菌种对发酵豆粕营养成分的影响

2013-02-20安晓萍王哲奇齐景伟于长青陈大勇仝宝生

饲料工业 2013年21期

■安晓萍王哲奇齐景伟于长青陈大勇仝宝生

(1.内蒙古农业大学动物科学学院,内蒙古呼和浩特 010018；2.内蒙古斯隆生物技术有限责任公司，内蒙古呼和浩特 011517）

豆粕是动物最重要的植物性蛋白源，其蛋白含量高，且赖氨酸含量高达2.5%～2.8%，具有较平衡的氨基酸组成，因此，豆粕是目前畜牧养殖业使用量很大的一种优质蛋白源。但由于豆粕中的蛋白质相对分子质量较大且结构紧密，不易消化吸收，且含有胰蛋白酶抑制剂等抗营养因子，使豆粕的消化率和动物的吸收率下降[1]。因此，豆粕中抗营养因子的消除和蛋白质的有效吸收一直是人们关注的焦点。

发酵豆粕是利用微生物发酵法处理后的豆粕，在发酵过程中微生物的代谢产物对豆粕进行降解，不仅能有效去除豆粕中的抗营养因子，还能降解大分子蛋白生成多肽、小肽和氨基酸等小分子蛋白，同时豆粕中积累了大量的有益微生物，极大地改善了豆粕的蛋白品质，形成优质的蛋白饲料[2-3]。本文通过混菌固态发酵豆粕，以降低豆粕中大分子蛋白和降低抗营养因子的含量，该产品具有多肽、氨基酸、粗蛋白、粗脂肪的含量高，而粗纤维、胰蛋白酶抑制因子的含量低，是一种优质的生物活性蛋白饲料。

1 材料与方法

1.1 菌种和试验材料

枯草芽孢杆菌1.0892，米曲霉2.0951购于中国微生物菌种保藏中心；豆粕、麸皮为市购；腐植酸钠由内蒙古永业集团有限公司提供。

1.2 发酵方法

1.2.1 单菌发酵方法

30 g的豆粕（含1.75%的腐植酸钠，5.83%的麸皮，0.74%的磷酸氢二钾）装入250 ml三角瓶中，高温高压灭菌作为发酵培养基。种子液培养到接种时间后按干基10%接种量即5 ml的种子液接种，先加到准备好的50 ml无菌蒸馏水中，再倒入发酵培养基中，用玻璃棒混合均匀后用发酵封口膜封口，放入34℃的培养箱发酵，发酵的时间定为48、60、72、84、96 h，每个时间点2个平行，发酵结束后放入65℃的烘箱中烘干，研磨过60目筛，放到干燥阴凉处保存待测。

1.2.2 混菌发酵方法

按比例将各种菌混合，按干基10%接种量接入发酵底物中，自然pH值，发酵温度34℃，发酵时间90 h。

1.3 营养成分测定方法

多肽含量为酸溶性蛋白与游离氨基酸之差。测定酸溶性蛋白的方法参照QB/T 2653-2004[4]；游离氨基酸的测定参照王志文（1988）[5]介绍的方法；粗蛋白测定参照GB/T 6432-1994介绍的凯氏定氮法[6]；粗脂肪测定参照GB/T 6433-1994介绍的索氏抽提法[7]；粗灰分测定参照GB/T 6438-1992介绍的灼烧法[8]；粗纤维测定参照GB/T 6434-1994介绍的酸碱法[9]；钙、磷测定参照张丽英（2003）[10]介绍的方法；氨基酸的测定参照GB/T 18246-2000[11]；胰蛋白酶抑制因子的测定参照GB/T 21498-2008[12]。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2007处理数据，结果以“平均值±标准差”表示；利用SAS 8.1统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 单菌发酵豆粕结果

分别将枯草芽孢杆菌和米曲霉接入豆粕发酵培养基中进行发酵，测得不同时间发酵豆粕中多肽的含量，结果见表1。由表1可知，枯草芽孢杆菌、米曲霉发酵豆粕时，96 h的大豆多肽含量较高，但是与84 h的发酵结果相比差异并不显著，故选择84 h为枯草芽孢杆菌、米曲霉单菌发酵的时间点较为合适，不但大豆多肽含量较为理想，而且还可以节约时间，缩短生产周期。

表1 单菌发酵豆粕多肽含量的变化(%)

2.2 混合固态发酵豆粕结果（见表2）

由表2可知，枯草芽孢杆菌与米曲霉混合比例为2∶1时，发酵豆粕中多肽含量显著高于其他两组（P＜0.05），各组间粗蛋白含量和pH值无显著差异。

表2 混菌发酵豆粕多肽含量的变化

2.3 发酵产物营养成分的变化

2.3.1 发酵前后蛋白质及常规营养成分的变化（见表3）

由表3可知，发酵豆粕中多肽、粗蛋白、粗脂肪、钙和磷的含量均显著高于发酵前水平，分别提高了1 673.1%、27.29%、20.25%、32.50%和61.53%；而真蛋白、粗纤维和粗灰分的含量显著低于发酵前，分别降低了13.56%、21.12%和13.58%。

表3 发酵前后豆粕营养成分的变化

2.3.2 氨基酸组成的变化（见表4）

由表4可知，发酵后氨基酸变化较大的有缬氨酸和蛋氨酸，其中缬氨酸含量是发酵前的3.2倍，蛋氨酸是发酵前的1.8倍，此外天门冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸，甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸和脯氨酸均有一定程度的增加，而丝氨酸和精氨酸有小幅度降低，氨基酸总量提高了1.12倍。

