李鳳玲,李 祥,索江華

(河南牧業(yè)經(jīng)濟學院 食品與生物工程學院，河南 鄭州 450046)

豆粕是大豆油生產過程中得到的一種副產品，是畜禽飼料中常用的一種蛋白質原料，需求量極大。但豆粕中含有多種抗營養(yǎng)因子，如大豆抗原蛋白、胰蛋白酶抑制因子、大豆凝集素、植酸等，降低了畜禽對營養(yǎng)物質的消化、吸收和利用率，甚至造成機體代謝紊亂和器官損傷。研究表明，微生物發(fā)酵能有效降低豆粕中抗營養(yǎng)因子含量，將大豆蛋白降解為小分子蛋白、小肽、氨基酸，同時含有益生菌及代謝產物，提高豆粕的營養(yǎng)價值。本文就發(fā)酵豆粕的發(fā)酵菌種及發(fā)酵工藝，發(fā)酵對豆粕品質的影響和發(fā)酵豆粕在畜禽養(yǎng)殖中的應用等方面進行綜述，同時對發(fā)酵豆粕的發(fā)展趨勢進行了展望。

1 發(fā)酵菌種及發(fā)酵工藝

發(fā)酵豆粕是指在豆粕中添加一定量的指定微生物菌種，在適宜的條件下讓其生產繁殖、積累菌體、產生代謝產物，對豆粕進行生物轉化制成的豆粕產品，又稱微生物發(fā)酵豆粕。發(fā)酵豆粕常用的菌種包括芽孢桿菌(枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌)、乳酸菌、酵母菌(產朊假絲酵母、釀酒酵母)和霉菌(米曲霉、毛霉、根霉)[1]。生產應用中，根據(jù)菌種種類可分為單菌發(fā)酵和混菌發(fā)酵。單菌發(fā)酵主要利用一種菌種獨特的發(fā)酵特性，如酵母菌因自身蛋白含量較高，極易利用非蛋白氮合成菌體蛋白，提高發(fā)酵豆粕蛋白品質，同時產生酵母香味，改善發(fā)酵風味；芽孢桿菌因產生酶類豐富，對抗營養(yǎng)因子有很好的降解作用，產生大量小肽，提高營養(yǎng)價值，同時產生的芽孢耐受性強，可調節(jié)動物腸道菌群平衡；乳酸菌產酸能力強，能降低物料pH值，抑制雜菌生長，同時能減輕脹氣因子造成的動物腸道不適和消化不良癥狀[2]。實際生產中，為提高發(fā)酵豆粕的綜合品質，往往選擇添加兩種或兩種以上的菌種混合發(fā)酵，進行優(yōu)勢互補。

根據(jù)物料狀態(tài)，發(fā)酵可分為固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵。液態(tài)發(fā)酵對設備要求較高，能耗高，液體流動性大，染菌造成的損失嚴重，添加不方便，實際應用較少。固態(tài)發(fā)酵，含水量一般較低，染菌造成的污染范圍較小，對設備要求較低，操作簡單，能耗低，因此豆粕多采用固態(tài)發(fā)酵。傳統(tǒng)固體淺層發(fā)酵的物料厚度通?？刂圃趲桌迕滓詢?，氧氣充足，適合需氧菌的生長，發(fā)酵產生的熱量能及時散失。但淺層發(fā)酵需要的面積非常大，生產效率較低。深層發(fā)酵可分為池式發(fā)酵、箱式發(fā)酵和槽式發(fā)酵等，物料一般在30 cm以上，這種發(fā)酵模式適用于混菌發(fā)酵，前期好氧菌生長，將氧氣逐漸耗盡，為中后期兼性厭氧菌生長創(chuàng)造了條件[3-4]。近幾年來，單向透氣閥的出現(xiàn)，有效解決了發(fā)酵袋使用過程中的脹氣問題，降低了發(fā)酵豆粕的設備和儲存技術要求，操作簡單易行，使得豆粕發(fā)酵袋發(fā)酵的應用逐漸增多。根據(jù)發(fā)酵過程對氧氣的需求，可分為需氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵，發(fā)酵豆粕以厭氧發(fā)酵和需氧、厭氧分段發(fā)酵為主。

