饲料生产发酵技术

饲料生产发酵技术引言：微生物发酵饲料生产形式多种多样。应用微生物可利用廉价农业和轻工副产物生产高质量饲料蛋白原料，同时使饲料富含高活性有益微生物及其活性代谢产物。笔者所在微生物发酵课题研究小组经过8年多研究，在前人微生物发酵生产研究基础上不断获得突破进展，最终形成独特的可移动式饲料发酵生产技术，本文即对传统发酵及该课题组最新发酵技术成果分述于下。1、生产菌种选用基本原则1.1、安全性①菌体本身不产生有毒有害物质；②不会危害环境固有的生态平衡。1.2、有效性①菌体本身具有很好生长代谢活力，能有效地降解大分子和抗营养因子，合成小肽和有机酸等小分子物质；②能保护和加强动物体微生物区系平衡，促进动物健康。这种功效主要指能有效地提高和维护有益微生物在动物消化道中数量优势。它可以通过2种方式来达到目标：发酵饲料所用菌种本身就是从目标动物消化道中分离出来的有益菌，通过饲喂高比例发酵饲料可以直接提高动物消化道中有益微生物数量，使有益微生物形成优势。另一种方式是生产菌种或代谢产物可以选择性地杀灭或者抑制有害微生物，从而造成有益菌数量优势。实现这种途径的方式可以多种多样，比较常用的有：耗尽氧气，降低体系氧化还原电位；降低环境pH值；代谢物中含有能选择性杀灭大肠杆菌和沙门氏菌等有害微生物的抗菌物质。2、发酵饲料生产技术除了生产菌种以外，生产工艺也是决定发酵技术成败的要素。到目前为止，国内外关于发酵饲料生产技术或生产工艺的内容主要包括以下几种：2.1、青储有利因素：传统工艺，历史悠久，技术成熟。限制因素：季节性强，原料必须新鲜；只能就地利用，基本不能远距离运输；开窖后必须在短时间内用完；目前仅限应用于反刍动物领域。青储饲料研究历史很长，有专门论著，笔者在此不再赘述，有兴趣的读者可以参考曹利军和韩鹏主编的“青储饲料标准化生产技术”，针对生产实际提出了很好的技术方法，有很好参考价值。2.2、利用有机废水生产单细胞蛋白或蛋白原料这种技术主要是用于有机废水净化处理。有机废水主要来源于造纸、酒精、氨基酸和有机酸工业所产生的废水。在20世纪60年代，国外曾选用生长速度很快的热带假丝酵母，采用液体连续培养处理造纸废水，但是生产的酵母有苦味，很难在饲料中应用。80年代末，我国工程院院士伦世仪先生领导的课题组用热带假丝酵母连续培养处理酒精废水，生产的酵母有较好适口性，但是由于废水中有机物含量比较低，培养液中干物质得率不超过1.0%，基本没有商业价值。西欧和北美等发达国家，特别是日本、荷兰和芬兰等国，在有机废水处理方面投入了大量研究和生产处理费用。可以说，在有些发酵产品生产中，废水处理设备投入甚至要超过发酵设备的投入。目前，在荷兰和芬兰，它们本国不生产酒精、氨基酸和有机酸等大宗发酵产品，并不是它们的生产技术不发达，而是它们不愿意污染它们宝贵的水源。我国的谷氨酸、赖氨酸、柠檬酸和酒精的发酵产量是世界第一，并不是我们的发酵水平、提取技术在国际上处于领先地位，而是我们牺牲了生态（主要是水源）的洁净所获得的暂时利益的结果。即使是目前的酶制剂产品，我国的产量在世界也是处于领先地位，但是主要技术还是从丹麦、美国和日本等发达国家引进，甚至有些生产企业纯粹就是它们独资。2.3、固态好氧发酵生产饲料蛋白原料这种生产方式在上个世纪80-90年代很流行，在全国各地都有推广应用。其中比较著名的是郭维烈先生倡导的微生物组合发酵生产4320菌体蛋白，这种技术充分利用了微生物间的相互作用（同生、互惠同生、共生、竞争和拮抗等多种关系），原料不需要严格消毒就可以直接用于接种培养，从而极大地简化了生产工艺，降低了生产成本。接种的微生物主要是热带假丝酵母，这种酵母生长繁殖速度很快，代谢旺盛，能高效地把农副产品转化成菌体物质。但是，与传统发酵工艺一样，4320发酵成品也需要干燥，否则容易腐败变质。另外，这种工艺的机械化程度较低，这也是传统固态好氧发酵的共同缺陷，需要较多人工用于物料的翻拌、散热等繁琐操作。随着劳动力成本和能源价格不断上涨，目前这种技术优势也正在逐步丧失。按目前生产工艺计算，每吨4320蛋白加工成本（除原料以外的所有费用）至少在800元以上。2.4、固态厌氧发酵高活性生物饲料为了克服4320蛋白发酵技术的不足，近年来，我国很多科研工作者提出了多种简便的微生物厌氧固态发酵生产技术。