酶+菌融合預消化技術(shù)在飼料發(fā)酵中的集成應(yīng)用——程茂基教授在BFC會議上的報告
安徽農(nóng)業(yè)大學動物科技學院
程茂基 教授
在飼料行業(yè)中目前有一種新的提法，使用菌酶融合預消化技術(shù)，可有效提高和改善飼料的效率，可提高給飼該飼料畜禽的生產(chǎn)性能。該技術(shù)在廣義上屬于生物飼料的范疇，本文探討了菌酶融合預消化技術(shù)在飼料發(fā)酵中的集成運用，以期服務(wù)于生物飼料加工企業(yè)和養(yǎng)殖企業(yè)。
一、引言
酵解是一個生物學名詞，是指利用酶，將特定底物（本文指飼料原料）進行處理，將其分解利用生成特定產(chǎn)物，供畜禽使用的過程。使用酵解的方法可提高直接某些飼料原料的生物學利用度，或者分解和利用原本飼料原料中不能直接應(yīng)用的一些營養(yǎng)素，使之可被畜禽所能利用，拓寬了飼料原料的來源。通常在飼料加工過程中使用酵解的方法可用于降解飼料中的霉菌毒素和粗纖維等，可以產(chǎn)生有機酸、功能性低聚糖、生物酶、維生素等等一些活性物質(zhì)。酵解是制備生物飼料（狹義上指發(fā)酵飼料）的方法之一。酵解在飼料加工制備的過程中需要注意一些問題，下文中逐一提出。
二、飼料加工業(yè)中應(yīng)用發(fā)酵技術(shù)的現(xiàn)狀及問題
酵解并不等于發(fā)酵，發(fā)酵是一個利用微生物產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的過程。發(fā)酵的過程中也可以產(chǎn)生特定酶類，進而對底物（同樣指飼料原料）進行分解和利用。在飼料加工行業(yè)應(yīng)用發(fā)酵技術(shù)并不是一個新鮮話題，上世紀50年代起就有嘗試，但受限于技術(shù)的成熟程度并不能完全解決飼料制備中面臨的問題。國內(nèi)年產(chǎn)值超過億元的發(fā)酵飼料企業(yè)并不多。
綜合看來，飼料行業(yè)應(yīng)用發(fā)酵技術(shù)應(yīng)該考慮一下問題：
首先，飼料發(fā)酵應(yīng)該是專業(yè)人做專業(yè)事，飼料的發(fā)酵前景很廣闊，但是有一定進入門檻，并非人人都可以做好的，需要專業(yè)人做專業(yè)事。應(yīng)用發(fā)酵技術(shù)需要調(diào)整理念和對策。不能按照傳統(tǒng)飼料的工業(yè)理念做生物發(fā)酵，不管發(fā)酵規(guī)模多大，都應(yīng)該由懂發(fā)酵的人來做，都應(yīng)該由基本的檢測設(shè)備，否則就做不好發(fā)酵。
第二，飼料發(fā)酵的裝備應(yīng)該現(xiàn)代化，實現(xiàn)精細化發(fā)酵。目前飼料裝備和發(fā)酵裝備不配套是制約飼料發(fā)酵行業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。目前國內(nèi)很多企業(yè)，菌種罐設(shè)計的不合理，發(fā)酵很難成功，必須樹立發(fā)酵裝備現(xiàn)代化的理念和工匠精神。需要進行飼料發(fā)酵的從業(yè)者加大投資和設(shè)備、技術(shù)革新，加大發(fā)酵設(shè)備的升級和技術(shù)改造，用先進技術(shù)來改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，降低制造的成本。舉例來說，固態(tài)發(fā)酵，其裝備必須更加科學，溫度、pH值，溶氧都要可控，連續(xù)低溫干燥必須得到廣泛應(yīng)用等。
第三，中國飼料發(fā)酵技術(shù)要具備中國特色。中國人多地少，五谷雜糧的皮都要用來喂家禽，中國人口多、土地少就決定著可能需要廢物利用、變廢為寶，將原本不能利用的一些“原料”加以利用，來飼喂動物。其間的毒素問題、抗營養(yǎng)因子問題等都需要妥善解決。舉例來說，通過發(fā)酵，像秸稈、地源飼料等都會是新的飼料原料資源?？梢孕纬删邆渲袊厣拇笠?guī)模發(fā)酵與小規(guī)模自制的飼料發(fā)酵長期共存互促發(fā)展。
第四，中國飼料發(fā)酵的技術(shù)應(yīng)該趕超歐美國家等發(fā)達國家。歐美國家食品工業(yè)很先進，飼料原料來源充足，對飼料發(fā)酵的需求度并不高。中國情況尚未達到歐美水平，需要對可能利用的飼料資源充分應(yīng)用，避免人畜爭糧。在飼料發(fā)酵領(lǐng)域特別是飼料預消化領(lǐng)域可以趕超歐美。飼料預消化就是在體外對飼料進行生物酵解和理化加工，把大分子物質(zhì)變成小分子養(yǎng)分，使不能消化或難消化的物質(zhì)變成能消化或容易消化的成份。
由此，在飼料發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用上，酶菌結(jié)合將成為優(yōu)選之一。所有自然發(fā)酵都是菌酶結(jié)合，酶相當于導彈，微生物相當于兵工廠，兩個相互配合才能打得贏。反芻動物消化系統(tǒng)就是最好的酶菌融合消化技術(shù)。
三、菌酶結(jié)合的優(yōu)勢與缺點
