酒糟多菌种发酵提高蛋白转化率的研究进展

刘建学，于海漫，韩四海，李佩艳，徐宝成，马凯旋，郭玉姗

（1.河南科技大学食品与生物工程学院，河南洛阳 471023；2.河南省食品原料工程技术研究中心，河南洛阳 471023）

酒糟多菌种发酵提高蛋白转化率的研究进展

刘建学1，2，于海漫1，韩四海1，2，李佩艳1，2，徐宝成1，2，马凯旋1，郭玉姗1

（1.河南科技大学食品与生物工程学院，河南洛阳 471023；2.河南省食品原料工程技术研究中心，河南洛阳 471023）

通过分析酒糟的营养价值及研究现状，对酒糟的综合利用进行了概述。以酒糟多菌种发酵提高蛋白转化率为主线，介绍了利用微生物发酵酒糟制取蛋白方面的研究进展，总结分析了不同菌种组合对酒糟生物饲料酶活力、常规营养成分、脂肪酸含量、氨基酸含量的影响等方面的研究成果，简述了酒糟资源的深层次利用问题。结果表明，加强酒糟综合利用技术的深入研究，有助于环境保护和可持续发展，可以弥补我国蛋白饲料的短缺，创造更大的经济价值和社会效益。

酒糟；微生物发酵；蛋白饲料；研究进展

0 引言

酒糟是高粱、玉米、小麦、大麦等谷物原料发酵、蒸馏后提取酒精所剩余的残渣，其中残存许多未能充分利用的营养物质，如脂肪、蛋白质、纤维素、维生素、微量元素等，还含有丰富的发酵副产物。酒糟来源广泛、价格低廉，粗加工后可作为植物蛋白饲料[1]。然而，由于其中含有大量的稻壳，造成酒糟内粗纤维含量高、适口性差、消化能和代谢能低；同时，蛋白质相对分子量较大，结构紧密，不利于机体消化吸收，严重影响酒糟价值。此外，因其酸度大、水分含量高，易发酵酸败，也极易霉变腐烂，不便运输与贮藏，导致其利用率较低。利用生物转化技术，选用能有效降解木聚糖、纤维素、淀粉等大分子物质，且能有效转化合成蛋白的混合菌对其发酵，可以改善酒糟的营养构成，提高其市场价值，实现资源的可持续发展和污染物的零排放。微生物发酵制取蛋白，现已研究内容包括单菌发酵制取蛋白、菌种拮抗作用与多菌发酵制取蛋白、不同菌种组合对酒糟营养物质的影响等方面。

1 酒糟利用的研究现状

1.1 酒糟的营养成分

酒糟一般可以分为白酒糟（以高粱、山薯和大米等为原料）、啤酒糟（以小麦麸、大麦和稻谷皮等为原料）和酒精糟（主要为玉米酒糟）3类。

酒糟中常规营养成分含量见表1。

由表1可知，酒糟含有一定的粗蛋白、粗纤维、粗脂肪和无氮浸出物，营养成分丰富；酒糟中氨基酸种类齐全，包含8种必需氨基酸，还含有多种维生素（如VA，B族维生素，VC，VE，VPP，烟酰胺等）及钙、磷、钾等矿物质。此外，酒糟中含有相当丰富的醇、酯、酸等发酵产物，还可能存在由微生物菌体产生的核糖核酸、嘌呤、嘧啶、类脂化合物等微量有益成分[6]，这是一般谷物所不能比拟的。综合看来，酒糟具有非常高的开发利用价值。

表1 酒糟中常规营养成分含量

1.2 酒糟的饲料化应用

1.2.1 白酒糟制青贮饲料

青贮是将新鲜酒糟添加秕谷或其他粗料等辅料粉碎后[7]，按3∶1比例进行混合，在厌氧环境中，大量繁殖的乳酸菌使原料中的淀粉和可溶性糖转变成乳酸。当乳酸的浓度增加到一定程度后，会抑制霉菌和一些腐败菌的生长繁殖，因此能够长久保存高水分含量饲料中的养分，其保存时间长达6～7个月[6]。酒糟青贮后不仅能有效保持其营养成分，也可使残余乙醇蒸发。青贮对于设备场地要求不高，操作简便，但是若青贮失败，腐败的酒糟饲喂动物会引起肠胃性疾病；而且青贮过程中，乳酸菌的生长繁殖会受到酒糟内可溶性糖和淀粉含量的限制，酒糟的总蛋白含量提高并不显著。

