王 剑，曹云鹤，陆文清，王春林

（中国农业大学，动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

发酵饲料工艺技术的影响因素

王 剑，曹云鹤，陆文清，王春林*

（中国农业大学，动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

近年来，发酵饲料在猪饲料与饲养中的应用越来越普遍。发酵饲料对于提高饲料利用率、改善饲料适口性、抑制抗营养因子以及促进机体健康都有重要意义。为实现发酵技术在饲料产业的进一步广泛应用，发酵饲料的关键工艺技术仍需进行优化。文内就发酵过程中的温度、pH、水分含量、发酵时间和接种量等重要参数进行讨论，探讨相关参数对发酵效率以及发酵产量的影响，这将有利于实现发酵饲料工艺体系的逐步完善。

发酵饲料；发酵参数；条件优化

近年来，随着人们生活水平以及消费水准的提高，肉类产品的质量及产量问题引起人们的广泛关注。肉类产品的质量安全，以及由于人均耕地面积减少所引起的人畜争粮而导致的肉类产品供应紧张等问题都亟需解决。因此充分有效地开发利用各种可利用的资源作为饲料原料，优化饲料的加工工艺和技术，大力发展发酵饲料已成为畜牧业的近期研究热点，被认为具有广泛的发展前景，以期实现饲料利用率和粮食转化率的不断提高[1]。

发酵技术是以一定的工程技术手段，通过微生物自身的代谢活动，实现菌体细胞或酶的某些功能，将原料转化为所需的产品[2]。发酵饲料则是利用微生物的代谢活动，通过人为控制，使饲料中各物质的抗营养成分分解转化，从而使饲料可以更好地被动物消化、吸收、利用[3]。将发酵技术应用于饲料生产中，可有效地应用某些非常规饲料原料，实现对常规饲料原料的有效替代，提高饲料利用率，增加其营养价值[4]，改善饲料的适口性以及降低饲料抗营养因子的抑制作用[5]，有益于动物的肠道健康[6]，增强动物的免疫力[7]。因此，将发酵技术应用于饲料生产越来越普遍，发酵饲料的出现对于解决饲粮短缺问题、发展新型饲料具有重要意义。

在实际生产的过程中，发酵饲料根据其发酵方式的不同可分为液体发酵饲料和固体发酵饲料两种。液体发酵饲料在国外饲粮生产中应用较多，饲料的液体发酵是通过将水与饲料原料按一定比例混合，添加适宜的微生物，经过一段时间的自然发酵或者人工发酵，从而形成的一种利于动物消化吸收的饲料产品[8]。将饲料进行液体发酵可有效地提高饲料的生产效率，并且饲料进行液体发酵后饲喂更有助于维持肠道平衡[9]。固体发酵饲料则是一种在国内使用更为广泛的发酵饲料。固态发酵指微生物在固态培养基上所进行的一种发酵，固体发酵饲料则是饲料进行固态发酵所得到的产物[10]。与液体发酵饲料相比，固体发酵饲料的原料来源更广泛，对动物消化系统功能的改善有重要作用[11]。

发酵技术在饲料生产中的普遍应用对于提高饲粮的质量和产量具有重要的意义。为了进一步推进发酵技术在饲料生产中的广泛应用，使其工艺技术更为完善，须对发酵过程中的相关技术条件进行控制和优化。发酵体系的温度、pH、水分含量、发酵时间、接种量等都是需要进一步优化的关键控制参数[12]。

1 温度

将菌体在适宜的温度范围内培养可使其进行正常的生长代谢活动，温度过高或者过低都可能会影响菌体正常的生长代谢活动[13]。温度过高，可能会引起微生物过快的生长，发酵体系中的营养物质被过多的消耗，使得发酵不能正常进行。太低的温度，则可能会引起菌体生长过慢，会导致发酵产量降低。

已有大量的试验对于饲料发酵过程中的温度控制进行探究和讨论。顾斌[14]在利用枯草芽孢杆菌和白地霉复合菌种对菜籽粕进行固态发酵生产多肽时，发现过低的温度影响枯草芽孢杆菌的正常生长，过高的温度影响白地霉的正常生长，适宜的温度范围内最有利于多肽的形成，因此确定最适温度为32～34 ℃。王园[15]在利用复合菌对豆粕进行固态发酵时，发现当温度为40 ℃时，所发酵的豆粕样品中乳酸含量最高，大豆蛋白水解程度最高；而当温度高于40 ℃时，出现“烧曲”现象，豆粕样品的颜色呈现褐色。张翠绵等[16]利用复合菌对玉米秸秆粉进行发酵时，同样发现随着温度的升高，发酵体系的微生物逐渐增多，pH呈现下降趋势，但当温度升至30 ℃以上时，菌体数有所下降，同时适宜的环境温度也可以有效地使发酵周期缩短。李龙[17]利用复合益生菌，对以一定比例混合的菜籽粕、玉米、小麦粉和豆粕进行固态发酵时，发现随着温度的升高，乳酸菌的菌体数同样表现出升高的趋势，pH则相应降低。与温度较低时相比，温度适宜时饲料的颜色、气味、质地更为良好，最终确定发酵适宜温度为35 ℃。