發(fā)酵過程中，發(fā)酵工藝參數(shù)的控制，如含水量、接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間等，對發(fā)酵品質的影響極其重要。韓丙倩等[5]利用酵母菌、米曲霉、乳酸菌和枯草芽孢桿菌進行混菌固態(tài)發(fā)酵豆粕，通過正交試驗確定酵母、米曲霉、乳酸菌和枯草芽孢桿菌的最佳接種比例(1:3:1:3)，然后采用響應面法優(yōu)化出最佳發(fā)酵條件(初始溫度32.4 ℃、含水量45.8%、接種量12%)，使得發(fā)酵豆粕中小分子肽含量由1.22%提高到5.41%，粗蛋白含量由46.0%提高到55.1%。李文立等[6]利用枯草芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌組合來發(fā)酵豆粕，研究不同料水比、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度等對豆粕中胰蛋白酶抑制因子活性的影響，研究發(fā)現(xiàn)，隨著物料含水量、發(fā)酵時間在一定范圍的增大和延長，胰蛋白酶抑制劑含量活性迅速下降然后趨于穩(wěn)定，而隨著發(fā)酵溫度(24 ℃～40 ℃)的升高，胰蛋白酶抑制劑含量迅速下降隨后上升?？梢?，不同發(fā)酵參數(shù)對發(fā)酵程度表現(xiàn)很大的差異，發(fā)酵工藝條件優(yōu)化可顯著提高豆粕發(fā)酵品質。

2 發(fā)酵豆粕的特點

2.1 抗營養(yǎng)因子含量降低

豆粕中含有多種抗營養(yǎng)因子，主要有熱不穩(wěn)定性抗營養(yǎng)因子和熱穩(wěn)定性抗營養(yǎng)因子。利用微生物發(fā)酵能夠去除豆粕中的抗營養(yǎng)因子，降低其不良影響。豆粕經(jīng)過微生物發(fā)酵處理后，能降低抗營養(yǎng)因子的含量，提高營養(yǎng)價值。楊玉娟等[7]抽取全國十幾個省市的豆粕和發(fā)酵豆粕樣品進行檢測，分析幾種抗營養(yǎng)因子含量的差別，結果顯示，發(fā)酵豆粕中大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制因子、棉籽糖平均含量都低于豆粕，分別降低了57.7%、63.2%、59.1%、82.5%、82.5%，可見市售豆粕經(jīng)過發(fā)酵處理后，抗營養(yǎng)因子含量明顯降低。高雯雯等[8]研究枯草芽孢桿菌與啤酒酵母對固體發(fā)酵豆粕營養(yǎng)價值的影響，發(fā)現(xiàn)不同配比的復合菌發(fā)酵豆粕，都能顯著降低(P<0.05)豆粕中植酸的含量。魏炳棟等[9]研究乳酸菌固體發(fā)酵酶解對豆粕抗營養(yǎng)因子含量的影響，結果證明，豆粕經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后能有效降低豆粕中胰蛋白酶抑制劑、水蘇糖和棉籽糖的含量。陳中平等[10]研究米曲霉發(fā)酵豆粕的營養(yǎng)特性，結果顯示，發(fā)酵后豆粕中的植酸、胰蛋白酶抑制因子和脲酶顯著降低(P<0.05)，發(fā)酵后大分子蛋白(>60 ku)和中分子蛋白(30～60 ku)被降解為小分子蛋白(<30 ku)，豆粕經(jīng)米曲霉發(fā)酵后有效消除了抗營養(yǎng)因子和大豆抗原。

