《Journal of Biotechnology》：Production of High-Nutrient Protein Sources by Pre-Secondary Solid-State Fermentation of Functional Microbiota (Pre-Sec-SSF-FM) from Dehulled Chinese Distillers Grains
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中国DDGS作为低质饲料因高纤维（>24%）、低蛋白（<17%）和低消化率（<16%）等问题受限。本研究采用预固态固态发酵（Pre-Sec-SSF）结合功能菌群（枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和乳酸菌），通过先利用真菌降解纤维，再通过兼性厌氧菌转化提升蛋白质量。结果显示：经预发酵后，粗蛋白含量提升24%以上，纤维降低，干物质和蛋白消化率分别提高29.54%和54.57%，氨基酸总量增加14.92%，尤其是关键芳香风味物质甘氨酸和丙氨酸分别提升15.36%和21.25%。该技术可显著改善DDGS营养价值，为开发高性价比饲料蛋白提供新方案。
连张|沈晓娟|王志|彭远松|杨建平|蔡亚凡|王世雷|徐景亮|应汉杰
郑州大学化学工程学院，中国郑州科学大道100号，450001
摘要
中国酒糟（CDGs）被用作低成本的饲料添加剂，但由于其粗纤维含量高（>24%）、粗蛋白含量低（<17%）和消化率低（<16%）等问题而受到限制。本研究旨在评估使用功能性微生物群进行预次级固态发酵是否可以提高CDGs的蛋白质消化率并降低纤维含量。结果表明，与原始CDGs相比，固态发酵后的DCDGs（SSF-DCDGs）的真正蛋白质和粗蛋白含量均有上升趋势，增幅超过24%。同时，DCDGs的粗纤维含量下降；SSF-DCDGs的干物质和蛋白质消化率分别提高了29.54%和54.57%。氨基酸含量增加了14.92%，其中甘氨酸和丙氨酸分别增加了15.36%和21.25%——这两种都是重要的芳香风味化合物。因此，Pre-Sec-SSF-FM技术路线可以将低成本的CDGs转化为高营养价值的蛋白质来源，为蛋白质原料的获取提供了一种新的方法。
引言
中国酒糟（CDGs）是白酒生产的副产品，富含营养物质和生物活性化合物（Dong等人，2025年），年产量约为2000万吨，具有巨大的饲料应用潜力。湿法CDGs的平均价格约为14美元/吨，粗蛋白含量（干基）约为17%。其蛋白质单位成本仅为0.82美元/克，远低于大豆粕的16.47美元/克——大约是大豆粕价格的4.9%。CDGs的蛋白质含量低的原因包括：i) 高纤维含量（>24%）和低消化率，直接作为饲料使用时可能导致消化负担和过敏反应（Wang和Akdeniz，2023年；Yang等人，2015年）；ii) 饲料配方中推荐的添加比例较低（猪饲料5-20%，禽饲料3-5%，反刍动物饲料15-25%）；iii) 在酿造过程中（如蒸煮和糖化）某些蛋白质发生变性或降解，导致蛋白质含量相对较低。
CDGs的传统利用方法主要是简单的干燥或粉碎处理。由于CDGs中含有大量的高纤维稻壳，直接用作饲料时粗纤维含量过高（Dong等人，2025年）。因此，需要通过筛分去除粗纤维含量较高的稻壳，得到DCDGs。这样不仅可以减少体积、提高密度，还便于储存。经过干燥和筛分处理的DCDGs更适合作为后续固态发酵（SSF）的基质。
