顧雅梅， 邊高瑞， 張曦元， 穆 明， 鄧凱東， 唐 倩， 張民揚

（金陵科技學院動物科學與食品工程學院，江蘇南京 210038）

咖啡在我國的產量和消費量逐年增加，2021年我國年產咖啡豆10.91 萬t， 年消費咖啡豆達25.2 萬t。 咖啡的加工過程會產生咖啡渣和咖啡皮等副產物，如綠咖啡會產生65%的咖啡渣（Rajesh Banu 等，2020）。 目前咖啡渣常作為廢棄物填埋或焚燒，這樣不僅會污染環(huán)境，也造成了資源的浪費。有研究發(fā)現(xiàn)，咖啡渣可作為肥料和活性碳的原材料，但市場化效果不佳?？Х仍€可以作為底物用于生產生物燃料， 但工藝繁瑣， 并且投資巨大。 因此，開發(fā)便捷、合理的咖啡渣利用策略，成為目前所關注的重要問題。

咖啡渣具有一定的飼用價值，其含有6.7% ～13.7%的粗蛋白質，10% ～15%的脂肪（多為不飽和脂肪酸）和13.0%的無氮浸出物。 但咖啡渣的粗纖維含量很高， 包括8.6% ～15.3%的纖維素和36.7%的半纖維素（Liu 等，2020）。 咖啡渣還含有1.5%的總植物多酚，如單寧酸、綠原酸和咖啡因等抗營養(yǎng)因子，同時具有一些特殊的氣味，會影響動物的采食量。 咖啡渣較高的粗纖維和植物多酚含量， 極大的影響其在單胃動物飼料中的應用， 但對反芻動物來說， 反而具有一定的優(yōu)勢。 粗纖維是牛羊等反芻動物必不可少的飼料營養(yǎng)成分。 植物多酚對瘤胃內微生物的代謝具有一定的調控作用（譚健等，2021），在反芻動物瘤胃中，咖啡渣中所含的縮合單寧可與蛋白質結合，避免優(yōu)質蛋白的瘤胃降解，縮合單寧還在抗寄生蟲、 控制甲烷排放以及調控瘤胃內環(huán)境等方面體現(xiàn)出了積極作用（邱清華，2016）。不飽和脂肪酸可以提高動物產品的品質（許鵬等，2022，張俊霞等，2020），咖啡渣中的亞油酸如果可以合理利用，可以為動物提供必需脂肪酸（張馨月等，2017）。因此， 咖啡渣具有成為優(yōu)質反芻動物飼料資源的潛力（San Martin 等，2021）。

采用微生物發(fā)酵的方式處理飼料原料， 已經成為改善劣質原料， 尤其是糟渣類原料營養(yǎng)價值的有效方案。張帆等（2019）采用產朊假絲酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢桿菌等菌種，對高粱酒糟進行了兩周的微生物堆砌發(fā)酵， 提高了酒糟中的粗蛋白質和粗脂肪含量，顯著降低了粗纖維的含量，進而提高了飼用價值。 馬雪兒等（2022）采用乳酸菌混合菌液對富含植物多酚的核桃葉進行了微生物發(fā)酵，提高了粗蛋白質和無氮浸出物的含量，增加了飼料成分的消化率。 但目前鮮見有微生物發(fā)酵咖啡渣進行飼料化利用的研究。

為了研究咖啡渣經微生物發(fā)酵后營養(yǎng)成分的變化規(guī)律，本研究以咖啡渣為研究對象，采用乳酸桿菌、枯草芽孢桿菌和酵母菌等多菌種發(fā)酵模式，評估麥麩和尿素添加水平對發(fā)酵咖啡渣營養(yǎng)成分的影響，為咖啡渣的飼料化開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 菌液制備 發(fā)酵菌株（鼠李糖乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、布拉迪酵母菌）來自于江蘇鎮(zhèn)江市天益健康科學研究院，植物乳桿菌、枯草芽孢桿菌為本實驗室自行分離菌種。 將5%菌粉接種到MRS 液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)箱37 ℃培養(yǎng)24 h。 涂板檢查菌種發(fā)育情況， 挑取發(fā)育良好的單個菌， 接種后于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，獲得接種菌液，各菌液按照1∶1∶1∶1 比例混合后使用。

1.2 試驗設計 尿素、麥麩的試驗設計見表1。本研究設置尿素添加水平分別為0%（對照組，0%組）、0.5%（0.5%組）、1%（1%組）、1.5%（1.5%組）四組，每組四個重復。 麥麩添加水平分別為0%（對照組，0MF 組）、5%（5MF 組）、10%（10MF 組）、15%（15MF 組）四組，每組四個重復。