发酵温度会对微生物的正常生长代谢以及酶的活性产生影响，适宜的发酵温度可以有效地提高发酵产量。因此，在饲料发酵时，需要控制体系的温度，避免其过高或者过低。

2 pH

发酵体系的pH同样会对发酵产生一定的作用[18]。在饲料进行发酵的过程中，pH会影响酶的活性。同时，由于pH会影响某些中间代谢产物的解离，进而会抑制发酵产物的形成[19]。

冯镇等[20]在不同pH条件下培养乳酸球菌，发现控制发酵体系pH为6.0时，菌体的发酵活力表现为最高。汤小朋等[21]在利用黑曲霉对木薯渣进行固态发酵时，将pH控制在3～4之间，可以保证羧甲基纤维素酶的活性显著高于其他pH处理组，且粗蛋白质含量也同时显著高于其他pH处理组。孙林[22]在利用微生物对菜籽粕进行固态发酵时，发现过低的pH抑制了各种菌体的生长，阻碍了发酵的正常进行，最终确定该复合菌种在pH为6.0时对菜籽粕进行发酵，发酵效果最好。

因此，在发酵体系中适宜的pH更有利于菌体进行正常的生长代谢，保持较高的发酵活力，使发酵高效率的进行，从而提高发酵产量。

3 含水量

大量的试验证明水分的含量同样也是影响发酵效果的一个主要因素。水含量过低或者过高都会对发酵的正常进行产生影响。

胡瑞等[23]利用优化复合益生菌发酵豆粕时，随着水分的含量不断增加，发酵体系中的温度、pH和真蛋白的含量均呈现递增趋势。林标声等[24]进行常规饲料的密封发酵，发现物料的含水量越高，则菌株生长越快，发酵效果越好。周梦佳等[25]利用乳酸杆菌对基础饲料进行固态发酵，研究结果表明水分过高或过低均不利于pH的降低，随着水分的含量不断升高，发酵饲料的干物质回收率逐渐降低。刘强等[26]在进行菜籽粕的发酵试验时，随水分含量的升高，pH逐渐下降。赵华等[27]在进行甘薯渣的固态发酵时，发现当水料比为1.3∶1时，发酵效果最好。

因此在发酵过程中，如果含水量过低不能满足微生物的需求，会使微生物对营养物质的摄入受到抑制，微生物的生长代谢不能正常进行。而过多的水，可能会使基质的通透性变差，影响通气，同样会抑制微生物的生长，同时由于水分过多，可能会使烘干成本增高，也增加了被杂菌污染的可能性。因此在发酵过程中合理地控制水分的含量，避免过高或者过低，可以有效地保证发酵的进行。

4 发酵时间

发酵时间指发酵从开始到结束的时间。发酵时间同样在发酵过程中需要良好的控制，过长或者过短的发酵时间都是不可取的。

高爱琴等[28]在豆粕饲料的发酵试验中发现，发酵进行至第6天后，由于豆粕中的蛋白质、纤维素等已经被大量降解，底物浓度下降，使得其水解速度趋于缓慢；同时由于非淀粉多糖被降解产生大量的酸，微生物的正常生长代谢也受到影响。张沛等[29]利用稻壳粉进行固态发酵生产蛋白质饲料时，发现第3天到第4天时，蛋白质含量增加的幅度最大，第5天时，蛋白质含量达到最大值，第5天后，蛋白质含量出现下降趋势，这可能与菌种进入衰亡期出现自溶现象有关，同时营养物质的消耗可能也会抑制蛋白质的形成。孙林等[22]在利用混合菌种对菜籽粕进行发酵时，发酵第24～48 h为混合菌种发酵活动的最活跃时期，此后硫甙、单宁等抗营养因子含量降低趋势逐渐趋于缓慢。

在发酵过程中，发酵前期的底物饲料含有充足的微生物发酵所需营养物质，微生物可以充分地利用所提供的营养物质，生长旺盛，如果过早的结束发酵，会使发酵产量降低；但当发酵时间过长，发酵体系中的大部分营养被消耗，使得微生物的生长速度趋于缓慢，微生物还可能出现自噬现象，发酵成本也因此提高，因此确定适宜的发酵时间，对于实现高发酵产量有重要的作用。

5 接种量

在发酵过程中，过大的发酵微生物接种量可能会引起氧气消耗量增加，导致氧气供应相对不足，影响微生物的正常生长代谢，同时也会造成物料的浪费。而过小的接种量可能会使微生物生长缓慢，使发酵效率降低。

