微生物對白酒酒糟的轉(zhuǎn)化利用研究進展

高銘坤

溫廣宇

錢 芳

(東北農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

白酒糟是中國傳統(tǒng)固態(tài)白酒生產(chǎn)過程中剩下的殘渣。白酒糟主要是以高粱、小麥、玉米、谷物等為原料經(jīng)過發(fā)酵、蒸出提取酒精和香味物質(zhì)后的殘留物，其主要營養(yǎng)成分來自于因糖化和發(fā)酵不徹底而余留的部分原料殘余物，以及微生物代謝活動和菌體自溶所產(chǎn)生的物質(zhì)[1]，主要包括蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素、鈣、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，并富含發(fā)酵產(chǎn)物，如酵母和活性因子等[2]。2017年中國白酒產(chǎn)量為1.198 1×107m3[3]，根據(jù)白酒與酒糟的對應產(chǎn)量比為1∶3[4]，2017年白酒糟的產(chǎn)量達3.594 3×107t。白酒工業(yè)每年產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物白酒糟，然而新鮮白酒糟含水約為60%，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，極易發(fā)霉變質(zhì)，嚴重影響了白酒糟的應用范圍。

中國白酒糟的利用多數(shù)是直接投喂鮮酒糟給家畜食用[5]。但鮮酒糟若使用不及時或者未密封處理容易生長雜菌，產(chǎn)生氨味、甲酚、吲哚等有害物質(zhì)；此外，鮮酒糟中含有殘存的酒精，若未經(jīng)處理直接飼喂易引起動物酒精中毒[6]，這些都限制了酒糟的應用。

目前，利用微生物轉(zhuǎn)化作用提升白酒糟的飼用價值經(jīng)濟效益是最為有效的方法。微生物發(fā)酵白酒糟后其蛋白質(zhì)含量最高，產(chǎn)氣量最少，腸道微生物對蛋白質(zhì)的降解能力提高，有益于上皮細胞的代謝和生理功能改善[7]；對于已產(chǎn)生雜菌及霉變的酒糟，微生物的轉(zhuǎn)化作用表現(xiàn)為將有毒物質(zhì)降解生成無毒副作用的產(chǎn)物；除此之外，利用微生物發(fā)酵還可以制備功能性飼料添加劑，極大地提高了白酒糟的商業(yè)附加值及應用范圍。

1 微生物轉(zhuǎn)化飼料中的霉菌毒素

在農(nóng)作物的自然生長、收獲的過程中，尤其是在洪澇、蟲害等外界因素脅迫下，易被來自空氣傳播或病蟲攜帶的產(chǎn)毒真菌污染[8]。這種有毒真菌在代謝過程中會積累大量有毒產(chǎn)物——霉菌毒素，不同的霉菌毒素可造成動物不同的生理反應與中毒癥狀，對牲畜含有霉菌毒素的飼料會引起動物中毒、致癌、致畸等[9]。對用于釀酒的谷物來說，其對霉菌毒素含量更為敏感，在乙醇蒸餾以后產(chǎn)生的酒糟及可溶物(Distillers Dried Grains with Solubles，DGGS)中大量的霉菌毒素可能會被保留下來。畜禽若食用了這樣的酒糟后，其攜帶的霉菌毒素又在肉蛋奶等食品中蓄積，造成畜產(chǎn)品的污染，通過食物鏈傳遞，對人類健康帶來嚴重的威脅[10]。

霉菌毒素的處理方法包括物理法、化學法、生物法。物理法是通過向飼料中添加可吸附霉菌毒素的物質(zhì)，是中國飼料生產(chǎn)中常用的一種方法，利用吸附劑可降低機體對毒素的吸收，減少毒素對機體的毒害。主要吸附劑有水合硅鋁酸鈣鈉鹽、沸石、活性炭、膨潤土等[11]?；瘜W法是利用能與黃曲霉毒素發(fā)生反應的物質(zhì)如氫氧化鈉、氨等，使飼料中的黃曲霉毒素遭到破壞或鈍化其化學結(jié)構(gòu)，但成本較高并有殘余物[12]。生物法是利用微生物降解法或酶解法通過對霉菌毒素的分解或直接降解，達到降低飼料中霉菌毒素的含量，減少畜禽攝入量。但酶的濃度和作用環(huán)境不易控制，而且酶的成本高、無法回收再利用[13]。

