酵母菌發(fā)酵植物粕類飼料研究進展

信珊珊，丁 浩，楊 陽，陳伊靈，朱小燕，2，3*，李相前，2，3，劉 培，2

（1.淮陰工學院生命科學與食品工程學院，江蘇淮安 223003；2.江蘇省益生制劑重點建設(shè)實驗室，江蘇淮安 223003；3.江蘇省生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與過程集成工程實驗室，江蘇淮安 223003）

經(jīng)濟和社會的迅速發(fā)展刺激了人們對肉禽蛋奶等畜產(chǎn)品的消費，進而增加了對飼料原料的需求（肖長峰等，2020）。當前我國面臨著嚴重的蛋白飼料資源缺口（楊婧芳，2020），動物蛋白飼料源如魚粉、羽毛粉等價格昂貴，主要依賴進口，豆粕、菜籽粕、棕櫚粕等粕類植物蛋白飼料在我國產(chǎn)量豐富且分布廣泛（鄧露芳等，2011），具有極大的開發(fā)價值。但是植物粕類飼料資源中含有抗營養(yǎng)因子，影響了其在動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用。通過微生物發(fā)酵進行處理，既可以降解抗營養(yǎng)因子，又能分解蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，從而提高消化吸收率，還能夠產(chǎn)生有益成分，改善品質(zhì)，提升飼用價值。酵母菌是粕類飼料發(fā)酵過程中常用的微生物（王永偉等，2019）。酵母菌在發(fā)酵粕類飼料的過程中，能夠?qū)暳现械牡崔D(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)儲存在體內(nèi)，從而增加粗飼料中的蛋白含量（張博，2018）；同時，酵母菌能分泌降解各類抗營養(yǎng)成分和大分子物質(zhì)的酶系；并且酵母菌在機體的腸道中大量繁殖，可以相對抑制有害菌群的生長（馬惠茹等，2021）。酵母菌可以單獨發(fā)酵粕類飼料，也可以與其他菌種協(xié)同發(fā)酵，通?；炀l(fā)酵的效果會比單菌發(fā)酵更加顯著（Smid等，2013）。在我國全面禁用抗生素的大環(huán)境下，利用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)新型飼料越發(fā)成為研究熱點。

1 植物粕類中的抗營養(yǎng)因子

粕類飼料的主要成分是植物種皮（鄧露芳等，2011），這就導致該類飼料的粗纖維含量較高，非反芻類動物難以消化利用這部分營養(yǎng)，而且高含量的粗纖維會影響動物對其他營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。除此之外，粕類飼料中還含有其他不可忽視的抗營養(yǎng)因子（宋立立等，2020）。胰蛋白酶抑制因子、抗原蛋白是豆粕中主要的抗營養(yǎng)因子（Dai等，2017）。胰蛋白酶抑制因子會在動物體內(nèi)優(yōu)先與胰蛋白酶結(jié)合，使其失去消化吸收飼料中蛋白質(zhì)的能力，減緩動物生長發(fā)育的同時，還會造成胰腺的病變；抗原蛋白是一種具有致敏性的大分子蛋白，主要存在于豆粕中，會引發(fā)機體過敏，情況嚴重的會導致死亡（李旺等，2020；王耀等，2019）。植酸主要存在于豆粕、菜籽粕和花生粕中（鄧露芳等，2011），可以螯合腸道中的金屬離子，生成動物無法降解的金屬螯合物，還會抑制淀粉酶和蛋白酶的活性。單寧廣泛存在于豆粕、菜籽粕中，棉籽粕中也含有少量的單寧（崔龍等，2017）。單寧進入動物體后，與蛋白質(zhì)、金屬離子等結(jié)合，從而影響機體對蛋白質(zhì)和金屬離子的消化吸收，還會降低腸道中消化酶的活性，阻礙腸道吸收營養(yǎng)物質(zhì)。另外，單寧還是粕類具有辛辣刺激口感的原因，極大降低了粕類飼料的適口性（Khajali等，2012）。硫苷主要存在于十字花科植物中，是菜籽粕中最主要的抗營養(yǎng)因子（Wang等，2019）。硫苷在適宜的水和溫度條件下分解，生成異硫氰酸酯、噁唑烷硫酮、硫氰酸鹽和腈類（孫佩佩，2019），這四種物質(zhì)都具有毒性，會損傷動物的甲狀腺、肝臟、腸道和腎臟。芥子堿是菜籽粕中另一種抗營養(yǎng)因子，味道苦澀，是菜籽粕味道發(fā)苦的主要原因。茶皂素是油茶粕中的主要抗營養(yǎng)因子，味道苦澀辛辣，還會溶解血液中的紅細胞（黃浦等，2015）。棉酚主要存在于棉籽粕中，多以游離態(tài)存在，棉酚被吸收到體內(nèi)后，會在消化器官、血液或生殖細胞中形成鐵和棉酚化合物，危害人和動物的生長和生殖（亓秀曄等，2017）。

