发酵豆粕的营养特性及作用机制

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摘要：珠峰发酵大豆是应用先进生物工程技术处理优质植物蛋白（豆粕），将原料中高分子蛋白质发酵酶解成中、小分子多肽，同时彻底降解植物蛋白分子中的抗营养因子。发酵大豆除了具有优于大豆蛋白的加工特性（保湿性、发泡性、非酸沉性等）与无豆腥味等特性外，还具有易消化、吸收快、抗原性低等许多独特的生理功能，因此，发酵豆粕作为功能性饲料蛋白质而受到广泛关注。
通过对南昌市近郊生猪养殖状况的调查来看，目前无论是养殖场还是规模比较大的专业户，在猪饲料中普遍以玉米、豆粕、麸皮及预混料为主，其中豆粕占相当比重。但是，大豆中含有一定量的胰蛋白酶抑制因子、外源凝集素、致甲状腺肿素等抗营养成分，猪长期食用后会产生不同程度的消化不良、氨基酸和维生素等营养成分消化利用率下降以及生长停滞等一系列中毒症状，从而限制了大豆蛋白在断奶仔猪中的应用。发酵大豆是应用先打生物工程技术处理优质植物蛋白（豆粕），将原料中高分子蛋白质发酵酶解成中、小分子多肽，同时彻底降解植物蛋白分子中的抗营养因子。发酵大豆除了具有优于大豆蛋白的加工特性（保湿性、发泡性、非酸沉性等）与无豆腥味等特性外，还具有易消化、吸收快、抗原性低等许多独特的生理功能，因此，发酵豆粕作为功能性饲料蛋白质而受到广泛关注。
1豆粕中主要抗营养因子及特点
1.1胰蛋白酶抑制因子    胰蛋白酶抑制因子是大豆中主要的抗营养因子。动物采食未完全除去胰蛋白酶抑制剂的大豆饲料后，胰蛋白酶抑制剂可能阻碍肠道内蛋白水解酶的作用而使蛋白质消化利用率下降，引起恶心、呕吐等肠胃中毒症状；胰蛋白酶抑制剂还可作用于胰腺本身，发生补偿性反应，造成机能亢进，刺激胰腺分泌过多的胰腺酶，造成胰腺分泌的内源性必须氨基酸缺乏，引起消化吸收功能失调或紊乱，严重时出现腹泻，抑制机体生长和造成胰脏肿大等现象。
1.2血球凝集素    豆粕的水提取物使动物的红血球发生凝集作用，称之为血球凝集素。血球凝集素自身具有多价性，能够导致机体细胞凝集或使糖蛋白产生沉淀，因此在动物肠道中不易被蛋白酶水解。其抗营养作用主要是通过与小肠壁上皮细胞表面的特异性受体（胞外多糖）结合，损坏小肠壁刷状缘粘膜机构，干扰消化酶的分泌，抑制肠道对营养物质的消化吸收，降低蛋白质利用率，使动物生长受阻甚至停滞。
1.3植酸    植酸是植物性饲料中有机磷的主要存在形式，大豆中60%-80%的磷都以植酸态形式存在。打斗中植酸含量可达2%，是一种很强的络合剂，在肠胃中能牢固的粘合金属离子，形成难溶性的植酸盐络合物，导致矿物质元素的利用率降低，使动物出现矿物质缺乏症，如厌食、消瘦、生长迟缓和脱毛等，严重影响机体的正常代谢与生殖能力。另外，植酸还能与大豆蛋白或一些酶结合，形成植酸蛋白质和酶的复合物，影响蛋白质和酶的生理功能。
1.4大豆抗原蛋白    大豆中存在4种具有抗原性和致敏性的球蛋白，即大豆蛋白和3种半球蛋白。动物的免疫系统对大豆抗原蛋白特别敏感，可引起过敏反应和肠粘膜损害。过敏反应造成的免疫损伤主要在肠道，表现为肠绒毛萎缩，黏膜双糖分解酶的数量及活性下降，木糖吸收率降低及血清中抗大豆免疫球蛋白滴度升高，使小肠结构受损、食糜滞留时间缩短，营养物质和矿物质的运转、吸收紊乱，导致消化不良、腹泻和生长受阻。现已确信大豆抗原蛋白的过敏反应是仔猪腹泻的主要原因之一，过敏反应还可引起仔猪的体重下降和突然死亡等。
