微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的研究进展

畜牧编辑

　　导读

　　近年来，国内饲用蛋白源短缺、饲料成本增加、利润降低等现状严重制约着我国畜牧业的发展，豆粕因含有丰富的营养成分成为重要的植物蛋白源。但是，因含有抗营养因子制约了动物对豆粕中营养物质的吸收和利用，为了改善这一状况，利用微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的研究已成为国内外研究的热点。文章概括了目前微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的特点、生产及应用的研究进展。

　　1豆粕和微生物发酵豆粕

　　面对中国畜牧业和饲料工业发展速度快、规模大的现状，为了减少我国饲料工业对鱼粉等昂贵动物蛋白源的依赖，开发、研制出更廉价易得的蛋白源产品来满足动物对饲料蛋白营养的需要至关重要。大豆粕中因含有丰富的营养成分成为一种重要的植物蛋白源，豆粕中的大豆蛋白含量在43.0%~55.0%之间，多数为水溶性蛋白，除蛋白质外还含有其他丰富的营养物质，是鱼类和单胃动物良好的日粮蛋白源。

　　但是，豆粕中因含有的蛋白酶抑制剂(Protease Inhibitors)、脲酶(Urease)、大豆原蛋白(Antigen Protein)、大豆低聚糖(Soybean Oligosaccharides) 、植物凝集素(Soybean Agglutinin，SBA)及植酸(Phytic Acid)等成分，影响了动物机体对豆粕中营养物质的充分利用，不但阻碍了动物肠道对豆粕中营养成分的消化、吸收和利用，而且严重地危害了动物机体的健康生长。

　　目前，为了有效提高豆粕的蛋白利用率和营养价值，应用微生物发酵技术处理豆粕的研究成为热点。经研究表明，微生物发酵豆粕不但可以有效地去除豆粕中的植物凝集素、脲酶、蛋白酶抑制剂等抗营养因子，而且能够使抗原蛋白的含量明显降低，同时增加了游离氨基酸、活性大豆肽等营养物质的含量，提高了豆粕的应用价值的同时使饲料具有较好的动物适口性。

　　微生物发酵豆粕是国内近年来发展起来的，利用微生物发酵技术处理豆粕使其含有高活性大豆肽的一种新型的植物蛋白源饲料，其早在欧洲形成产业化，近年来从台湾省传到大陆后逐渐兴起。发酵豆粕主要以豆粕（≥95%）为原料，以麸皮、玉米皮等为辅助原料，使用微生物菌种进行固态发酵，再经干燥等工艺制成的蛋白质饲料产品，又名生物肽、生物豆粕、大豆肽、生物活性小肽等。Hong等研究表明，通过微生物发酵，豆粕中的抗营养因子被有效降解，小分子蛋白的比例提高。与传统豆粕相比，经微生物发酵后的豆粕不仅使抗营养成分降解，并且富含活性大豆肽和营养物质，更利于动物吸收利用，减少能量消耗，具有更大的应用价值。

　　2微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的特点

　　研究显示，通过枯草芽孢杆菌、酵母菌等益生菌发酵处理豆粕后，可以使豆粕中的各种抗营养因子有效地降低或去除，同时可以将其中的大分子蛋白质有序降解为多肽、小肽及游离氨基酸，并且富含蛋白酶、有机酸以及消化酶、益生菌和未知生长因子等多种营养物质。微生物发酵豆粕具有较多的特点和优势，通过微生物发酵使豆粕中的抗营养因子降解，无刺激作用、无抗原作用，无药物残留，因而利用发酵豆粕可以更有效地优化动物蛋白质日粮，使日粮更安全、更多营养，更适合作为动物的植物性蛋白源饲料。