1.2.2 白酒糟干燥制成粉状或粒状饲料

按照国际饲料分类，白酒糟属于粗饲料。若不分离稻壳就直接粉碎加工，利用价值不高。较为可行的生产工艺是进行稻壳分离，即将鲜酒糟烘干后进行稻壳筛分，剔除酒糟中的营养妨碍物——稻壳，分离出的稻壳可用于再生产，剩余的酒糟可用来生产便于储存的饲料。干酒糟剔除稻壳后，粗纤维可以降到饲料标准限度以内，粗蛋白含量可以提高到20%左右，而且干酒糟的水分、钙、磷等的含量都能达到要求，氨基酸组成也较为均衡，分离后得到的产品品质和均匀度均符合ZBB-46003-88猪用混合饲料标准[7]。

1.2.3 微生物发酵白酒糟生产蛋白饲料

利用生物技术开发酒糟菌体蛋白饲料，是缓解蛋白质饲料短缺、酒糟增值的重要途径。通过微生物发酵，不但可以将非蛋白氮和植物蛋白转化为菌体蛋白、提高蛋白含量，同时改变饲料中蛋白质结构，将大分子的蛋白质降解为动物易于吸收的小分子蛋白质或多肽，提高产品蛋白质的品质[8]。发酵后的酒糟品质良好、清香酸甜、无刺鼻酸味，其粗蛋白含量和氨基酸组成比例显著提高，粗纤维比例也有较大程度的降低，且发酵产物中富含维生素、氨基酸、多种微生物酶、生物活性物质及生长调节促进剂，能促进动物的快速生长和发育。

1.3 酒糟提取有效成分

除了生产饲料，目前对酒糟的研究还包括以下方面：①从酒糟中提取复合氨基酸及微量元素[9]；②制取甘油；③提取植酸；④提取蛋白质[10]；⑤利用酒糟培养多种食用菌（如灵芝、鸡腿菇、茶树菇、双孢菇等）；⑥利用酒糟酿醋；⑦利用酒精糟厌氧发酵回收沼气[11]；⑧利用酒糟发酵生产燃料乙醇；⑨生产粗酶制剂[12]。酒糟提取有效成分的主要途径有酶法提取、化学提取（如碱法酸沉淀法）、微生物发酵提取等。利用微生物发酵酒糟制取蛋白优势明显，可降低污染，有效利用资源，生产流程也较为简单。

2 酒糟微生物发酵制取蛋白

2.1 单菌种发酵制取蛋白

对酒糟进行单菌种发酵已有先例，目前选育出的常见菌种包括酵母菌、放线菌和霉菌等，它们能分泌多种酶系，具有降解酒糟中淀粉和纤维素的特性。如枯草芽孢杆菌、白地霉能同化多种有机氮源和尿素，并可利用木聚糖、纤维素等大分子难降解物质，有效转化残糖、有机酸、脂肪酸等物质，提高酒糟蛋白含量。周剑丽等人[13]接种51.2%产朊假丝酵母，于30.2℃条件下发酵麻疯树饼粕（添加3.3%玉米粉）3 d，产物中氨基酸态氮含量可以达到125.2 mg/g。菌种是发酵白酒糟的重要因素，每种菌的产酶种类不尽相同，发酵效果也有差异，故单菌种对酒糟蛋白质的提高有限。