1.5大豆低聚糖    大豆低聚糖是大豆可溶性寡糖的总成，包括水苏糖（4%）、棉籽糖（1%）和蔗糖（5%）等。蔗糖容易被吸收，而棉籽糖和水苏糖是半乳糖类的非还原性糖，由于动物小肠黏膜中缺乏α-半乳糖苷酶，棉籽糖和水苏糖不能被消化而直接进入动物的大肠中，经肠道产气微生物作用，穿化成挥发性脂肪酸，然后再产生气体，如CO2、H2、NH3，也可产生少量甲烷等气体，从而引起动物嗝气、肠鸣等肠胃胀气或腹疼现象。
1.6脂肪氧化酶    脂肪氧化酶又称抗维生素因子，它在大豆蛋白中的含量比较高，约占大豆总蛋白质的2%，是一种含非血红素铁的蛋白质。该酶只要遇到水分，就能专一催化大豆中多元不饱和脂肪酸（亚油酸、亚麻酸）的加氧反应，生成过氧化物可以破坏与其共存在维生素A、维生素D、维生素E、维生素B12和胡萝卜素，生成具有共轭双键的脂肪酸氢过氧化物，再经裂解酶分解生成短碳链的醇、酮和醛类等挥发性物质，产生豆腥味。另外，脂肪酸氧化酶氧化生成的过氧化物，可破坏脂肪中的维生素A、维生素D、维生素E等脂溶性维生素及胡萝卜素的活性，从而降低大豆蛋白的效价和营养价值。
2发酵豆粕的营养特性
2.1抗营养因子含量低或被消除    豆粕抗营养因子的钝化方法包括物理、化学、生物技术脱毒等，这几种办法都是为了解决大豆抗营养因子问题。但目前在饲料行业中最有效的办法是微生物发酵脱毒技术。其他的几种脱毒技术都有一定的缺陷，物理脱毒法成本不高但只能消除热敏性抗原；化学法能有效去除大部分的抗原，但成本较高；酶解法处理豆粕，虽然安全无害，但成本也过高，限制了产品在饲料行业中的大量使用；而微生物发酵脱毒却能取得较为满意的使用效果。通过多菌种、多温相发酵脱毒技术，可将豆粕中目前已知的多种抗原进行讲解，使各种抗营养因子的含量均大幅度下降。发酵豆粕中胰蛋白酶抑制因子一般<200TIU/g，凝血素<6ug/g，寡糖<1%，脲酶活性<0.1mg/(g.min)，而抗营养因子植酸、伴豆球蛋白、致甲状腺肿素可有效去除，使大豆蛋白中的抗营养因子下降至饲用水平，基本上消除抗营养因子的抗营养作用。
2.2蛋白、多肽含量丰富    由于采用多菌种混合固态厌氧发酵技术对豆粕进行加工，微生物发酵过程中分泌的蛋白酶使大豆蛋白被分解成小分子蛋白和小肽分子。发酵豆粕中大豆多肽含量超过70%，一般正规产品2-5个氨基酸残基组成的具有特殊性胜利调节功能的小肽看量超过12%。众所周知，小肽目前是动物营养学研究的热点之一，已经证明小肽具有很好的溶解性、抗凝胶形成性、低黏度等特性，在动物体内吸收快、耗能低、不易饱和，各种小肽之间的运转无竞争性抑制，转化利用率高。有些小肽还作为特殊生理调节功能的物质直接影响动物健康和生长发育。作为优质饲料蛋白源，是具有肽营养特性的饲料原料，产品适用对象广泛。
2.3富含氨基酸、且结构合理    发酵处理过程中，微生物大量增殖，其结果不仅提高了发酵大豆蛋白基料的蛋白质水平，而且部分大豆蛋白质发酵时转化为菌体蛋白，这本身也改变了大豆蛋白质的营养品质。对改变动物的生产性能是至关重要的因素。大豆粕经发酵后蛋白质含量高于52.0%，较发酵前提高21%以上；总氨基酸含量高于48.0%，较发酵前提高24%。可以看出肽蛋白所含蛋白质的量与质均得到显著改进。
2.4蛋白质品质优良、消化率高    与膨化大豆和浓缩大豆蛋白相比，生物发酵大豆蛋白生产大豆多肽的工艺明显优于高温高压的膨化工艺和乙醇浸提工艺对蛋白质的影响，膨化工艺对大豆蛋白造成的物理损伤和乙醇浸提造成的化学性损伤均会造成大豆蛋白质不同程度的变形。肽蛋白的体外消化率大于95.3%，碱溶解蛋白大于84.7%，水溶解度大约21.8%，动物吸收利用率接近90%，高于鱼粉。乳糖、乳酸等则可改善适口性。