2.2 蛋白質、氨基酸含量提高

發(fā)酵過程中，微生物大量繁殖，將培養(yǎng)基中的非蛋白氮、無機氮等物質分解轉化為高營養(yǎng)價值的菌體蛋白，提高了蛋白含量、改善了豆粕蛋白質營養(yǎng)品質。同時，微生物生長代謝過程中產生的代謝產物將大分子蛋白降解為氨基酸，使豆粕中氨基酸含量提高，氨基酸組成結構更合理。楊旭等[11]對篩選的一株釀酒酵母固態(tài)發(fā)酵豆粕，利用響應面法優(yōu)化提高蛋白含量的條件。結果顯示，在接種量7.5%、料水比1:1、培養(yǎng)時間54 h、硫酸銨添加量2%、葡萄糖添加量1%條件下發(fā)酵后，豆粕蛋白含量從43.78%提高到53.33%。侯楠楠等[12]研究復合益生菌發(fā)酵對豆粕品質的影響，結果顯示，與對照組相比，復合菌發(fā)酵豆粕組酸溶蛋白含量提高了3.87%，粗蛋白含量提高了6.07%(P<0.05)。張艷萍等[13]研究不同微生物發(fā)酵對豆粕營養(yǎng)品質的影響，結果顯示，產朊假絲酵母發(fā)酵豆粕組粗蛋白含量提高幅度最大，為3.95%；枯草芽孢桿菌發(fā)酵組小肽和總氨基酸含量提高最多，分別提高了4.35%和12.57%。李慧娟等[14]用枯草芽孢桿菌和植物乳桿菌混合發(fā)酵豆粕，制備大豆活性肽，在優(yōu)化的工藝條件下(植物乳桿菌和枯草芽孢桿菌比例為2:1，料水比為1:0.6，接種量為6%、30 ℃發(fā)酵24 h)，甲硫氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和異亮氨酸等必需氨基酸含量提高了5倍以上。鄭環(huán)宇等[15]研究混合菌發(fā)酵豆粕工藝，在黑曲霉、釀酒酵母、枯草芽菌、植物乳桿菌比例2:2:1:1、料水比1:3、接種量10%、溫度33 ℃條件下發(fā)酵96 h后，檢測發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后粗蛋白含量為54.22%，比豆粕提高了24.36%；大部分抗原蛋白7S球蛋白亞基和11S酸性亞基被降解為分子質量更小的蛋白亞基；氨基酸含量由未發(fā)酵的41.53%提高到48.18%。

2.3 產生小肽

豆粕經(jīng)過微生物降解作用，能產生具有特殊功能的小肽，在動物體內吸收效率高、吸收快、能耗低、不易飽和，各種肽之間轉運無競爭性抑制，因此營養(yǎng)價值更高。肽可提高畜禽飼料中氮的利用率，減少畜禽對含氮物質的排放，對節(jié)約蛋白飼料和減輕環(huán)境污染具有重要意義[3]。熊濤等[16]篩選出一種甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌，進行發(fā)酵豆粕研究，以6%的接種量接入豆粕中固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵結束后小肽含量高達28.37%，與枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵豆粕相比提高了9.04%，比未發(fā)酵豆粕提高了27.22%。吝常華等[17]研究解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵豆粕前后營養(yǎng)物質含量的變化，結果顯示，豆粕經(jīng)單菌發(fā)酵(解淀粉芽孢桿菌)和混菌發(fā)酵(解淀粉芽孢桿菌、植物乳桿菌、釀酒酵母)后，小肽含量較未發(fā)酵組分別提高了10.61倍和8.68倍，并且解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵組小肽含量高于混菌發(fā)酵組，差異顯著(P<0.05)，分析認為，將蛋白質降解為小肽的酶主要是解淀粉芽孢桿菌產生，而混菌發(fā)酵時解淀粉芽孢桿菌接種量較低，長勢弱于單菌發(fā)酵。何勇錦等[18]用乳酸短桿菌KLDS-1發(fā)酵豆粕，在最佳工藝糖蜜添加量3%、含水量50%、接種量35%條件下厭氧發(fā)酵48 h，測得樣品中小肽含量為26.12%，與發(fā)酵前相比提高了22.81%。

2.4 產生大量益生菌菌體及多種生物活性物質

微生物發(fā)酵過程產生大量益生菌菌體以及多種生物活性物質(有機酸和多種酶等)，能發(fā)揮廣泛的調節(jié)作用。益生菌能夠通過營養(yǎng)和定植位點競爭、生物奪氧、產生抑菌物質及提高動物體免疫力等機制，抑制病原微生物的過度繁殖，保持腸道菌群平衡；菌體代謝產物如酶類(蛋白酶、淀粉酶等)能夠補充機體內源性消化酶的不足，提高腸道吸收營養(yǎng)物質的能力，有機酸類則通過降低腸道pH值來抑制有害菌的生長；其他代謝產物如維生素、氨基酸和未知生長因子等，則通過各自的作用機制調節(jié)機體的生理功能和病理狀態(tài)，促進動物的健康[19-23]。陳潔梅等[24]對解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵豆粕產抗菌肽物質進行研究，結果證明，發(fā)酵豆粕浸提液對4株革蘭陽性菌表現(xiàn)出良好的抑菌效果，進一步研究分離出了抗菌多肽，認為這些抗菌多肽來源于菌株本身或豆粕蛋白的降解，為拓寬發(fā)酵豆粕的使用提供了一定的理論依據(jù)。

