啤酒糟是啤酒工业的副产品,主要由麦芽皮壳、不溶性蛋白质、半纤维素、脂肪及少量未分解淀粉等组成。我国啤酒糟年产量已超过1 000万t。啤酒糟饲料化是动物饲料节粮的重要途径[1]。啤酒糟直接饲喂动物的利用率低,过剩的啤酒糟含水量高,不易存贮。因此,合理利用啤酒糟、减少废弃物排放成为重要课题。鲜啤酒糟蛋白质含量为20%左右,含有充足的必需氨基酸[2-4]。Faccenda等[5]研究表明,牛日粮中以啤酒糟替代豆粕不会影响牛的干物质摄入量和瘤胃pH值。啤酒糟发酵可改善其饲用价值,因此成为畜牧业生产关注的热点[6]。文章对啤酒糟发酵饲料类型、研究进展和应用前景进行论述,为后续啤酒糟发酵饲料的利用提供参考。1啤酒糟发酵饲料鲜啤酒糟易酸败变质,产生大量有机酸、多种杂醇油及毒素等,不利于动物健康[7-9]。在夏季,乳酸、甲酸、乙酸及苯甲酸使啤酒糟在塑料袋中保存3个月,并有效保存其营养价值,以苯甲酸和甲酸的效果较为突出[10]。干燥啤酒糟成本较高,不同干燥工艺的啤酒糟蛋白质含量存在差异[11]。发酵是啤酒糟贮存的有效方法之一,能够有效保存啤酒糟营养成分,还能够利用厌氧环境促进乳酸菌生长,产生乳酸,创造酸性环境,从而抑制杂菌生长,防止霉烂,延长啤酒糟的保存时间。在发酵过程中,啤酒糟中的残留酒精挥发能够提高啤酒糟饲料的适口性[12-13]。常见的啤酒糟发酵饲料类型包括微贮、混合发酵及固态发酵等。在厌氧环境和不同微生物作用下,发酵产生乳酸和挥发性脂肪酸可抑制有害微生物生长,也可增加发酵底物或添加不同类型微生物作为发酵促进剂,进而改善贮存品质。啤酒糟可与干物质含量高的材料混合发酵,调节含水量;也可作为添加剂与不同牧草混合青贮,提高发酵品质和营养价值。啤酒糟可添加木霉、黑曲霉、酵母菌进行固态发酵,也可多菌种混合发酵,生产蛋白质饲料、酶制剂或降解纤维素。啤酒糟发酵饲料可以提高动物生产性能,缓解环境污染。2啤酒糟发酵饲料的类型2.1啤酒糟微贮微贮是啤酒糟发酵的一种重要形式,啤酒糟微贮品质与含水量存在较大相关性。鲜啤酒糟水分达75%。含水量过多时,啤酒糟发酵过程中糖和胶状物等含量降低,产酸菌不能正常生长,易导致啤酒糟变质;含水量降至60%~70%,利于啤酒糟发酵贮存。新鲜啤酒糟需尽快发酵,存放时间过长可能影响啤酒糟发酵品质。新鲜的啤酒糟温度达65 ℃,发酵过程中降温不及时可使发酵菌种失去作用[14]。啤酒糟发酵后贮存期较长,这是因为发酵过程中产生的乳酸、乙酸、丙酸等酸性物质,特别是挥发性脂肪酸中的丙酸与乙酸未离解分子具有强力抑菌杀菌作用,使发酵啤酒糟不易发霉腐败。发酵啤酒糟增加蛋白质含量,可改善啤酒糟适口性,但在日粮中的添加量需根据动物生长状况进行调整。王修启等[15]研究发现,在育肥猪日粮中以发酵啤酒糟含酶蛋白饲料取代部分豆粕,能够降低育肥猪增重成本。杨建平等[16]研究发现,在皖西白鹅日粮中以发酵啤酒糟替代5%豆粕,能够提高肉鹅采食量及体重,改善肉品质。热西提·阿不都热依木等[17]研究发现,在奶牛日粮中添加啤酒糟微贮饲料替代30%豆粕饲料,奶牛产奶量和乳脂率显著提高。李小霞等[18]在奥尼罗非鱼饵料中以发酵啤酒糟替代豆粕,结果显示,发酵啤酒糟替代豆粕的适宜水平为55%左右,发酵后饲用价值提高,饲料成本降低。研究表明,与啤酒糟相比,在水产养殖中利用发酵啤酒糟饲喂草食性和杂食性鱼类,能够进一步提升饵料的利用效率[19]。2.2啤酒糟混合发酵啤酒糟与干物质含量较高的原料混合能够降低水分含量,混合发酵有助于啤酒糟的贮藏。统糠、麸皮与啤酒糟混贮,能够降低啤酒糟袋贮时的水分含量,在适宜的厌氧环境下,发酵产生乳酸和挥发性脂肪酸,抑制丁酸菌等有害微生物的繁殖[20]。啤酒糟与玉米秸秆混贮可降低氮的损失,提高饲料采食量和适口性[21-22]。以麦芽根(含水量为10.3%)作为调节啤酒糟水分的物质,配制含水量分别为40%~70%的不同混贮原料,结果表明,含水量为50%的混贮饲料效果最好[23]。梁泽本等[24]研究发现,混贮过程前12 h,pH值下降幅度较大,此后下降速度趋于平缓;随着代谢物的增加,微生物生长受到抑制。有研究表明,使用啤酒糟与稻草混合发酵,随着发酵时间延长,青贮饲料中中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量均显著降低[25]。