苹果渣发酵蛋白饲料工艺条件的筛选试验研究

贺泂杰，崔东安，王 玲，王胜义

（中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所，甘肃兰州 730050）

苹果渣是苹果相关制品的副产物，国内仅有1/4的苹果渣被用作肥料，其余基本当垃圾扔掉，造成严重的资源浪费和环境污染（姜心等，2010；
乔君毅和张福元，2007；
Josh等，2006；
司翔宇等，2005；
贺克勇等，2004；
徐抗震等，2003）。苹果渣含有丰富的矿物质和多种维生素，但蛋白质含量极低，运用合适的菌种发酵苹果渣，其蛋白质含量会明显增加，成为一种新型饲料——蛋白质饲料，可以为畜牧业养殖提供饲料来源。这不仅解决了苹果渣污染环境的问题，同时缓解了我国蛋白饲料资源缺乏问题，在实际生产中具有重要意义（肖雷等，2008；
徐抗震等，2003）。将苹果渣变废为宝，延长产业链，使苹果渣应用于畜牧生产迫在眉睫（张德成等，2004）。因此，本研究研究了苹果渣发酵工艺，为苹果渣应用于实践生产提供实验室的数据支撑。

1.1 试验材料 发酵苹果渣由甘肃省畜牧兽医研究所制作：苹果渣汁，残渣，烘干粉碎备用，本试验制作的苹果渣主要营养成分如表1，发酵用菌种如表2所示。

表1 苹果渣主要营养成分 %

表2 发酵菌种

1.2 试验方法

1.2.1 发酵苹果渣工艺单因素变量试验

（1）接种量对苹果渣粗蛋白质含量的影响。将配置好的菌种（白地霉、酵母、根霉菌、枯草杆菌、绿色木霉混合菌种配比为2∶2∶0.5∶0.5∶1）按质量比2%、3%、5%、8%、10%、15%接入100 g干苹果渣和新鲜苹果渣发酵培养基中混匀，31℃培养3 d，65℃烘干，测定其粗蛋白质含量。

（2）料水比对苹果渣粗蛋白质含量的影响。在干苹果渣发酵培养基中，料水比分别为10∶5、10∶ 6、10∶ 7、10∶ 8、10∶ 9、10∶ 10均 按10%接种固体组合菌种，发酵72 h，65℃烘干，测定粗蛋白质含量。

（3）发酵的温度对苹果渣粗蛋白质含量的影响。按10%接种固体组合菌种于发酵培养基中，发酵温度分别为 25、27.5、30、31、32.5、35℃，发酵72 h后65℃烘干，测定粗蛋白质含量。

（4）发酵时间对苹果渣粗蛋白质含量的影响。按10%接种固体组合菌种于发酵培养基中，31℃发酵，发酵时间分别为 24、48、72、96、120 h ；
发酵结束后65℃烘干，测定粗蛋白质含量。

（5）pH对苹果渣粗蛋白质含量的影响。按10%接种固体组合菌种于发酵培养基中，发酵前苹 果 渣 pH 分 别 调 至 3、4、5、6、7、8、9、10，发 酵72 h结束后65℃烘干，测定粗蛋白质含量。

（6）发酵料层厚度对苹果渣粗蛋白质含量的影响。按10%接种固体组合菌种于不同厚度层发酵湿苹果渣培养基中，31℃发酵，发酵时间72 h；
发酵结束后65℃烘干，测定粗蛋白质含量。

1.2.2 发酵苹果渣工艺正交试验 本试验利用SPSS 22.0，以料水比、发酵温度、pH因素做正交设计，探究其对混菌发酵干苹果渣效果的影响，测定粗蛋白质含量，见表3。

表3 正交实验设计

2.1 菌种接种量对苹果渣中粗蛋白质含量的影响 由表4可知，干苹果渣中10%的接种量，新鲜苹果渣2%接种量发酵苹果渣产物中蛋白质含量最高。

表4 菌种的不同接种量对苹果渣中粗蛋白质含量的影响

2.2 料水比对发酵苹果渣粗蛋白质含量的影响 在干苹果渣培养基中，料水比分别为10∶5、10 ∶ 6、10∶ 7、10∶ 8、10∶ 9、10∶ 10，均按10%接种固体组合菌种，经发酵、烘干和粉碎，测定粗蛋白质含量，结果见表5。