　　2.1 改善营养价值

　　传统营养学认为，在动物消化道内的蛋白酶和肽酶作用下，蛋白质只有降解为游离氨基酸才可以被动物吸收利用。但是，有研究表明，动物饲喂低蛋白质氨基酸平衡日粮或理想氨基酸模式配制的日粮时，动物并不能达到预期的最佳生产性能。因此，学术界提出了动物可以吸收、利用蛋白质本身或肽的观点。试验证明，循环中的小肽能直接参与组织蛋白质的合成，并且小肽转运系统速度快、耗能低及不易饱和等。活性大豆肽不仅作为营养物质，还可以作为机体生理活性调节物，活性大豆肽也可以直接被组织蛋白质合成利用，参与组织蛋白质的合成与调节。也有研究认为，大豆蛋白中草酸、植酸、纤维、单宁及其他多酚等物质显著抑制了动物机体对铁、钙、锌等金属离子的利用，而小分子的肽可以通过与这些金属离子形成螯合物后在小肠中进行主动转运，吸收速率更快。豆粕经微生物发酵，不仅使可利用蛋白含量提高，而且富含活性大豆肽、消化酶、有机酸、小肽、维生素、氨基酸等，具有重要的营养功能。由于大豆多肽吸收率高，富含活性大豆肽的发酵豆粕可作为断奶仔猪、虾蟹、幼禽及高档经济动物的蛋白质来源。

　　2.2 有效去除抗营养因子，促进肠道的消化机能

　　研究表明，肠道既是消化器官，也是免疫器官，消化不良会导致动物机体的抗病能力下降、食欲不振、采食量不足、胃肠道功能紊乱，对营养的吸收率下降，直接影响动物的生产性能。豆粕中含有的抗营养物质，严重阻碍了动物机体对豆粕中营养物质的吸收、利用，如抗原蛋白具有抗原性和致敏性，刺激机体产生抗体，从而出现肠道过敏反应，这是引起动物腹泻的主要原因；此外，不良寡糖在动物小肠内不能水解，进入消化道后被微生物利用，发酵产生大量气体，导致动物胃肠胀气和腹痛；此外，所含有的植酸可以与金属离子形成稳定的植酸盐，与蛋白质、脂肪、淀粉结合后降低蛋白酶及脂肪酶的活性，从而导致饲养动物消化不良。通过微生物发酵处理豆粕，可以将豆粕中的抗原降解，如胰蛋白酶抑制因子、大豆凝血素、植酸等，更有利于动物肠道对营养物质的吸收和利用。有研究显示，使用产蛋白酶菌发酵豆粕，可以完全消除豆粕胰蛋白酶抑制因子。另一方面，微生物发酵豆粕中的活性肽对肠道内益生菌群的生长与繁殖以及体内菌体蛋白的合成有促进作用，可以提高动物肠道微生物的消化能力，而且发酵豆粕中还含有多种生物活性因子，这些活性因子有利于动物肠道菌群的平衡，这对动物机体的肠道消化机能及其健康有重要作用。

　　2.3 替代部分抗生素

　　左玉帮研究结果表明，豆粕中含有大豆异黄酮（Soybean Isoflavones, ISO），它是重要的生理活性物质，有较强的抗菌活性。杨国峰等研究发现，豆粕发酵后异黄酮的抗氧化、抗菌能力明显增强。此外，发酵豆粕中活性大豆肽抗菌和抗病毒双重活性，可以减少药物的使用，改善动物肠道健康。有研究发现，一些糖肽、脂肽和环状肽具有抗生素和抗病毒作用，可以作为健康促进剂代替抗生素的使用。此外，微生物发酵豆粕中富含有益的菌体蛋白，如乳酸链球菌肽，由乳酸菌产生的短肽，可以在胃内低pH值环境中稳定存在，具有抑制腐败菌活性的能力，也可以抑制梭状芽孢杆菌等菌属芽孢的形成。