微生物去毒法是利用某些特定的微生物來轉(zhuǎn)化霉變飼料中的霉菌毒素。在飼料中加入微生物后，使霉菌毒素溫和降解，在不利用高溫、強酸、強堿等易對飼料營養(yǎng)成分起破壞作用的環(huán)境和條件，達到去除霉菌毒素的目的[14]。Shetty等[15]研究發(fā)現(xiàn)釀酒酵母是結(jié)合黃曲霉毒素B1最有效的微生物之一。接種釀酒酵母后，在培養(yǎng)7 d和15 d后，黃曲霉毒素B1的濃度分別減少了74.4%和55.9%。Armando等[16]發(fā)現(xiàn)釀酒酵母RC008和RC016在不同生長環(huán)境下能夠有效減少致病曲霉和黃曲霉的體外生長。乳酸菌對黃曲霉毒素的抑制能力已被證明，乳酸球菌屬、乳桿菌屬，包括植物乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、德氏乳桿菌、鼠李糖乳桿菌，均能夠抑制黃曲霉菌株和霉菌株的生長，減少黃曲霉毒素的產(chǎn)生。齊景凱等[17]發(fā)現(xiàn)利用6%黑曲霉在30 ℃下發(fā)酵60 h后，酒糟飼料DDGS中的黃曲霉毒素B1的含量比發(fā)酵前降低了77.34%，對黃曲霉毒素B1的降解效果較好。Zsolt Prettl等[18]在玉米全酒糟中篩選出嗜吡啶紅球菌株，可以降解玉米酒糟中產(chǎn)生的黃曲霉毒素，利用吡啶紫紅球菌K408菌株能夠?qū)ⅫS曲霉毒素B1的濃度降低到限制范圍以下。

由此可見，微生物對于霉菌毒素的降解作用具有效果好、產(chǎn)率高、所得產(chǎn)物安全無毒等優(yōu)點，已成為飼料去毒方法中的熱點研究內(nèi)容，但對于微生物去毒的機制還有待研究，微生物去毒方法必將成為未來脫毒方法的必要之選。

2 微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)低纖維素含量飼料

由于酒糟是經(jīng)高粱、小麥、玉米、大米或其他谷物等原料發(fā)酵蒸餾出傳統(tǒng)固態(tài)白酒后的副產(chǎn)物，其粗纖維含量約占濕重的20%，有效能值較低，若直接作為飼料喂養(yǎng)動物，非蛋白氮沒法為動物利用，粗纖維的高含量影響其有效營養(yǎng)的吸收，降低了酒糟的使用價值[19]?？衫梦⑸锇l(fā)酵白酒糟，將酒糟中的淀粉、糖類等營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身的代謝產(chǎn)物，同時產(chǎn)生脂肪酶、蛋白酶、纖維素酶等酶類，降解酒糟中的纖維素，利于動物的消化吸收利用[20]。

楊光瑞等[21]以5%的里氏木霉、黑曲霉、釀酒酵母(1∶1∶1)為混合發(fā)酵菌株，初始含水率為65%，在30 ℃下發(fā)酵60 h，經(jīng)發(fā)酵后飼料中粗蛋白含量達34.32%，瘺管羊尼龍袋消化試驗結(jié)果顯示發(fā)酵后極大改善了飼料的纖維化，提高了動物適口性。彭忠利等[22]則以0.5%的接種量1∶1∶1的比例接種米曲霉、黑曲霉、酵母菌在白酒糟中，得到的微生態(tài)白酒糟飼料與發(fā)酵前相比，粗蛋白含量、真蛋白含量、酸性蛋白酶活力、中性蛋白酶活力和纖維素酶活力分別提高了30.39%，38.06%，41.69%，67.00%，103.84%，總氨基酸含量提升17.74%，酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量分別降低23.64%，20.40%。經(jīng)微生物發(fā)酵后的白酒糟飼喂動物時，提高動物消化率，降低飼料成本，增快動物增重，增加經(jīng)濟效益。

3 微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)高蛋白飼料

經(jīng)微生物發(fā)酵酒糟可以將無機氮、植物蛋白轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，提高蛋白含量，改變酒糟中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、氨基酸組成及比例。發(fā)酵后的白酒糟中除高含量的蛋白外，富含多種維生素、礦物質(zhì)和生物活性物質(zhì)，包括鈣、銅、鎂、鐵、維生素B6、維生素B1、維生素B12、維生素B2、谷胱甘肽以及多種微生物酶、生長調(diào)節(jié)劑等[23]。具體微生物對白酒糟的發(fā)酵工藝參數(shù)及發(fā)酵后酒糟中真蛋白含量見表1。

