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。本文對傳統(tǒng)發(fā)酵及可移動式飼料發(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代謝活力，能有效地降解大分子和抗營養(yǎng)因子，合成小肽和有機酸等小分子物質(zhì)；

② 能保護和加強動物體微生物區(qū)系平衡，促進動物健康。這種功效主要指能有效地提高和維護有益微生物在動物消化道中數(shù)量優(yōu)勢。它可以通過2種方式來達到目標：發(fā)酵飼料所用菌種本身就是從目標動物消化道中分離出來的有益菌，通過飼喂高比例發(fā)酵飼料可以直接提高動物消化道中有益微生物數(shù)量，使有益微生物形成優(yōu)勢。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)量優(yōu)勢。實現(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

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，原料必須新鮮；只能就地利用，基本不能遠距離運輸；開窖后必須在短時間內(nèi)用完；目前僅限應(yīng)用于反芻動物領(lǐng)域。

青儲飼料研究歷史很長，有專門論著，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“青儲飼料標準化生產(chǎn)技術(shù)”，針對生產(chǎn)實際提出了很好的技術(shù)方法，有很好參考價值。

2.2、利用有機廢水生產(chǎn)單細胞蛋白或蛋白原料

這種技術(shù)主要是用于有機廢水凈化處理。有機廢水主要來源于造紙、酒精、氨基酸和有機酸工業(yè)所產(chǎn)生的廢水。

在20世紀60年代，國外曾選用生長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物含量比較低，培養(yǎng)液中干物質(zhì)得率不超過1.0%，基本沒有商業(yè)價值。

西歐和北美等發(fā)達國家，特別是日本、荷蘭和芬蘭等國，在有機廢水處理方面投入了大量研究和生產(chǎn)處理費用?？梢哉f，在有些發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)中，廢水處理設(shè)備投入甚至要超過發(fā)酵設(shè)備的投入。目前，在荷蘭和芬蘭，它們本國不生產(chǎn)酒精、氨基酸和有機酸等大宗發(fā)酵產(chǎn)品，并不是它們的生產(chǎn)技術(shù)不發(fā)達，而是它們不愿意污染它們寶貴的水源。我國的谷氨酸、賴氨酸、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利益的結(jié)果。即使是目前的酶制劑產(chǎn)品，我國的產(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、美國和日本等發(fā)達國家引進，甚至有些生產(chǎn)企業(yè)純粹就是它們獨資。

2.3、固態(tài)好氧發(fā)酵生產(chǎn)飼料蛋白原料

這種生產(chǎn)方式在上個世紀80-90年代很流行，在全國各地都有推廣應(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、競爭和拮抗等多種關(guān)系），原料不需要嚴格消毒就可以直接用于接種培養(yǎng)，從而極大地簡化了生產(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。

隨著勞動力成本和能源價格不斷上漲，目前這種技術(shù)優(yōu)勢也正在逐步喪失。按目前生產(chǎn)工藝計算，每噸4320蛋白加工成本（除原料以外的所有費用）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，我國很多科研工作者提出了多種簡便的微生物厭氧固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)。相對于好氧發(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)過程往往不需要翻拌散熱。發(fā)酵產(chǎn)品只要密封得當，即使長期存放也不會腐敗變質(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)殖戶自產(chǎn)自用的袋裝發(fā)酵飼料；另一種是屬于規(guī)模化流水線生產(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。開始時酵母菌消耗袋內(nèi)殘留氧氣進行增殖和呼吸代謝，同時也為乳酸菌創(chuàng)造一個厭氧生活環(huán)境。然后，酵母菌在無氧條件下進行糖酵解，產(chǎn)生酒精和二氧化碳，乳酸菌也同時增殖、代謝，產(chǎn)生有機酸。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酸排出袋外，飼養(yǎng)員可以根據(jù)排出的酸香味來判定物料發(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，時間需要延長。如果環(huán)境溫度低于12度，發(fā)酵就有可能歸于失敗。酵母在低溫下長期代謝低下，不產(chǎn)生二氧化碳，使得外界氧氣能長時間與接種的乳酸菌接觸，會導(dǎo)致乳酸菌活力大減，甚至死亡。

事實證明，如果環(huán)境溫度適宜，時間控制得當，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。

這種工藝雖然簡便，但受限制因素太多，質(zhì)量標準很難把握，實際推廣有一定困難。

3、可移動發(fā)酵技術(shù)

為了使這種袋裝發(fā)酵技術(shù)進入程序化、工業(yè)化應(yīng)用，發(fā)酵飼料的質(zhì)量能得到有效保證，必須解決以下幾個問題：發(fā)酵過程不受環(huán)境溫度限制；產(chǎn)品質(zhì)量不受存放時間限制，或者保質(zhì)期能達到3個月以上；產(chǎn)品在儲存和運輸過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、國家肉類綜合研究中心和國內(nèi)近20多家飼料生產(chǎn)企業(yè)，經(jīng)過近8年的反復(fù)試驗，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平衡技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)明了呼吸膜可移動式厭氧固態(tài)發(fā)酵飼料生產(chǎn)技術(shù)。

原料接種以后直接進入包裝袋中，包裝袋上附加一個可以調(diào)節(jié)氣壓的硅膠膜，封口后在常溫下儲存發(fā)酵。發(fā)酵過程不需要進行溫度調(diào)節(jié)，也不受環(huán)境溫度影響。發(fā)酵成熟所需要的時間隨環(huán)境溫度和物料組成變化，但是保質(zhì)期不受時間限制，只要包裝袋完好，保質(zhì)期可以達到3年。

上述工藝很簡單，如果以日產(chǎn)30噸計算，設(shè)備投資不超過20萬元，特別適合在我國農(nóng)村推廣使用。

本技術(shù)有如下獨特特點：

① 傳統(tǒng)微生物發(fā)酵都是先做成產(chǎn)品，再包裝。呼吸膜可移動式厭氧固態(tài)發(fā)酵工藝是把包裝袋設(shè)計成小型發(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)過程中氣體控制和雜菌污染等技術(shù)難題。在發(fā)酵過程中，微生物會產(chǎn)生二氧化碳等氣體，使得袋內(nèi)的氣壓大于外界常壓。當袋內(nèi)氣壓達到某一臨界值時，氣體通過這個硅膠平衡膜排到外界。但是外界的氣體始終沒有機會進入發(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)量優(yōu)勢。巧妙綜合了厭氧菌和好氧菌發(fā)酵的優(yōu)點，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、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌等有害微生物，但是對乳酸菌和酵母菌的生長代謝沒有影響。試驗表明，即使每克原料中的大腸桿菌K88含量達到107次方數(shù)量級，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)實用，產(chǎn)品附加值高，保質(zhì)期長，符合我國國情，特別適合在我國廣大農(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。