利用糖蜜、硝酸盐和乳酸菌作为青贮添加剂促进啤酒花残渣的生物气和纤维生产研究

为解决啤酒花(Humulus lupulus L.)残渣利用率低和青贮过程中pH不稳定、干物质损失大等问题，研究人员开展糖蜜(Molasses)、硝酸盐(Nitrate)和乳酸菌(LAB)作为青贮添加剂的优化研究。结果表明，硝酸盐能有效抑制梭菌发酵，降低pH至5.1±0.0，乳酸酸浓度达7.6%TS，显著优于对照组(p<0.05)。该研究为啤酒花残渣在生物气生产和生物经济应用中的高效利用提供了技术支撑。

　　

啤酒花(Humulus lupulus L.)作为酿造业的重要原料，其种植过程中产生大量未被充分利用的残渣（占植株总量80%），传统处理方式如堆肥或还田存在资源浪费和潜在病原体传播风险。尤其值得注意的是，啤酒花残渣(HGC)的低总固体含量(TS 27.3%)和易腐特性使其青贮保存面临挑战，而残留的啤酒花潜隐类病毒(HLVd)更可能通过生物质循环传播病害。

针对这一系列问题，德国霍恩海姆大学的研究团队在《Bioresource Technology》发表研究，系统评估了糖蜜(3% w/w)、硝酸盐(0.43% w/w)和乳酸菌(LAB 2×10⁵ CFU/g)等添加剂对HGC青贮品质的影响。研究发现，硝酸盐能显著抑制梭菌发酵，将pH稳定在5.1±0.0，乳酸酸浓度提升至7.6%_TS，同时将丁酸含量控制在0.02±0.02%_TS，远优于对照组(p<0.05)。该研究不仅为啤酒花残渣的资源化利用提供了关键技术参数，更揭示了青贮过程对生物气生产性能的改善机制。

研究采用德国农业协会(DLG)标准青贮方法，通过为期90天的实验室规模试验，结合高效液相色谱(HPLC)和气象色谱(GC)分析发酵产物，并运用霍恩海姆生物气产量测试(HBT)评估甲烷产率。样本来自德国Tettnang地区2023-2024年收获的啤酒花残渣，部分样品经过24小时老化处理以模拟实际储存条件。

3.1 青贮密度与预处理优化
通过两年数据对比发现，增加切碎步骤可使HGC压缩密度从119.4±8.9 kg_TS/m³提升至191.9±9.9 kg_TS/m³，接近优质牧草青贮水平(200-224 kg_TS/m³)，但低于玉米青贮密度(309 kg_TS/m³)。

3.3 添加剂对发酵特性的影响
硝酸盐处理(N1)展现出独特的双阶段发酵模式：乳酸酸主要在3-14天形成(5.8±0.1%_TS)，而其他组多在0-3天完成。该组同时实现丁酸零检出和最低NH₄-N浓度(0.34±0.01%_TS)，显示其对蛋白质降解的有效抑制。

3.4 老化原料的发酵稳定性
24小时老化处理的样品中，仅硝酸盐组合(MN2/MNLAB2)维持高质量青贮，乳酸酸达7.5-7.6%_TS，pH 4.8-4.9；而单独糖蜜处理(M2)丁酸飙升至4.9±0.1%_TS，DLG评分仅1分(满分100)。

3.5 生物气生产性能
青贮使甲烷含量从49.2-53.4%提升至55.8-57.2%，其中糖蜜处理(M1)因乙醇积累(2.9%_TS)表现最佳。动力学分析显示，青贮完全消除了未处理原料的初期生物气抑制现象。

3.6 病原体存留风险
所有处理组均未降解HLVd类病毒(Cq值25-29)，提示需要160°C以上高温处理等额外措施防控病原传播。

该研究证实硝酸盐是改善HGC青贮品质的最有效添加剂，其通过抑制梭菌的丙酮酸脱氢酶系统，在不影响乳酸菌活性的前提下，将干物质损失降至1.0±0.0%。研究创新性地揭示了青贮预处理对生物气生产性能的促进作用，同时明确了类病毒灭活需要结合热化学处理的必要性，为啤酒花产业的循环经济发展提供了关键技术支撑。值得注意的是，对于纤维生产等高端应用场景，硝酸盐组合处理可有效避免丁酸导致的异味问题，这为生物炼制提供了原料预处理新思路。