发酵菜粕在畜禽养殖中的应用研究进展

■钟晓霞 刘志云 周晓容 黄金秀

（重庆市畜牧科学院农业部养猪科学重点实验室，重庆402460）

油菜籽作为我国的主要油料作物，2012～2015年间种植面积均达到750多万公顷，产量达到1 400多万吨，菜粕是油菜籽加工后残留物，产量维持在每年800多万吨[1]。菜粕中粗蛋白含量为35%～42%，粗纤维含量为12%～13%，碳水化合物含量为20%～25%，属低能量的蛋白饲料，氨基酸组成平衡，赖氨酸和含硫氨酸含量高，同时富含铁、锰、锌和硒等微量元素[2]，可作为一种优质的蛋白饲料加以利用，改善我国蛋白饲料短缺的现状。但菜粕中含有硫苷、异硫氰酸酯、噁唑烷硫酮、单宁和植酸等抗营养因子，严重制约了其在畜牧养殖中的应用，如何有效降低或去除菜粕中的抗营养因子，一直是菜粕利用面临的主要问题。微生物发酵脱毒法是利用微生物对菜粕进行脱毒，不仅具有脱毒效果明显、条件温和、工艺过程简单、干物质损失小等优点[3]，还产生多种有益畜禽动物生长的因子，是一种安全高效的菜粕脱毒方式。微生物发酵脱毒后菜粕抗营养因子降解，营养成分发生变化，饲用价值提高，在畜禽养殖业中表现出比未发酵菜粕更好的营养价值，进而得到广泛应用。

1 菜粕概述

1.1 菜粕的营养物质

菜粕是油菜籽经各种物理工艺的压榨和浸出等工序，制取分离出油脂后的残留物。菜粕的营养物质根据油菜籽实类别、油菜产地、油菜籽所含外壳质量和压榨方式不同而存在差异。Zhang等[4]从我国湖北、内蒙古和湖南等8个主要油菜产区随机各采集1种菜粕样品，通过分析表明，各地菜粕的营养成分存在差异，其中粗蛋白、粗脂肪、粗纤维含量的最大值和最小值差值分别为6.71%、3.11%和5.92%，菜粕平均粗蛋白含量为41.73%、油脂为1.67%、粗纤维13.42%、灰分9.23%、钙0.69%和磷0.88%，这些差异与各地菜粕品种及加工工艺等因素有关，特别是油脂的含量与油菜籽的加工工艺密切相关。Liu等[5]通过对超过200个菜籽饼（粕）样品的分析发现，螺旋压榨法的油脂含量达到106 g/kg，而预榨浸出法的油脂含量达到19 g/kg。虽然菜粕的营养物质根据产地、品种、压榨工艺等不同而存在差异，但菜粕中粗蛋白含量却始终在35%以上，甚至高达45%，并且菜粕氨基酸组成全面平衡，几乎不存在限制性氨基酸[6]，因此菜粕是一种重要的蛋白原料。

1.2 菜粕中的抗营养因子

硫甙又称硫代葡萄糖苷，是十字花科植物次生代谢物之一[7]，是菜粕中的主要抗营养因子之一，在普通菜粕中的含量超过103 μmol/g，加拿大培育的双低菜籽的早期品种中的含量也达到30 μmol/g[8]。硫苷不仅本身具有一定毒性，其主要分解产物异硫氰酸酯(ITC)、噁唑烷硫酮(OZT)、硫氰酸酯(TC)和腈类(RCN)等化合物也对畜禽有严重危害[9]。ITC对动物黏膜有强烈的刺激作用，且具有挥发性，长期或大量食用易引起腹泻，肺和肾脏组织损伤；OZT、ITC、TC都能抑制甲状腺中碘的有机化过程，致使动物的甲状腺肿大，进而降低动物的生长率；RCN的毒性最强，通常是OZT的5～10倍，严重时可引起肝出血和肝坏死。植酸在菜粕中的含量为3%～7%，与磷结合形成不易消化吸收的植酸磷；与Fe2+、Zn2+和Ca2+等金属离子结合形成络合物，影响矿物质元素的吸收；与一些蛋白质形成难溶混合物，降低畜禽的消化吸收率。单宁主要存在于菜籽皮壳中，含量为0.6%～3.0%，具苦涩味，降低动物采食量，不仅直接对采食动物产生毒害作用，还与蛋白质、金属离子、酶类、糖类、维生素B12等结合降低饲料利用率。