谢华德等[26]研究发现,在象草中添加不同比例的酒糟,能够提高饲料中乳酸和蛋白质含量,纤维素含量降低。丁良等[27]研究发现,在利用啤酒糟生产的全混合日粮(TMR)中添加双乙酸钠和乳杆菌,能够有效改善发酵品质,并提高混合日粮有氧稳定性。发酵TMR的有氧稳定性高于普通TMR和单一材料的发酵饲料,添加丙酸盐能够有效抑制饲料腐败[28]。2.3啤酒糟固态发酵以啤酒糟作为原料,应用固态发酵技术生产高蛋白菌体饲料,能够降低生产成本,提高啤酒糟饲料质量。固态发酵饲料富含维生素、多种活性物质及生长调节剂,能够进一步提升蛋白质含量,利于动物吸收和营养平衡,可解决动物饲料中营养水平低、吸收效率低等问题[29]。利用啤酒糟多菌种固态混合发酵生产蛋白饲料,发酵后啤酒糟粗蛋白含量达45%,较原啤酒糟提高60%,多肽含量提高6.6倍[30]。曲亮璠等[31]研究表明,采用醇-碱法提取啤酒糟中的粗蛋白,不同料液比、醇碱比、提取温度、提取时间等发酵条件对提取率均有一定影响,应结合实际优化工艺。利用啤酒糟生产菌体蛋白饲料,不仅可实现资源再利用、减少污染,还可将啤酒糟转变为精料,进一步提高利用率。啤酒糟经过微生物发酵其蛋白质含量、能量值及消化率均有不同程度的提高,且多菌种发酵的效果优于单一菌种[32-33]。啤酒糟与秸秆、麸皮一同进行固体发酵的饲料中含有多种有益菌体,可进一步提升啤酒糟饲料的营养价值[34]。提取工艺的差异可对啤酒糟蛋白和氨基酸的提取产生影响,常用的碱提法主要提取啤酒糟麦谷蛋白,而醇溶法主要提取麦醇溶蛋白。多菌种协同发酵能够提高粗蛋白含量,降低纤维素含量[35-36]。2.4啤酒糟其他发酵啤酒糟发酵可生产饲料用酶制剂。例如,以里氏木霉为菌种,通过添加适当辅料,以啤酒糟为培养基,采用固体发酵生产酶制剂,能够提高啤酒糟利用价值,开发具有高附加值的产品[37-38]。宾冬梅等[39]研究发现,以啤酒糟为原料,通过改进固体发酵技术,可降低生产成本,开发专用酶制剂。黄河清涛等[40]研究发现,以啤酒糟为原料进行混菌发酵,料水比1∶2、混菌接种量20%(黑曲霉与康氏木霉的比例为6∶4)条件下,纤维素含量最低;单一发酵相比,混合发酵可更有效地降解纤维素,可在二次发酵中更好地利用啤酒糟。用纤维素酶处理啤酒糟,酶解时间、反应初始pH值、酶解温度和酶添加量对酶解液中还原糖的含量有一定影响,需要根据实际情况确定适宜值[41-42]。张麟等[43]研究发现,啤酒糟经粉碎筛分,中性蛋白酶液态酶解,水溶性蛋白含量超过10%,比原样提高1.6倍,且机械预处理显著提高酶解效率。Mussatto等[44]研究发现,以啤酒糟为主要原料进行多菌种混合发酵,利用微生物将原料中的纤维素和淀粉降解成能够被微生物利用的单糖,将原料中蛋白质降解成可溶性游离的复合氨基酸和短肽,发酵制成固态复合氨基酸作为饲料添加剂,可满足不同动物的生长需要。邓元元等[45]研究发现,利用响应面分析法优化啤酒糟酶解制备含低聚木糖饲料添加剂,能够进一步提高啤酒糟饲用价值。Andrés等[46]研究发现,以碱性预处理和酶水解啤酒糟分离获得阿拉伯木聚糖,产量相当于原料干重的8.5%,产率为58%。酶法提取水溶性膳食纤维,易确定温度、固液比等工艺参数,适用于提取啤酒糟中水溶性膳食纤维[47]。因此,混菌发酵能够丰富啤酒糟饲料营养成分,提高饲料品质。3展望啤酒糟饲料利用前景广阔,以啤酒糟为基本原料进行多菌种混合发酵可将原本作为粗饲料饲喂的啤酒糟变为精料;多菌种协同发酵可开发集能量、蛋白及酶制剂等功效于一体的蛋白质饲料,节省饲料用量,提高利用效率。啤酒糟深加工能够延伸啤酒糟利用路径,提升啤酒糟附加值,扩大啤酒糟应用范围,减少饲料用粮,满足畜牧业发展需求。利用生物技术可进一步提升啤酒糟发酵饲料价值,开发生物活性物质。不同啤酒糟发酵饲料在饲喂过程中微生物种群、发酵品质及营养价值的动态变化,是未来研究的重要方向。但以啤酒糟为原料进行微生物发酵或提取蛋白质,其工艺流程、菌种筛选、工艺参数及营养价值评定仍需深入研究,进而实现生产过程规范化、程序化。

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