固態(tài)發(fā)酵豆粕在飼料中的研究應(yīng)用

蔡 晶 王 影

摘要:近幾年來(lái),大豆的副產(chǎn)物豆粕的深加工和綜合利用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。此文從豆粕的組成、營(yíng)養(yǎng)成份、抗?fàn)I養(yǎng)因子等方面入手,著重介紹了豆粕的特點(diǎn)以及近年來(lái)發(fā)酵豆粕的發(fā)展及研究成果。概括發(fā)酵豆粕的用途、工藝流程和優(yōu)缺點(diǎn)。并對(duì)固態(tài)發(fā)酵豆粕在飼料中的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞:豆粕;固態(tài)發(fā)酵;大豆肽;發(fā)展前景

豆粕大部分用作飼料,少部分用于發(fā)酵食品生產(chǎn),以豆粕為原料進(jìn)行深加工和綜合利用的研究相對(duì)薄弱。

常見(jiàn)的加工豆粕方法是酶解豆粕和發(fā)酵豆粕,即利用現(xiàn)代生物技術(shù)將大豆蛋白通過(guò)蛋白酶酶解或微生物發(fā)酵降解為可溶性蛋白和小分子多肽的混合物。經(jīng)過(guò)酶解或發(fā)酵處理的蛋白由于比傳統(tǒng)大豆中蛋白質(zhì)更易于吸收、低抗原等特點(diǎn),被認(rèn)為是幼齡動(dòng)物飼料的理想植物蛋白。

酶解豆粕主要用于大豆肽的液態(tài)生產(chǎn)。它存在一系列的限制因素,首先蛋白質(zhì)水解過(guò)程中產(chǎn)生的苦味、臭味無(wú)法完全抑制,尤其是大規(guī)模生產(chǎn)中,降低和脫除水解過(guò)程中的苦味和臭味需要很高的成本。較高的價(jià)格是限制大豆肽進(jìn)入市場(chǎng)的主要原因。其次用于水解的酶制劑僅限于食品工業(yè)中的常用幾種,單一或混合使用均無(wú)法徹底消除水解過(guò)程中產(chǎn)生的苦味和臭味。尋找克服水解過(guò)程中的苦味的蛋白酶,任務(wù)非常艱巨。且水解度難以控制。

隨著固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的改進(jìn)和完善,固態(tài)發(fā)酵不僅可以應(yīng)用于液態(tài)生產(chǎn)不能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程,而且可以彌補(bǔ)液態(tài)生產(chǎn)的不足與缺陷。應(yīng)用現(xiàn)代固體發(fā)酵技術(shù)能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),而且其投資規(guī)模和生產(chǎn)成本往往要比液態(tài)法低,更重要的是現(xiàn)代固態(tài)發(fā)酵往往沒(méi)有影響環(huán)境的污染廢物產(chǎn)生,在食品加工業(yè)中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。固態(tài)發(fā)酵其中一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域就是利用微生物轉(zhuǎn)化農(nóng)作物及其副產(chǎn)物,以提高它們的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,減少對(duì)環(huán)境的污染。經(jīng)研究表明,豆粕經(jīng)固態(tài)發(fā)酵則可有效提高蛋白質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化率。

豆粕中的大豆蛋白含量很高,在43.0%～55.0%之間,而且其中80.0%以上都是水溶性蛋白。其中賴(lài)氨酸2.5%～3.0%、色氨酸0.6%～0.7%、蛋氨酸0.5%～0.7%、胱氨酸0.5%～0.8%、胡蘿卜素0.2mg/kg～0.4mg/kg、硫胺素3mg/kg～6mg/kg、核黃素3mg/kg～6mg/kg、煙酸15mg/kg～30mg/kg、膽堿2200mg/kg～2800mg/kg。

1 固態(tài)發(fā)酵豆粕的工藝流程

微生物發(fā)酵豆粕采用生物發(fā)酵工程技術(shù),通過(guò)發(fā)酵過(guò)程中微生物分泌的酶將豆粕中的部分蛋白酶解為分子量3000以上的大豆肽。

