發(fā)酵對提高豆粕營養(yǎng)品質的作用

湯佩芬，李三要

（1.湖南邵陽職業(yè)技術學院，湖南邵陽 422000；2.邵陽市草地監(jiān)督管理站（邵陽市南方草業(yè)科學研究所），湖南邵陽 422000）

大豆是一種原產于亞洲的豆科植物，廣泛種植于非發(fā)酵（豆?jié){、豆腐、豆仁等）和發(fā)酵（增味劑、豆腐乳、豆豉等）產品中。眾所周知，大豆食品具有良好的營養(yǎng)和功能價值，這不僅是因為其高蛋白和高油脂含量，還因為其含有植物化學物質，尤其是大豆異黃酮（Kishida等，2000）。由于豆粕的成本適宜、營養(yǎng)價值高、氨基酸平衡良好，大豆蛋白產品作為動物飼料的接受度增加（劉海燕等，2012）。但由于大豆存在高濃度的絲氨酸蛋白酶抑制劑或胰蛋白酶抑制劑，生大豆對非反芻動物有毒性作用（劉超等，2006）。

大豆加工生產出各種各樣的產品，如豆粕、豆油、大豆卵磷脂等。豆粕是大豆壓榨或提取油脂后殘留的物質，其粗蛋白質約48%，豆粕除了是一種富含蛋白質的產品外，還含有大量抗營養(yǎng)因子，因此，需要消除這些抗營養(yǎng)因子才能提高其在非反芻動物上的應用價值。發(fā)酵豆粕是豆粕用真菌或細菌菌株（主要是米曲霉和枯草桿菌）生產的。Song等（2008）研究報道了發(fā)酵豆粕的許多好處，包括在微生物蛋白水解酶發(fā)酵過程中降解大豆過敏原、發(fā)酵過程有效消除抗營養(yǎng)因子，提高豆粕的營養(yǎng)價值。Yuan等（2012）認為，以發(fā)酵豆粕為基礎的飼糧對各種反芻動物和非反芻動物（包括幼齡和成年動物）的有益影響也得到研究和證實，發(fā)酵豆粕所含的大多數生長促進因子對動物的生長和健康參數都有有益作用。Kader等（2012）發(fā)現，用發(fā)酵豆粕替代魚粉也可以改善某些魚類的生長性能。雖然已有很多關于發(fā)酵豆粕的研究，但就我們所知，目前關于發(fā)酵豆粕的研究綜述較少。因此，本文綜述了發(fā)酵豆粕的發(fā)酵工藝及其優(yōu)點，討論飼喂發(fā)酵豆粕對反芻動物和非反芻動物的積極作用。

1 豆粕

從大豆中提取出油脂后，剩余的粕被用作動物蛋白質的來源。根據大豆皮的數量和加工方法，豆粕粗蛋白質含量從410到500 g/kg不等，而根據粗蛋白質含量的要求，410 g/kg粗蛋白豆粕是通過壓榨同時未除去皮，440 g/kg粗蛋白豆粕是通過浸提同時也未除皮。但如果豆粕的粗蛋白質含量為500 g/kg，則是在使用己烷等溶劑萃取油脂前會先將外殼去除。大豆粕不僅含有豐富的蛋白質，而且含有除兩種含硫氨基酸外的幾乎所有必需和非必需的氨基酸，兩者的比例都很好。谷氨酸含量最高，其次是天冬氨酸、精氨酸、丙氨酸、甘氨酸、絲氨酸和脯氨酸。在必需氨基酸中，亮氨酸濃度最高，其次是賴氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和組氨酸，半胱氨酸和蛋氨酸的含量較低（Song等，2008）。