2.5 改善適口性

發(fā)酵過程中產生的游離氨基酸、可溶性肽類以及有機酸類物質，使發(fā)酵產物具有酸香或醇香氣味，適口性提高，能夠增加動物采食量。同時，由于動物腸道功能得到提高，飼料利用率隨之提高，進而提高了肉類動物的生產性能[25-26]。惠明等[27]對復合菌發(fā)酵豆粕研究，通過對照試驗發(fā)現(xiàn)，豆粕經(jīng)米曲霉和枯草芽孢桿菌組合發(fā)酵后，樣品游離氨基酸平均含量由0.384 μg/mL 升高到16.634 μg/mL，發(fā)酵顯著提高了豆粕中游離脂肪酸的含量。

2.6 功能性菌種發(fā)揮特殊功能

常規(guī)益生菌主要對動物腸道、免疫、營養(yǎng)等方面產生有益作用，選用具有特殊性能的益生菌作為發(fā)酵菌種，能明顯提高發(fā)酵產物的臨床應用效果。例如利用具有降解霉菌毒素作用的菌種發(fā)酵豆粕，在對豆粕進行有效處理的同時，還使發(fā)酵產物具備降解霉菌毒素的功能，有利于提高發(fā)酵產物的臨床實用性。

3 發(fā)酵豆粕在養(yǎng)殖上的應用

豆粕中蛋白質含量高，氨基酸均衡，是較為理想的植物性蛋白原料，但含有的抗營養(yǎng)因子影響動物的消化吸收。通過益生菌的發(fā)酵作用，可以有效的將大分子蛋白質降解為小肽和游離氨基酸，鈍化抗營養(yǎng)因子活性，緩解我國優(yōu)質蛋白質飼料原料不足的現(xiàn)狀。目前，發(fā)酵豆粕主要在豬、家禽、水產等方面應用。

3.1 在養(yǎng)豬上的應用

發(fā)酵豆粕在養(yǎng)豬生產上的應用，主要表現(xiàn)在提高豬群的生產性能、維護仔豬的腸道形態(tài)、提高仔豬的消化功能、免疫水平，提高母豬繁殖的性能等。仔豬腸道消化系統(tǒng)和功能發(fā)育不完善，對于豆粕中的抗營養(yǎng)因子較敏感，尤其大豆球蛋白和脹氣因子容易造成仔豬腹瀉、發(fā)育障礙。豆粕經(jīng)過發(fā)酵后，蛋白和抗營養(yǎng)因子得到降解，消化吸收率明顯提高。陳玉龍等[28]研究發(fā)酵豆粕對保育豬的影響，結果證明，與對照組相比，添加不同比例的發(fā)酵豆粕能顯著降低料肉比、腹瀉率，提高抗體水平，同時能降低豬舍內氨氣含量。熊瑩等[29]研究添加不同比例發(fā)酵豆粕對保育豬性能的影響，研究表明，與對照組相比，添加10.00%的發(fā)酵豆粕，豬平均日增重提高20.74%(P<0.05)，料重比降低4.24%(P<0.05)，同時IgA(P<0.01)和IgM (P<0.05)水平顯著升高，腹瀉率顯著下降(P<0.01)。許道光等[30]在育肥豬日糧中添加不同比例發(fā)酵豆粕取代普通豆粕，與空白組相比，顯著提高育肥豬的日增重(P<0.05)、提高堿性磷酸酶含量(P<0.05)、降低糞便中氨、磷含量(P<0.05)、提高谷胱甘肽過氧化物酶含量和總抗氧化能力(P<0.05)。馮杰等[31]用微生物發(fā)酵豆粕飼喂斷奶仔豬，與普通豆粕對照組相比，料重比降低8.39%(P<0.05)，腹瀉指數(shù)降低39.96%(P<0.01)，血清尿素氮含量降低39.47%(P<0.01)，同時減輕了飼料中大豆蛋白導致的腸道過敏損傷，使胃腸道有良好的結構形態(tài)。樊春光[32]在母豬日糧中添加10%～15%的復合微生物發(fā)酵豆粕，可顯著提高斷奶仔豬的成活率和斷奶重(P<0.05)，從一定程度上降低哺乳仔豬的腹瀉率，縮短斷奶發(fā)情間隔。