2.5富含多种生物活性因子    饲用大豆多肽是用多种有益微生物在特定工艺条件下发酵大豆蛋白研制的高技术产品，不仅含有降解大豆蛋白产生的多种小肽，还含有微生物发酵产生的多种生活活性物质，可以减少酸化剂和酶制剂的添加量，甚至不加。既为动物提供易于利用、抵抗原性的大豆多肽，还兼具益生素的功效，这对维护乳仔猪的肠道健康、保障其生长性能具有积极的意义。
2.6无污染、安全可靠    无论与鱼粉、血浆蛋白粉、肠膜蛋白、肉骨粉等动物源性蛋白质饲料相比，还是与膨化大豆、豆粕、棉粕及菜粕等植物类蛋白质饲料相比，发酵大豆蛋白分解的大豆多肽具有多方面的营养优势和资源优势。由于是完全植物蛋白，它安全无污染，能完全或部分取代幼龄动物饲料中的鱼粉、乳清粉、血浆蛋白粉。与动物蛋白（鱼粉、血浆蛋白）相比，价格低，品质恒定，运输贮存禁忌少，原料来源稳定，不受产地、季节影响。
3发酵豆粕的作用机制
豆粕经过微生物发酵，产品中含有大量的有益微生物，而发酵过程产生的代谢产物以及对发酵底物的降解作用，使得发酵豆粕的成分非常复杂，改善了大豆蛋白的品质。主要表现在：一方面，发酵大豆多肽中含有混合菌，这些混合菌包括乳酸菌、酵母菌和芽孢杆菌，酵母菌和芽孢杆菌等好氧菌的存在为乳酸菌的生长繁殖创造了厌氧环境，而乳酸菌大量繁殖产生乳酸，降低了PH值，这就使得发酵料成品具有浓郁的酸香味，从而改善适口性，提供动物采食量。乳酸发酵过程使得发酵产品大豆多肽具有如下特点：（1）蛋白质消化率高达95%以上，极大的减少了饲料在大肠中的异常发酵，从而降低或消除营养性腹泻；（2）蛋白多肽含量超过70%，显著提高了氨基酸与矿物质元素的吸收利用率；（3）具有生物活性的小肽能显著的提供动物血液中胰岛素水平，促进淋巴细胞增生，提高动物免疫水平；（4）益生菌和乳酸，能抑制肠道中有害菌的繁殖，保持肠道健康的微生态环境，改善动物小肠机能，甚至使得发酵豆粕多肽部分替代抗生素成为可能；（5）微生物代谢产物如消化酶，可提高饲料的消化率。微生物代谢物中还有对动物油直接营养作用的未知生长因子、维生素等。另一方面，大豆多肽产品的溶解度高、黏度低、抗凝胶形成性好等优良物质特性，使日粮中由黏性组分（如次粉、小麦麸等麦类）引起的抗营养作用消失，使得发酵大豆多肽部分替代饲用复合酶成为可能。
4结语
植物蛋白原料中普遍存在植物过敏原和抗营养因子，使植物蛋白的消化率和生物学效价远不及鱼粉等动物源性蛋白质；同时动物试验证实植物过敏物质是造成幼龄动物（如断奶仔猪）出现腹泻、生长迟缓等营养性疾病的主要原因。所以，人们习惯使用价格昂贵的动物源性蛋白配制高档饲料，我国动物蛋白资源非常短缺，大多依赖进口。近年来，随着市场需求的增大和相关资源的逐步枯竭，优质动物源性蛋白的价格不断攀升，已严重影响我国养殖业的利润水平。因此去除植物蛋白中的抗营养因子，改善植物蛋白的营养品质用于替代动物源性蛋白有着十分重要的意义。
与物理、化学方法相比较，应用生物技术消除或抑制大豆蛋白中的抗营养因子具有无可比拟的优点。这些优点包括：（1）处理效率高，成本低，尤其是酶制剂处理和微生物处理的效率很高，成本很低；（2）对饲料营养成分不会产生破坏和影响，微生物发酵处理甚至可以讲大豆的蛋白质降解呈小肽等，提高蛋白质的利用率；（3）发酵处理可明显提高大豆的适口性，有一定的诱食效果，没有残留，应用比较安全。在大力提倡绿色安全健康养殖的今天，采用生物技术法消除大豆蛋白中的抗营养因子，对缓解我国饲料用优质蛋白质原料的不足，减少养殖业对动物性饲料原料的依赖，降低养殖业的生产成本，提高饲料的安全性等都具有重要的意义，对我国大豆种植业、饲料行业以及养殖行业都将产生积极的推动作用。文章摘自：山东珠峰生物工程有限公司

hlh2006

总结的很详细，发酵技术应该是在菜粕、棉粕，甚至动物副产物、食品副产物等原料中均可运用，降低抗营养因子，提升饲料原料的价值。