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为解决传统饲料资源不足,以及花椒叶(ZML)和酒糟(DG)直接利用存在的问题,研究人员以 ZML 和 DG 为混合底物,开展固态发酵(SSF)制备动物饲料研究。结果表明复合益生菌可优化发酵产物特性。该研究为利用农业副产品作饲料提供理论依据。
在农业生产和食品加工领域,大量的废弃物正成为棘手的难题。花椒,这种在中国和东南亚广泛种植的传统香料,每年产量超 45 万吨 。随着花椒种子实现机械化收获和蒸汽干燥,大量的花椒叶(Zanthoxylum bungeanum maxim leaves,ZML)却被当作垃圾丢弃。要知道,ZML 富含蛋白质、碳水化合物、酚类化合物和维生素等营养物质,直接丢弃无疑是巨大的资源浪费。虽然有研究尝试将其添加到动物饲料中,但 ZML 含有烷基酰胺等抗营养因子,添加量过高会产生负面影响。
另一边,白酒酿造过程中产生的酒糟(Distiller's grains,DG)同样处境尴尬。中国每年白酒产量巨大,产生约 1 亿吨 DG。DG 富含营养,但高酸含量直接投喂易致动物酸中毒,而且湿酒糟在空气中易变质产生霉菌毒素,危害牲畜健康。目前常规饲料资源日益紧张,开发像 ZML 和 DG 这样的非常规饲料资源迫在眉睫。
为了解决这些问题,西南科技大学等机构的研究人员开展了一项研究。他们将 ZML 和 DG 作为混合底物,利用乳酸菌、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的复合接种物进行固态发酵(Solid - state fermentation,SSF),旨在制备更优质的动物饲料。该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》杂志上,为农业废弃物转化为高价值饲料提供了新方向。
研究人员开展该研究用到的主要关键技术方法有:微生物培养技术,将酿酒酵母(保存于中国工业微生物菌种保藏管理中心,编号 CICC 1202)、枯草芽孢杆菌(取自土壤)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)和短乳杆菌(Levilactobacillus brevis 或 Lactobacillus brevis,取自四川泡菜)分别在相应培养基中预筛选培养;利用测定理化性质和有机酸含量的技术,来分析发酵过程中的变化情况;还通过高通量测序技术,研究微生物群落动态变化。
微生物培养和 SSF 制备
研究人员选用的酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和短乳杆菌分别在酵母提取物蛋白胨葡萄糖(Yeast extract peptone dextrose,YPD)、Luria 肉汤(Luria broth,LB)和 MRS 培养基中进行预筛选培养,为后续发酵实验提供合适的微生物菌种。通过这种培养方式,保证了参与发酵的微生物具有良好的活性和发酵能力,为固态发酵的顺利进行奠定基础。
理化性质和有机酸含量
实验中利用从四川泡菜中分离出的植物乳杆菌和短乳杆菌进行发酵研究。这两种乳酸菌在厌氧发酵中作用关键,它们能产生乳酸降低发酵环境的 pH 值,抑制有害微生物生长,还能分解抗营养因子。在 ZML 和 DG 的发酵过程中,乳酸菌不仅促进发酵进程,还能产生抗氧化活性物质,对提高发酵产物的品质有重要意义。研究人员通过测定发酵过程中理化性质和有机酸含量的变化,了解乳酸菌在发酵中的作用机制和效果。
研究结论表明,该研究首次尝试以 ZML 为主要原料进行固态发酵制备动物饲料。将 ZML 和 DG 混合,改善了初始营养组成和环境条件,利于微生物生长。实验采用两种乳酸菌单独或与枯草芽孢杆菌、酿酒酵母组合制备复合益生菌剂,通过接种三种混合菌剂发酵,优化了发酵产物的理化性质,提高了营养价值,降低了抗营养因子含量,改善了饲料的适口性。
在讨论部分,研究成果的意义进一步凸显。该研究揭示了 ZML - DG 混合物中营养互补和抗营养因子协同降解的机制,明确了其对优化发酵微环境、促进微生物生长和提高底物利用率的作用。研究还发现混合接种能促进种间代谢协同,提升发酵产物的品质。这一系列成果为开发高效的固态发酵工艺提供了理论依据,有助于推动农业副产品在动物饲料领域的广泛应用,实现资源的循环利用,减少环境污染,同时缓解饲料资源短缺问题,在农业和畜牧业可持续发展方面具有重要价值。