3.2 在家禽上的應用

發(fā)酵豆粕在生產應用上能提高家禽的生產性能、免疫性能，改善腸道微生態(tài)，提高屠宰性能和肉品質。馮會賢[33]將發(fā)酵豆粕與生豆粕制成的基礎日糧飼喂固始雞，飼喂28 d，研究發(fā)酵豆粕對固始雞的影響，試驗結果顯示，發(fā)酵豆粕能顯著提高雞的平均日增重、胸腺指數(shù)和法氏囊指數(shù)。劉小飛等[34]研究不同比例的發(fā)酵豆粕替代魚粉對雛雞性能的影響，結果表明，發(fā)酵豆粕部分替代魚粉能提高雛雞的生產性能，提高雛雞的屠宰率、全凈膛率和胸肌率，可降低胸肌肌肉的水損失，提高養(yǎng)殖利潤。朱由彩等[35]研究不同比例發(fā)酵豆粕替代豆粕對淮南麻黃雞產蛋性能和繁殖性能的影響，結果顯示，與對照組比較，添加5%發(fā)酵豆粕，蛋殼硬度提高了0.47%(P<0.05)、蛋白高度提高了1.17%(P<0.01)；添加5%、7%發(fā)酵豆粕，公雞的精子活力顯著提升(P<0.01)，孵化率和出雛率顯著提高(P<0.05)?？梢姡l(fā)酵豆粕替代部分豆粕對種雞生產性能有一定的提升作用。

3.3 在水產上的應用

魚粉中蛋白含量高、氨基酸均衡，是水產養(yǎng)殖中優(yōu)質的蛋白飼料，但魚粉價格高。為提高養(yǎng)殖業(yè)效益，尋找魚粉的替代品補充水產蛋白飼料，成為飼料研發(fā)的迫切任務。研究表明，發(fā)酵豆粕可替代部分魚粉應用于水產養(yǎng)殖，不影響動物生長。王立改等[36]用部分發(fā)酵豆粕替代魚粉應用于黃姑魚，結果顯示，與對照組相比，增重率、飼料系數(shù)和特定生長率、成活率差異不顯著(P>0.05)；發(fā)酵豆粕替代部分魚粉，對黃姑魚的臟體比、肝體比和肥滿度影響不顯著(P>0.05)，表明發(fā)酵豆粕部分替代魚粉飼喂黃姑魚具有可行性。閆磊等[37]的研究表明，在洛氏鱥飼料中發(fā)酵豆粕替代不超過33.0%的魚粉時，對洛氏鱥生長、飼料利用和非特異性免疫指標影響不顯著。目前，發(fā)酵豆粕在畜禽上的研究及應用相對較多，在水產上的研發(fā)還處于起步階段，但發(fā)酵豆粕作為一種高蛋白、低抗營養(yǎng)因子和高消化吸收率的蛋白原料，替代部分魚粉將是水產養(yǎng)殖的一大趨勢。

4 展望

隨著生活水平的快速提高，人們對肉蛋奶的需求量急劇增加，養(yǎng)殖業(yè)隨之快速發(fā)展，蛋白飼料原料的大量需求面臨著嚴峻考驗，尋找價格低廉、營養(yǎng)價值高的蛋白飼料迫在眉睫。

通過微生物的發(fā)酵作用，可以有效地將豆粕中的大分子蛋白質降解為小肽和游離氨基酸, 鈍化抗營養(yǎng)因子的活性，提高蛋白品質、產生多種生物活性物質，加上微生物本身含有活菌以及相關代謝產物，很大程度上提高了豆粕的品質，能緩解我國蛋白質飼料原料緊缺的現(xiàn)狀。發(fā)酵豆粕生產工藝較簡單，成本低、安全無污染、易于推廣，符合國家綠色發(fā)展的要求，具有非常大的發(fā)展?jié)摿?，應用前景廣闊。