植物蛋白（如豆粕）比動物蛋白便宜，但含有抗營養(yǎng)因子，包括豬在內的一些動物唯一的蛋白質來源限制了豆粕在飼料中的應用，特別是對仔豬。與豆粕相關的主要抗營養(yǎng)因子包括胰蛋白酶抑制因子、皂苷、植物雌激素、葡萄糖苷、甲狀腺激素、凝集素、礦物質結合物質和其他幾個因子（Liener，1994），它會干擾胰蛋白酶和糜蛋白酶的功能，而這些酶幫助動物消化食物中的蛋白質，同時這些因子與酶結合，使酶失去蛋白質消化功能。這些抗營養(yǎng)因子對非反芻動物（如家禽和豬）有最大的影響。植物雌激素已被證明會導致綿羊和牛的不育問題。凝集素干擾小腸對營養(yǎng)物質的吸收，植酸可降低磷和鋅對動物的可利用性。因此，為了最大限度地提高豆粕營養(yǎng)價值和更廣泛的應用，需滅活或盡量減少這些抗營養(yǎng)因素。

2 發(fā)酵豆粕

發(fā)酵是最古老的食品加工和保存形式之一，也有能力改善原始產品的營養(yǎng)和功能特性。發(fā)酵工藝廣泛應用于提高營養(yǎng)物質的生物利用度，降低豆粕抗營養(yǎng)因子。Frias等（2008）證實了發(fā)酵過程降解豆粕的抗營養(yǎng)因子和致敏化合物的能力，增加利用豆粕的各種加工產品的可能性。利用霉菌或細菌促進發(fā)酵過程，發(fā)酵條件和發(fā)酵豆粕的營養(yǎng)質量可以因不同的微生物類型而不同。曲霉使用最廣泛，因為它能產生酶，如半纖維素酶、水解酶、果膠酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和單寧酶（Mathivanan等，2006）。在細菌發(fā)酵的情況下，不同種類的乳酸菌和枯草桿菌是首選（Yang等，2007）。

2.1 豆粕微生物發(fā)酵 豆粕的微生物發(fā)酵是通過真菌或菌株來實現的，發(fā)酵過程可以是固態(tài)發(fā)酵或液態(tài)發(fā)酵，也可以根據其狀態(tài)（即含水率）進行兩種發(fā)酵方式的結合。前一種方法作為后一種方法的替代方法具有許多優(yōu)勢，包括生產力和成本，因為可以使用農工業(yè)殘留物或副產品作為營養(yǎng)來源，以及支持微生物的繁殖（Rigo等，2010）。液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵相關工藝已被報道，可提高用于水產飼料和動物飼料工業(yè)的豆粕營養(yǎng)質量，并越來越多地用于豆粕的發(fā)酵。豆粕發(fā)酵后的產品多肽含量和纖溶酶活性明顯提高，抗營養(yǎng)因子明顯降低，同時固態(tài)發(fā)酵還提高了豆粕在堿性條件下的體外胰蛋白酶消化率和氮溶解度，改善了豆粕的營養(yǎng)品質。Amadou等（2010）確定了固態(tài)發(fā)酵在提高營養(yǎng)品質，降低抗營養(yǎng)因子方面的效率。

2.2 基于真菌的發(fā)酵 幾種曲霉屬微生物已被用于發(fā)酵豆粕，如Zamora和Veum（1979）對米曲霉和根霉對去皮豆粕發(fā)酵的研究，確立了發(fā)酵對提高營養(yǎng)品質中的重要性，也為今后發(fā)酵豆粕的研究工作開辟了道路?；谡婢l(fā)酵對大豆和豆粕的有益影響已得到很好的證明（Liu等，1994），其報道利用米曲霉發(fā)酵將豆粕中胰蛋白酶抑制因子從2.6 mg/g去除到0。在家禽和豬等非反芻動物中降低豆粕中胰蛋白酶抑制因子和大分子蛋白質的含量具有很多有益的作用。用曲霉發(fā)酵幾乎完全消除植酸，產生較高的可用磷和鋅蛋白質原料。真菌發(fā)酵成功降低了豆粕中水蘇糖和棉子糖的含量，豆粕中含有約52 g/kg水蘇糖和11 g/kg的棉子糖（Cervantes-Pahm和Stein，2010）。同時，豆粕中還含有大約78 g/kg蔗糖，而發(fā)酵豆粕不含蔗糖。發(fā)酵豆粕中分解的碳水化合物可以歸因于曲霉發(fā)酵后產生的α-半乳糖苷酶。真菌發(fā)酵除了可以降解抗營養(yǎng)因子外，還可以通過增加粗脂肪、粗灰分、干物質和粗蛋白質含量來增加飼料的營養(yǎng)價值（Hong等，2004），蛋白質和脂肪含量的增加可能部分歸因于發(fā)酵過程中碳水化合物含量的減少。隨著長鏈蛋白的分解，發(fā)酵也顯著增加了發(fā)酵豆粕中的小肽（＜15 kd）含量。小鼠試驗表明，發(fā)酵將糖基元轉化為相應的糖苷元，這些糖苷元更容易和更有效地被吸收（Kishida等，2000）。