2 發(fā)酵選用菌種

微生物發(fā)酵豆粕常用菌種:乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌等。

季偉等利用產(chǎn)Nisin的乳酸鏈球菌發(fā)酵豆粕。豆粕經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后有酸甜芳香的氣味,pH值下降,能有效改善豆粕的適口性,促進(jìn)畜禽生長(zhǎng),同時(shí)可以降低抗生素、酸化劑的添加量,降低飼料成本。

除此之外,霉菌也經(jīng)常被研究人員用于固態(tài)發(fā)酵豆粕的生產(chǎn),且常常與其他菌種混合發(fā)酵。莫重文等人采用米曲霉和啤酒酵母混合菌株固態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)發(fā)酵豆粕,利用霉菌產(chǎn)生的多種酶系,降解其中的纖維素及蛋白質(zhì)等物質(zhì),利用酵母菌合成菌體蛋白。得到的發(fā)酵豆粕中粗蛋白含量可達(dá)49.10%,比原料中增加12.1%。而劉超[7]等用米曲霉菌和酵母菌以麩皮和豆餅粉為主要底物,30℃混合固態(tài)發(fā)酵36h。獲得了酸性蛋白酶活力達(dá)l440U/g、酵母菌數(shù)6.29×109個(gè)/g、粗蛋白質(zhì)高達(dá)70.56%(其中小肽10.12%)、還原糖8%的新型蛋白飼料。從而獲得一條富含小肽的新型蛋白飼料生產(chǎn)工藝。

由此可知,用于固態(tài)發(fā)酵的菌種范圍廣泛、常見(jiàn)、易于獲得。

3 固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)豆粕過(guò)程

發(fā)酵過(guò)程中分為好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵。在發(fā)酵前期采用好氧發(fā)酵,促使芽孢桿菌、酵母菌等好氧微生物繁殖生長(zhǎng),同時(shí)芽孢桿菌、酵母菌分泌產(chǎn)生大量酶類(lèi)、維生素等活性產(chǎn)物促進(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)。后期的厭氧發(fā)酵,促進(jìn)乳酸菌的增殖,并產(chǎn)生大量乳酸。微生物在無(wú)氧條件下發(fā)生強(qiáng)制自溶,細(xì)胞中的胞內(nèi)酶及其他生物活性成分分泌出來(lái)。厭氧發(fā)酵時(shí)蛋白酶發(fā)生酶解反應(yīng),并產(chǎn)生香味物質(zhì)。

綜合好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn),將兩者結(jié)合起來(lái)用于發(fā)酵豆粕基本可以達(dá)到以下指標(biāo):發(fā)酵酶解產(chǎn)生的小肽占豆粕中粗蛋白含量的30%,占成品的10%。

發(fā)酵豆粕與酶解相比風(fēng)味得到極大改善,且產(chǎn)生大量生物活性成分,但分子量多在5000～10,000之間,屬于多肽范疇,離大豆寡肽、小肽的生理活性、易吸收性距離很大,所以成本相對(duì)也比較低。因此越來(lái)越多的學(xué)者及研究人員研究固態(tài)發(fā)酵法發(fā)酵豆粕。

4 固態(tài)發(fā)酵豆粕的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

將豆粕通過(guò)生物發(fā)酵處理后,使豆粕中的各種抗原成分、抗?fàn)I養(yǎng)因子被有效降低去除,豆粕中的蛋白質(zhì)被分解成大量的植物小肽。這種無(wú)抗原的植物小肽吸收率高,可作為斷奶仔豬、幼禽、蝦蟹,尤其是許多高檔經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的優(yōu)良蛋白質(zhì)來(lái)源。這一產(chǎn)品的推廣應(yīng)用,將大大降低飼料工業(yè)對(duì)魚(yú)粉等動(dòng)物性飼料的依賴(lài)性,為我國(guó)節(jié)省大量用于進(jìn)口魚(yú)粉的外匯,推動(dòng)飼料工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步,同時(shí)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

