王健，張棟，趙抒娜，，吳子毅，趙金力，陳凌超，張思聰，武運(yùn)，王寶，

（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(shí)驗(yàn)室/營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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)農(nóng)村部糖料與番茄質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆昌吉 831100；4.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052）

0 引言

甜菜粕是甜菜在制糖過程中，經(jīng)切絲、滲出、提糖后得到的含糖率很低的甜菜絲[1]，其主要成分為纖維素、半纖維素和果膠，還含有少量蛋白質(zhì)、糖分、礦物質(zhì)、甜菜堿、煙酸等營養(yǎng)物質(zhì)。甜菜粕顆粒能夠?yàn)閯游锾峁┠芰浚S持動物瘤胃pH 值正常，是一種優(yōu)良的飼料資源[2-3]。新鮮甜菜粕的含水量較高，存在運(yùn)輸不便、銷售半徑有限等問題，而且高含水量的甜菜粕在儲存過程中不可避免地會發(fā)生變質(zhì)腐爛，不僅造成大量浪費(fèi)，更能污染生態(tài)環(huán)境，亟待找到可行的解決方案。糖蜜作為甜菜制糖工業(yè)的另一大主要副產(chǎn)物，是一種粘稠、黑褐色、呈半流動狀態(tài)的液體，其主要成分為蔗糖、葡萄糖、果糖、粗蛋白、可溶性膠體和礦物質(zhì)等。糖蜜具有消化吸收快、提高適口性、降低粉塵、提高顆粒質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，是一種物美價廉的飼料能量原料[4-5]。目前，大部分糖蜜是以液態(tài)形式進(jìn)行出售，液體狀態(tài)使得其存儲、運(yùn)輸過程存在較多的不便，這也嚴(yán)重限制了糖蜜的運(yùn)輸半徑和使用范圍。

圍繞甜菜粕和糖蜜的資源化利用，國內(nèi)外學(xué)者開展了廣泛的研究。從甜菜粕可以提取多種高附加值的工業(yè)及民用產(chǎn)品，如果膠、聚乳酸、阿魏酸、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等，并可制作聚酰胺或增塑劑、螯合劑和吸附劑、酶類及蛋白質(zhì)等高附加值產(chǎn)品[6]。張睿[7]的研究表明，通過優(yōu)化發(fā)酵條件，可以利用甜菜糖蜜制取低聚果糖，使低聚果糖的產(chǎn)率大幅提高，增加糖蜜的附加值。李秀永[8]采用串聯(lián)樹脂吸附處理甜菜糖蜜酒精廢液,可以從中提取甜菜堿等活性物質(zhì)，提取物具有一定的抗氧化能力。上述研究均以制糖工業(yè)的副產(chǎn)物進(jìn)行二次開發(fā)，需要額外投資生產(chǎn)線及工藝，對產(chǎn)業(yè)而言存在投資風(fēng)險和難度，且將甜菜糖蜜和甜菜粕進(jìn)行分開應(yīng)用，沒有實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的協(xié)同利用。

本文將甜菜糖廠副產(chǎn)物甜菜粕和糖蜜進(jìn)行協(xié)同利用，采用擠壓脫水方式控制甜菜粕含水量，并添加固形物含量相對較高的糖蜜，在厭氧密封狀態(tài)進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵。通過添加乳酸菌來降解可溶性糖類產(chǎn)生乳酸，降低飼料的pH值，以抑制霉菌和其他細(xì)菌的生產(chǎn)繁殖，不僅可以實(shí)現(xiàn)青綠多汁飼料長期保存，還可以提升飼料的營養(yǎng)價值[9]。本文通過檢測固態(tài)發(fā)酵后的營養(yǎng)指標(biāo)、有機(jī)酸、菌群數(shù)量、真菌毒素等，結(jié)合感官評價以綜合評價固態(tài)發(fā)酵的質(zhì)量，以探討糖蜜和甜菜粕固態(tài)發(fā)酵的可能性。有望解決高含水甜菜粕的難以長期保存問題，同時可以提升甜菜糖兩大副產(chǎn)物的飼用價值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

