發(fā)酵麩皮的功能及在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用

夏超篤，艾 琴*，向娜娜，湛穗璋，劉小艷，方炳虎

（1. 廣東溫氏食品集團(tuán)股份有限公司，廣東云浮 527400；

2 .廣東溫氏大華農(nóng)生物科技有限公司，廣東云浮 527400）

發(fā)酵麩皮的功能及在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用

夏超篤1,2，艾 琴1,2*，向娜娜1，湛穗璋1,2，劉小艷1,2，方炳虎1,2

（1. 廣東溫氏食品集團(tuán)股份有限公司，廣東云浮 527400；

2 .廣東溫氏大華農(nóng)生物科技有限公司，廣東云浮 527400）

麩皮中含有較高的粗纖維及抗?fàn)I養(yǎng)因子，通過(guò)選擇合適的微生物組合及發(fā)酵工藝，可改變麩皮纖維的結(jié)構(gòu)、降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量、提高蛋白質(zhì)含量、降解霉菌毒素等。制備具有抗氧化功能、富含可溶性膳食纖維及低聚木糖、有機(jī)酸、益生菌及未知生長(zhǎng)因子等的生物保健飼料對(duì)促進(jìn)動(dòng)物健康生長(zhǎng)及提高麩皮附加價(jià)值具有重要的意義。本文主要綜述了發(fā)酵麩皮的功能特點(diǎn)及在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用，為發(fā)酵麩皮的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用提供參考。

發(fā)酵；麩皮；飼料；抗氧化；膳食纖維

近年來(lái)，隨著人們對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)及高質(zhì)量食品的關(guān)注，小麥麩皮逐漸進(jìn)入食品保健品領(lǐng)域。但由于其粗纖維及不溶性膳食纖維含量高，影響口感，同時(shí)容易被嘔吐毒素污染等原因，限制了其在食品及飼料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。我國(guó)小麥麩皮資源豐富，每年大約有兩千多萬(wàn)噸的麩皮副產(chǎn)品，可通過(guò)物理方式改變其特性[1]，也可通過(guò)生物方法進(jìn)行發(fā)酵處理后提高其附加價(jià)值以充分合理利用這些資源。同時(shí)隨著飼料中促生長(zhǎng)類抗生素的逐漸禁用，開(kāi)發(fā)營(yíng)養(yǎng)平衡、綠色保健飼料成為一種趨勢(shì)。生物發(fā)酵方式的價(jià)值及理念逐漸被認(rèn)可，如發(fā)酵豆粕作為優(yōu)質(zhì)蛋白原料，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，而發(fā)酵麩皮目前在動(dòng)物飼料中應(yīng)用較少，其應(yīng)有的價(jià)值被低估。本文主要綜述了麩皮發(fā)酵常用菌種及發(fā)酵麩皮的功能特點(diǎn)，為其在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用提供參考。

1 麩皮的理化特點(diǎn)

將小麥提取胚和胚乳后的殘留物統(tǒng)歸為麩皮，主要由皮層和糊粉層組成，約占小麥籽粒的22%～25%。麩皮中蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等含量較胚乳豐富，可以開(kāi)發(fā)為麥麩膳食纖維乳酸飲料，提取谷氨酸、多糖、丙酮、丁醇等[2]。同時(shí)小麥麩皮中也富含膳食纖維、葉酸、維生素B、多酚類物質(zhì)[3]。酚類化合物和活性多糖為麩皮的兩大類生理活性物質(zhì)，活性多糖主要為小麥膳食纖維等，可以調(diào)節(jié)斷奶仔豬腸道菌群結(jié)構(gòu)[4]；而酚類物質(zhì)主要包括酚酸、類黃酮及木酚素等，具有抗氧化的功能[5]。此外，麩皮中氨基酸平衡，但有較高含量的粗纖維及抗?fàn)I養(yǎng)因子，容易受嘔吐毒素等污染。麩皮成分也因小麥品種、品質(zhì)、制粉工藝條件、面粉出率的不同而有所差異。麩皮及發(fā)酵麩皮的主要營(yíng)養(yǎng)成分見(jiàn)表1。

2 麩皮發(fā)酵

麩皮通過(guò)微生物的發(fā)酵可以改變纖維的結(jié)構(gòu)[9]，降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，提高蛋白質(zhì)含量及消化率，可部分替代蛋白飼料[10]，是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料原料。

