黑曲霉菌的产酶特性及在动物生产中的应用

李凤玲，范明夏，边传周

(河南牧业经济学院 食品与生物工程学院，河南 郑州 450046)

黑曲霉菌(Aspergillusniger)，属半知菌亚门、丝孢纲、丝孢目、丛梗孢科，为曲霉属真菌中的常见种，在泥土、食粮和植物性产品中分布广泛[1]。人类对黑曲霉的利用历史悠久，在古代，人们就曾运用黑曲霉酿酒、制酱、制醋等。黑曲霉具有发酵条件简单、易控、代谢旺盛、生长周期短、产酶丰富、不产生毒性物质等优点，在食品发酵、畜牧及医药等行业均得到普遍应用。本文综述了黑曲霉产酶的特点及其在动物生产中的应用，旨在为黑曲霉菌的进一步研究提供参考。

1 黑曲霉产酶概况

1.1 黑曲霉产纤维素酶

纤维素酶是由不同水解酶组成的一个复合酶体系，可以将纤维素降解转化为小分子的葡萄糖，主要分为Cx酶、C1酶和β-葡萄糖苷酶。纤维素酶能够将植物细胞壁中的纤维素进行水解转化成单糖供动物利用，同时也有利于植物性饲料中的其他营养元素释放到细胞外，进一步提高纤维性营养物质的利用率。研究表明，利用黑曲霉生产纤维素酶成本低廉、产量大、酶活性高、用处广，是生产纤维素酶的重要菌株。吴发远等[2]运用单因素实验法优选出黑曲霉CZ2液态发酵生产纤维素酶的最佳条件，所得酶活分别为：滤纸酶为61.73 U/mL，内切酶为66.41 U/mL。张福元等[3]在研究玉米秸秆发酵产酶的实验中发现，在发酵底物中加入适量的水，严格控制氮源、微量元素及蔗糖的添加量能明显提高羧甲基纤维素酶的活力，发酵后，玉米秸秆中的多种纤维含量大幅下降。

1.2 黑曲霉产淀粉酶

淀粉酶是指分解淀粉及糖原等高分子聚合物的酶的总称。淀粉酶主要作用于直链淀粉、可溶性淀粉和糖原等，根据其催化特点，通常分为α-淀粉酶和β-淀粉酶。淀粉为动物生长发育提供重要的能量来源，而淀粉的消化与吸收离不开淀粉酶的参与和调控。研究发现，家禽日粮中添加淀粉酶产品，有助于提高家禽对淀粉的消化和利用率；在复胃动物基础饲粮中补充适量淀粉酶，对其生产性能的改善具有促进作用。胡伟等[4]以三七残渣为底物，以黑曲霉为发酵菌种，采用固体发酵工艺生产淀粉酶，结果发现，温度维持在34℃，氮源(硫酸铵)添加量5%，发酵时间5d，淀粉酶活力可达84.15U/g；张帅等[5]利用黑曲霉对橘皮进行固体发酵生产淀粉酶和纤维素酶。结果显示，在发酵培养基中加入适量的橘皮和水分，接种量为15%，发酵60h，淀粉酶活力达196U/g，纤维素酶活力可达1816U/g。

1.3 黑曲霉产蛋白酶

蛋白酶是指分解蛋白结构中肽键的一类酶的总称，根据其作用位点不同，可分为内切酶和外切酶。蛋白酶主要应用于食品、饲料和医药等行业，制备蛋白酶的菌种为芽孢杆菌和霉菌。黑曲霉因符合食品卫生标准和可观的蛋白酶生产量，使其成为生产蛋白酶的重要发酵菌种。李杏华等[6]对黑曲霉的液体发酵条件产蛋白酶进行了统计学优化研究，结果表明，以豆粕、麸皮等为原料进行液体发酵，加水量125 mL，pH7.0，45 ℃条件下培养5d，蛋白酶活力可达269.68 U/mL；吴重德等[7]应用响应面法优化了黑曲霉SZ-357发酵产酸性蛋白酶的条件，确定最佳发酵温度33.7℃，接种量为千分之五，装液量63.4mL/500mL锥形瓶，PH值6.9。在该条件下发酵3d，蛋白酶活力达1543.01U/mL。

1.4 黑曲霉产脂肪酶

脂肪酶又称三酰基甘油酰基分解酶。在脂肪代谢过程中能够将脂肪水解成动物可以直接吸收的小分子物质。在动物体内，脂肪酶控制着脂质代谢的整个过程。因此，脂肪酶是动物机体内重要的消化酶。用于生产脂肪酶的微生物菌种主要包括黑曲霉和假丝酵母等。张谦等[8]利用黑曲霉液体发酵生产脂肪酶，结果发现，培养温度30℃，摇瓶装量56mL(500mL)，接种量1.9%，培养时间75h，脂肪酶活性比优化前提高17%；何茹等[9]从葡萄中分离出1株产脂肪酶的内生黑曲霉菌株并对其发酵条件进行优化试验，结果表明，在50mL的发酵底物中添加1%的乳糖和蛋白胨，PH为8.0，35℃培养3d，脂肪酶活力可达18.75U/mL。

