微生物發(fā)酵豆粕產活性大豆肽飼料的研究進展

■馬 靜

（遼寧威蘭生物技術有限責任公司，遼寧沈陽 110000）

1 豆粕和微生物發(fā)酵豆粕

面對中國畜牧業(yè)和飼料工業(yè)發(fā)展速度快、規(guī)模大的現(xiàn)狀，為了減少我國飼料工業(yè)對魚粉等昂貴動物蛋白源的依賴，開發(fā)、研制出更廉價易得的蛋白源產品來滿足動物對飼料蛋白營養(yǎng)的需要至關重要。大豆粕中因含有豐富的營養(yǎng)成分成為一種重要的植物蛋白源，豆粕中的大豆蛋白含量在43.0%～55.0%之間，多數(shù)為水溶性蛋白，除蛋白質外還含有其他豐富的營養(yǎng)物質，是魚類和單胃動物良好的日糧蛋白源。但是，豆粕中因含有的蛋白酶抑制劑（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，影響了動物機體對豆粕中營養(yǎng)物質的充分利用，不但阻礙了動物腸道對豆粕中營養(yǎng)成分的消化、吸收和利用，而且嚴重地危害了動物機體的健康生長。目前，為了有效提高豆粕的蛋白利用率和營養(yǎng)價值，應用微生物發(fā)酵技術處理豆粕的研究成為熱點。經研究表明，微生物發(fā)酵豆粕不但可以有效地去除豆粕中的植物凝集素、脲酶、蛋白酶抑制劑等抗營養(yǎng)因子，而且能夠使抗原蛋白的含量明顯降低，同時增加了游離氨基酸、活性大豆肽等營養(yǎng)物質的含量，提高了豆粕的應用價值的同時使飼料具有較好的動物適口性。

微生物發(fā)酵豆粕是國內近年來發(fā)展起來的，利用微生物發(fā)酵技術處理豆粕使其含有高活性大豆肽的一種新型的植物蛋白源飼料，其早在歐洲形成產業(yè)化，近年來從臺灣省傳到大陸后逐漸興起。發(fā)酵豆粕主要以豆粕（≥95%）為原料，以麩皮、玉米皮等為輔助原料，使用微生物菌種進行固態(tài)發(fā)酵，再經干燥等工藝制成的蛋白質飼料產品，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，通過微生物發(fā)酵，豆粕中的抗營養(yǎng)因子被有效降解，小分子蛋白的比例提高。與傳統(tǒng)豆粕相比，經微生物發(fā)酵后的豆粕不僅使抗營養(yǎng)成分降解，并且富含活性大豆肽和營養(yǎng)物質，更利于動物吸收利用，減少能量消耗，具有更大的應用價值。

2 微生物發(fā)酵豆粕產活性大豆肽飼料的特點

研究顯示，通過枯草芽孢桿菌、酵母菌等益生菌發(fā)酵處理豆粕后，可以使豆粕中的各種抗營養(yǎng)因子有效地降低或去除，同時可以將其中的大分子蛋白質有序降解為多肽、小肽及游離氨基酸，并且富含蛋白酶、有機酸以及消化酶、益生菌和未知生長因子等多種營養(yǎng)物質。微生物發(fā)酵豆粕具有較多的特點和優(yōu)勢，通過微生物發(fā)酵使豆粕中的抗營養(yǎng)因子降解，無刺激作用、無抗原作用，無藥物殘留，因而利用發(fā)酵豆粕可以更有效地優(yōu)化動物蛋白質日糧，使日糧更安全、更多營養(yǎng)，更適合作為動物的植物性蛋白源飼料。

2.1 改善營養(yǎng)價值

傳統(tǒng)營養(yǎng)學認為，在動物消化道內的蛋白酶和肽酶作用下，蛋白質只有降解為游離氨基酸才可以被動物吸收利用。但是，有研究表明，動物飼喂低蛋白質氨基酸平衡日糧或理想氨基酸模式配制的日糧時，動物并不能達到預期的最佳生產性能。因此，學術界提出了動物可以吸收、利用蛋白質本身或肽的觀點。試驗證明，循環(huán)中的小肽能直接參與組織蛋白質的合成，并且小肽轉運系統(tǒng)速度快、耗能低及不易飽和等。活性大豆肽不僅作為營養(yǎng)物質，還可以作為機體生理活性調節(jié)物，活性大豆肽也可以直接被組織蛋白質合成利用，參與組織蛋白質的合成與調節(jié)。也有研究認為，大豆蛋白中草酸、植酸、纖維、單寧及其他多酚等物質顯著抑制了動物機體對鐵、鈣、鋅等金屬離子的利用，而小分子的肽可以通過與這些金屬離子形成螯合物后在小腸中進行主動轉運，吸收速率更快。豆粕經微生物發(fā)酵，不僅使可利用蛋白含量提高，而且富含活性大豆肽、消化酶、有機酸、小肽、維生素、氨基酸等，具有重要的營養(yǎng)功能。由于大豆多肽吸收率高，富含活性大豆肽的發(fā)酵豆粕可作為斷奶仔豬、蝦蟹、幼禽及高檔經濟動物的蛋白質來源。