張玉誠等[24]利用白地霉、米曲霉、綠色木霉和枯草芽孢桿菌混菌固態(tài)發(fā)酵白酒糟，得到的飼料蛋白含量提高了57.85%，總氨基酸含量提高了24.47%。焦肖飛等[25]利用3種混合菌對白酒糟進行固態(tài)發(fā)酵，當接種5%的枯草芽孢桿菌、10%的白地霉培養(yǎng)24 h后，接種5%的產(chǎn)朊假絲酵母，30 ℃ 培養(yǎng)72 h，得到的蛋白轉(zhuǎn)化率最高，粗蛋白含量達32.09%。宋善丹等[26]以米曲霉、黑曲霉、酵母與75%酒糟、25%麥麩發(fā)酵白酒糟，經(jīng)發(fā)酵后CP和TP含量均升高，各種氨基酸尤其是必需氨基酸含量較發(fā)酵前明顯增加，賴氨酸量為發(fā)酵前的2.4倍，賴氨酸/甲硫氨酸(Lys/Met)明顯提高，體外產(chǎn)氣量及養(yǎng)分降解特性表明發(fā)酵后酒糟具有較好的瘤胃發(fā)酵特性，對反芻動物的營養(yǎng)價值高于發(fā)酵前。余乾偉等[28]以2∶2∶3的黑曲霉A11∶康氏木霉T8∶白地霉G1發(fā)酵白酒酒糟，得到粗蛋白(CP)含量為29.8%的蛋白飼料，而且混合菌發(fā)酵產(chǎn)蛋白含量顯著高于單一菌發(fā)酵。發(fā)酵后的白酒糟蛋白質(zhì)含量顯著提高，氨基酸比例得到改善，更利于動物的吸收利用，是一種具有優(yōu)質(zhì)蛋白來源的飼料。

4 微生物發(fā)酵酒糟飼料在畜禽飼養(yǎng)中的應用

以玉米與小麥為釀酒原料的白酒酒糟中，由于在制酒中經(jīng)糖化、發(fā)酵、蒸餾的過程后，僅消耗占原料總量60%左右的淀粉，而蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪、灰分和制酒過程中產(chǎn)生的酵母菌體都殘留在酒糟中[29]。利用微生物發(fā)酵纖維飼料原料制備的纖維酵解產(chǎn)品可顯著提高產(chǎn)品中粗蛋白質(zhì)的含量[30]，促進動物的消化吸收及肉禽畜的增重。

表1 不同微生物發(fā)酵白酒糟后飼料中真蛋白的含量Table 1 The true protein content of distiller after fermentation of various microorganisms

魏來等[31]利用比例為2∶1∶1的黑曲霉∶枯草芽孢桿菌∶嗜酸乳桿菌的混菌，發(fā)酵鮮白酒糟，接種量為12%，發(fā)酵溫度為37 ℃，經(jīng)此工藝酒糟中粗蛋白含量提高了23.6%，氨基酸總量提高了29.3%，利用發(fā)酵的白酒糟代替部分飼料原料后，提高了育肥豬的日增重水平和采食量，降低了料肉比和動物飼料的使用成本，增加了養(yǎng)殖經(jīng)濟效益。陳欣等[32]研究了經(jīng)釀酒酵母培養(yǎng)后的白酒糟的營養(yǎng)價值，結(jié)果表明白酒糟總能值較高，粗蛋白含量為31.12%，粗纖維經(jīng)降解后含量為11.00%，豬對白酒釀酒酵母培養(yǎng)物中必需氨基酸和非必需氨基酸的回腸末端表觀消化率分別為72.38%和69.37%，其中賴氨酸和甲硫氨酸的回腸末端表觀消化率均超過80%，氨基酸吸收率和利用率較高，適宜應用于豬飼料生產(chǎn)。王斌星等[33]探究了曲霉混合菌發(fā)酵酒糟飼料對育肥藏綿羊成產(chǎn)性能、養(yǎng)分表觀消化率和經(jīng)濟效益的影響，發(fā)現(xiàn)利用酒糟代替17%的精料，顯著能提高藏綿羊日增重，降低料重比，提高飼糧養(yǎng)分表觀消化率和經(jīng)濟效益。發(fā)酵白酒糟飼料在畜牧業(yè)中的廣泛應用為蛋白資源開發(fā)提供了新途徑。