相对于好氧发酵，厌氧发酵的能耗低，微生物代谢产生的热量也要小得多，生产过程往往不需要翻拌散热。发酵产品只要密封得当，即使长期存放也不会腐败变质。目前比较典型的固态厌氧发酵生物饲料的成功例子主要有二种：一种是适合于养殖户自产自用的袋装发酵饲料；另一种是属于规模化流水线生产的袋装发酵饲料。它们接种的微生物基本一致，主要有酵母菌、乳酸菌和芽孢杆菌。适合养殖户自产自用的发酵袋是一种普通的密封包装袋，物料接种以后装入，再将袋口用绳扎紧，物料含水量在30-40%之间。开始时酵母菌消耗袋内残留氧气进行增殖和呼吸代谢，同时也为乳酸菌创造一个厌氧生活环境。然后，酵母菌在无氧条件下进行糖酵解，产生酒精和二氧化碳，乳酸菌也同时增殖、代谢，产生有机酸。随着袋内气压不断增加，不断有二氧化碳带者酒精和有机酸排出袋外，饲养员可以根据排出的酸香味来判定物料发酵的成熟度。有氧发酵阶段：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O无氧发酵阶段：C6H12O6→2CO2+2C2H5OH（乙醇）在夏季，发酵3-5天就有明显酸香味。在冬季，时间需要延长。如果环境温度低于12度，发酵就有可能归于失败。酵母在低温下长期代谢低下，不产生二氧化碳，使得外界氧气能长时间与接种的乳酸菌接触，会导致乳酸菌活力大减，甚至死亡。事实证明，如果环境温度适宜，时间控制得当，采用上述袋装式“土办法”发酵，也可以获得质量很好的微生物发酵饲料，活性乳酸菌的含量能达到10亿cuf/g以上。在生猪配合饲料中添加15-20%，采食量能明显提高，最多能提高10%以上，而且增重速度和健康水平也有显著提高。这种工艺虽然简便，但受限制因素太多，质量标准很难把握，实际推广有一定困难。3、可移动发酵技术为了使这种袋装发酵技术进入程序化、工业化应用，发酵饲料的质量能得到有效保证，必须解决以下几个问题：发酵过程不受环境温度限制；产品质量不受存放时间限制，或者保质期能达到3个月以上；产品在储存和运输过程中不受外界空气干扰。农业部饲料工业中心的微生物发酵饲料课题研究小组，联合北京市饲料监察所、国家肉类综合研究中心和国内近20多家饲料生产企业，经过近8年的反复试验，在总结吸收郭威烈先生倡导的微生物组合发酵、传统的坛式泡菜发酵和高分子硅胶膜气压自动平衡技术的基础上，发明了呼吸膜可移动式厌氧固态发酵饲料生产技术。原料接种以后直接进入包装袋中，包装袋上附加一个可以调节气压的硅胶膜，封口后在常温下储存发酵。发酵过程不需要进行温度调节，也不受环境温度影响。发酵成熟所需要的时间随环境温度和物料组成变化，但是保质期不受时间限制，只要包装袋完好，保质期可以达到3年。上述工艺很简单，如果以日产30吨计算，设备投资不超过20万元，特别适合在我国农村推广使用。本技术有如下独特特点：①传统微生物发酵都是先做成产品，再包装。呼吸膜可移动式厌氧固态发酵工艺是把包装袋设计成小型发酵罐，采用先包装后发酵工艺。硅胶膜平衡装置创造性地解决了发酵生产过程中气体控制和杂菌污染等技术难题。在发酵过程中，微生物会产生二氧化碳等气体，使得袋内的气压大于外界常压。当袋内气压达到某一临界值时，气体通过这个硅胶平衡膜排到外界。但是外界的气体始终没有机会进入发酵体系，从而也就排除了外界的杂菌干扰。②研制的特定的微生物菌种组合能使乳酸菌迅速繁殖，占据数量优势。巧妙综合了厌氧菌和好氧菌发酵的优点，原料不需要消毒就可以直接用于接种培养。课题小组采用的生产菌种主要含有酿酒酵母、乳酸菌、芽孢杆菌。芽孢杆菌能高效地杀灭大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等有害微生物，但是对乳酸菌和酵母菌的生长代谢没有影响。试验表明，即使每克原料中的大肠杆菌K88含量达到107次方数量级，在30C发酵4天，大肠杆菌数量降低到5cfu/g以下。③可以广泛利用豆渣、果渣、玉米浆和糖渣等高水分含量的农业和轻工副产物作为生产原料，生产技术实用，产品附加值高，保质期长，符合我国国情，特别适合在我国广大农村推广使用。接种后发酵物料含水在30-50%之间，蛋白含量在4.5-42.0%之间，操作弹性极大，可大比例使用廉价的玉米浆、豆渣和果渣等高水分含量的农业和轻工副产物，最大使用比例可以达到30%以上，成品也不需要干燥，与传统发酵技术相比具有很大的成本优势。