2.2 有效去除抗營養(yǎng)因子，促進腸道的消化機能

研究表明，腸道既是消化器官，也是免疫器官，消化不良會導致動物機體的抗病能力下降、食欲不振、采食量不足、胃腸道功能紊亂，對營養(yǎng)的吸收率下降，直接影響動物的生產性能。豆粕中含有的抗營養(yǎng)物質，嚴重阻礙了動物機體對豆粕中營養(yǎng)物質的吸收、利用，如抗原蛋白具有抗原性和致敏性，刺激機體產生抗體，從而出現(xiàn)腸道過敏反應，這是引起動物腹瀉的主要原因；此外，不良寡糖在動物小腸內不能水解，進入消化道后被微生物利用，發(fā)酵產生大量氣體，導致動物胃腸脹氣和腹痛；此外，所含有的植酸可以與金屬離子形成穩(wěn)定的植酸鹽，與蛋白質、脂肪、淀粉結合后降低蛋白酶及脂肪酶的活性，從而導致飼養(yǎng)動物消化不良。通過微生物發(fā)酵處理豆粕，可以將豆粕中的抗原降解，如胰蛋白酶抑制因子、大豆凝血素、植酸等，更有利于動物腸道對營養(yǎng)物質的吸收和利用。有研究顯示，使用產蛋白酶菌發(fā)酵豆粕，可以完全消除豆粕胰蛋白酶抑制因子。另一方面，微生物發(fā)酵豆粕中的活性肽對腸道內益生菌群的生長與繁殖以及體內菌體蛋白的合成有促進作用，可以提高動物腸道微生物的消化能力，而且發(fā)酵豆粕中還含有多種生物活性因子，這些活性因子有利于動物腸道菌群的平衡，這對動物機體的腸道消化機能及其健康有重要作用。

2.3 替代部分抗生素

左玉幫研究結果表明，豆粕中含有大豆異黃酮（Soybean Isoflavones,ISO），它是重要的生理活性物質，有較強的抗菌活性。楊國峰等研究發(fā)現(xiàn)，豆粕發(fā)酵后異黃酮的抗氧化、抗菌能力明顯增強。此外，發(fā)酵豆粕中活性大豆肽抗菌和抗病毒雙重活性，可以減少藥物的使用，改善動物腸道健康。有研究發(fā)現(xiàn)，一些糖肽、脂肽和環(huán)狀肽具有抗生素和抗病毒作用，可以作為健康促進劑代替抗生素的使用。此外，微生物發(fā)酵豆粕中富含有益的菌體蛋白，如乳酸鏈球菌肽，由乳酸菌產生的短肽，可以在胃內低pH值環(huán)境中穩(wěn)定存在，具有抑制腐敗菌活性的能力，也可以抑制梭狀芽孢桿菌等菌屬芽孢的形成。

2.4 改善飼料風味，提高適口性

由于不同氨基酸序列的肽能夠改變酸、咸、甜、苦這四種味覺，所以微生物發(fā)酵豆粕產生的活性大豆肽可以改善飼料的風味，并且發(fā)酵后的豆粕具有發(fā)酵的醇香味，減少豆粕本身的異味，從而提高飼料適口性。當微生物發(fā)酵豆粕后，在微生物酶的作用下，能對豆粕中的苦味肽基團進行部分的修飾和重組，使小肽和小肽之間，小肽和氨基酸之間發(fā)生重排或是移位，從而獲得無苦味或無異味的發(fā)酵產品。有研究發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白酶解物中存在多種改善風味的肽，如鳥氨酸-B-丙氨酸是一種強烈的苦味肽，天冬酰苯丙氨酸甲酯是一種強烈的甜味劑，此外，Val-Glu、Gly-Leu和Pro-Glu等也是一類風味增強肽?？梢岳秒脑鰪婏L味，飼料中含有活性肽可以提高適口性和誘食性。