2.2 多菌种发酵制取蛋白

多菌种组合发酵方式包括双菌种、三菌种、四菌种和五菌种组合发酵等[14]，如枯草芽抱杆菌和酵母菌双菌种组合发酵，降解纤维素霉菌、热带假丝酵母和产脂霉菌三菌种组合发酵，班图酒香酵母、枯草芽抱杆菌、绿色木霉和嗜酸乳杆菌四菌种组合发酵，白地霉、黑曲霉、米曲霉、产肮假丝酵母和热带假丝酵母五菌种组合发酵。大多数试验表明，复合菌发酵中的微生物生长状况优于单菌发酵体系，可以利用协同互补作用共同提高发酵效果。张建华[15]用接种总量5%的混合菌（白地霉∶热带假丝酵母∶绿色木霉=1∶1∶1），于28℃发酵酒糟3 d，与单菌发酵基质相比较，产物中的CP含量增加了6.16%，TP含量增加了10.7%，CF含量较低了5.16%。由此可见，复合菌的效果优于单菌发酵。

3 多菌种发酵研究现状

3.1 拮抗作用

不同菌种组合发酵酒糟，菌之间与酶之间存在着拮抗作用和协同作用。有些微生物与微生物酶单独存在时降解纤维素的能力差、蛋白转化能力低，同时存在时却表现出较强的活性，证明它们之间存在协同作用。利用菌种协同作用，对白酒糟进行固态生物转化，更能充分利用酒糟的基础营养物质，有助于蛋白含量的提高。但有些菌种也存在拮抗作用，一种菌种的生命活动或其代谢产物，会抑制或干扰另一种菌种的生命活动，常存在专一性或特异性，降低菌种蛋白转化率。焦肖飞等人[16]将枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、白地霉三菌种，两两交叉划线接种于普通营养琼脂培养基上，于30℃条件下培养24 h，观察平板上菌株均生长良好，两两交叉部分无菌落萎缩或消失现象，说明菌株之间未产生抑制作用，可用于多菌协同作用发酵。

3.2 不同菌种组合对酒糟发酵的影响

3.2.1 不同菌种组合对酒糟酶活的影响

由于原料、生产工艺各不相同，酒糟中的营养成分种类和含量也有所差异，目前不同学者研究采用的菌种不尽相同。在动物饲粮中添加一定酶制剂，能够补充动物内源酶的不足、促进内源酶的分泌、提高饵料的利用率，同时还能改善消化道酶系组成、酶量及酶的活性。郭素环等人[17]用未发酵白酒糟培养基作为对照组，以班图酒香酵母、枯草芽孢杆菌、绿色木霉、嗜酸乳杆菌按相等比例一起添加，进行有氧固态发酵，结果表明该组酶的分泌全面，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶各酶活浓度依次为317.38，350.48，89.71，116.79 U/g，与对照组相比有显著提高（p＜0.05）。

3.2.2 不同菌种组合对酒糟常规营养成分的影响

采用纤维素降解效率高，能转化合成蛋白质的混合菌株对其进行生物转化，可以提高白酒糟营养价值，既扩大了来源、提高了资源利用率，又利于动物消化吸收。张洁[18]以白酒糟为原料，在初始pH值5.5，（NH4）2SO4添加量5 mg/mL，投料量10%的条件下接种5%～10%的复合菌，在30℃培养温度下发酵5 d，然后进行了5 L发酵罐试验，发酵产物粗蛋白质含量由23.75%提高到35.75%，提高了11%，其中真蛋白质提高10.34%，粗纤维降低了2.05%；氨基酸总量由25.35%提高到40.68%，提高了15.33%；粗纤维和淀粉分别下降20.97%和55.60%。发酵后的酒糟营养成分均衡，尤其是蛋白质含量有所提高，更加适宜用作饲料。