2 酵母菌發(fā)酵植物粕

2.1 酵母菌發(fā)酵豆粕 豆粕是大豆榨油后的副產(chǎn)物，產(chǎn)量在粕類飼料中居于首位。豆粕的粗蛋白質(zhì)含量都在45%左右（李陽，2020），粗脂肪含量約為1.9%，氨基酸含量豐富，賴氨酸和精氨酸含量分別為3.38%和2.68%（熊海本等，2021），是較為理想的蛋白飼料源。但是豆粕中蛋白質(zhì)的分子量較高，還有胰蛋白酶抑制因子、植酸和粗纖維等抗營養(yǎng)因子的存在（張亞輝，2018），限制了豆粕在日糧中的添加。通過酵母菌發(fā)酵可以顯著降低豆粕中抗營養(yǎng)因子的含量，對大分子蛋白也有明顯的降解作用。謝鵬等（2019）用熱帶假絲酵母發(fā)酵豆粕，對植酸的降解率達到55.3%。李杰等（2021）用釀酒酵母發(fā)酵豆粕，對胰蛋白酶抑制因子的去除率達到97%；對抗原蛋白也有顯著的降解效果。Lin等（2017）用酵母菌、芽孢桿菌和乳酸桿菌混合發(fā)酵豆粕后，胰蛋白酶抑制因子的降解率達到72.39%；小肽含量由2.16%提升到14.36%，提高了5.64倍。將發(fā)酵后豆粕添加進仔豬、肉雞的日糧中，可以提高動物的采食量和日增重（Wu等，2021；Lin等，2017）。說明在日糧中添加發(fā)酵豆粕有益于動物腸道健康，能促進養(yǎng)分的吸收和利用。

2.2 酵母菌發(fā)酵菜籽粕 菜籽粕是油菜籽提煉榨油后的產(chǎn)物，我國每年可以產(chǎn)700萬t左右的菜籽粕（朱小燕等，2021）。菜籽粕的粗蛋白質(zhì)含量在30%～45%（Chmielewska等，2020），氨基酸組成合理，賴氨酸和精氨酸含量分別為1.3%和1.83%（熊海本等，2021），是一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白資源。研究表明，酵母菌發(fā)酵可以有效降解菜籽粕中的抗營養(yǎng)因子，提高菜籽粕的營養(yǎng)價值，屬于有較大開發(fā)價值的粕類飼料（Ashayerizadeh等，2018）。方潔等（2016）利用啤酒酵母發(fā)酵菜籽粕，發(fā)酵結(jié)束后測得硫苷和植酸的降解率分別為63.27%和71.39%；用啤酒酵母與曲霉、芽孢桿菌和乳酸菌聯(lián)合發(fā)酵菜籽粕，硫苷、植酸和芥子堿的降解率分別為75.12%、87.56%和56.00%。吳正可等（2019）用釀酒酵母協(xié)同乳桿菌混菌發(fā)酵菜籽粕，對硫苷的降解率達到48.79%，總酸和多肽增加率分別為499.65%和148.37%。產(chǎn)朊假絲酵母、乳桿菌和地衣芽孢桿菌協(xié)同發(fā)酵菜籽粕，硫苷的降解率達到85.02%，多肽含量提升了4.55倍，在日糧中添加適量的發(fā)酵菜籽粕提高了肉雞的生長速率和采食積極性，還有利于肉鴨和仔豬的健康生長（Wang等，2019；胡永娜等，2012；丁小玲等，2011；許甲平等，2010）?？梢姲l(fā)酵后的菜籽粕中產(chǎn)生了可以提高動物免疫力和生長性能的物質(zhì)。