2.1 發(fā)酵菌種 常用于麩皮發(fā)酵的微生物主要有乳酸菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、霉菌等。乳酸菌是一類能利用碳水化合物產(chǎn)生乳酸的革蘭氏陽(yáng)性厭氧菌。根據(jù)乳酸菌的代謝方式可將其分為同型發(fā)酵乳酸菌和異型發(fā)酵乳酸菌。同型發(fā)酵乳酸菌的代謝產(chǎn)物是乳酸；異型發(fā)酵乳酸菌的代謝產(chǎn)物是乳酸、乙酸及二氧化碳?？莶菅挎邨U菌是好氧型、能產(chǎn)芽孢的革蘭氏陽(yáng)性菌，廣泛分布于自然界中，對(duì)人畜無(wú)毒無(wú)害，并具有廣譜的抗菌作用。而酵母菌是一類以芽殖為主的兼性厭氧型單細(xì)胞真菌，在無(wú)氧時(shí)，酵母菌可以利用底物糖類產(chǎn)生酒精等代謝產(chǎn)物；在有氧時(shí)，其可以進(jìn)行有氧發(fā)酵代謝，將有機(jī)物徹底氧化成二氧化碳和水。霉菌是絲狀真菌的統(tǒng)稱，常用于發(fā)酵的霉菌包括黑曲霉、米根霉等，以孢子的形式進(jìn)行無(wú)性或有性繁殖，是發(fā)酵工業(yè)和食品加工工業(yè)的重要菌種。

表1 麩皮及發(fā)酵麩皮營(yíng)養(yǎng)成分 %

2.2 發(fā)酵方式 在發(fā)酵過(guò)程中，根據(jù)選擇的菌種數(shù)量，可以分為單菌發(fā)酵和混菌發(fā)酵2種方式。單菌發(fā)酵主要是指純的單一菌種進(jìn)行發(fā)酵，混菌發(fā)酵是指采用2種或多種微生物的協(xié)同作用共同完成某發(fā)酵過(guò)程的一種新型發(fā)酵技術(shù)。目前由于單一菌種的微生態(tài)制劑作用效果的限制，越來(lái)越多人將目光轉(zhuǎn)向了多菌種復(fù)合發(fā)酵的研究。這是因?yàn)榛炀l(fā)酵可以產(chǎn)生復(fù)雜的酶系，從而彌補(bǔ)單一菌種產(chǎn)酶系不豐富的缺點(diǎn)。

2.3 發(fā)酵影響因素 麩皮發(fā)酵過(guò)程中主要受到培養(yǎng)溫度、外源氮的水平、培養(yǎng)發(fā)酵液的初始pH、發(fā)酵的時(shí)間、發(fā)酵液中菌種的接種數(shù)量等因素的影響。因?yàn)椴煌⑸锷L(zhǎng)所需的適宜溫度、pH不盡相同，且對(duì)菌的接種數(shù)量有要求，在一定的接種量范圍內(nèi)，增大接種量可使菌體數(shù)快速增長(zhǎng)，增加發(fā)酵中的活菌數(shù)，縮短發(fā)酵周期；但如果接種量太大，培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能滿足菌體生長(zhǎng)需要，進(jìn)而會(huì)限制菌體的生長(zhǎng)，使發(fā)酵后的活菌數(shù)減少[11]。

2.4 發(fā)酵效果 乳酸菌應(yīng)用于發(fā)酵麩皮可以產(chǎn)生乳酸等有機(jī)酸，從而降低發(fā)酵體系的pH，抑制雜菌的生長(zhǎng)[12]，同時(shí)也可以產(chǎn)生呈味氨基酸，使得發(fā)酵麩皮具有特殊的酸香味，刺激動(dòng)物食欲，促進(jìn)動(dòng)物采食，提高增重[13]。此外，使用乳酸菌發(fā)酵也可以降低麩皮中抗?fàn)I養(yǎng)因子植酸等的含量，而增加阿拉伯木聚糖（Arabinoxylans，AX）和酚酸的含量，提高小麥麩皮的抗氧化活性[14]。