5 微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)微生物飼料添加劑

微生物飼料添加劑是指在飼料中添加或直接給動物飼喂微生物或微生物及其培養(yǎng)物，參與調(diào)節(jié)胃腸道內(nèi)微生態(tài)平衡或者刺激特異性或非特異性免疫功能，基本上不被宿主動物消化，可被腸道有益細菌消化，可以促進一種或幾種腸道內(nèi)常住菌的生長繁殖，具有促進動物生長和提高飼料轉(zhuǎn)化率的微生物制劑[34-35]。利用白酒生產(chǎn)的副產(chǎn)物酒糟發(fā)酵生產(chǎn)飼料添加劑主要是通過菌種培養(yǎng)、加熱滅菌處理、固體混合發(fā)酵、干燥成品化等步驟，將副產(chǎn)物酒糟通過微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化為高附加值的畜禽飼料添加劑[36]。常用在畜牧業(yè)的微生物種類分為乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌及曲霉屬的黑曲霉、米曲霉等。已有利用乳酸菌、酵母菌發(fā)酵白酒生產(chǎn)副產(chǎn)物酒糟制備微生物飼料添加劑的研究，但其他菌株尚未見報道。

鄒明鑫等[37]以醬香型白酒酒糟為原料，通過接種乳酸菌-嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、乳酸乳球菌乳脂亞種和德氏乳桿菌保加利亞亞種，在以酒糟與葡萄糖為主要成分的培養(yǎng)基中可培養(yǎng)成為高密度乳酸菌發(fā)酵液，干燥后的微生物飼料添加劑中乳酸乳球菌含量達 4×108CFU/mL。龍茜萍等[38]以醬香型白酒糟為原料，接入酵母菌進行發(fā)酵，最佳工藝為接種量10%，料液比1∶10 (g/mL)，葡萄糖2%，培養(yǎng)時間5 d，得到的酒糟菌懸液中菌數(shù)可達6.73×1010CFU/mL；酒糟與麩皮比為5∶3填充后，得到的酵母菌飼料添加劑中菌數(shù)可達6.25×108CFU/g，蛋白質(zhì)含量達22%。左國營[39]以釀酒副產(chǎn)物白酒糟為基礎(chǔ)原料，通過植物乳桿菌、雙歧桿菌、布拉德酵母、枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌為益生菌菌種，制備了一種復合益生素飼料產(chǎn)品，活菌數(shù)大于1×109CFU/g。徐麗萍等研究表明白酒糟酵母培養(yǎng)物能夠為動物瘤胃中的纖維分解菌提供豐富的營養(yǎng)源，因此能夠提高動物對粗飼料的消化能力，白酒糟酵母培養(yǎng)物的添加可增加牧牛隨意采食量，可提高肉牛體重達28.6%[40]；白酒糟酵母培養(yǎng)物不但能增加肉羊的體重，還能改善肉羊的健康狀況[41]。馬友彪等[42]比較添加了0.5%～1.0%白酒糟酵母培養(yǎng)物的日糧與降脂日糧在肉雞飼料中的應用，結(jié)果表明均可提高肉雞的體重增重，降低料重比，降低腹脂率，顯著改善肉仔雞血清中抗氧化能力。利用白酒糟生產(chǎn)飼料添加劑，擴大了酒糟的利用率，同時提高了添加劑的生產(chǎn)質(zhì)量，拓寬了酒糟開發(fā)利用的新途徑。

6 結(jié)論與展望

白酒是中國重要的傳統(tǒng)食品之一，隨著白酒的生產(chǎn)每年都有大量的酒糟產(chǎn)生。利用微生物改善酒糟的成分和營養(yǎng)含量，提高飼料的功能價值和應用范圍，是酒糟高附加值產(chǎn)品開發(fā)的重要手段之一。然而，目前利用微生物轉(zhuǎn)化白酒糟飼料的研究尚處于初級階段，微生物處理白酒糟技術(shù)的研究還有待深入。未來應在微生物種類對白酒糟在應用范圍和方向上展開綜合研究，具體優(yōu)化發(fā)酵白酒糟生產(chǎn)不同產(chǎn)品的菌種組合及生產(chǎn)工藝，以及針對不同種類酒糟產(chǎn)品研發(fā)直投型發(fā)酵劑；在脫毒及生產(chǎn)飼料添加劑方向上展開應用范圍研究，篩選高效安全的微生物發(fā)酵菌種，保證其在飼喂動物中的安全性和功能特性，提高白酒糟的利用價值，延長白酒生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈，增加食品與飼料領(lǐng)域的經(jīng)濟效益。

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