表5 料水比对发酵苹果渣粗蛋白质含量的影响 %

2.3 不同发酵温度对发酵产物粗蛋白质含量的影响 由表6可知，发酵温度31℃时发酵样品中蛋白质的含量最高。

表6 发酵温度对样品粗蛋白质含量的影响 %

2.4 不同pH对发酵产物粗蛋白质含量的影响由表7可知，发酵前苹果渣pH调至7时发酵样品中蛋白质的含量最高。

表7 pH 对样品粗蛋白质含量的影响 %

2.5 发酵时间、料层厚度对产物粗蛋白质含量的影响 由表8可知，31℃ 72h发酵的料层厚度时，以5 cm为佳，其发酵产物中蛋白质含量较高。

表8 发酵时间对样品粗蛋白质含量的影响 %

2.6 正交试验 由表9可知，三因素的极差R分别为 0.68，1.14，0.91，可以看出，发酵温度对苹果渣蛋白含量的影响最大，料水比的影响最小。同时正交设计的结果也显示，干苹果渣接种10%浓度固态菌，在料水比为60%、发酵温度为31℃、pH=7的条件下发酵72 h，苹果渣发酵产生的蛋白质产物最高。

表9 正交试验结果

3.1 发酵温度对苹果渣粗蛋白质含量的影响在固体发酵苹果渣的过程中通常要注意观察温度变化，散热不方便导致发酵温度很难平衡在最佳温度，在微生物生长周期内，固体物料层温度可超过3℃/cm。本研究在实验室小样发酵中温度控制在25～35℃，而在中试生产中，发酵温度在一定程度上受环境温度制约。

3.2 发酵时间对发酵苹果渣粗蛋白质含量的影响 在实际生产中，一旦发酵时间变短，蛋白质含量达不到理想值，如果发酵时间过长则生产周期变长，生产成本变大，且容易生长杂菌。研究发现，采用黑曲霉为菌种发酵苹果渣，当发酵时间为5 d时，真蛋白质和粗蛋白质含量均达到最高，分别为15%和33%；
但随着发酵时间的延长，蛋白质含量有降低趋势（金海炎等，2022；
司翔宇，2006；
司翔宇等，2005）。高再兴等（2003）采用产朊假丝酵母和黑曲霉发酵苹果渣，研究发现，当发酵时间在48 h内，蛋白质含量与发酵时间成正比；
当超过48 h后，产物的蛋白质含量几乎不增加，甚者还有降低趋势，这主要是因为微生物进入到了衰退期，产品的蛋白质含量会由于微生物的自溶而逐渐降低。

3.3 水分对发酵苹果渣粗蛋白质含量的影响水是发酵不可或缺的介质，基质含水量是决定固态发酵能否成功的的主要因素之一（何彩梅等，2020；
石思文，2017；
王小东，2017；
李宏涛等，2012；
黄洁等，2001；
籍保平和希风，1999）。由于苹果渣的含水量比较大，一般在72%～87%，只需要在开始发酵时确定含水量，在发酵过程中无需加水。本研究曾在试验中用苹果渣干粉进行发酵，料水比为10∶6.5也能取得较好的发酵效果。

3.4 料层厚度对发酵苹果渣粗蛋白质含量的影响 苹果渣发酵过程中多数采用好氧型菌株。因此，在生产中要根据条件控制发酵料的厚度，以确保提供畅通的空气。本研究采用的菌种多属厌氧菌，研究时还发现随着料层厚度的增加，适当延长发酵时间，发酵产物中蛋白质含量也随之提高。

综上所述，苹果渣发酵工艺条件为菌种接种量干苹果渣10%、鲜苹果渣2%；
料水比控制在10∶8；
苹果渣发酵前pH调至7；
在31℃ 72 h发酵的料层厚度以5 cm为佳，其发酵产物中蛋白质含量较高。