通过对比发酵前后豆粕蛋白质中氨基酸的含量，可以看出发酵后氨基酸的种类没有变化，总氨基酸含量有所提高，蛋氨酸是豆粕中一种主要的限制性氨基酸，发酵后提高了1.8倍，除丝氨酸和精氨酸稍有下降外其余氨基酸均有不同程度的增加。

表4 发酵前后氨基酸含量的比较(%)

2.3.3 胰蛋白酶抑制因子测定结果（见表5）

表5 发酵前后胰蛋白酶抑制因子的变化

由表5可知，发酵豆粕中的胰蛋白酶抑制因子显著低于豆粕原料中的。通过对比发酵前后胰蛋白酶抑制因子的含量得到，发酵后的产物中胰蛋白酶抑制因子被消除了83.10%，极大地提高了利用效率。

3 讨论

3.1 菌种对发酵产物中多肽含量的影响

国内已有利用产酶较高的枯草芽孢杆菌与酵母和乳酸菌复配混合发酵豆粕制备大豆多肽的研究报道，如刘建飞[13]利用兼性厌氧的枯草芽抱杆菌NCU646与菌酿酒酵母NCU223和植物乳酸杆菌NCU116固态发酵豆粕，得到发酵后产物中多肽含量能达到17.01%。而仅利用米曲霉和枯草芽孢杆菌发酵豆粕的报道较多。李善仁等[14]利用枯草芽孢杆菌CS27与米曲霉2∶1混合发酵，通过优化发酵工艺产物中多肽含量能达到21.74%，提高了5.1倍。吴宝昌[15]采用枯草芽孢杆菌1389与米曲霉2.0951以1∶1的体积混合发酵制备豆粕饲料，优化发酵工艺后，发酵豆粕的蛋白酶酶活值在980 U/g左右，大豆肽转化率在50%左右，高于单菌发酵的结果。本试验结果也显示枯草芽孢杆菌和米曲霉以2∶1的比例混合发酵豆粕，发酵豆粕中多肽含量明显高于单菌发酵。

3.2 发酵对豆粕中蛋白质含量的影响

本试验所选用的豆粕品质并不高，再与麸皮等物质混合后，初始粗蛋白含量仅为36.12%，显然不能满足动物体中的蛋白需要，经混菌发酵后的产物粗蛋白含量能达到46.16%，这是因为菌体在生长过程中消耗了底物中的碳水化合物，达到了底物中蛋白浓缩的效果[16]。而由多肽含量的增加和真蛋白含量的减少可以看出，发酵后的产物粗蛋白组成也有了很大的变化，菌体生长代谢可以利用底物中的非蛋白氮转化为菌体蛋白，并且菌体发酵过程中产生的胞外酶作用于大分子的蛋白部分转化为多肽，提高了蛋白利用率。还有一些酶直接将蛋白水解为游离氨基酸、小肽、氨态氮造成真蛋白的减少。通过对比发酵前后蛋白质中氨基酸的含量可以看出，发酵后氨基酸的种类没有变化，总体有较大的提高，蛋氨酸是豆粕中的第一限制性氨基酸，发酵后提高了1.8倍，除丝氨酸和精氨酸稍有下降外其余氨基酸均有不同程度的增加。马文强等[17]通过枯草芽孢杆菌发酵豆粕后得到绝大多数氨基酸的含量均有提高，并且氨基酸总量比发酵前提高了11.49%。陈中平[18]采用米曲霉发酵豆粕得到发酵后蛋氨酸的含量有显著的增加，除赖氨酸、组氨酸、丙氨酸和缬氨酸稍有下降但是差异并不显著。

3.3 发酵对豆粕常规营养成分的影响

由结果得到发酵后产物中粗纤维显著降低，这是由于枯草芽孢杆菌1.0892在发酵过程中产生了纤维素酶，分解了底物中的纤维素，使纤维素含量降低；粗灰分含量的降低有可能是因为菌体在发酵过程中利用了矿物质，导致灰分含量的降低。发酵产物中钙磷和粗脂肪均有增加，且差异显著，一部分是因为菌体发酵过程中消耗了底物中碳水化合物，造成相对含量的增加，还可能是粗脂肪在微生物发酵过程中转化而来，目前相关报道已有很多，任莉等[19]通过观测发酵豆粕的营养物质得到发酵后的豆粕粗蛋白、粗脂肪和磷均有一定程度的增加，钙相差不大，粗纤维有所降低。马文强等[17]通过采用枯草芽孢杆菌WB117、酿酒酵母WY238和乳酸菌WL152固态混合发酵豆粕后得到，粗蛋白、粗脂肪和磷都有显著地提高，而钙含量稍有下降。这与本试验研究结果稍有不同，这些差异可能是由不同菌种生长代谢方式不同导致的，但具体的机理尚不明确。

3.4 发酵对豆粕中抗营养因子的影响

研究表明发酵后的豆粕中胰蛋白酶抑制因子明显下降。Feng等[20]采用米曲霉3.042发酵豆粕，发酵后豆粕中的胰蛋白酶抑制因子全部消除。马文强等[17]采用枯草芽孢杆菌WB117、酿酒酵母WY238和乳酸菌WL152发酵豆粕后发现，发酵豆粕中的胰蛋白酶抑制因子全部降解。付弘赟等[21]通过摸索枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、植物乳酸菌和酪酸梭状芽孢杆菌混菌发酵豆粕的条件，得到优化后胰蛋白酶抑制因子去除率能达到60%。本试验发现，通过对比发酵前后胰蛋白酶抑制因子的含量得到，发酵后的产物中胰蛋白酶抑制因子被消除了83%，极大地提高了利用效率，与前人研究结果一致。