　　2.4 改善饲料风味，提高适口性

　　由于不同氨基酸序列的肽能够改变酸、咸、甜、苦这四种味觉，所以微生物发酵豆粕产生的活性大豆肽可以改善饲料的风味，并且发酵后的豆粕具有发酵的醇香味，减少豆粕本身的异味，从而提高饲料适口性。当微生物发酵豆粕后，在微生物酶的作用下，能对豆粕中的苦味肽基团进行部分的修饰和重组，使小肽和小肽之间，小肽和氨基酸之间发生重排或是移位，从而获得无苦味或无异味的发酵产品。有研究发现，大豆蛋白酶解物中存在多种改善风味的肽，如鸟氨酸-B-丙氨酸是一种强烈的苦味肽，天冬酰苯丙氨酸甲酯是一种强烈的甜味剂，此外，Val-Glu、Gly-Leu 和Pro-Glu 等也是一类风味增强肽。可以利用肽增强风味，饲料中含有活性肽可以提高适口性和诱食性。

　　2.5 原料绿色、来源丰富，降低成本

　　与鱼粉、蛋白粉、肉骨粉等动物源性蛋白质饲料相比，植物性蛋白源饲料来源丰富、绿色，在加工过程中具有营养优势和资源优势，产品应用安全、无化学残留。发酵豆粕中可利用蛋白能够满足动物机体对蛋白能源的需求，减少了对高价鱼粉的使用，从而节约了成本。由于豆粕易得且廉价，降低了原料成本，因发酵过程简单、无害，也减少了其他费用，所以使用微生物发酵豆粕降低了养殖户的成本。另外，因微生物发酵豆粕含有多种营养物质，可以降低酶制剂、酸化剂及治疗药物的用量，如微生物发酵豆粕含有益生菌，在养殖过程中无需使用微生态制剂。所以，微生物发酵豆粕这种植物性蛋白源饲料对养殖业具有重要的应用价值。

　　3微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的生产工艺

　　微生物发酵菌种的选择及固态发酵过程中工艺参数对产品质量具有重要的影响，为了提高发酵豆粕的品质，对微生物发酵豆粕的菌种和工艺进行研究必不可少。

　　3.1 发酵菌种的选择

　　目前，乳酸菌、酵母菌、米曲霉、芽孢杆菌是发酵豆粕主要使用的几种菌种。通常在发酵过程中几种菌的接种量有所差异，一般情况为：酵母菌5%~10%，细菌1%~5%，霉菌7%~15%。实际生产中，可以通过单菌或者混菌种来开发出不同功能性的高活性大豆肽饲料。刘海燕研究证明，乳酸菌发酵豆粕能显著增加游离氨基酸含量，豆粕中的总糖含量经过发酵后会减少，还原糖含量增加。季伟等使用可以产Nisin（乳酸链球菌素）的乳酸链球菌进行豆粕发酵，发酵后所含的生物量达到1.03 g/kg，Nisin 效价达到997 IU/g，对饲料的细菌具有抑制作用。马文强等利用枯草芽孢杆菌、酵母和乳酸菌混合发酵豆粕，并且对发酵前后的营养成分进行了分析，结果表明，发酵后粗蛋白和粗脂肪含量分别提高了13.48% 和18.18%，氨基酸提高了11.49%，磷的含量在发酵后也提高了55.56%。周伏忠等利用乳酸杆菌、芽孢杆菌和曲霉菌多菌种混合发酵豆粕，结果显示，发酵后豆粕中的大分子蛋白降解为易吸收的大豆肽，而且发酵豆粕中含有大量活性益生菌。何勇锦等采用枯草芽孢杆菌KJ 发酵豆粕，发酵48 h后，豆粕粉蛋白中小分子肽含量达58.86%，与未发酵豆粕相比提高了37.99%。在发酵豆粕的实际生产过程中，使用单一菌种或多菌种混合发酵得到的各项指标参数和质量有所差异。

