徐舒怡 孫 玲 肖佳怡 朱嘉璐 孫巍巍

（1.徐州工程學(xué)院 江蘇·徐州 221008；2.徐州海大合新飼料有限公司 江蘇·徐州 221000）

豆粕因其粗蛋白質(zhì)和賴氨酸含量高且富含多種生物活性成分，不易被病原菌污染和氧化腐敗又含毒害物質(zhì)少，已然成為飼料工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中使用最為廣泛且優(yōu)質(zhì)的一種植物性蛋白飼料。我國作為畜牧業(yè)大國，對豆粕飼料的需求巨大，但豆粕中含有的多種抗?fàn)I養(yǎng)因子會影響動物機體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用，大大降低了飼料的利用率，因此，降低或鈍化豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高豆粕的消化率一直是我們急需解決的問題。目前，物理、化學(xué)、生物學(xué)方法均有對降解豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的研究，其中微生物發(fā)酵法是研究熱點。

1 豆粕中主要的抗?fàn)I養(yǎng)因子

豆粕中含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在會影響豆粕的營養(yǎng)價值和利用效率。通?？筛鶕?jù)對熱敏感性，將其分為兩類，一類是熱穩(wěn)性因子，如抗原蛋白、寡糖、植酸等，另一類是熱不穩(wěn)性因子，如脲酶、胰蛋白酶抑制因子、凝集素等。

2 消除豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的方法

2.1 物理方法

物理方法降解抗?fàn)I養(yǎng)因子主要有加熱法、膨化法、浸泡法等。加熱法是利用豆粕中含有對熱敏感、不穩(wěn)定的抗?fàn)I養(yǎng)因子，通過加熱方式使其變性或去除。對豆粕熱處理時的強度把控十分嚴(yán)苛，如加熱不足，抗?fàn)I養(yǎng)因子不能被完全破壞，加熱過度又會引發(fā)美拉德反應(yīng)和焦糖化從而降低氨基酸利用率，蛋白質(zhì)的生物學(xué)效率也會降低[1]。膨化法促使大豆的脲酶活性下降，胰蛋白酶抑制因子遭到破壞，隨著膨化溫度的升高及加熱時間的延長，豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子活性呈正相關(guān)的趨勢下降。

相較于傳統(tǒng)方法的局限性，目前研究較多的非熱加工技術(shù)為超高壓加工技術(shù)，這種技術(shù)可以通過修飾蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的非共價鍵改變抗原結(jié)構(gòu)來降低致敏性。超高壓加工技術(shù)雖然效果明顯，但操作條件嚴(yán)苛，難以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，如何在實際生活中有效應(yīng)用仍是未來的一大問題。

2.2 化學(xué)方法

化學(xué)方法是通過向豆粕中加入化學(xué)試劑使其與抗?fàn)I養(yǎng)因子結(jié)合，產(chǎn)生某種化學(xué)反應(yīng)來改變抗?fàn)I養(yǎng)因子的分子結(jié)構(gòu)，從而降低活性或致失活的工藝。彭勝等[2]以水為脫毒溶劑，使用濃度為3%的硫酸按料液比1:20（g/mL），脫毒溫度90℃，振蕩浸提90min，脫毒2次，菜籽粕中單寧、植酸、硫甙的脫除率分別可達(dá)68.21%、71.03%、72.46%?；瘜W(xué)方法與物理方法相比能更好地鈍化或消除豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，但會產(chǎn)生大量化學(xué)物質(zhì)殘留，去除這些殘留不僅會產(chǎn)生新生產(chǎn)成本還會對環(huán)境和動物造成傷害。

2.3 生物學(xué)方法

生物學(xué)方法消除豆粕抗?fàn)I養(yǎng)因子與物理和化學(xué)方法相比，具有高效、環(huán)境友好、適口性好以及能夠提高豆粕種營養(yǎng)物質(zhì)等優(yōu)點，育種法、酶解法和微生物發(fā)酵法等是常用的生物學(xué)方法。

育種法主要采用植物育種來培養(yǎng)一批低抗?fàn)I養(yǎng)因子或無抗?fàn)I養(yǎng)因子的植物品種，但此方法培育周期長，成功率低，產(chǎn)量不高，投入的人力物力大，無法投入生產(chǎn)。酶解法是在向動物投喂飼料時添加酶制劑來降解不同抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高飼料利用率，抑制霉菌生長并增強動物機體的免疫能力。陳思等[3]研究發(fā)現(xiàn)添加30 U/g中性蛋白酶和50 U/g酸性蛋白酶水解48 h后,最大蛋白質(zhì)水解度達(dá)到22.7%；再添加50 U/g纖維素酶和50 U/g木聚糖酶，48 h后,還原糖釋放量達(dá)到最大值1.91%。微生物發(fā)酵法是利用微生物發(fā)酵產(chǎn)生的酶來降低抗原性和積蓄有益代謝產(chǎn)物，具有可加工性且條件工藝設(shè)備要求簡單。