2.5 原料綠色、來源豐富，降低成本

與魚粉、蛋白粉、肉骨粉等動物源性蛋白質飼料相比，植物性蛋白源飼料來源豐富、綠色，在加工過程中具有營養(yǎng)優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，產品應用安全、無化學殘留。發(fā)酵豆粕中可利用蛋白能夠滿足動物機體對蛋白能源的需求，減少了對高價魚粉的使用，從而節(jié)約了成本。由于豆粕易得且廉價，降低了原料成本，因發(fā)酵過程簡單、無害，也減少了其他費用，所以使用微生物發(fā)酵豆粕降低了養(yǎng)殖戶的成本。另外，因微生物發(fā)酵豆粕含有多種營養(yǎng)物質，可以降低酶制劑、酸化劑及治療藥物的用量，如微生物發(fā)酵豆粕含有益生菌，在養(yǎng)殖過程中無需使用微生態(tài)制劑。所以，微生物發(fā)酵豆粕這種植物性蛋白源飼料對養(yǎng)殖業(yè)具有重要的應用價值。

3 微生物發(fā)酵豆粕產活性大豆肽飼料的生產工藝

微生物發(fā)酵菌種的選擇及固態(tài)發(fā)酵過程中工藝參數(shù)對產品質量具有重要的影響，為了提高發(fā)酵豆粕的品質，對微生物發(fā)酵豆粕的菌種和工藝進行研究必不可少。

3.1 發(fā)酵菌種的選擇

目前，乳酸菌、酵母菌、米曲霉、芽孢桿菌是發(fā)酵豆粕主要使用的幾種菌種。通常在發(fā)酵過程中幾種菌的接種量有所差異，一般情況為：酵母菌5%～10%，細菌1%～5%，霉菌7%～15%。實際生產中，可以通過單菌或者混菌種來開發(fā)出不同功能性的高活性大豆肽飼料。

劉海燕研究證明，乳酸菌發(fā)酵豆粕能顯著增加游離氨基酸含量，豆粕中的總糖含量經過發(fā)酵后會減少，還原糖含量增加。季偉等使用可以產Nisin（乳酸鏈球菌素）的乳酸鏈球菌進行豆粕發(fā)酵，發(fā)酵后所含的生物量達到1.03 g/kg，Nisin效價達到997 IU/g，對飼料的細菌具有抑制作用。馬文強等利用枯草芽孢桿菌、酵母和乳酸菌混合發(fā)酵豆粕，并且對發(fā)酵前后的營養(yǎng)成分進行了分析，結果表明，發(fā)酵后粗蛋白和粗脂肪含量分別提高了13.48%和18.18%，氨基酸提高了11.49%，磷的含量在發(fā)酵后也提高了55.56%。周伏忠等利用乳酸桿菌、芽孢桿菌和曲霉菌多菌種混合發(fā)酵豆粕，結果顯示，發(fā)酵后豆粕中的大分子蛋白降解為易吸收的大豆肽，而且發(fā)酵豆粕中含有大量活性益生菌。何勇錦等采用枯草芽孢桿菌KJ發(fā)酵豆粕，發(fā)酵48 h后，豆粕粉蛋白中小分子肽含量達58.86%，與未發(fā)酵豆粕相比提高了37.99%。在發(fā)酵豆粕的實際生產過程中，使用單一菌種或多菌種混合發(fā)酵得到的各項指標參數(shù)和質量有所差異。

3.2 生產工藝

在發(fā)酵生產過程中，工藝條件嚴重影響著微生物發(fā)酵豆粕產活性大豆肽飼料的質量，因此，需要對原料的狀態(tài)，如含水量、底物組成、pH值等，以及發(fā)酵條件，如發(fā)酵時間、溫度、菌種的組成和接種量、通氣量等進行選擇和優(yōu)化。在發(fā)酵過程中，發(fā)酵用菌種的接種量通常為10%，發(fā)酵溫度與菌種的生長溫度相關，一般在25～30℃間，最適pH值為7，發(fā)酵時間控制在2～5 d較佳，由于濕度較低會導致發(fā)酵時間的延長和效率低，而濕度過高易滋生其他雜菌從而產生霉變，所以濕度一般控制在50%～95%。發(fā)酵豆粕的味道、色澤及活性大豆肽及營養(yǎng)成分的含量等品質會因發(fā)酵工藝的影響有所區(qū)別。處理豆粕的方法有很多，包括物理方法（熱失活方法、水浸泡方法、機械加工方法）、化學方法以及生物處理方法（作物育種方法、酶制劑處理方法、微生物處理方法），以上方法各有利弊。目前，我國生物降解豆粕的生產工藝主要有兩種：酶解法和微生物發(fā)酵法，其中液態(tài)發(fā)酵技術和固態(tài)發(fā)酵技術是主要的微生物發(fā)酵豆粕的技術方法。由于液體發(fā)酵的設備造價高、發(fā)酵過程中的廢液排放易造成環(huán)境污染、處理成本高等缺點而不易被采用，綜合考慮環(huán)保和經濟方面，目前發(fā)酵豆粕多采用固體發(fā)酵，在發(fā)酵過程中發(fā)酵底物與種子液按比例均勻混合，在適當?shù)臈l件下進行固體發(fā)酵，再經過干燥等工藝制成發(fā)酵豆粕成品。