　　3.2 生产工艺

　　在发酵生产过程中，工艺条件严重影响着微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的质量，因此，需要对原料的状态，如含水量、底物组成、pH值等，以及发酵条件，如发酵时间、温度、菌种的组成和接种量、通气量等进行选择和优化。在发酵过程中，发酵用菌种的接种量通常为10%，发酵温度与菌种的生长温度相关，一般在25~30 ℃间，最适pH值为7，发酵时间控制在2~5 d较佳，由于湿度较低会导致发酵时间的延长和效率低，而湿度过高易滋生其他杂菌从而产生霉变，所以湿度一般控制在50%~95%。发酵豆粕的味道、色泽及活性大豆肽及营养成分的含量等品质会因发酵工艺的影响有所区别。处理豆粕的方法有很多，包括物理方法（热失活方法、水浸泡方法、机械加工方法）、化学方法以及生物处理方法（作物育种方法、酶制剂处理方法、微生物处理方法），以上方法各有利弊。目前，我国生物降解豆粕的生产工艺主要有两种：酶解法和微生物发酵法，其中液态发酵技术和固态发酵技术是主要的微生物发酵豆粕的技术方法。

　　由于液体发酵的设备造价高、发酵过程中的废液排放易造成环境污染、处理成本高等缺点而不易被采用，综合考虑环保和经济方面，目前发酵豆粕多采用固体发酵，在发酵过程中发酵底物与种子液按比例均匀混合，在适当的条件下进行固体发酵，再经过干燥等工艺制成发酵豆粕成品。

　　4微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的应用

　　研究表明，幼畜体内的消化酶系统发育尚不完全，对植物蛋白质的消化吸收能力较薄弱，而在发酵豆粕中大豆肽抗原性较低并且富含易消化吸收的小肽，还具有过敏性低、能促进脂肪及矿物质等营养元素的吸收等特性，能直接被动物吸收，因而使幼畜发生过敏反应的概率大大降低，有利于提高畜禽的生产性能和畜禽产品品质。所以，微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料在畜牧业和养殖业中的应用研究越来越广泛。

　　4.1 在畜类养殖上的应用

　　目前，微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料主要应用于断奶仔猪。单达聪等研究表明，用发酵豆粕替代普通豆粕饲喂断奶仔猪，血清白蛋白和白球比分别提高18.73%和11.11%，日增重提高14.5%，料重比降低9.5%，腹泻率降低29.1%，死淘率降低50%。徐述亮等研究表明，饲喂发酵豆粕可显著提高22~35日龄仔猪的平均日增重，极显著降低料重比，降低腹泻率。Min等按2.5%、5.0%和7.5%的比例在断奶仔猪的日粮中添加发酵豆粕，研究不同比例的发酵豆粕对断奶仔猪的生长性能及营养物质消化率的影响，结果显示，随着发酵豆粕用量的增加，仔猪全期平均日增重和平均日采食量也随之显著提高，并发现饲喂发酵豆粕可以提高干物质及氮的表观全肠道消化率。Kim等以20%、40%和60%的比例用发酵豆粕等量替代豆粕饲喂断奶仔猪，结果与Min 等研究结果相类似。Yang等研究了米曲霉发酵豆粕及米曲霉和枯草芽孢杆菌混合发酵豆粕对断奶仔猪生长性能的影响，结果表明，饲喂两种发酵豆粕均显著提高断奶仔猪的平均日增重，并发现饲喂米曲霉和枯草芽孢杆菌混合发酵豆粕可以显著提高干物质、粗蛋白总能和钙的全肠道表观消化率。刘海燕等使用发酵豆粕代替仔猪日粮中一半的豆粕和全部的豆粕，试验结果证明，发酵豆粕不仅能降低仔猪的腹泻率、提高仔猪的生长性能和饲料转化率，而且可以改善仔猪的血液生化指标以及抗氧化指标。由此可见，用适当比例发酵豆粕饲喂断奶仔猪，可以改善仔猪的肠道健康，提高仔猪的生长性能和营养物质消化率。