甜菜粕（含水量75%）和糖蜜（錘度85oBx、含水量15%）：由中糧屯河新源糖業(yè)股份有限公司提供。乳酸菌：采購自臺灣亞芯公司，菌1：秸稈青貯發(fā)酵劑，活性乳酸菌含量≥100 億/g，適用于糖分含量較低物料的青貯發(fā)酵；菌2：全株玉米青貯發(fā)酵劑，活性乳酸菌含量≥100 億/g，適用于水分和糖分含量較高物料的青貯發(fā)酵。使用時，將菌種加水溶解，按照一定的比例添加到原料中。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)分為不添加菌種與添加菌種兩個部分，菌種類別、糖蜜含量和含水量如表1 所示，菌種的添加量為每噸發(fā)酵飼料添加20 g 菌種。由于糖蜜固形物含量高，因此試驗(yàn)時可以通過調(diào)控糖蜜的添加量來控制終產(chǎn)品的含水量，根據(jù)終產(chǎn)品的含水量計算所需甜菜粕和糖蜜的比例。將菌種溶液和糖蜜加入到甜菜粕中，添加時充分混合均勻并壓實(shí)、封口，模擬實(shí)際生產(chǎn)中的窖貯或真空裹包，在常溫、真空狀態(tài)下厭氧發(fā)酵。

表1 甜菜粕固態(tài)發(fā)酵條件Table 1 Conditions for solid state fermentation of beet pulp

1.3 檢測指標(biāo)與評定方法

檢測產(chǎn)品的營養(yǎng)指標(biāo)、有機(jī)酸、菌群數(shù)量、真菌毒素，具體檢測項目和檢測依據(jù)如表2所示。

表2 檢測項目和檢測依據(jù)Table 2 Test items and test standards

此外，根據(jù)奶牛營養(yǎng)需求標(biāo)準(zhǔn)NRC（2001）[10]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。

1.4 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(biāo)準(zhǔn)》，包括了感官評定和化學(xué)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(jìn)行感官評定[11]。固態(tài)發(fā)酵后的色澤為綠色或黃色為最佳；固態(tài)發(fā)酵后若具有輕微酸味或果香味則代表品質(zhì)較高，有腐臭、霉變等異味則說明固態(tài)發(fā)酵質(zhì)量不佳。

2 結(jié)果與分析

2.1 固態(tài)發(fā)酵對粗蛋白含量的影響

固態(tài)發(fā)酵完成后，測定粗蛋白的含量，分析不同試驗(yàn)方案對固態(tài)發(fā)酵飼料粗蛋白的影響，結(jié)果如表1所示。由圖1A 分析，不添加糖蜜和乳酸菌的甜菜粕原料粗蛋白的含量僅為11.46%，而添加乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)品Y1和Y2 粗蛋白的含量均值為12.39%，6 組添加糖蜜的乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)品中粗蛋白含量更高，最高可達(dá)14.49%，Y3～Y8粗蛋白含量均值為13.08%，表明在甜菜粕中添加乳酸菌可以強(qiáng)化甜菜粕原料的營養(yǎng)價值，而添加糖蜜，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后可以進(jìn)一步增加粗蛋白的含量。

圖1 固態(tài)發(fā)酵對粗蛋白含量（A）和洗滌纖維含量（B）的影響Fig. 1 Effect of solid state fermentation on crude protein(A)and detergent fiber content(B)

2.2 固態(tài)發(fā)酵對酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的影響

飼料中的酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維可以影響動物的瘤胃消化率和采食率[12]。相較甜菜粕原料，經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后的酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量變化不一（見圖1B）。試驗(yàn)組Y3、Y5、Y7 的含水量均為70%，菌種的添加不同，相較未添加菌種的Y3，添加菌種1，Y5 的酸性洗滌纖維含量下降，中性洗滌纖維稍微升高；而添加菌種2，Y7 的酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維均有所下降。當(dāng)含水量降低至65%時，如Y4、Y6、Y8 數(shù)據(jù)所示，添加菌種1，Y6 酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量均上升；而添加菌種2，Y8 酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量均下降。存在上述差異的原因可能是本研究所采用菌種由乳酸菌與酶制劑構(gòu)成，兩種菌種適用范圍存在一定的區(qū)別，在不同的含水量下，其活性和代謝產(chǎn)物也存在一定差異。

2.3 固態(tài)發(fā)酵對粗纖維含量與干物質(zhì)消化率的影響

粗纖維是植物細(xì)胞壁的主要組成成分，包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素及角質(zhì)等成分。如圖2A 所示，在發(fā)酵試驗(yàn)中，不同試驗(yàn)處理下固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品的粗纖維含量可達(dá)12.30%，均值為14.71%，顯著低于甜菜粕的粗纖維含量（22.72%），說明發(fā)酵過程存在強(qiáng)烈的微生物活動，粗纖維降解速率快，粗纖維含量顯著下降。干物質(zhì)消化率是指飼料中動物可消化吸收的營養(yǎng)物質(zhì)占總營養(yǎng)物質(zhì)的百分比，干物質(zhì)消化率越高，表明飼料中可被動物有效利用的營養(yǎng)物質(zhì)占比越高。試驗(yàn)處理后，干物質(zhì)消化率可達(dá)82.14%，Y3～Y8的干物質(zhì)消化率均值為78.87%，顯著高于甜菜粕原料70.05%。經(jīng)過發(fā)酵，粗纖維降解為更易吸收的小分子單糖多糖，有利于動物對飼料的消化利用。