4 微生物發(fā)酵豆粕產活性大豆肽飼料的應用

研究表明，幼畜體內的消化酶系統(tǒng)發(fā)育尚不完全，對植物蛋白質的消化吸收能力較薄弱，而在發(fā)酵豆粕中大豆肽抗原性較低并且富含易消化吸收的小肽，還具有過敏性低、能促進脂肪及礦物質等營養(yǎng)元素的吸收等特性，能直接被動物吸收，因而使幼畜發(fā)生過敏反應的概率大大降低，有利于提高畜禽的生產性能和畜禽產品品質。所以，微生物發(fā)酵豆粕產活性大豆肽飼料在畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)中的應用研究越來越廣泛。

4.1 在畜類養(yǎng)殖上的應用

目前，微生物發(fā)酵豆粕產活性大豆肽飼料主要應用于斷奶仔豬。單達聰?shù)妊芯勘砻?，用發(fā)酵豆粕替代普通豆粕飼喂斷奶仔豬，血清白蛋白和白球比分別提高18.73%和11.11%，日增重提高14.5%，料重比降低9.5%，腹瀉率降低29.1%，死淘率降低50%。徐述亮等研究表明，飼喂發(fā)酵豆粕可顯著提高22～35日齡仔豬的平均日增重，極顯著降低料重比，降低腹瀉率。Min等按2.5%、5.0%和7.5%的比例在斷奶仔豬的日糧中添加發(fā)酵豆粕，研究不同比例的發(fā)酵豆粕對斷奶仔豬的生長性能及營養(yǎng)物質消化率的影響，結果顯示，隨著發(fā)酵豆粕用量的增加，仔豬全期平均日增重和平均日采食量也隨之顯著提高，并發(fā)現(xiàn)飼喂發(fā)酵豆粕可以提高干物質及氮的表觀全腸道消化率。Kim等以20%、40%和60%的比例用發(fā)酵豆粕等量替代豆粕飼喂斷奶仔豬，結果與Min等研究結果相類似。Yang等研究了米曲霉發(fā)酵豆粕及米曲霉和枯草芽孢桿菌混合發(fā)酵豆粕對斷奶仔豬生長性能的影響，結果表明，飼喂兩種發(fā)酵豆粕均顯著提高斷奶仔豬的平均日增重，并發(fā)現(xiàn)飼喂米曲霉和枯草芽孢桿菌混合發(fā)酵豆粕可以顯著提高干物質、粗蛋白總能和鈣的全腸道表觀消化率。劉海燕等使用發(fā)酵豆粕代替仔豬日糧中一半的豆粕和全部的豆粕，試驗結果證明，發(fā)酵豆粕不僅能降低仔豬的腹瀉率、提高仔豬的生長性能和飼料轉化率，而且可以改善仔豬的血液生化指標以及抗氧化指標。由此可見，用適當比例發(fā)酵豆粕飼喂斷奶仔豬，可以改善仔豬的腸道健康，提高仔豬的生長性能和營養(yǎng)物質消化率。