3 益生菌發(fā)酵豆粕的優(yōu)勢

3.1 減少抗?fàn)I養(yǎng)因子及有害微生物數(shù)量，提高飼料營養(yǎng)水平

豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，如蛋白酶抑制劑、植酸、單寧等經(jīng)益生菌發(fā)酵處理后可得到降解，同時飼料的PH降到4.5以下，抑制了潛在病原菌的生長，減少了有害微生物的數(shù)量。發(fā)酵過程中的生物化學(xué)反應(yīng)使飼料中的淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等復(fù)雜大分子有機物降解為動物易消化吸收的單糖、低聚糖和氨基酸等小分子物質(zhì)，使飼料適口性改善，營養(yǎng)水平提高。

3.2 促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收，產(chǎn)生多種有益代謝物

益生菌在動物腸道內(nèi)能合成多種維生素、氨基酸和核酸，促進(jìn)動物對蛋白質(zhì)、糖分、脂肪以及各種離子的吸收。無機硒在酵母細(xì)胞發(fā)酵過程中可轉(zhuǎn)化為有機硒，硒的毒性降低并轉(zhuǎn)移到有機大分子物質(zhì)上，經(jīng)益生菌轉(zhuǎn)化，人體吸收比率將提高20倍，粗蛋白、鈣、磷和其他一些營養(yǎng)物質(zhì)的消化也有所提高。

3.3 維持動物菌腸道菌群平衡

益生菌在腸道中產(chǎn)生的氨基氧化酶、氨基轉(zhuǎn)移酶等有害物質(zhì)利用酶，可以降低腸道中游離的氨及吲哚等有害物質(zhì)，使排泄物和體液中的氨減少，糞物中大量的活菌體得以繼續(xù)利用剩余氨改善飼養(yǎng)環(huán)境。Sheng等[4]在母豬飼料中添加乳酸菌及枯草芽孢桿菌后進(jìn)行厭氧發(fā)酵，與未發(fā)酵時相比，發(fā)酵飼料中還原態(tài)的銅、鐵含量顯著增加，氧化態(tài)的銅、鐵含量減少，豬糞pH值升高(P<0.05)，豬糞糞臭素濃度顯著降低(P<0.01)。此外，益生菌還能粘附到腸壁細(xì)胞上起防御作用，競爭性地抑制和排斥病原菌。

3.4 增強免疫力，提高動物生產(chǎn)性能

益生菌能夠提高干擾素和巨噬細(xì)胞的活性，分泌產(chǎn)生特異性免疫調(diào)節(jié)因子從而激發(fā)機體免疫功能，及時殺滅入侵的致病菌，增強機體免疫力，大幅度降低發(fā)病率和死淘率。經(jīng)益生菌發(fā)酵過的飼料帶有特殊香味，適口性好，能刺激食欲，提高采食量，同時產(chǎn)生的有益代謝物轉(zhuǎn)化利用率高，可提高動物的生產(chǎn)性能。盧慧[5]經(jīng)研究證實益生菌發(fā)酵飼料能夠提高泌乳奶牛的產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)，奶牛平均日產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)乳提高了11.5%，對比粗蛋白和干物質(zhì)的消化吸收狀況，飼糧各養(yǎng)分的表觀消化率都有所提高。

3.5 改善環(huán)境

益生菌可以抑制腸道內(nèi)腐敗菌的生成，減少產(chǎn)生氨、生物胺、吲哚等有害物質(zhì)，芽孢桿菌產(chǎn)生的氨基氧化酶及分解硫化氫的酶類可降解吲哚類物質(zhì)。益生菌飼料喂養(yǎng)的家畜，其畜禽舍內(nèi)氨氣、硫化氫的濃度和臭味降低，污染減少，改善了環(huán)境。

4 益生菌發(fā)酵法降解豆粕抗?fàn)I養(yǎng)因子的作用機理

4.1 發(fā)酵豆粕的益生菌種類

國內(nèi)外常用益生菌大致分為三類，第一類是包括干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌等的厭氧乳桿菌屬；第二類是包括短雙歧桿菌、長雙歧桿菌等的嚴(yán)格厭氧雙歧桿菌屬；第三類是包括糞腸球菌、乳腸球菌等的兼性厭氧球菌屬，還有一些酵母菌與需氧菌等也可歸入益生菌范疇。目前市場上用于飼料發(fā)酵的益生菌種類主要是乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌和霉菌。

4.2 益生菌發(fā)酵法降解豆粕抗?fàn)I養(yǎng)因子的作用機理

按發(fā)酵所用微生物種類進(jìn)行劃分，可分為單一菌種發(fā)酵和復(fù)合菌種發(fā)酵。

單一菌種發(fā)酵一般使用絲狀真菌，絲狀真菌分泌的水解酶可以降解抗?fàn)I養(yǎng)因子來提高蛋白質(zhì)、多肽含量。魏曼琳等[6]分別在質(zhì)量為4%、5%、6%的豆粕中添加乳酸菌，在37℃條件下發(fā)酵，又在48和72小時對各組試樣的粗蛋白含量和脲酶活性進(jìn)行測定，結(jié)果表明，乳酸菌添加量為4%時效果最佳，既不會顯著降低豆粕的粗蛋白含量，又有效降低了脲酶活性。張佳斌等[7]以枯草芽孢桿菌作為單一菌種發(fā)酵豆粕，在料水比（m/V)為1:1，接種量為5%，發(fā)酵溫度為37℃，發(fā)酵時間為48h條件下，豆粕中的粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到62.3%；