枯草芽孢桿菌在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中能產(chǎn)生蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶等多種酶，這些酶可以將麩皮中的大分子蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等降解為容易被動(dòng)物消化吸收的小肽、氨基酸、低聚糖及游離脂肪酸等，既可以增加飼料的可消化性及營(yíng)養(yǎng)性，也可以消除麩皮中植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子[15]。同時(shí)枯草芽孢桿菌可以產(chǎn)生耐熱抗逆性強(qiáng)的芽孢，在高溫制粒及動(dòng)物的胃腸道中能夠存活，從而競(jìng)爭(zhēng)性地抑制腸道有害菌的生長(zhǎng)，維護(hù)動(dòng)物腸道健康[16]。酵母菌也可以分泌多種酶，且其代謝產(chǎn)物富含B族維生素，不僅對(duì)動(dòng)物的健康生長(zhǎng)具有重要意義，也可以增加麩皮可溶性阿拉伯木聚糖（SAX）、多酚含量及降低植酸含量[17]。此外，小麥麩皮經(jīng)酵母菌發(fā)酵后，發(fā)酵酸度和成分也有顯著變化[18]，并可以提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。Moore等[19]研究表明，用酵母菌固態(tài)發(fā)酵麩皮可以提高11%～12%的蛋白含量，但對(duì)麩皮纖維組成沒(méi)有顯著改變。王立克等[20]研究表明，酵母菌發(fā)酵后，麩皮粗蛋白較發(fā)酵前提高了119.59%，乙醇浸提物含量提高了73.68%，賴氨酸含量高，維生素和酶含量豐富。

在發(fā)酵體系中添加霉菌類，主要是利用霉菌（如里氏木霉）具有高產(chǎn)蛋白酶、淀粉酶及纖維素酶等特點(diǎn)，從而降解發(fā)酵底物中的蛋白質(zhì)及纖維素等成分，提高發(fā)酵麩皮的營(yíng)養(yǎng)特性及適口性[21]。同時(shí)發(fā)酵麩皮中豐富的酶系也解決了動(dòng)物內(nèi)源酶分泌不足的問(wèn)題，并且提高了動(dòng)物腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率[8]。陳洪偉等[22]利用酵母菌與高產(chǎn)纖維素酶活菌株黑曲霉之間的協(xié)同效應(yīng)，以麩皮為底物，混菌固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，結(jié)果表明發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量為25.26%，比麩皮發(fā)酵前提高了33.93%。麩皮發(fā)酵過(guò)程對(duì)其主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及功能的改善具有重要作用（表2）。

3 發(fā)酵麩皮的功能及特點(diǎn)

麩皮在經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵后，不僅降低了抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，而且增加了低聚木糖及一些生物活性物質(zhì)，同時(shí)小麥麩皮的發(fā)酵能夠產(chǎn)生重要的風(fēng)味化合物，從而使其風(fēng)味及理化性質(zhì)得到顯著改善[23]。此外，發(fā)酵麩皮具有很多功能及特點(diǎn)，例如抗氧化功能、富含可溶性膳食纖維及低聚木糖、有機(jī)酸、有益菌及未知生長(zhǎng)因子等。

3.1 發(fā)酵麩皮的抗氧化功能 由于麩皮本身含有阿魏酸，但正常情況下主要與纖維素結(jié)合形成酯鍵，不能發(fā)揮作用，通過(guò)微生物發(fā)酵能使麥麩結(jié)構(gòu)由密質(zhì)的交聯(lián)結(jié)構(gòu)變得疏松，使酚酸得以游離，提高了發(fā)酵麥麩中總酚和阿魏酸的含量，進(jìn)而能很好地清除氧自由基并促進(jìn)抗氧化能力的提高[27]。孫盈乾[26]采用固態(tài)發(fā)酵法對(duì)紫麥麩皮中酚酸釋放和抗氧化活性的研究結(jié)果表明，固態(tài)發(fā)酵麩皮的總酚含量達(dá)到463 mg GAE/g麩皮，酚酸含量達(dá)到2 084.56 μg/g麩皮。而用高活性的干酵母發(fā)酵大麥麩皮，發(fā)酵液中多酚的含量隨著發(fā)酵時(shí)間的增加呈明顯的上升趨勢(shì)，發(fā)酵6 d時(shí)其含量達(dá)到420.4 μg GAE/mL，表現(xiàn)出良好的抗氧化性能[28]。此外，納豆芽孢桿菌發(fā)酵麩皮的體外試驗(yàn)結(jié)果表明，麩皮發(fā)酵液較未發(fā)酵麩皮水提液表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗氧化活性，其抑制豬油氧化效果與維生素E接近[29]。

表2 不同菌種發(fā)酵對(duì)麩皮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及功能的改善情況

