富硒甘薯皮生物料發酵工藝的研究

林海斌

（福建華冠生物科技有限公司，福建連城 366200）

富硒功能農業在中國發展迅速，成為農業現代化發展的另一個方向，其特點是低成本、高效益［1，2］。研究表明，與不添加硒相比，添加不同硒源均可顯著增加動物肌肉中的硒含量，提高動物體內的其他微量元素含量，增強動物的免疫力，綜合提高畜禽的產量和質量［3-7］。通過研發富硒飼料，開發富硒肉、蛋、奶等動物產品解決人體硒攝入量的不足問題，已成為發展富硒養殖業的重要途徑［8］。隨著生物技術的發展及其與飼料加工產業的不斷融合，富硒生物飼料的研究開發已成為飼料加工的熱點［9，10］。

關于富硒飼料的生產主要有植物轉化法、富硒添加劑法和微生物發酵法。植物轉化法通過葉面添加植物外源硒元素或在富硒土壤種植農產品，從而提高植物中的硒含量，最終使生產飼料中的硒含量達到富硒飼料的要求［11，12］。富硒添加劑法是利用含硒元素的礦物質作為添加劑生產富硒添加劑，以解決常規飼料中硒含量不足的問題。微生物發酵法是利用富硒微生物，通過熟化、青貯或脫水等發酵技術手段提高飼料中的硒含量，從而生產出達標的富硒飼料。

甘薯［Dioscorea esculenta（Lour.）Burkill］生長在多種氣候條件下，富含纖維、維生素和礦物質［13］，是世界上第七大重要的糧食作物和第五大必需作物［14］。福建省龍巖市連城縣是全國最大的甘薯系列食品生產基地，其甘薯食品市場份額占全國同類產品市場份額的80%。在甘薯系列產品的生產和加工過程中會產生大量的甘薯皮，甘薯皮具有豐富的營養價值，含有胡蘿卜素以及綠原酸等各種營養成分，對增強身體抵抗力和免疫力有較好功效，其廢物利用可以有效緩解常規飼料緊缺，降低飼料成本。

甘薯飼料的研究較多是通過對甘薯渣進行微生物發酵和進一步加工處理，形成動物可食用的、具有豐富營養價值的飼料［15，16］。應用生物技術處理甘薯皮等廢棄物可實現有機酸、酶、蛋白質飼料及膳食纖維等高附加值產品的生物轉化，不僅能有效降低環境污染，而且能增加經濟效益［17］。在湖北省農業科學院農業經濟技術研究所富硒研究團隊提供的技術支持下，本研究通過探索對甘薯皮等廢棄物進行生物技術發酵工藝處理的優化方案，旨在為規模化生產甘薯皮功能性生物發酵飼料的技術提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料 新鮮甘薯皮、茶渣、玉米粉、米糠、枯草芽孢桿菌、粗纖維降解專用菌、EM 菌（Effective microorganisms，有效微生物菌群）原種、紅糖、生物有機硒營養液等。

1.1.2 設備 清洗池、攪拌機、烘干機、切條機、翻拋機、電子秤、溫度計、水分測定儀、量筒、塑料桶、噴壺、發酵袋、發酵槽、包裝袋等。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程 鮮甘薯皮→挑選→切斷→清洗→殺青→發酵→烘干→包裝→儲存。

1.2.2 操作步驟

1）堆料。將甘薯加工過程中廢棄的甘薯皮剔除雜質后，經切斷、清洗、干燥，按20～30 t為一堆放置。

2）枯草芽孢桿菌菌液配制。按質量比0.1∶10.0在枯草芽孢桿菌中加入水，攪拌均勻制得枯草芽孢桿菌菌液。

3）第一次發酵。將擺放好的料堆平鋪至15～20 cm 厚度，然后在其上面均勻噴灑枯草芽孢桿菌菌液，再在其上平鋪一個料堆的甘薯皮，使其厚度為15～20 cm，并均勻噴灑枯草芽孢桿菌菌液，如此重復至150～200 cm 堆高，放置發酵12～24 h。

4）降解菌粉的配制。將粗纖維降解專用菌與米糠按質量比（m/m）1∶75 充分拌勻，加水拌和至含水量為40%～45%，18～25 ℃發酵24 h，制得降解菌粉。

5）第二次發酵。在處理好的料堆上均勻鋪撒一層茶渣，然后在其上均勻撒一次降解菌粉，翻堆拌勻，放置發酵48 h 后測量料堆溫度，待其溫度達55 ℃以上時繼續放置3 d。

6）含硒菌液的配制。將EM 菌原種與紅糖和水按質量比（m/m）0.75∶3.50∶75.00 混合溶解，然后按2.5 mL/kg 的量加入有機硒營養液，經混勻制得含硒菌液。

