益生菌發(fā)酵豆粕降解抗營養(yǎng)因子的研究進展

徐舒怡 孫 玲 肖佳怡 朱嘉璐 孫巍巍

（1.徐州工程學院 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少，已然成為飼料工業(yè)生產(chǎn)應用中使用最為廣泛且優(yōu)質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營養(yǎng)因子會影響動物機體對營養(yǎng)物質的吸收和利用，大大降低了飼料的利用率，因此，降低或鈍化豆粕中的抗營養(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、生物學方法均有對降解豆粕中抗營養(yǎng)因子的研究，其中微生物發(fā)酵法是研究熱點。

1 豆粕中主要的抗營養(yǎng)因子

豆粕中含有多種抗營養(yǎng)因子，抗營養(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 消除豆粕中抗營養(yǎng)因子的方法

2.1 物理方法

物理方法降解抗營養(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)定的抗營養(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苛，如加熱不足，抗營養(yǎng)因子不能被完全破壞，加熱過度又會引發(fā)美拉德反應和焦糖化從而降低氨基酸利用率，蛋白質的生物學效率也會降低[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，豆粕中的抗營養(yǎng)因子活性呈正相關的趨勢下降。

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為超高壓加工技術，這種技術可以通過修飾蛋白質結構中的非共價鍵改變抗原結構來降低致敏性。超高壓加工技術雖然效果明顯，但操作條件嚴苛，難以進行規(guī)?；a(chǎn)，如何在實際生活中有效應用仍是未來的一大問題。

2.2 化學方法

化學方法是通過向豆粕中加入化學試劑使其與抗營養(yǎng)因子結合，產(chǎn)生某種化學反應來改變抗營養(yǎng)因子的分子結構，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68.21%、71.03%、72.46%。化學方法與物理方法相比能更好地鈍化或消除豆粕中的抗營養(yǎng)因子，但會產(chǎn)生大量化學物質殘留，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 生物學方法

生物學方法消除豆粕抗營養(yǎng)因子與物理和化學方法相比，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方法。

育種法主要采用植物育種來培養(yǎng)一批低抗營養(yǎng)因子或無抗營養(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營養(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,最大蛋白質水解度達到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備要求簡單。

3 益生菌發(fā)酵豆粕的優(yōu)勢

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

豆粕中的抗營養(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反應使飼料中的淀粉、纖維素、蛋白質等復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，使飼料適口性改善，營養(yǎng)水平提高。

3.2 促進營養(yǎng)物質的消化與吸收，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，促進動物對蛋白質、糖分、脂肪以及各種離子的吸收。無機硒在酵母細胞發(fā)酵過程中可轉化為有機硒，硒的毒性降低并轉移到有機大分子物質上，經(jīng)益生菌轉化，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、氨基轉移酶等有害物質利用酶，可以降低腸道中游離的氨及吲哚等有害物質，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胞的活性，分泌產(chǎn)生特異性免疫調節(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，奶牛平均日產(chǎn)標準乳提高了11.5%，對比粗蛋白和干物質的消化吸收狀況，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，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。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)酵法降解豆粕抗營養(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)酵法降解豆粕抗營養(yǎng)因子的作用機理

按發(fā)酵所用微生物種類進行劃分，可分為單一菌種發(fā)酵和復合菌種發(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營養(yǎng)因子來提高蛋白質、多肽含量。魏曼琳等[6]分別在質量為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行測定，結果表明，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，豆粕中的粗蛋白質量分數(shù)達到62.3%；

單一菌種雖可對豆粕中的抗營養(yǎng)因子進行部分降解，但多種益生菌復合發(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、酸溶蛋白和總酸的含量也有所增加，其中粗蛋白質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)酵法降解豆粕抗營養(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，有益微生物在適當條件下經(jīng)厭氧或好氧進行發(fā)酵。大多數(shù)的固態(tài)發(fā)酵基質的含水量控制在60%以下。此過程不要求嚴格無菌，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防腹瀉。目前被廣大研究者認可的液體發(fā)酵飼料指標為：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，設備和技術簡便，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)的主要技術突破口，深入研究并擴展其在畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應用是未來發(fā)展的必然趨勢。雖然發(fā)酵豆粕技術日漸完善，但仍存在一些問題。如發(fā)酵菌株種類多、性質不穩(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行調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，國家標準和監(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。