2.3 酵母菌發(fā)酵棉籽粕 棉籽粕是棉花籽榨油后的剩余產(chǎn)物，我國的年產(chǎn)量約為600萬t，但是使用量僅有1/3（亓秀曄等，2019）。棉籽粕中的粗蛋白質(zhì)含量可以達到40%～50%，氨基酸種類豐富，精氨酸含量高達3.6%～3.8%，還有豐富的B族和E族維生素（周金影，2021），這些營養(yǎng)特性使得棉籽粕可以作為飼料中的植物蛋白源。但是，游離棉酚、粗纖維等抗營養(yǎng)因子的存在限制了棉籽粕在動物生產(chǎn)方面大量使用。通過微生物發(fā)酵既可以降解游離棉酚，又能提升棉籽粕中蛋白質(zhì)和脂肪等含量。亓秀曄等（2019）用酵母菌單菌發(fā)酵棉籽粕時，對游離棉酚的降解率達到了81.83%，酸溶蛋白質(zhì)量分數(shù)由6.63%提升到8.31%。采用酵母菌一號、富邦酵母菌和拉曼酵母菌分別對棉籽粕進行單菌發(fā)酵，最終測得對棉酚的降解率分別為73.69%、69.79%和70.19%；另外，發(fā)酵后蛋白質(zhì)和脂肪含量均有明顯提升（周金影等，2021）。羅遠琴等（2020）用釀酒酵母和枯草芽孢桿菌混合發(fā)酵棉籽粕后，極大的提高了粗蛋白質(zhì)、游離氨基酸和棉籽肽含量，降低了棉籽粕中的粗纖維含量。李金輝等（2022）用瘤胃體外發(fā)酵的方式，研究了發(fā)酵棉籽粕代替豆粕的影響，結(jié)果表明發(fā)酵棉籽粕最高可以替代33%的豆粕，對瘤胃正常消化吸收無不良影響。申佳佳等（2021）研究了在馬岡鵝日糧中添加發(fā)酵棉籽粕對其生長性能等指標的影響，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵棉籽粕的添加量在20%以下無顯著影響。

2.4 酵母菌發(fā)酵棕櫚粕 棕櫚果仁榨取棕櫚油后的剩余產(chǎn)物就是棕櫚粕，其價格低廉，資源豐富。棕櫚粕粗蛋白質(zhì)含量為16%～18%，粗脂肪含量為8%～10%，粗纖維含量為16%～18%，反芻動物可以接受，但是不能用作水產(chǎn)及家禽、豬飼料等（丁翠英，2020；胡貴麗等，2018；張恒，2013）。棕櫚粕60%以上的成分都是細胞壁，主要成分是不溶性甘露聚糖（張恒，2013）。多糖的濃度過高會抑制動物對腸道內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收（易文根，2017），這極大的限制了棕櫚粕在動物飼料方面的應(yīng)用。通過微生物發(fā)酵降低棕櫚粕的粗纖維含量，是提高其飼用價值的有效手段。張恒等（2013）用釀酒酵母和黑曲霉協(xié)同發(fā)酵棕櫚粕，使半纖維素含量減少了25%，粗蛋白質(zhì)含量增加了58%。于長青等（2019）發(fā)現(xiàn)，棕櫚粕發(fā)酵飼料替代30%的玉米秸稈不影響肉牛的健康生長，并且能使肉牛達到同樣的增肥效果。這說明棕櫚粕經(jīng)過發(fā)酵后，在飼料中的添加量有極大提高，從而降低養(yǎng)殖成本，提高經(jīng)濟效益。

2.5 酵母菌發(fā)酵花生粕 花生粕是花生榨油后的產(chǎn)物，含有豐富的蛋白質(zhì)，是我國蛋白質(zhì)飼料原料市場的重要組成部分（孫東偉等，2019）?；ㄉ芍写值鞍踪|(zhì)含量高達38.0%～47.0%，粗纖維含量為4.0%～7.0%，粗脂肪含量為0.5%～2.0%（Zhao等，2012），其代謝能在所有粕類飼料中居于首位。精氨酸含量超過5%，但是蛋氨酸和賴氨酸比較缺乏?；ㄉ煽範I養(yǎng)因子較少，主要存在的問題是容易感染黃曲霉毒素（許欣等，2020）。魯氏接合酵母固態(tài)發(fā)酵花生粕最高可以降解花生粕中97%的黃曲霉（Zhou等，2017）。酵母菌發(fā)酵還可以提高花生粕中粗蛋白質(zhì)和氨基酸含量，徐會茹等（2015）將酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌等多種菌種接入花生粕中進行混菌發(fā)酵，將蛋白質(zhì)含量由54.22%提高到58.45%，并且發(fā)酵后花生粕中缺少的蘇氨酸、蛋氨酸、賴氨酸含量都有明顯提高。王增元等（2017）用植物乳桿菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌混合發(fā)酵花生粕，將多肽含量提高到18.89%，比發(fā)酵前提高了33.78%。李紅琴等（2020）證實了發(fā)酵花生粕替代花生粕能改善凡納濱對蝦的生長性能，提高機體免疫力。李百安等（2016）發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵花生粕代替65%左右的魚粉，對羅非魚的健康生長無任何不良影響。