7）第三次發酵。在處理好的料堆上先后均勻鋪撒一層玉米粉及一層酒糟，然后在其上均勻噴灑一次含硒菌液，混合均勻，再將其送入發酵裝置中，30～55 ℃發酵5～7 d。

8）脫水。將所得發酵料于60～85 ℃干燥至含水量≤13%。

9）粉碎。將脫水后的發酵料粉碎，即得所述富硒甘薯皮生物料。

1.2.3 操作要點

1）將用于堆料的甘薯皮置于殺青機中，200 ℃處理10～20 min，以達到殺菌及提溫的效果，從而使甘薯皮在冬季寒冷環境下仍能實現快速發酵。

2）枯草芽孢桿菌菌液的用量按每層甘薯皮加入其重量0.015‰～0.025‰ 的枯草芽孢桿菌進行換算。

3）茶渣的用量為所用甘薯皮重量的1%，降解菌粉的用量按所用每千克甘薯皮加入0.4 g 粗纖維降解專用菌進行換算。還可以加入甘薯藤、百香果皮、芋頭皮、秸稈中的一種或幾種進行共同發酵；其加入量與所用甘薯皮的質量百分比為（3～5）∶（5～7）。

4）所用有機硒營養液中有機硒的含量為2.5～5.5 g/L。

5）玉米粉及酒糟的用量均為所用甘薯皮重量的2%；含硒菌液的用量按所用每千克甘薯皮加入0.2 g EM 菌原種進行換算。

1.3 營養成分測定方法

發酵后的甘薯皮粗蛋白質的測定采用GB/T 6432—2018《飼料中粗蛋白的測定 凱氏定氮法》。粗脂肪的測定采用GB/T 6433—2006《飼料中粗脂肪的測定》方法。粗纖維采用GB/T 6434—2006《飼料中粗纖維的含量測定過濾法》。鈣的測定采用GB/T 13885—2017《飼料中鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鈉和鋅含量的測定原子吸收光譜法》。總磷的測定采用GB/T 6437—2018《飼料中總磷的測定 分光光度法》。氯化鈉的測定采取GB/T 6439—2007《飼料中水溶性氯化物的測定》方法。硒的測定采用GB/T 13883—2008《飼料中硒的測定》方法。粗灰分的測定采用GB/T 6438—2007《飼料中粗灰分的測定》方法。水分的測定采用GB/T 6435—2014《飼料中水分的測定》方法。

2 結果與分析

新鮮甘薯皮發酵后，對其營養成分及礦物質含量進行檢測，結果如表1 所示。經檢測，甘薯皮發酵后粗蛋白質含量為11.6%，將其含量與標準DB 61/T 557.10—2012《富硒畜禽配合飼料》進行比較，產蛋雞、肉仔雞配合飼料粗蛋白質含量的標準范圍應該大于等于12.0%。仔豬、生長肥豬的配合飼料粗蛋白質標準的含量應大于等于12.5%，與《肉種鴨配合飼料》標準NY/T 1820—2009 相比，肉種鴨的配合飼料粗蛋白質含量標準為大于等于14.0%，發酵甘薯皮作為產蛋雞、肉雞、仔豬、生長肥豬、肉種鴨的配合飼料粗蛋白質的含量較低。相較于SC/T 1076—2004《鯽魚配合飼料》和GB/T 36205—2018《草魚配合飼料》等魚類配合飼料粗蛋白質含量標準，發酵甘薯皮的粗蛋白質含量無法達到既定標準。

表1 檢測樣品發酵甘薯皮各營養成分含量

發酵后的甘薯皮粗脂肪含量為35 g/kg，即每千克甘薯皮中含粗脂肪3.5%。肉種鴨配合飼料標準中粗脂肪含量為大于等于2.5%，發酵甘薯皮粗脂肪含量在肉種鴨飼料粗脂肪規定標準范圍內。而鯽魚、草魚等魚配合飼料標準中粗脂肪含量要求至少達到4.0%，發酵甘薯皮中的粗脂肪含量低于標準值。

發酵甘薯皮中測得每千克甘薯皮中含有65 g 粗纖維，含量為6.5%，在DB 61/T 557.10—2012 飼料標準中，仔豬飼料中粗纖維含量為小于等于4.0%，生長肥豬的粗纖維含量小于等于7.0%，生長雞、肉仔雞中除了15～20 周齡生長雞的飼料粗纖維含量標準小于等于7.0%以外，其余的都要求粗纖維含量小于等于6.0%。標準NY/T 1820—2009《肉種鴨配合飼料》中，只有育成期的肉種鴨粗纖維含量標準為小于等于7.0%，其余生長期的肉種鴨配合飼料中粗纖維含量都小于等于6.0%。參照SC/T 1076—2004《鯽魚配合飼料》和GB/T 36205—2018《草魚配合飼料》粗纖維的含量標準，發酵甘薯皮中粗纖維含量既符合鯽魚的魚種飼料和食用魚飼料的顆粒飼料標準，也適用于草魚的魚種和食用魚飼料標準。

發酵甘薯皮中每100 g 粗灰分含量為6.7 g（6.7%），參照標準DB 61/T557.10—2012《富硒畜禽配合飼料》、NY/T 1820—2009《肉種鴨配合飼料》、SC/T 1076—2004《鯽魚配合飼料》和GB/T 36205—2018《草魚配合飼料》等魚類配合飼料標準，發酵甘薯皮粗灰分含量6.7%均在這些標準適用范圍內。