3.2 發(fā)酵麩皮富含可溶性膳食纖維與低聚木糖 膳食纖維（Dietary Fiber，DF）具有潤(rùn)便、治療肥胖、調(diào)節(jié)血糖、降低血膽固醇水平、預(yù)防高血壓等作用，主要由可溶性膳食纖維（Soluble Dietary Fiber，SDF）和不可溶性膳食纖維（Insoluble Dietary Fiber，IDF）構(gòu)成。IDF在體內(nèi)主要起到機(jī)械蠕動(dòng)的作用，并且可以增加豬腸道食糜的黏度，降低動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收；SDF可以促進(jìn)后腸有益菌的增殖，在微生物的作用下產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFA），促進(jìn)機(jī)體能量的代謝吸收，降血脂、降血壓，提高機(jī)體免疫力及抗炎等作用。而麩皮中SDF含量比較低，通過(guò)物理或者生物的方式加工可以提高其含量[30]，能更好地應(yīng)用于食品及飼料中。在菌種選擇上，有以單菌進(jìn)行的發(fā)酵，也有混菌發(fā)酵的研究。例如以普通麩皮為原料，選取黑曲霉、納豆芽孢桿菌、釀酒酵母和糞鏈球菌進(jìn)行混菌固態(tài)發(fā)酵后，麩皮中粗纖維含量由10.5%降低為5.32%[8]。也有以米根霉為發(fā)酵菌種，通過(guò)優(yōu)化培養(yǎng)條件，液態(tài)和固態(tài)發(fā)酵SDF得率分別為9.71%和8.48%，且可溶性蛋白及總蛋白含量在發(fā)酵過(guò)程中總體呈現(xiàn)的增加趨勢(shì)[24]。吳學(xué)鳳等[21]研究了小麥麩皮膳食纖維的發(fā)酵制備方法，在篩選的混菌發(fā)酵條件下，SDF含量達(dá)11.74%，提高了86.94%，符合高品質(zhì)膳食纖維的指標(biāo)要求。

3.3 發(fā)酵麩皮具有豐富的有機(jī)酸 麩皮在經(jīng)過(guò)微生物的發(fā)酵后可以產(chǎn)生對(duì)機(jī)體有益的有機(jī)酸，對(duì)于調(diào)節(jié)機(jī)體腸道pH、促進(jìn)有益菌增殖等作用明顯。同時(shí)發(fā)酵處理也提高了小麥麩皮的經(jīng)濟(jì)附加價(jià)值。在食品加工領(lǐng)域，以麩皮為原料，通過(guò)根霉菌發(fā)酵，實(shí)現(xiàn)其高效生物轉(zhuǎn)化制備富馬酸[25]；以干酪乳桿菌ET-8為發(fā)酵菌株，小麥麩皮為發(fā)酵原料生產(chǎn)乳酸[31]，并且通過(guò)預(yù)處理與培養(yǎng)發(fā)酵條件優(yōu)化等可以提高產(chǎn)酸量；通過(guò)在黑麥麩皮中添加α-淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶等，可提高產(chǎn)L-乳酸的水平[32]。這主要是利用α-淀粉酶、酸性蛋白酶、纖維素酶將麩皮水解成能被乳桿菌利用的單糖，然后由乳桿菌發(fā)酵可以獲取L-乳酸。因此，選用合適的菌種及酶，以麩皮為底物發(fā)酵產(chǎn)生各種有機(jī)酸是可行的。

3.4 發(fā)酵麩皮富含有益菌 發(fā)酵麩皮中含有大量的有益菌，如乳酸菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌等，可以在機(jī)體腸道內(nèi)與大腸桿菌及沙門氏菌等有害菌競(jìng)爭(zhēng)腸道的結(jié)合位點(diǎn)，阻止有害菌的定植，形成腸道的微生物屏障，維持機(jī)體健康。以普通麩皮為原料，選取黑曲霉、納豆芽孢桿菌、釀酒酵母和糞鏈球菌進(jìn)行混菌固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果表明發(fā)酵麩皮中有益菌總數(shù)達(dá)109個(gè)/g干物料[8]。任科潤(rùn)等[33]采用麩皮等為主要原料，采用乳酸菌和酵母菌進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，植物乳桿菌L.casei Zhang p8菌數(shù)可達(dá)39.8×108CFU/g，酵母菌S1菌數(shù)可達(dá)17.1×108CFU/g。同時(shí)大量有益菌的存在使得麩皮發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生豐富細(xì)菌代謝產(chǎn)物，如礦物質(zhì)、維生素、小肽、酶、核苷酸、未知生長(zhǎng)因子（UGF）等。