3.2.3 不同菌种组合对酒糟脂肪酸含量的影响

丰富的不饱和脂肪酸含量是发酵饲料具有较高营养价值的物质基础，在动物的饲粮中添加不同种类和不同添加量的不饱和脂肪酸，能维持动物的正常细胞结构、影响体液免疫以及细胞因子和抗体的分泌，并且可以调控许多基因的表达，从而影响动物体内的代谢过程，减少体内脂肪沉积，最终影响其生长发育和繁殖。郭素环等人[17]将嗜酸乳杆菌、枯草芽孢杆菌、绿色木霉、班图酒香酵母按照等量比例一起添加，进行有氧固态发酵酒糟培养基，发酵结束后，产物中二十二碳六烯酸（DHA）在总脂肪酸里含量最高，由14.53%提高到16.20%；多不饱和脂肪酸之和占总脂肪酸的31.86%，比未发酵白酒糟培养基提高4.90%。

3.2.4 不同菌种组合对酒糟氨基酸含量的影响

参与生物体系各种反应的蛋白质，是生命的物质基础，有广泛的营养作用[9]。如果动物日粮中缺乏蛋白质，饲料效率降低，就会使其生长缓慢、繁殖性能降低，降低生产力和产品品质。而动物对蛋白质的需求本质上是对氨基酸的需求，因而饲料中氨基酸的种类与含量是衡量其品质高低的重要指标。叶均安等人[19]进行双菌种和三菌种组合协同发酵试验，其中热带假丝酵母、绿色木霉、米曲霉组合发酵产物的氨基酸总量达24.94%，胱氨酸、蛋氨酸含量分别显著高于其他组合（p＜0.05）。

4 结论

目前，在实验室中筛选出来高效菌株较少，发酵条件不易控制，易被杂菌污染，发酵产物的各项品质评定指标还没有被规范化，发酵产率较低；在工业中设备的投入和技术尚处于起步阶段，微生物酒糟发酵专用干燥设备也不成熟，干燥成本高。酒糟毕竟是一种工业废料，如果其处理成本已经超过其他优质饲料（如玉米、豆鼓）的价值，那么工艺再先进、设备再优良也没有市场，不会被广大企业接受。

当前，微生物发酵酒糟制取高蛋白已引起学界的重视，加之我国科技水平的不断提高，必将有更多适宜的高效菌株在实验室中被筛选出来，发酵产物的各项品质评定指标也将被规范化。而利用混合菌发酵酒糟，对其进行生物转化，并最终实现酒糟饲料的产业化生产还有待于研究人员的进一步努力：①筛选出遗传性能稳定、发酵周期短、生产能力强的安全菌种；②优化切实可行的工厂化菌体蛋白生产工艺，发酵条件易于控制，且不会造成再次污染；③生产出的目标产物应单一，提高发酵产率；④研发酒糟处理专用设备，保证工厂化连续生产，设备投入和技术简单，且耗能低，经济效益好。

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Research Progress of Protein Conversion Rate Increase through Synergistic Fermentation of Mixed Distillers'Grains

LIU Jianxue1，2，YU Haiman1，HAN Sihai1，2，LI Peiyan1，2，XU Baocheng1，2，MA Kaixuan1，GUO Yushan1

（1.College of Food and Bioengineering，He'nan University of Science and Technology，Luoyang，He'nan 471023，China；2.He'nan Engineering Research Center of Food Material，Luoyang，He'nan 471023，China）

By analyzing the nutritional value and the research status of distiller's grains，the utilization of distillers grains are summarized.Multi-strain fermentation distiller's grains to increase protein conversion is the main line of research progress by microbial fermentation distiller's grains protein preparation areas.This paper summarizes and analyzed the influence of the different combination of bacterial species on the protein distiller's grains enzyme activity，convention nutrients，fatty acid content，amino acid content and expounds the deep utilization problem of distiller's grains resources.The results show that strengthening the in-depth study distiller's grains utilization technology，contribute to environmental protection and sustainable development on，can not only make up our lack of high-protein feed，but also produce evident economic benefits and generate invaluable social benefits.

distiller's grains；microbial fermentation；protein feed；research progress

TS261.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.01.024

1671-9646（2017）01a-0088-04

2016-11-18

河南省重点攻关项目“农产品加工副产物的高效增值和循环利用关键技术研究”（142102310262）。

刘建学（1964— ），男，教授，硕士生导师，研究方向为农产品高值化利用及快速检测技术。