　　4.2 在禽类养殖上的应用

　　由于肉鸡的消化道短、生长周期短，所以对饲料营养水平要求较高，豆粕是养鸡生产中使用的主要植物蛋白饲料原料，但是豆粕中存在抗营养因子严重影响了肉鸡对豆粕中的蛋白质的吸收和利用。而经过微生物发酵后的豆粕，富含游离氨基酸、小分子蛋白、肽类、益生菌和未知生长因子等易于吸收的有益物质，促进肉鸡健康和生长。王龙昌等使用发酵豆粕饲喂肉鸡，试验结果证明，添加3%的发酵豆粕后料重比明显降低，肉鸡平均增重有所提高，粪便中的粗蛋白含量明显降低。发酵豆粕起到了替代部分鱼粉、提高经济效益的效果。Feng等研究表明，以发酵豆粕替代日粮中的全部豆粕时，显著提高肉鸡平均日增重和平均日采食量，提高前期饲料转化效率，饲喂发酵豆粕可以降低血清尿素氮水平，提高血清免疫球蛋白M(Immunoglobulin M，IgM)和免疫球蛋白A(Immunoglobulin A，IgA)的水平。张红芬等在肉仔鸡日粮中添加大豆发酵肽粉，研究显示，大豆发酵肽粉有提高肉仔鸡日增重和饲料转化率的趋势，并且能改善肉鸡的肉品质。柯祥军等研究显示，肉鸡日粮中添加10%的发酵豆粕不但可以提高肉鸡的生产性能，而且可以增强肉鸡的免疫力。

　　4.3 在水产养殖中的应用

　　与畜禽相比，水产动物对饲料的营养水平及蛋白质饲料原料品质要求均较高，所使用配合饲料的蛋白质水平一般在30%~50%，所以其配合饲料中必须使用鱼粉。饲喂豆粕可能会造成水产动物的生长抑制和生理异常，研究表明，发酵可以消除豆粕的这些不良影响，发酵豆粕可以替代部分鱼粉。赵丽梅等研究发现，用发酵豆粕代替25%的鱼粉用量对金鲳鱼的生产性能没有不良影响。程成荣等研究，40%以下的鱼粉用发酵豆粕代替饲喂杂交罗非鱼，不影响杂交罗非鱼特定生长率、增重率、饲料效率以及蛋白质效率。Kim 等用米曲霉发酵豆粕替代日粮中50%的豆粕饲喂鹦鹉鱼幼鱼，对鹦鹉鱼幼鱼生长性能和血液指标无显著影响，但是显著提高了肝脏超氧化物歧化酶的活性。

　　5前景与展望

　　由于我国饲料工业的发展，动物性蛋白源饲料特别是鱼粉，国内生产供不应求，对植物性蛋白原料需求不断增加，豆粕因营养丰富、廉价易得成为目前使用最多、研究较为广泛的植物性蛋白质饲料原料。

　　但是，豆粕中含有多种抗营养物质，阻碍动物对营养物质的消化、吸收和代谢，严重影响了豆粕在动物生产上的应用价值。目前，一般认为豆粕在断奶仔猪配合饲料中的添加比例不宜超过10%，最大添加量为15%，仔猪饲料蛋白质需求不足，被迫使用昂贵的蛋白原料，导致饲料配方成本和饲养成本增加，养殖户、养殖企业的养殖积极性下降。因此，利用含有活性大豆肽的微生物发酵豆粕作为功能性蛋白质饲料而受到广泛关注。以豆粕为原料进行深加工和综合利用，具有重要的经济价值和社会意义，而开发出价廉优质的蛋白源对饲料工业、畜牧业具有重要意义。

　　然而，由于我国在这方面的研究起步晚，国内仍处于大规模产业化的初期。目前，致力于开发研制发酵豆粕的企业仍处于少数，由于生产工艺的差异，产品的品质也参差不齐。所以，目前微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料仍存在一些问题，如：国家没有出台统一的标准，不同企业生产出来的发酵豆粕质量不一；发酵工艺对发酵豆粕中活性肽含量的影响；目前生产发酵豆粕的企业小而少，生产规模小，为了节约成本利用低质的原料生产，导致质量参差不齐；发酵豆粕产活性大豆肽饲料在配合动物日粮时对其他营养素的影响还是未知。如果这些问题被解决，含有高活性大豆肽的微生物发酵豆粕作为高新技术研究开发的优质饲料蛋白质资源，将具有广阔的开发应用前景，也将产生巨大的经济效益和社会效益。

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成本多少?是不是要发酵?