2.6 酵母菌發(fā)酵芝麻粕 芝麻粕是芝麻籽榨取芝麻油后留下的產(chǎn)物。芝麻粕中含有39%～48%的粗蛋白質(zhì)，10.4%～12.6%的粗灰分（徐文俊等，2014）。芝麻粕中氨基酸的種類較多，含量豐富，但是賴氨酸的含量較低，為0.56%～1.02%（楊榮等，2020）。芝麻粕中的抗營養(yǎng)因子主要是草酸、植酸和單寧（Fayemi等，2011）。彭惠惠等（2012）用酵母菌發(fā)酵芝麻粕，對植酸的降解率達到了53.14%；加入枯草芽孢桿菌混菌發(fā)酵后，降解率提升到84.98%，并且發(fā)酵后芝麻粕中的多肽等營養(yǎng)物質(zhì)的含量也有相應(yīng)的提升。錢森和等（2013）發(fā)現(xiàn)，將啤酒酵母和黑曲霉按照1：1的比例接種到芝麻粕中進行發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束芝麻多肽的含量由初始時的1.24%提升到7.12%，提高了5.74倍。Hajimohammadi等（2020）用釀酒酵母和嗜酸乳桿菌發(fā)酵芝麻粕后發(fā)現(xiàn)，草酸和植酸的含量分別降低了50.8%和43.9%，粗蛋白質(zhì)的含量提升了12.7%；進一步將發(fā)酵后的芝麻粕代替豆粕添加到肉雞日糧中發(fā)現(xiàn)，肉雞在正常生長的同時，食用發(fā)酵芝麻粕的肉雞體內(nèi)乳酸菌含量增加，大腸桿菌數(shù)量降低，肉雞的腸道環(huán)境得到了極大的改善。宋鵬等（2019）用發(fā)酵芝麻粕等氮代替菜籽粕發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵芝麻粕替代11%～23%的菜籽粕，有利于草魚的健康生長，能夠提高飼料利用效率。

2.7 酵母菌發(fā)酵油茶粕 油茶籽榨油后的滓渣經(jīng)過粉碎處理得到的就是油茶粕，目前我國油茶粕的年產(chǎn)量約50萬t（劉楚岑等，2020）。油茶粕中粗蛋白質(zhì)、粗脂肪含量分別是15%、5%左右，糖類占30%～40%（刁歡等，2015）。此外，油茶粕中還有豐富的鎂、鐵、鋅等元素，被視為一種有較大發(fā)展?jié)摿Φ娘暳显稀Ｔ谟米黠暳现?，油茶粕需要去除茶皂素、酚類和粗纖維等抗營養(yǎng)因子。周浩宇等（2010）利用產(chǎn)朊假絲酵母、枯草芽孢桿菌和黑曲霉混合發(fā)酵油茶粕后，降低了茶皂素、總酚、粗纖維等抗營養(yǎng)物質(zhì)的含量，粗蛋白質(zhì)含量提高了55.56%。熱帶假絲酵母和枯草芽孢桿菌、黑曲霉混菌發(fā)酵油茶粕，使粗蛋白質(zhì)含量提升了2.11倍，粗纖維含量降低了約50%（任仙娥等，2012）。周玥等（2012）用假絲酵母發(fā)酵油茶粕，對茶皂素降解率達到了66%以上。刁歡等（2015）用酵母菌和黑曲霉協(xié)同發(fā)酵油茶粕，使得單寧含量由2.32%下降到0.46%。通過酵母菌等微生物發(fā)酵可以降解油茶粕中的茶皂素、酚類和粗纖維等抗營養(yǎng)因子，還能提升粗蛋白質(zhì)含量。

3 粕類發(fā)酵飼料前景展望

動物養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展使得飼料缺口越來越大，飼料的成本更加成為影響畜牧養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟效益的關(guān)鍵因素。相比于大量進口魚粉等蛋白質(zhì)飼料源，成本高昂的同時無法保證穩(wěn)定的貨源，不如加快我國的粕類蛋白飼料的開發(fā)利用。我國粕類蛋白飼料資源豐富，除上述提到的豆粕七種以外，還有葵花籽粕、亞麻籽粕和紅花籽粕等，都含有豐富的植物蛋白，是潛在的優(yōu)質(zhì)蛋白飼料源。微生物發(fā)酵飼料具有綠色、高效、成本低等優(yōu)點，必將是提升粕類飼料利用率的重要推動力。當前的工作重點還是要篩選優(yōu)質(zhì)高效的菌株，尋求科學的原料配比，建立起完善的菌株與原料匹配體系，提升發(fā)酵能力，改進發(fā)酵工藝，進一步提升餅粕類飼料的營養(yǎng)價值，使畜牧業(yè)在提供更多優(yōu)質(zhì)健康畜產(chǎn)品的同時，提高經(jīng)濟效益，促進自身的長遠發(fā)展。