表1 尿素、麥麩的試驗設計

各試驗組的發(fā)酵基質總重為100 g，水分含量為60%，加入密封袋后，接種5%的混合菌液并混合均勻，使用全自動封口機抽出袋中空氣，并密封兩次，陰涼避光處發(fā)酵28 d。

1.3 感官評價 評定青貯料等級按照《德國DLG青貯飼料感官評分標準》（馮驍騁等，2016）， 從氣味、質地和色澤3 方面進行感官評價。 其中，氣味占14 分，質地占4 分，色澤占2 分，綜合得分16 ～20 為優(yōu)良，10 ～15 為尚可，5 ～9 為中等，0 ～4 為腐敗。

1.4 品質和營養(yǎng)測定 參考鄧凱東等 （2021）的測定方法， 采用pH 計檢測發(fā)酵咖啡渣的pH，采用凱氏定氮法測定粗蛋白質含量。 測定氨態(tài)氮試劑盒購自于北京市索萊寶生化試劑有限公司。 測定乳酸試劑盒購自于南京建成生物工程研究所。采用日本島津公司GC-14BC 型氣相色譜儀檢測揮發(fā)性脂肪酸含量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0 軟件進行單因素方差分析， 采用Duncan 氏法進行多重比較，P ＜0.05 表示差異顯著。 粗灰分、粗蛋白質、乳酸、乙酸和氨態(tài)氮含量以干物質為基礎，數(shù)據(jù)以“平均值±標準誤”表示。

2 結果與分析

2.1 尿素添加水平對咖啡渣發(fā)酵效果的影響

2.1.1 不同尿素添加水平對發(fā)酵咖啡渣的感官評分和營養(yǎng)成分的影響 由表2 可知， 添加尿素的三個處理組感官評分均顯著低于對照組 （P ＜0.05）， 且試驗組間感官評分差異均不顯著 （P ＞0.05）。 隨著尿素添加量的增加發(fā)酵咖啡渣的粗灰分含量顯著增加（P ＜0.05），而各組粗蛋白質含量無顯著差異（P ＞0.05）。

表2 不同尿素添加水平對發(fā)酵咖啡渣的感官評分和營養(yǎng)成分的影響

2.1.2 不同尿素添加水平對發(fā)酵咖啡渣發(fā)酵品質的影響 由表3 可知， 添加尿素發(fā)酵組的pH 均顯著高于對照組， 處理組之間差異均顯著 （P ＜0.05）。 0.5%和1.0%組的乳酸含量較對照組分別提高63.28%和68.97%（P ＜0.05）。 而添加尿素的三個處理組乙酸含量與對照組相比無顯著差異（P ＞0.05）。添加1.5%尿素與對照組相比，發(fā)酵咖啡渣的尿素氮含量提高了56.96%（P ＜0.05）。

表3 不同尿素添加水平對發(fā)酵咖啡渣發(fā)酵品質的影響

2.2 麥麩添加水平對咖啡渣發(fā)酵效果的影響

2.2.1 不同尿素添加水平對發(fā)酵咖啡渣的感官評分和營養(yǎng)成分的影響 由表4 可知， 麥麩的添加未顯著改變咖啡渣的感官評分， 但所有組的感官評分均高于18.5。結果表明，咖啡渣經微生物發(fā)酵之后，香氣成分改變很大，其中的咖啡氣味減少，有較強的酸味，芳香味弱，香氣品質提高。 隨著麥麩添加水平的提高粗灰分含量與對照組相比分別提高23.41%、42.93%和58.05%（P ＜0.05）， 各組間均有顯著差異（P ＜0.05）。 5%與15%麥麩處理組的蛋白質含量與對照組相比顯著提高3.88%和5.99%（P ＜0.05）。 隨著麥麩添加水平的提高，發(fā)酵后咖啡渣的粗蛋白質含量顯著提升（P ＜0.05）。說明微生物發(fā)酵作用顯著提高了咖啡渣營養(yǎng)物質的水平。

表4 不同尿素添加水平對發(fā)酵咖啡渣的感官評分和營養(yǎng)成分的影響

2.2.2 添加不同水平麥麩對發(fā)酵咖啡渣發(fā)酵品質的影響 由表5 可知， 不同麥麩添加水平處理組pH 存在顯著性差異，pH 隨著麥麩添加量的提高而降低，添加麥麩處理組pH 均顯著低于對照組（P ＜0.05），說明發(fā)酵效果良好。添加10%和15%麥麩組的乳酸含量較對照組提高221.54%和264.62%（P ＜0.05），各處理組乙酸含量差異不顯著（P ＞0.05）。