固态发酵（SSF）可以有效解决CDGs蛋白质含量低、消化率低以及使用量少的问题（Betchem等人，2024年；Olukomaiya等人，2019年）。大量研究表明，使用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和米曲霉（Aspergillus oryzae）进行的SSF能够有效降解发酵基质中的大分子，生成小分子代谢物，提高基质的可利用性，并增强动物的消化和吸收率（Niu等人，2023年；Warneke等人，2024年）。乳酸菌如干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）可以改善CDGs蛋白饲料的风味，增加有益菌的数量，并促进动物肠道健康（Li等人，2023年；Wang等人，2024年）。然而，在SSF过程中，木质纤维素酶的生产菌株通常包括米曲霉等真菌菌株以及枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等细菌菌株。这些菌株耗氧量较大，适合有氧环境（Wu等人，2025年），而转化蛋白质的菌株和益生菌菌株多为兼性厌氧或厌氧菌株，如酿酒酵母（Candida utilis）。这类菌株不适合有氧环境。因此，传统的SSF无法满足发酵过程中不同微生物的氧气需求。本研究引入了预发酵的概念，首先通过有氧菌株分泌的酶降解大分子蛋白质和纤维，然后再进行传统的厌氧SSF以实现蛋白质转化和益生菌的作用。这可以有效平衡不同微生物的氧气需求。同时，预发酵过程中产生的醇类、酯类和有机酸等代谢产物可以改善饲料的气味和口感（Yuan等人，2024年），显著增加动物的采食量。该方法不仅提高了SSF的发酵效率，还解决了未发酵CDGs蛋白质含量低、消化率低和使用量少的问题。
本研究采用功能性微生物群预次级固态发酵（Pre-Sec-SSF-FM）策略，结合DCDGs技术和米曲霉（A. oryzae）及有益菌株（枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和干酪乳杆菌），以高效利用CDGs。实验流程图如图1所示。本研究旨在通过Pre-Sec-SSF-FM策略提升DCGs的价值，重点评估其对关键霉菌毒素（包括黄曲霉素B1、赭曲霉毒素和玉米赤霉烯酮）、蛋白质和氨基酸（包括粗蛋白、水解氨基酸和小分子肽，特别关注赖氨酸和甲硫氨酸等限制性氨基酸）、中性蛋白酶活性以及纤维组成的影响。这项研究为有效多样化蛋白质饲料来源提供了新的思路，并为解决饲料蛋白质短缺问题提供了可行的解决方案。
部分内容摘录
微生物与Pre-Sec-SSF-FM
所选菌株为米曲霉（Aspergillus oryzae，CGMCC 3.03951）和酿酒酵母（Candida utilis，CGMCC 2.1005），均购自中国普通微生物菌种保藏管理中心。枯草芽孢杆菌（Genbank登录号OP503383）和干酪乳杆菌（Genbank登录号OP503382）为实验室保存的菌株。
将16.00克DCDGs（来自中国四川省泸州）与24.00毫升纯水混合，然后按12%的比例接种上述激活的微生物群。接下来...
不同处理方法下SSF样品的成分分析
为了确定合适的发酵基质，表1对Pre-Sec-SSF-FM处理后的DCGs进行了常规营养分析，并比较了不同处理和发酵条件下的DCGs。结果显示，AF-P2组的真正蛋白质含量显著高于其他组（P < 0.05），比BF-CDGs组提高了113.36%。发酵后DCGs的粗蛋白含量也显著高于其他组（P < 0.05），最高达到了28.84%
结论
结合米曲霉和混合功能性微生物群的预次级固态发酵提高了DCGs的蛋白质含量和消化率，同时降低了纤维含量并确保了产品安全性。总之，米曲霉的预发酵和功能性微生物群的次级固态发酵为拓宽饲料蛋白质来源、降低成本以及显著提升营养价值提供了新的方法。
CRediT作者贡献声明
蔡亚凡：撰写、审稿与编辑、资金申请。杨建平：指导、概念构思。彭远松：验证。王志：资源准备、资金申请、数据管理。徐景亮：验证、指导。王世雷：撰写、审稿与编辑、资金申请。应汉杰：指导、资金申请。沈晓娟：数据管理。连张：撰写、初稿撰写、验证、实验设计。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家固态酿造工程技术研究中心（项目编号2023HX16）、泸州风味酒糟预处理技术研发与应用项目（20230796A）、国家自然科学基金（项目编号U24A20364）、河南省关键技术研究与发展计划（项目编号242102110085、242102110055、242102320111）、江苏省农业科技创新基金（JASTIF，CX(24)1009）等项目的支持。