發酵甘薯皮中所含的礦物質為鈣、總磷和氯化鈉，含量分別為4 900 mg/kg、0.23%和0.33%。參照雞、鴨、豬、魚的配合飼料標準，鈣含量只符合生長肥豬的配合飼料中鈣的含量，相較于其余禽畜飼料標準，鈣的含量偏低，對這些畜禽的鈣元素缺乏只能進行微量補充。磷的主要生理功能是參加骨骼的組成，且與能量代謝相關，能夠調節血液中的酸堿度。發酵甘薯皮中總磷含量為0.23%，對比上述各配合飼料標準含量較低，對于動物礦物質磷補充能起到一定作用。氯化鈉的含量為0.33%，在上述各配合飼料標準要求范圍內，其作用是能保持動物體內正常的滲透壓、促進動物正常生理代謝。水分含量在發酵甘薯皮中為7.7%，小于12.5%，在雞、鴨、豬、魚的配合飼料標準中屬于正常偏低，水分少證明發酵甘薯皮中單位重量中干物質含量較多，其營養成分含量較高。

發酵樣品中硒含量為3.28 mg/kg，在國家富硒飼料中硒含量指標為大于或等于0.10 mg/kg，因此發酵甘薯皮的硒含量遠超國家富硒飼料的標準，其含量不僅滿足了富硒的標準，更蘊含了豐富的硒元素，能夠被稱為富硒的優質飼料。

3 討論

3.1 發酵方法的可行性

本研究采用先耗氧后厭氧的發酵方法，適用多點多地前處理后集中加工，可快速消化大量廢棄甘薯皮，且可使甘薯皮保持原有的清新度，不發生霉變。堆料時先將甘薯皮分多次鋪成15～20 cm 堆高后，再進行接種發酵，可使料堆較快達到適宜的發酵溫度，有助于實現物料的快速發酵，其發酵時間較常規直接接種縮短3～4 d。制備過程中加入茶渣，不僅可起到一定替抗作用，而且有助于甘薯皮的保色，可使所得富硒甘薯皮生物料具有甘薯皮原本的新鮮色澤。酒糟的加入可改善所得富硒甘薯皮生物料的適口性，并使其具有清新的酸甜風味，促進禽畜取食。該制備方法中采用特殊的發酵裝置替代傳統發酵袋進行厭氧發酵，可簡化操作，有利于實現物料的大批量處理，對富硒甘薯皮生物料的工業化生產有積極的推動作用。該制備方法通過添加多種專用生物菌進行生物發酵，不僅可將原料大分子物質轉化為小分子物質，而且使其易于消化吸收，還可使原料軟化，產生一定的酸香味，從而具有良好的適口性，使禽畜喜歡采食。同時，微生物的大量繁殖，豐富了所得富硒甘薯皮生物料的營養成分。

3.2 發酵甘薯皮作為飼料的適用性

經過發酵制得的甘薯皮各營養成分含量通過與DB 61/T557.10—2012、NY/T 1820—2009、SC/T 1076—2004、GB/T 36205—2018 對比，除了鈣、總磷等礦物質元素含量稍低、粗蛋白質含量略低以外，其他營養成分對雞、鴨、豬等牲畜均有很好的適用性，并且在富硒作用上效果良好，蘊含豐富的硒元素，利用價值較高。發酵甘薯皮能夠很好地作為雞、鴨、豬富硒替代飼料。而發酵甘薯皮營養成分含量不太符合鯽魚、草魚等魚類產品配合飼料的標準范圍，不適合魚類養殖。

試驗很好地利用了微生物發酵技術，有速度快、時間短、操作簡單的優點，有利于大批量處理。甘薯皮的飼料化技術能有效利用甘薯皮、補充畜禽飼料資源、防止甘薯皮資源浪費，提高了畜禽養殖經濟效益，推動了農業資源綠色可持續發展。但依然存在一些不足之處，本研究只是與飼料的國家標準進行了對照，沒有與實際成品飼料對照組進行比較。同時本研究并沒有從實際應用方面討論，缺乏實際應用效果的檢驗。

4 小結

該發酵工藝生產所得的富硒甘薯皮生物料制備的禽畜飼料，除了粗蛋白質含量略低以外，其他營養成分都在國家飼料標準范圍內，且硒元素含量豐富，可以作為良好的畜禽富硒飼料使用。該生物料不僅能滿足禽畜生長所需營養，還可代替激素和抗生素，達到促進生長、降低死亡率、防病治病、提高肉質風味的效果，并使飼養的動物無激素和抗生素殘留。同時，該技術能解決常規飼料緊缺，提高畜禽肉制品質量，為開發利用甘薯皮飼料提供科學依據。富硒甘薯皮生物料可替代常規禽畜飼料中豆粕、玉米粉的使用，擴大了飼料來源，降低了飼養成本，可以顯著提高養殖戶的經濟效益。