表5 添加不同水平麥麩對發(fā)酵咖啡渣發(fā)酵品質的影響

3 討論

咖啡渣作為咖啡產業(yè)的廢棄物，產量巨大，通過微生物發(fā)酵的方式改善其營養(yǎng)成分， 不僅可以防止咖啡渣對環(huán)境的危害， 也可以滿足非糧飼料的新型飼料需求。 本研究利用常見的外源添加劑物質，探究咖啡渣發(fā)酵的底物條件，為咖啡渣原料的微生物發(fā)酵提供理論和技術支撐。

徐倩倩等（2022）利用植物乳桿菌對咖啡渣進行生物轉化， 發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌發(fā)酵能夠有效促進咖啡渣中活性及風味物質的釋放， 經過補充加糖處理后， 咖啡渣發(fā)酵產物中總酚及蛋白含量顯著增加， 吡嗪類、 乙酸糠酯等風味物質含量顯著增加， 咖啡因等特征成分的釋放量相比發(fā)酵前顯著提升。 本研究利用微生物發(fā)酵的模式制作發(fā)酵咖啡渣飼料，發(fā)酵后可以有效提高其營養(yǎng)價值，改善了咖啡渣的氣味?？Х仍洶l(fā)酵后，含氮物質可被微生物分解后合成菌體蛋白， 有助于反芻動物消化利用，提高飼料報酬。

郭萌萌等（2022）用枯草芽孢桿菌、植物乳桿菌和釀酒酵母聯(lián)合發(fā)酵豆粕的研究中發(fā)現(xiàn)， 混合菌種發(fā)酵可顯著提高豆粕中粗蛋白質含量， 最高可以將豆粕中粗蛋白質的含量提高21.94%。張洪偉等（2022）在育肥期肉牛日糧中添加0.2%的酵母培養(yǎng)物、枯草芽孢桿菌復配的微生態(tài)制劑發(fā)現(xiàn)，可以提高肉牛的生產性能， 改善血清生化指標和腸道菌群結構，提高經濟效益。 因此，本研究選用了乳酸桿菌、 枯草芽孢桿菌等微生物作為咖啡渣發(fā)酵的主要菌種。

尿素是富含氮元素的化合物， 屬于營養(yǎng)性添加劑， 在反芻動物飼料中尤為重要。 臧艷運等（2012）在青貯飼料的制作過程中添加乳酸菌和尿素，提高了全株玉米的乳酸和氨氮含量，并能有效地阻止pH 過度下降。 付彤（2014）在全株玉米青貯中添加尿素發(fā)現(xiàn)， 尿素添加量為0.2%和0.4%時，乳酸和乙酸含量增加。當添加量為0.8%時，乳酸和乙酸含量下降。 薛祝林等（2014）在高丹草青貯中添加尿素，當尿素添加量為0.5%時乳酸含量較對照組顯著提高， 當尿素添加量為1.0%和1.5%時，乳酸含量呈下降趨勢。 本研究結果與前人研究相似，尿素添加水平為1.0%時，乳酸生成量最高，而添加1.5%尿素并未顯著提高發(fā)酵咖啡渣的乳酸含量。

麥麩的粗蛋白質和無氮浸出物的含量較高，且易于獲取，是重要的飼料原料，也是微生物發(fā)酵體系中重要的碳和氮營養(yǎng)物質來源。吳躍明等（2004）研究麥麩對玉米秸、 稻草青貯發(fā)酵品質影響發(fā)現(xiàn)，添加9%的麥麩能降低中性洗滌纖維含量， 促進發(fā)酵，提高飼料品質。 呂建敏等（2005）在麩皮對稻草青貯發(fā)酵品質影響試驗中，將各處理飼料干物質含量調節(jié)為20%，設4 個處理，麩皮添加量分別為鮮樣的3%、6%、9%， 結果表明，9%麩皮處理能降低pH，提高發(fā)酵品質。 本研究發(fā)現(xiàn)，隨著麥麩的添加水平逐漸增加， 咖啡渣發(fā)酵產物的粗蛋白質水平、乳酸水平等顯著增加，pH 顯著降低，這表明咖啡渣的營養(yǎng)成分和飼用價值有所提高。

4 結論

本試驗結果表明， 添加尿素不能提高發(fā)酵咖啡渣的營養(yǎng)價值，與對照組相比，添加1.5%尿素可以顯著提高發(fā)酵咖啡渣的尿素氮含量。 添加麥麩不僅提高了發(fā)酵咖啡渣的感官指標， 同時也提高了營養(yǎng)價值，添加15%的麥麩可以顯著提高發(fā)酵咖啡渣的蛋白質和乳酸含量。