次發(fā)酵現(xiàn)象。裹包生產(chǎn)發(fā)酵甜菜粕，儲藏簡易，相較窖儲，能夠增加運輸半徑，儲存運輸更加方便，并且能有效減少青貯滲出液，從而保留營養(yǎng)成分，但生產(chǎn)成本和運輸成本較高。無論是窖藏還是裹包模式，都需要保持無氧環(huán)境，保證充足的乳

酸菌數(shù)量和含糖量，同時控制適宜的含水量和溫度，以確保達到固態(tài)發(fā)酵預期效果。對于生產(chǎn)方式和生產(chǎn)設備的選擇，甜菜糖廠需要綜合考慮生產(chǎn)情況與市場價格進行評估，并結合下游市場需求，按照工廠實際情況進行模式篩選和規(guī)模生產(chǎn)。