1.5 黑曲霉产木聚糖酶

木聚糖酶是指水解木聚糖的酶的总称，主要包括β-木糖苷酶、β-1,4-内切木糖酶等，能以内切的方式将木聚糖分子中的β-1,4-木糖苷键水解成动物机体可直接吸收的寡糖和二糖以及少量阿拉伯糖和木糖。木聚糖酶主要应用于饲料、纺织和食品等行业中，有报道称木聚糖酶具有降低饲料粘度，改善饲料适口性、提高动物采食量、增强机体抗病力、提高动物成活率等功能。张年凤等[10]对黑曲霉菌238产木聚糖酶的特性进行了研究，结果表明，营养基质是影响黑曲霉238菌株产木聚糖酶的主要因素，其最佳氮源为硫酸铵，接种量为0.3mL/瓶，装料量为10g/瓶，发酵时间3d酶活力最高，可达286U/mL。魏桃英等[11]以玉米芯粉为原料，利用黑曲霉菌进行固体发酵，并对发酵条件进行优化试验，结果显示，最佳培养基组合为玉米芯粉5.5g，麸皮8.0g，豆粉0.3g，磷酸二氢钠0.3%，硫酸铵2%，酶活力可达26371U/g。

2 黑曲霉在动物生产中的应用

2.1 黑曲霉在禽生产中的应用

随着人们对食品安全的重视，抗生素在畜牧生产中的使用备受关注，对于生长周期相对较短的家禽来说更是如此。发酵中药、发酵饲料和酶制剂的应用为解决抗生素的滥用问题提供可能，同时还能改善动物的生产性能。资料显示，利用黑曲霉对传统中药进行发酵，能提升中药的活性成分，药效得到加强，不仅能替代抗生素，且临床效果更佳。利用黑曲霉生产的酶制剂饲喂家禽，多种性能指标明显提高。许梓荣等在含较高粗纤维的肉鸡饲料中添加木聚糖酶、纤维素酶和β-葡聚糖酶，结果表明，饲料转化率能提高5%左右，肉鸡日增重约10%，粗灰分、粗纤维和粗脂肪的消化利用率明显提高；研究表明，在蛋鸡日粮中添加β-葡聚糖酶、纤维素酶和蛋白酶，蛋鸡产蛋率和饲料利用率均可提高；刘金海等利用黑曲霉菌发酵饲料饲喂肉鸡，发现黑曲霉菌发酵饲料对鸡致病性大肠杆菌有明显的抑制作用和促进免疫系统发育等。

2.2 黑曲霉在猪生产中的应用

随着饲料添加剂研究的不断深入，人们发现纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶等酶制剂在动物体内发挥重要作用。例如，仔猪的消化器官发育不完善，容易发生腹泻，通过补充相关酶制剂可以有效促进营养物质的吸收并降低营养性腹泻发生的概率。有报道称，黑曲霉所产的酸性蛋白酶有利于动物生长发育，提高生产性能。如在哺乳期仔猪日粮中添加一定量的专用蛋白酶制品，可提高饲料利用率，料肉比降低，营养性腹泻及死亡率明显降低；在保育猪饲料中添加富含蛋白酶和α-淀粉酶的复合酶制剂，猪肠道消化液中蛋白酶活性分别提高30%以上，粪和食糜中的氨基酸消化水平均在80%以上，猪群日增重和营养物质消化率均得到提高；在育肥猪的饲料中添加千分之二的复合酶制剂，肥育猪的料肉比显著降低，日增重明显提高。

2.3 黑曲霉在反刍动物生产中的应用

粗饲料是反刍动物日粮的重要组成部分，但因粗纤维成分含量较高，限制了动物对其消化和利用。据报道，在奶牛基础日粮中补充适量高活性复合纤维素酶制剂，可提高奶牛对粗纤维的利用率。纤维素酶能特异性的水解植物性纤维，减少胃肠病原菌数量，改善胃肠环境，从而提高动物机体的抵抗力。利用黑曲霉高产纤维素酶的特点，不仅为动物饲料来源开辟了新的途径，同时也能减少生活中纤维废渣和废料的浪费。李静等通过向稻草中添加纤维素酶和乳酸菌，为稻草作为青贮饲料在反刍动物生产中应用提供可能；李晓东等发现在羊羔的低能日粮中添加黑曲霉酶制剂能够显著改善多种营养物质的消化吸收。尹清强等发现在奶牛的基础日粮中补充一定量的纤维素酶，能明显提高奶牛的产奶率。

3 结论

黑曲霉作为公认的食品安全菌，具有产酶丰富、应用范围广、安全性好等优点，在畜牧生产上愈来愈受到业界人士的青睐。首先，黑曲霉能产生多种分解营养成分的消化酶，提高营养物质利用率，减少饲料浪费；其次，黑曲霉作为活菌制剂，可以调节机体菌群平衡，改善动物健康状况，提高动物生产性能；另外，黑曲霉在降解霉菌毒素、无抗养殖和食品安全等方面也发挥着巨大作用。因此，黑曲霉菌在畜牧生产上将具有广阔的应用发展前景。