4 發(fā)酵麩皮在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用

發(fā)酵麩皮在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用研究報(bào)道較少，但已有的研究均表明發(fā)酵麩皮應(yīng)用于動(dòng)物飼料具有良好的效果。劉春雪等[7]研究表明，用發(fā)酵麩皮等量替代基礎(chǔ)日糧中5%的麩皮可以有效提高育肥豬生長(zhǎng)性能，改善肉品質(zhì)。利用麩皮發(fā)酵飼料代替麩皮飼喂的育肥豬日采食量增加了3.7%，耗料增重比下降了4.3%，同時(shí)日增重提高了8.2%[34]。曹香林等[10]進(jìn)行草魚的離體消化試驗(yàn)研究，即通過(guò)對(duì)不同比例枯草芽孢桿菌、酵母菌及乳酸菌固態(tài)發(fā)酵組合的研究，篩選出麩皮發(fā)酵的最優(yōu)條件，結(jié)果顯示最優(yōu)組發(fā)酵麩皮的粗蛋白質(zhì)提高了56.56%，且發(fā)酵麩皮的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)消化率和氨基酸生成量較發(fā)酵前也有明顯的提高。此外，Eang等[9]使用10%的發(fā)酵麩皮替代玉米飼喂肉雞，結(jié)果表明，由真菌發(fā)酵的麥麩可以增加木質(zhì)纖維素分解酶活性和提高肉雞表達(dá)抗氧化的能力。麩皮發(fā)酵后作為酵母菌飼料，可以提高畜禽蛋白質(zhì)含量，在家禽上的應(yīng)用表明，產(chǎn)蛋率可以提高20%左右[35]。

5 發(fā)酵麩皮應(yīng)用于動(dòng)物飼料存在的問(wèn)題

發(fā)酵麩皮作為生物發(fā)酵飼料原料，首先要保證所用發(fā)酵菌種的安全性，菌種的安全是保證動(dòng)物健康及食品安全的基礎(chǔ)。其次，要進(jìn)行發(fā)酵麩皮在動(dòng)物上的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)估。例如豬雞的消化代謝能、氨基酸的生物利用率等基礎(chǔ)研究，擁有這些基礎(chǔ)參數(shù)，發(fā)酵麩皮在飼料配方中的應(yīng)用才具有意義。最后，要建立發(fā)酵麩皮的標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以客觀地評(píng)估與應(yīng)用，為其在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。解決了以上問(wèn)題，通過(guò)選擇合適的微生物菌種及組合，發(fā)酵降解和轉(zhuǎn)化小麥麩皮中的粗纖維素、蛋白質(zhì)及抗?fàn)I養(yǎng)因子及霉菌毒素等，制備具有抗氧化功能、富含高品質(zhì)膳食纖維及低聚木糖、有機(jī)酸、益生菌的生物保健飼料，對(duì)促進(jìn)動(dòng)物健康生長(zhǎng)及提高麩皮附加價(jià)值具有重要的意義。

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The Function of Fermented Wheat Bran and Its Application in Animal Feed

XIA Chao-du1,2, AI Qin1,2*, XIANG Na-na1, ZHAN Sui-zhang1,2, LIU Xiao-yan1,2, FANG Bing-hu1,2

(1. Guangdong Wens Foodstuff Group Co.,Ltd, Guangdong Yunfu 527400, China;2 .Guangdong Wens Dahuanong Biotechnology Co.,Ltd, Guangdong Yunfu 527400, China)

Wheat bran contains high crude fi ber and anti-nutritional factors, by selecting the appropriate combination of micro-organisms and fermentation process to change the structure of bran fi ber, reduce the anti-nutritional factor content,improve protein content, fermentation degradation of wheat bran in mycotoxins.The preparation of bio-health feed with antioxidant function, riching in soluble dietary fiber and xylo-oligosaccharides, organic acids, probiotics and unknown growth factors is of great signi fi cance to promote the healthy growth of animals and increase the added value of bran. This paper reviews the functional characteristics of fermented bran and its application in animal feed, and provides a reference for the development and application of fermented bran.

Wheat bran; Feed; Anti-oxidation; Dietary fi ber

S816

A

10.19556/j.0258-7033.2017-12-017

2017-05-23；

2017-08-09

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)（2016YFD0501308）

夏超篤（1990-），男，甘肅慶陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)閯?dòng)物營(yíng)養(yǎng)調(diào)控及新型飼料添加劑，E-mail：502563008@qq.com

*通訊作者：艾琴（1981-），博士，研究方向?yàn)閯?dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)，E-mail：aiqin826@sina.com