许云贺等[30]利用枯草芽孢杆菌固态发酵豆粕，接种量变大，菌株对蛋白质的水解能力则也表现出增强。祁宏山等[31]在进行混菌固态发酵玉米秸秆的研究中，发现接种量为8%时，所得到的发酵产物的产量最高。严鹤松[32]在利用黑曲霉发酵豆粕的试验中，发现发酵产物中蛋白质随接种量的升高而逐渐升高，但是接种量增至1%，其蛋白质产量趋于饱和。

因此太小的接种量，会使发酵周期延长，发酵效率降低；接种量过大，所生成的过多产物可能会对发酵体系中微生物的正常生长代谢产生抑制作用，使发酵提前结束。

关于优化发酵工艺技术的参数除上述几点之外，还存在底物饲料粒度、发酵菌株配比、菌体密度、通气量等许多其他影响因素。在进行固态发酵的过程中，底物饲料粒度小，可以使其与原料的接触面积增大，但是粒度过小，易出现结团现象，不利于传热，影响微生物的正常生长，因此底物饲料粒度的大小也可能会影响发酵的效果[33]。祁宏山等[31]在进行复合菌固态发酵玉米秸秆的研究中发现，不同菌种之间的配比以及固态培养基的原料比，均对所得到的发酵产物产生影响。Kim等[34]发现在液体发酵过程中，菌体密度随着发酵体系中的通气量的增加而增加。张沛等[29]在利用稻壳粉固态发酵生产蛋白质饲料时，发现尿素的添加可使稻壳粉中的蛋白质含量增加，对发酵结果产生显著的影响。乔力[35]在进行豆粕的固态发酵试验中发现，添加适量的玉米粉对发酵效果有改善作用，这可能与玉米粉促进发酵体系中微生物的生长代谢有关。

随着发酵技术越来越成熟，发酵将被越来越广泛地应用在猪饲料与饲养的生产实践中。生长育肥猪饲喂发酵饲料后，日增重以及日采食量均有提高[36]。赵正兴[37]利用发酵饲料饲喂育肥猪，发现日增重以及饲料报酬均有所提高，同时发酵饲料对猪肉质的改善有明显的作用。魏金涛等[38]利用发酵饲料饲喂断奶仔猪后，发现仔猪的生长性能有所提高，同时由于断奶所引起的应激有所缓解。大量试验研究证明，发酵饲料在实际养猪生产中表现出良好的效果，尤其在断奶仔猪和育肥猪饲养过程中效果显著。

虽然发酵技术在饲料生产中的应用仍存在一些问题，相关工艺的优化仍需要进行大量的探索，但是发酵饲料已表现出巨大的发展前景。可以根据发酵工艺的关键点，针对不同的菌种、底物饲料以及不同生长阶段的猪确立更为详细有效的发酵工艺方案。随着科学技术的不断发展，发酵技术的不断成熟，发酵饲料的工艺体系将会越来越完善，而这必将对猪业的高效可持续发展产生巨大的意义。

[1] 祝玉洪，马立周.发酵技术在饲料行业中的应用[J].饲料工业 ，2013，34(18)：49-54.

[2] 严建刚，黄健，陶静，等.发酵饲料技术应用综述[J].饲料广角，2017(5)：47-49.

[3] 蔡辉益，张姝，邓雪娟，等.生物饲料科技研究与应用[J].动物营养学报 ，2014，26(10)： 2911-2923.

[4] 何涛，张海军，武书庚，等.现代固态发酵技术生产蛋白饲料研究进展[J].饲料工业 ， 2008，29(10)：62-64.

[5] 吴宝昌.枯草芽孢杆菌混合发酵制备豆粕饲料的研究[D].济南：山东轻工业学院. 2010.

[6] 易力，倪学勤，潘康成，等.双歧杆菌的研究进展[J].兽药与饲料添加剂 ，2005，10(1)： 20-22.

[7] 罗建.无抗微生物发酵饲料对断奶仔猪免疫功能影响的研究[J].饲料与畜牧：新饲料 ， 2010(7)：27-29.

[8] CANIBE N ， JENSEN B B.Fermented and nonfermented liquid feed to growing pigs ： effect on aspects of gastrointestinal ecology and growth performance [J].JAnim Sci，2003，81(8)：2019-2031.

[9] HANSEN L L ， MIKKELSEN L L， AGERHEM H ， et al . Effect of fermented liquid food and zincbacitracin on microbial metabolism in the guy and sensoric profileofm.longissimus dorsi from entire male and female pigs [J].Anim Sci，2000， 71(1)：65-80.