在乳酸菌發(fā)酵過程中添加糖蜜，Y1 的干物質(zhì)消化率則由74.81%增加至Y5 的75.42%，Y2 的干物質(zhì)消化率則由80.13%增加至Y7的82.08%，表明添加糖蜜對乳酸菌發(fā)酵有促進(jìn)作用。糖蜜富含蔗糖，可為乳酸菌生長繁殖提供能量，從而加劇乳酸菌活動，促進(jìn)粗纖維降解，提高動物對飼料中總干物質(zhì)的消化利用效率。

2.4 固態(tài)發(fā)酵對能量指標(biāo)的影響

固態(tài)發(fā)酵對甜菜粕飼料代謝能的影響如圖2B所示，可以看出添加糖蜜乳酸菌發(fā)酵的能量指標(biāo)出現(xiàn)不規(guī)則變化。糖蜜含糖率可達(dá)到50%以上，能量指標(biāo)高于甜菜粕原料，因此，添加糖蜜后，Y5 的代謝能、泌乳凈能、維持凈能和增重凈能均高于Y1，Y7的代謝能、泌乳凈能、維持凈能和增重凈能也均高于Y2。當(dāng)甜菜粕含水量不同時，不添加菌種的Y4 的代謝能、泌乳凈能、維持凈能和增重凈能均高于Y3。而通過糖蜜來調(diào)節(jié)甜菜粕含水量時，添加菌種1時，低含水量的Y6的代謝能、泌乳凈能、維持凈能和增重凈能均低于Y5；添加菌種2 時，低含水量的Y8 的代謝能、泌乳凈能、維持凈能和增重凈能均高于Y7，可能是由于添加糖蜜后促進(jìn)了菌種1繁殖速度，消耗養(yǎng)分量增加，導(dǎo)致最終發(fā)酵產(chǎn)品能量指標(biāo)出現(xiàn)下降。

圖2 固態(tài)發(fā)酵對粗纖維含量與干物質(zhì)消化率（A）及代謝能（B）的影響Fig. 2 Effect of solid state fermentation on crude fiber content,dry matter digestibility(A)and metabolic energy(B)

2.5 固態(tài)發(fā)酵對有機(jī)酸和pH值的影響

在固態(tài)發(fā)酵飼料的質(zhì)量評定中，有機(jī)酸含量及構(gòu)成也是重要組成部分。有機(jī)酸包括乳酸、乙酸、丙酸和丁酸，其存在總量與乳酸含量可以反映固態(tài)發(fā)酵過程的好壞。

如表3 所示，可以發(fā)現(xiàn)乳酸菌處理的8組乳酸含量均高于甜菜粕原料，表明了加入乳酸菌種可以提升乳酸菌含量。對比Y1 和Y5、Y2 和Y7，發(fā)現(xiàn)相同條件下，在固態(tài)發(fā)酵甜菜粕的體系中添加一定量糖蜜，乳酸的含量大幅提升，如Y7 乳酸含量達(dá)到2.14%，高于不添加糖蜜Y2 的0.50%，添加糖蜜后乳酸含量約增加4 倍。此外，糖蜜添加量越高，乳酸含量越高，如Y6 乳酸含量達(dá)到2.58%，Y4 達(dá)2.65%，高于糖蜜更低的Y5 的1.92%，表明糖蜜對發(fā)酵過程有明顯促進(jìn)作用。

表3 甜菜粕原料及固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品有機(jī)酸含量Table 3 Organic acid content of beet pulp and solid fermentation products

pH 值是評價固態(tài)發(fā)酵飼料品質(zhì)最簡單且最直觀的指標(biāo)之一，pH 值越低，酸度越大，固態(tài)發(fā)酵飼料越容易保存。試驗(yàn)時，跟蹤甜菜粕固態(tài)發(fā)酵過程的pH 值變化，隨著發(fā)酵時間的延長，pH 值在發(fā)酵初期下降迅速，在發(fā)酵10 d 以后，添加糖蜜的試驗(yàn)樣品pH 值下降到3.0 以下，不添加糖蜜的試驗(yàn)樣品pH 值要偏高，為4.0左右，表明添加糖蜜可以促進(jìn)乳酸菌的發(fā)酵，提高乳酸產(chǎn)量，降低pH值。