4.2 在禽類養(yǎng)殖上的應用

由于肉雞的消化道短、生長周期短，所以對飼料營養(yǎng)水平要求較高，豆粕是養(yǎng)雞生產中使用的主要植物蛋白飼料原料，但是豆粕中存在抗營養(yǎng)因子嚴重影響了肉雞對豆粕中的蛋白質的吸收和利用。而經過微生物發(fā)酵后的豆粕，富含游離氨基酸、小分子蛋白、肽類、益生菌和未知生長因子等易于吸收的有益物質，促進肉雞健康和生長。王龍昌等使用發(fā)酵豆粕飼喂肉雞，試驗結果證明，添加3%的發(fā)酵豆粕后料重比明顯降低，肉雞平均增重有所提高，糞便中的粗蛋白含量明顯降低。發(fā)酵豆粕起到了替代部分魚粉、提高經濟效益的效果。Feng等研究表明，以發(fā)酵豆粕替代日糧中的全部豆粕時，顯著提高肉雞平均日增重和平均日采食量，提高前期飼料轉化效率，飼喂發(fā)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。張紅芬等在肉仔雞日糧中添加大豆發(fā)酵肽粉，研究顯示，大豆發(fā)酵肽粉有提高肉仔雞日增重和飼料轉化率的趨勢，并且能改善肉雞的肉品質。柯祥軍等研究顯示，肉雞日糧中添加10%的發(fā)酵豆粕不但可以提高肉雞的生產性能，而且可以增強肉雞的免疫力。

4.3 在水產養(yǎng)殖中的應用

與畜禽相比，水產動物對飼料的營養(yǎng)水平及蛋白質飼料原料品質要求均較高，所使用配合飼料的蛋白質水平一般在30%～50%，所以其配合飼料中必須使用魚粉。飼喂豆粕可能會造成水產動物的生長抑制和生理異常，研究表明，發(fā)酵可以消除豆粕的這些不良影響，發(fā)酵豆粕可以替代部分魚粉。趙麗梅等研究發(fā)現(xiàn)，用發(fā)酵豆粕代替25%的魚粉用量對金鯧魚的生產性能沒有不良影響。程成榮等研究，40%以下的魚粉用發(fā)酵豆粕代替飼喂雜交羅非魚，不影響雜交羅非魚特定生長率、增重率、飼料效率以及蛋白質效率。Kim等用米曲霉發(fā)酵豆粕替代日糧中50%的豆粕飼喂鸚鵡魚幼魚，對鸚鵡魚幼魚生長性能和血液指標無顯著影響，但是顯著提高了肝臟超氧化物歧化酶的活性。

5 前景與展望

由于我國飼料工業(yè)的發(fā)展，動物性蛋白源飼料特別是魚粉，國內生產供不應求，對植物性蛋白原料需求不斷增加，豆粕因營養(yǎng)豐富、廉價易得成為目前使用最多、研究較為廣泛的植物性蛋白質飼料原料。但是，豆粕中含有多種抗營養(yǎng)物質，阻礙動物對營養(yǎng)物質的消化、吸收和代謝，嚴重影響了豆粕在動物生產上的應用價值。目前，一般認為豆粕在斷奶仔豬配合飼料中的添加比例不宜超過10%，最大添加量為15%，仔豬飼料蛋白質需求不足，被迫使用昂貴的蛋白原料，導致飼料配方成本和飼養(yǎng)成本增加，養(yǎng)殖戶、養(yǎng)殖企業(yè)的養(yǎng)殖積極性下降。因此，利用含有活性大豆肽的微生物發(fā)酵豆粕作為功能性蛋白質飼料而受到廣泛關注。以豆粕為原料進行深加工和綜合利用，具有重要的經濟價值和社會意義，而開發(fā)出價廉優(yōu)質的蛋白源對飼料工業(yè)、畜牧業(yè)具有重要意義。

然而，由于我國在這方面的研究起步晚，國內仍處于大規(guī)模產業(yè)化的初期。目前，致力于開發(fā)研制發(fā)酵豆粕的企業(yè)仍處于少數(shù)，由于生產工藝的差異，產品的品質也參差不齊。所以，目前微生物發(fā)酵豆粕產活性大豆肽飼料仍存在一些問題，如：國家沒有出臺統(tǒng)一的標準，不同企業(yè)生產出來的發(fā)酵豆粕質量不一；發(fā)酵工藝對發(fā)酵豆粕中活性肽含量的影響；目前生產發(fā)酵豆粕的企業(yè)小而少，生產規(guī)模小，為了節(jié)約成本利用低質的原料生產，導致質量參差不齊；發(fā)酵豆粕產活性大豆肽飼料在配合動物日糧時對其他營養(yǎng)素的影響還是未知。如果這些問題被解決，含有高活性大豆肽的微生物發(fā)酵豆粕作為高新技術研究開發(fā)的優(yōu)質飼料蛋白質資源，將具有廣闊的開發(fā)應用前景，也將產生巨大的經濟效益和社會效益。

（參考文獻30篇，刊略，需者可函索）