[10] 崔艺燕，马现永，陈卫东，等. 发酵饲料工艺技术及在养猪生产中的应用研究进展[J].广东农业科学，2016(5)：145-151.

[11] 陈晓英. 微生物发酵饲料的研究与应用[J].中国畜禽种业，2010(3)：77-78.

[12] 樊春光，尹清强，王鹏，等.发酵豆粕的生产现状及产品质量评定研究[J].江西农业学报，2012，24(7)：156-159.

[13] 肖轲.饲料原料固态发酵工艺及其饲养效果的研究[D].武汉：华中农业大学，2012.

[14] 顾斌.混菌固态发酵菜籽粕生产多肽饲料的研究[D].镇江：江苏大学，2010.

[15] 王园.豆粕固态发酵条件及其对断奶仔猪饲用效果的研究[D].北京：中国农业大学，2014.

[16] 张翠绵，贾楠，胡栋，等.复合益生菌发酵固体饲料条件研究[J].华北农学报，2013(S1)：270-274.

[17] 李龙.复合益生菌发酵饲料工艺参数优化及品质评定[D].上海：上海交通大学，2010.

[18] Pandey A.Solid-state fermentation[J].Biochemical Engineering Journal，2003， 13(2)：81-84.

[19] 孙家凯，吴晓娇，史建明，等.pH值对大肠杆菌发酵异亮氨酸的影响[J].食品与发酵工业，2012，38(3)：12-16.

[20] 杨炜，王伟刚，田海英，等.重组大肠杆菌高表达高密度发酵研究[J].生物技术，2006，16(3)：83-86.

[21] 汤小朋，赵华，汤加勇，等.黑曲霉固态发酵改善木薯渣品质的研究[J].动物营养学报，2014，26(7)：2026-2034.

[22] 孙林.微生物固态发酵菜籽粕的研究[D].合肥：安徽农业大学，2008.

[23] 胡瑞，陈艳，王之盛，等.复合益生菌发酵豆粕生产工艺参数的优化及酶菌联合发酵对豆粕品质的影响[J].动物营养学报，2013，25(8)：1896-1903.

[24] 林标声，罗建，李益明，等.微生物发酵饲料生产关键因素的优化及发酵过程成分变化分析[J].中国农学通报，2015，31(32)：1-6.

[25] 周梦佳，李涛，曾燕，等.含水率对发酵饲料品质的影响[J].中国饲料，2013(7)：12-14.

[26] 刘强，阙国洋，杨玉芬，等.不同水分含量对菜籽粕发酵品质的影响[J].饲料博览，2010(2)：38-40.

[27] 赵华，王雪涛，汤加勇，等.复合益生菌固态发酵改善甘薯渣营养价值的研究[J].动物营养学报，2015，27(4)：1191-1198

[28] 高爱琴，贾仙宝.豆粕饲料发酵工艺的研究[J].安徽农业科学，2009，37(10)：4510-4512.

[29] 张沛，杨国辉，魏丽娟，等.稻壳粉固态发酵生产蛋白质饲料的工艺研究[J].中国饲料，2015(8)：25-27.

[30] 许云贺，苏玉虹，田玉民，等.枯草芽孢杆菌固态发酵豆粕工艺研究[J].饲料研究，2013(3)：85-87.

[31] 祁宏山，季彬，王治业，等.混菌固态发酵玉米秸秆生产蛋白饲料的工艺研究[J].饲料广角，2017(3)：38-41.

[32] 严鹤松.黑曲霉发酵豆粕的研究[D].武汉：华中农业大学，2009.

[33] 徐福建，陈洪章，李佐虎.固态发酵工程研究进展[J].生物工程进展，2002，22(1)：44-48.

[34] KIM S W， HWANG H J， XU C P， et al. Effect of aeration and agitation on the production of mycelial biomass and exopolysaccharides in an enthomopathogenic fungus Paecilomyces sinclairii [J]. Letters in applied microbiology， 2003，36 (5)：321-326.

[35] 乔利.固态发酵工艺参数对豆粕发酵品质的影响[D].福州：福建农林大学，2009.

[36] CANIBE N，JENSEN B B. Fermented and nonfermented liquid feed to growing pigs：Effect on aspects of gastrointestinal ecology and growth performance[J]. Aim Sci，2003(81)：2019-2031.

[37] 赵正兴.EM发酵饲料饲喂育肥猪的效果[J].四川畜牧兽医，2006，33(1)：28-30.

[38] 魏金涛，赵娜，杨雪海，等.发酵饲料对断奶仔猪生产性能、血液生化指标和饲料养分表观消化率的影响[J].中国粮油学报，2009，24(2)：129-133.

2017-08-21）

北京市科委课题（D161100006116001）

王剑（1996—），女，辽宁省凌源市，硕士研究生，从事猪的营养研究

*通讯作者：WangChL98@163.com