2.6 固態(tài)發(fā)酵對菌群數(shù)量的影響

甜菜粕固態(tài)發(fā)酵中所含主要微生物為乳酸菌、酵母菌、霉菌，在成功的固態(tài)發(fā)酵中乳酸菌含量最多，是固態(tài)發(fā)酵中的有益微生物，后兩種微生物在固態(tài)發(fā)酵初期較活躍，很快進(jìn)入穩(wěn)定的休眠狀態(tài)。試驗(yàn)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。糖蜜和甜菜粕加菌固態(tài)發(fā)酵后樣品中霉菌小于10 CFU/g，酵母菌約3.7×104CFU/g，乳酸菌數(shù)量高達(dá)8.0×108CFU/g。由數(shù)據(jù)可知，乳酸菌菌群數(shù)量始終占主導(dǎo)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?yàn)樘鸩似杉犹敲酆蠼湍妇换罨?，進(jìn)行了生長繁殖。

2.7 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。對甜菜粕發(fā)酵產(chǎn)品中的3種真菌毒素進(jìn)行檢測，均未檢出，即固態(tài)發(fā)酵的產(chǎn)品能夠滿足飼料的相關(guān)要求，不會對動物的健康產(chǎn)生不利影響。

2.8 感官評價

現(xiàn)場指標(biāo)評定結(jié)果是由固態(tài)發(fā)酵料的氣味、結(jié)構(gòu)、色澤等相關(guān)感官指標(biāo)綜合評定而來，是最直觀也是最簡單的評價固態(tài)飼料質(zhì)量好壞的方法之一。結(jié)合pH 值和水分含量，對各試驗(yàn)進(jìn)行感官評價綜合打分，數(shù)據(jù)見表4。通常來講，優(yōu)等的固態(tài)飼料氣味無丁酸臭味，有芳香果味或明顯的面包香味，質(zhì)構(gòu)保持良好，無霉變，色澤與原料相似，烘干后呈淡褐色，另外在手感上，要感覺松軟不粘手。

表4 甜菜粕原料及發(fā)酵產(chǎn)品感官評定得分表Table 4 Results of sensory evaluation of solid fermentation products

甜菜粕原料的結(jié)構(gòu)較差，主要是由于其含水量較高，導(dǎo)致飼料表面帶有粘性，若作為商品直接出售，也不會具有太大價值，而其余樣品含水量均在75%及以下，結(jié)構(gòu)松散軟弱不粘手。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，尤其是添加糖蜜的樣品氣味得分較高，可以達(dá)到酸香味，酸味強(qiáng)烈；對于飼料色澤，由于糖蜜顏色呈深褐色，所以加糖蜜處理的樣品顏色較深，得分偏低，不加糖蜜的樣品可達(dá)到褐黃色和亮黃色。綜合評估，甜菜粕原料經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后可達(dá)到良好級，添加糖蜜進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，感官評價為優(yōu)等。說明添加乳酸菌和糖蜜可有效改善飼料風(fēng)味，增加飼料適口性。

3 結(jié)論

本文以甜菜粕和糖蜜為原料，通過添加乳酸菌種開展固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)，通過檢測固態(tài)發(fā)酵后的營養(yǎng)指標(biāo)、有機(jī)酸、菌群數(shù)量、真菌毒素等，結(jié)合感官評價以綜合評價固態(tài)發(fā)酵的質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，在甜菜粕發(fā)酵中同時添加乳酸菌種和一定量糖蜜，發(fā)酵終產(chǎn)物的粗蛋白含量可達(dá)14.49%，粗纖維含量可達(dá)12.30%，干物質(zhì)消化率可達(dá)82.14%，表明發(fā)酵進(jìn)程可以強(qiáng)化甜菜粕原料的營養(yǎng)價值，提高動物對飼料的消化利用。此外，乳酸含量有所提高，可達(dá)到2.65%，有利于降低發(fā)酵體系pH 值，抑制雜菌生長，并且添加糖蜜的發(fā)酵甜菜粕感官品質(zhì)也得到提升，具有酸香氣味，整體感官評價達(dá)到了優(yōu)等級。

本文的研究從產(chǎn)業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)角度出發(fā)，提出含水量較高的甜菜粕應(yīng)用方案，不僅對于含水量較低的甜菜粕顆粒相關(guān)研究做補(bǔ)充，相關(guān)結(jié)果也有助于解決甜菜粕貯藏期短和糖蜜儲存運(yùn)輸不便的問題，有助于提升甜菜粕的附加價值，彌補(bǔ)飼料供應(yīng)淡季的市場需求，助力甜菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品升級。