飼料發(fā)酵過程中，應(yīng)用菌酶結(jié)合發(fā)酵，有不少益處：第一是分泌生物酶結(jié)合添加的酶，可以共同應(yīng)對所待處理飼料原料。第二是分泌豐富的代謝產(chǎn)物。
酶菌融合預消化技術(shù)其實早就自然存在，并不是新生事物，但是自然的酶菌融合預先消化技術(shù)工藝技術(shù)還存在一些問題，例如：
第一，需要人為控制的菌酶消化技術(shù)，酶解的溫度隨著發(fā)酵的溫度變化而變化，酶是具有專業(yè)性的，存在不同的酶酶解溫度并不相同問題。如果將作用溫度調(diào)至完全一致，它的效益就比較差，很難達到最佳酶解溫度。同時，采用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)，希望酶解做好就要攪拌充分，否則很難降溫，而攪拌的功率比較大，能耗比較大，它是矛盾的。
第二，固態(tài)酶解時物料水分含量偏低，發(fā)酵好不好關(guān)鍵在于游離水的含量。游離水越多，酶解效率就比較好，游離水越少，酶解就比較差。但水分含量提高又帶來了后期混合和使用等問題。目前大多數(shù)酶解飼料的水份都在30%到50%，很少超過55%，實際上酶解飼料的水分過高過低都不經(jīng)濟，如果低于45%，游離水含量少，酶解效率低，難以控溫，無法攪動也攪不均勻。優(yōu)點是酶解后容易干燥，并且干燥的成本低。酶解水溫高于60%，優(yōu)點是游離水高，酶解效率高，容易控溫，缺點是烘干難以充分進行。
第三，固態(tài)發(fā)酵同步酶解時生物酶被微生物直接利用的情況。酶本身就是蛋白質(zhì)，而且微生物喜歡利用這樣一類蛋白，可能造成與預期結(jié)果相反的后果。
四、利用飼料預消化開展?jié)鉂{酶解
如上，可利用濃漿酶解進行飼料預消化，進而完成飼料發(fā)酵。飼料酶解水分應(yīng)該控制在55%到65%，如果用玉米55%到65%基本就是濃漿了，它有三個優(yōu)點。第一是酶解效率好，第二是容易控溫，第三是容易干燥。與液體發(fā)酵和固體發(fā)酵相比都有好處。
生物酶的種類不同，最佳的酶解溫度也不一樣。比方說淀粉酶有時候在95到105度，木聚糖酶在55到65度，蛋白酶是45到55度。目前幾乎所有飼料酶菌都是粗放式一鍋煮，所有酶都在統(tǒng)一溫度和水分條件下酶菌，這時候就要采取濃漿差溫異步酶解，這樣效率高，速度快。具體操作方法可按如下進行：以常規(guī)飼料原料為例，玉米和豆粕混合以后調(diào)高水分，先進行高溫酶解，再進行降溫至中溫，最后再進行低溫，分步酶解。這樣最科學。因為它的酶菌效率最高，雖然有攪拌步驟，但是酶的活性是在最佳的狀態(tài)下發(fā)揮作用，這是最科學的。
酶菌融合預消化技術(shù)，總結(jié)即是，應(yīng)用多酶降解，先開展溶氧，再開展耗氧，再開展厭氧，厭氧的時間可以無限長，溶氧的時間不能太長。利用異步混菌發(fā)酵酶解濃漿工藝，在食品發(fā)酵加工上應(yīng)用廣泛。西方國家在這方面技術(shù)非?？茖W先進，高糖濃漿發(fā)酵技術(shù)、營養(yǎng)液流加連續(xù)發(fā)酵技術(shù)、高空采氣技術(shù)、膜分離膜濃縮技術(shù)、色譜分離技術(shù)、分子蒸餾技術(shù)、二氧化碳超臨界萃取技術(shù)以及很多的信息化節(jié)能減排技術(shù)等等可以保證幾乎完全發(fā)酵，沒有代謝廢物。
借鑒德國的杜卡酶菌融合生物預消化思路，采用自行選育高糖高酸耐受菌種，利用多種飼料原料科學組配，滅菌、冷卻、集中一體化攪龍，既節(jié)約成本，又可生產(chǎn)高質(zhì)量的發(fā)酵飼料產(chǎn)品。舉例來說，安徽五糧泰生物股份有限公司應(yīng)用濃漿混菌異步發(fā)酵酶解，脂肪、糖聚等六項先進技術(shù)，直接酵解生產(chǎn)出酶+菌+乳化劑整體融合生物預消化糖脂肽產(chǎn)品，乳化酵解飼料五糧肽，已實現(xiàn)年銷售收入3.5億。按照濃漿混菌工藝的生產(chǎn)，整個工廠一滴廢水都沒有。實施濃漿混菌技術(shù)有四個特點：第一，把所有的淀粉變成三個糖：麥芽糊精、果糖以及葡萄糖。第二，把部分的半纖維素變成了低聚木糖、低聚麥芽糖、低聚寡糖。第三，把所有的油變成了乳化油。第四，把部分蛋白質(zhì)變成了小肽，發(fā)酵產(chǎn)生一些益生菌，很多有用的物質(zhì)，這是項目的特色所在。例如：蛋白含量為18%，小肽和氨基酸2%以上，可顯著提高豬采食量，小豬促生長，喜歡吃，母豬奶水多，大豬長得快，不換料。
五、結(jié)語
濃漿混菌異步發(fā)酵酶解技術(shù)還可以應(yīng)用于酸化劑產(chǎn)品和粗飼料利用等上的開發(fā)，目前在酸化劑開發(fā)商已有產(chǎn)品，顯著優(yōu)于普通的酸化劑。粗料的預消化也在開發(fā)進行中，可采用現(xiàn)代的大生產(chǎn)規(guī)模化發(fā)酵裝備，模仿反芻動物瘤胃，利用瘤胃的微生物來進行發(fā)酵及酶解。可為粗飼料資源等的利用提供示范作用。
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