由于幼畜(特別是對(duì)于早期斷奶的動(dòng)物)的消化酶系統(tǒng)尚未發(fā)育完全,對(duì)于植物蛋白質(zhì)的消化能力較弱。而大豆肽中富含許多小肽,能直接被動(dòng)物吸收,而且大豆肽抗原性較低,幼畜使用后發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)的概率大大降低。利用多菌種、多溫相、多重發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)的新型發(fā)酵豆粕在水產(chǎn)飼料中應(yīng)用后,可明顯抑制消化道疾病的發(fā)生;提高動(dòng)物機(jī)體免疫力,促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng);同時(shí)可大幅度減少疫苗、抗生素等藥物使用量;提高水產(chǎn)動(dòng)物的成活率;減少對(duì)環(huán)境的污染,社會(huì)效益和生態(tài)效益明顯。

在早期斷奶仔豬飼料中添加大豆肽作為血漿蛋白粉的替代品,大豆肽可以部分替代中華鱉和鰻魚(yú)人工配合飼料中的白魚(yú)粉,日均增質(zhì)量率、餌料系數(shù)、特定生長(zhǎng)率等無(wú)顯著性差異。陳萱等(2005)用經(jīng)微生物混菌發(fā)酵的豆粕與未經(jīng)發(fā)酵的豆粕依不同比例混合,連續(xù)投喂異育銀鯽(Carassius auratus gibelio)30d后,發(fā)現(xiàn)隨著飼料中發(fā)酵豆粕添加量的上升,供試異育銀鯽不僅增重量有所提高,各項(xiàng)非特異性免疫指標(biāo)也有所改善。

5 發(fā)酵豆粕在飼料中應(yīng)用推廣面臨的問(wèn)題

從當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看,發(fā)酵豆粕生產(chǎn)仍處于研究和試制階段,國(guó)內(nèi)還沒(méi)形成大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)。目前,其應(yīng)用推廣存在以下主要問(wèn)題。

5.1 影響大豆肽作用效果因素的研究

雖然很多研究證實(shí)了大豆肽能提高畜禽水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)速度,改善飼料利用率,但大豆肽的吸收和利用效果也將受到多種因素的影響。大豆肽的主要成分為小肽,和其他小肽一樣。因此,大豆肽的消化吸收效果將受到動(dòng)物因素(如動(dòng)物種類(lèi)、年齡和生理階段等)、日糧蛋白質(zhì)的含量和品質(zhì)、大豆肽的理化性質(zhì)和大豆肽的用量等因素的影響。現(xiàn)在,對(duì)影響大豆肽作用效果因素及解決措施,還沒(méi)有形成相對(duì)深入廣泛的研究。對(duì)其進(jìn)一步的研究,是大豆肽在飼料中推廣應(yīng)用的前提和保障。

5.2 潛在的毒性問(wèn)題

大豆與發(fā)酵大豆產(chǎn)品已食用了幾千年,沒(méi)有明顯的副作用。肽一般在胃腸道蛋白質(zhì)消化過(guò)程中生成,消化過(guò)程釋放產(chǎn)生毒性肽的幾率是十分微小的,現(xiàn)尚無(wú)出現(xiàn)毒性肽的報(bào)道。但是大豆肽的生產(chǎn)涉及生產(chǎn)工藝及其發(fā)酵、酶解選用的菌種及酶等,需要注意其安全性。

6 結(jié)論

發(fā)酵豆粕飼料作為繼配合飼料、膨化飼料之后新的工業(yè)飼料將得到推廣應(yīng)用,它可避免配合飼料污染、殘留和膨化飼料高耗能以及高溫、高壓對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損害等問(wèn)題,以品質(zhì)良好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高和價(jià)格低廉贏得人們的青睞。