單一菌種雖可對豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行部分降解，但多種益生菌復(fù)合發(fā)酵的效果顯著優(yōu)于單一菌種。侯楠楠等[8]采用乳酸菌和釀酒酵母等組成對豆粕與玉米粉和麩皮粉混合物（38:1:1）進(jìn)行發(fā)酵，在料水比5:4，接種量2.0%的條件下，經(jīng)32℃恒溫密封發(fā)酵72 h，乳酸菌和酵母菌數(shù)量顯著提高，粗蛋白質(zhì)、酸溶蛋白和總酸的含量也有所增加，其中粗蛋白質(zhì)含量較原有含量提高6.07%，酸溶蛋白含量和總酸含量分別是對照組的3.87倍和5.23倍，而大腸桿菌和霉菌的數(shù)量得到降低。

5 益生菌發(fā)酵法降解豆粕抗?fàn)I養(yǎng)因子的發(fā)酵工藝

5.1 固態(tài)發(fā)酵

益生菌固態(tài)發(fā)酵是在有少量游離水的固態(tài)濕培養(yǎng)基上，有益微生物在適當(dāng)條件下經(jīng)厭氧或好氧進(jìn)行發(fā)酵。大多數(shù)的固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)的含水量控制在60%以下。此過程不要求嚴(yán)格無菌，且無廢水排除，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)出率高。益生菌固體發(fā)酵飼料可大致分為全價益生菌發(fā)酵飼料、益生菌發(fā)酵濃縮飼料、發(fā)酵豆粕、酵母培養(yǎng)物和其他發(fā)酵產(chǎn)品。趙志軍等[9]將貝萊斯芽孢桿菌誘變?yōu)楦弋a(chǎn)突變菌株D27并固態(tài)發(fā)酵，在接種量為3%，33℃條件下培養(yǎng)6 d，酯化酶酶活力最高為89.52 U/100g，較初始菌株提高了137%。王梅等[10]利用乳酸菌、酵母菌、芽孢菌、釀酒酵母三種不同組合的菌種固態(tài)發(fā)酵豆粕，結(jié)果顯示益生菌數(shù)量、粗蛋白與酸溶蛋白含量均顯著增高（P<0.05）。

5.2 液態(tài)發(fā)酵

益生菌液體發(fā)酵是在生化反應(yīng)器中，將微生物生產(chǎn)過程所需的糖類、碳源、無機鹽及其他營養(yǎng)物質(zhì)溶解在水中作為培養(yǎng)基，通入無菌空氣并加以攪拌，為微生物菌種生長代謝提供所需的氧氣，并控制適宜的外界條件使微生物大量生長繁殖。液體發(fā)酵飼料能夠改善飼料的消化特性、提高飼料利用率和預(yù)防腹瀉。目前被廣大研究者認(rèn)可的液體發(fā)酵飼料指標(biāo)為：pH<4.5、LAB>9log10 CFU/mL、乳酸含量>150 mmol/L、乙酸含量<40mmol/L、酒精含量<0.8mmol/L。

固體發(fā)酵底物提供了微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)和場所，但固體發(fā)酵產(chǎn)量低，勞動力強度大，且易受雜菌污染，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。而液體發(fā)酵的培養(yǎng)基含水量少，廢渣廢液少，具有易處理，能源消耗低，設(shè)備和技術(shù)簡便，投入成本低等優(yōu)點。

6 展望

發(fā)酵豆粕是運用最多的一種植物性蛋白飼料，作為飼料行業(yè)的主要技術(shù)突破口，深入研究并擴展其在畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用是未來發(fā)展的必然趨勢。雖然發(fā)酵豆粕技術(shù)日漸完善，但仍存在一些問題。如發(fā)酵菌株種類多、性質(zhì)不穩(wěn)定且耐受性差，受到保藏條件、發(fā)酵工藝、生產(chǎn)環(huán)境的影響會發(fā)生變異或退化，甚至產(chǎn)生安全性問題。此外，國內(nèi)外對發(fā)酵飼料的應(yīng)用研究還停留在表層，對其活性有效成分對動物生長及免疫等進(jìn)行調(diào)控的原理還缺乏系統(tǒng)性研究論述，因此，篩選出保存性能優(yōu)秀又穩(wěn)定的發(fā)酵菌株，并深入開展其在動物體內(nèi)作用機制的研究等仍是未來發(fā)酵飼料的研究重點。最后，國家標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)督管理機制在益生菌發(fā)酵飼料的生產(chǎn)工藝、保藏運輸和養(yǎng)殖應(yīng)用過程等方面的統(tǒng)一和完善也為發(fā)酵豆粕的研究作出保證。