雖然發(fā)酵豆粕比豆粕多約10%的粗蛋白質，但真菌發(fā)酵后必需氨基酸含量保持不變。Hong等（2004）認為，用米曲霉發(fā)酵豆粕不影響必需氨基酸濃度，但增加甘氨酸、谷氨酰胺和天冬氨酸的濃度，這一發(fā)現與Frias等（2008）的結果基本一致，其中大部分必需氨基酸的含量都有所提高。此外，Hong等（2004）研究表明，米曲霉也表現出對特定氨基酸的偏好，而不是對所有氨基酸的偏好，這些發(fā)現與某些氨基酸濃度的增加及發(fā)酵豆粕中氨基酸譜的變化可能歸因于豆粕發(fā)酵過程中微生物代謝的觀點一致。

2.3 基于細菌的發(fā)酵 傳統上，芽孢桿菌被用于生產發(fā)酵豆粕，如日本發(fā)酵的納豆是將枯草芽孢桿菌添加到大豆中制成的。與真菌發(fā)酵相似，菌株也能降解包括胰蛋白酶抑制因子在內的各種抗營養(yǎng)因子。植物乳桿菌是另一種常用于發(fā)酵豆粕的菌株（Amadou等，2010）。植物乳桿菌等發(fā)酵后蛋白水解，增加了游離氨基酸的釋放，從而使發(fā)酵豆粕的總游離氨基酸含量明顯高于豆粕。但組氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸和苯丙氨酸含量在發(fā)酵后沒有變化，亮氨酸、異亮氨酸、天冬氨酸和脯氨酸含量增加（Amadou等，2010）。豆粕經枯草芽孢桿菌發(fā)酵后隨著精氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、甘氨酸含量的增加，小分子蛋白的濃度增加，脯氨酸含量降低（Teng等，2012）。兩種微生物不同的蛋白酶譜、分泌能力和發(fā)酵溫度可能是造成發(fā)酵豆粕氨基酸譜差異的原因。

與真菌發(fā)酵很相似，細菌發(fā)酵也會降低蛋白質的大小，這可以歸因于植物乳桿菌的酶和發(fā)酵過程本身，與豆粕相比，體外胰蛋白酶消化率在發(fā)酵后有所提高，從而改善營養(yǎng)和功能特性（Frias等，2008）。用菌株發(fā)酵也能產生更高的抗氧化活性，發(fā)酵后某些氨基酸濃度的增加（如組氨酸、絲氨酸、纈氨酸、賴氨酸等）與抗氧化性能的提高有關（Amadou等，2010）。此外，發(fā)酵后豆粕中酚類化合物的濃度也增加，從而增加抗氧化活性和金屬螯合活性（Moktan等，2008）。

2.4 真菌和細菌發(fā)酵效果對比 Song等（2008）、Frias等（2008）比較了真菌和細菌發(fā)酵產生的發(fā)酵豆粕的營養(yǎng)質量，雖然兩種發(fā)酵方法都降低了抗營養(yǎng)因子的含量，提高豆粕營養(yǎng)品質，但兩種發(fā)酵方法的代謝活性和酶活性不同，導致發(fā)酵豆粕質量也存在差異。Teng等（2012）研究表明，在發(fā)酵過程中，由于微生物的生長，曲霉菌和枯草芽孢桿菌發(fā)酵后的豆粕含量一致增加，但可溶性蛋白的比例分別增加了19.4%和63.11%，這可能是由于枯草芽孢桿菌在發(fā)酵條件下水解能力較強所致。兩種發(fā)酵法對大分子肽的降解率具有可比性，真菌發(fā)酵是胰蛋白酶抑制因子降低81.33%，而細菌降低95.33%，抗氧化活性物質的增加也達到相同水平，但在豆粕體外消化和抗原蛋白的降解方面枯草芽孢桿菌更有效。Song等（2008）對酵母菌和雙歧桿菌的研究表明，這兩種發(fā)酵都顯著降低了豆粕的免疫反應活性，這是豆粕在可接受性和健康問題方面的一大優(yōu)勢，因為這兩種發(fā)酵導致較大的抗原蛋白的分解，從而大大增加發(fā)酵豆粕中小分子肽（＜15 kd）的數量，降低了免疫反應活性。這可能是由于與細菌發(fā)酵產品相比，生長較慢的真菌導致更少的活菌，產生更低的表位改變，從而產生更高的免疫反應活性。

在比較酵母和細菌發(fā)酵產物的氨基酸含量時，Song等（2008）發(fā)現，細菌和真菌發(fā)酵后，必需氨基酸（如異亮氨酸和蛋氨酸含量）變化不大，而在細菌發(fā)酵過程中，半胱氨酸含量下降。

3 發(fā)酵豆粕的飼喂效果

Feng等（2007）研究發(fā)現，發(fā)酵豆粕組肉雞平均增重8.33%、飼料報酬提高5.56%。以3周齡仔豬為試驗對象，Jones等（2010）研究結果表明，與豆粕相比，發(fā)酵豆粕組可以提高斷奶仔豬的生長性能，十二指腸和空腸的胰蛋白酶活性和總蛋白酶顯著升高。作者認為，豬蛋白質消化率的提高可能是因為發(fā)酵豆粕中胰蛋白酶抑制因子的降解和大分子蛋白質的減少。飼喂發(fā)酵豆粕的肉雞血清IgA和IgM水平較高，但血清IgG水平沒有變化（Feng等，2007）。由于發(fā)酵過程中揮發(fā)性脂肪酸的生成水平較高，且致病菌的活菌數較低，因此，發(fā)酵豆粕在肉雞上具有較好的消化率。發(fā)酵豆粕還顯著降低虹鱒魚的形態(tài)變化，如微絨毛解體、沒有顆粒狀空泡等（Yamamoto等，2010）。雖然發(fā)酵豆粕對魚的體重和比生長率有顯著增加，但其機體水分、蛋白質和灰分含量無顯著差異，這意味著可以用發(fā)酵豆粕部分替代魚粉以達到節(jié)約飼料成本的目的。比目魚幼苗飼喂發(fā)酵豆粕日糧表現出血清總蛋白濃度增加和較低的細菌活性，對魚的紅細胞壓積、總白蛋白、總膽紅素等血液化學指標無不良影響（Kader等，2012）。

4 結論

發(fā)酵豆粕作為蛋白原料是豆粕的合適替代品，發(fā)酵不僅增加游離氨基酸、小肽、粗蛋白質含量和營養(yǎng)物質的生物利用度，而且通過降解植酸、胰蛋白酶抑制因子、寡糖等抗營養(yǎng)物質，提高豆粕利用率。發(fā)酵微生物的選擇對發(fā)酵豆粕最終的營養(yǎng)質量也有很大影響，因為不同的菌株有不同的酶系統，因此，不同成分的降解或合成水平有很大差異。當用發(fā)酵豆粕飼喂非反芻動物時可以觀察到一些有益的影響，包括增加平均日增重、改善生長性能、提高蛋白質消化率、降低免疫反應活性和不良的形態(tài)學變化。