1.3 常用的菜粕脱毒法

常用去除菜粕抗营养因子的方法，包括物理脱毒法、化学脱毒法、酶催化水解法和微生物发酵法等。物理脱毒法是通过加热、加压以及红外线加热等处理使菜粕中抗营养因子失活，可分为蒸汽汽提法、压热处理法、蒸煮加热烘烤和热风喷射钝化法等[10]。化学脱毒法是针对某一种有毒成分的某一特性加入相应的化学试剂，使其发生化学反应的脱毒方法，包括碱处理、醇浸提、盐催化处理和双相萃取等手段[11]。这些方法虽有一些效果，但却存在脱毒效果不均，脱毒后菜粕营养物质损失较大，脱毒剂残留，适口性较差；脱毒所用设备操作相对复杂，生产成本较高，脱毒后的废液易造成水体环境污染等问题。酶催化水解法主要是利用外加芥子酶及酶的激活剂使硫苷加速分解，然后通过汽提或溶剂浸出等达到脱毒的目的[12]，该法不仅不能脱除植酸和多酚类化合物，还存在芥子酶来源困难，脱除硫苷及其降解产物的过程复杂，成本高，不能大规模工业化生产等问题。微生物发酵法是利用微生物直接分解毒物，与其他方法相比，该法具有条件温和，工艺过程简单，干物质损失小，便于推广应用等优点。

2 微生物发酵菜粕

微生物发酵菜粕，是利用微生物环境适应能力强、数量多、生长繁殖快、代谢能力迅速、酶系丰富等特点，进行发酵分解菜粕中的抗营养成分和毒性成分而脱毒[13]，同时软化和降解粗纤维、粗脂肪，水解大分子蛋白，生成大量活性益生菌、小分子蛋白、生物活性肽、生化酶、促生长因子等营养与激素物质，对于降解菜粕抗营养因子和改善菜粕营养价值均有突出表现。目前在菜粕发酵中使用较为广泛的菌株主要有芽孢杆菌、乳杆菌、乳球菌和酵母菌等细菌以及黑曲霉、白地霉等霉菌[14]，这些菌株分泌各种各样的酶对菜粕产生作用。枯草芽孢杆菌分泌蛋白酶[15]、植酸酶以及降解菜粕中硫苷、异硫氰酸酯和噁唑烷硫酮等抗营养因子的多种酶系[16-17]；乳酸菌不仅分泌各种蛋白酶，分解抗营养因子的酶系，还产生乳酸等副产物；曲霉能分泌半纤维素酶、水解酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、鞣酸酶等多种作用于营养物质的酶和一系列分解抗营养因子的酶[18-19]。分解抗营养因子的酶系可降解和分解抗营养因子，将其转化为其他无害物质，大大降低了菜粕对畜禽的毒害；蛋白酶可作用于蛋白质分解为蛋白胨、多肽和游离氨基酸等，改善菜粕的营养价值；细菌利用菜粕生长繁殖的过程中，产生乳酸，某些芳香性物质等副产物，利于发酵物的储存，改善饲料适口性。

2.1 微生物发酵菜粕对抗营养因子的影响

经过微生物发酵后，菜粕中的主要抗营养因子硫苷及其主要降解物ITC和OZT都达到一定程度的降解，甚至达到完全降解；邱良伟等[20]利用植物乳酸菌和黑曲霉发酵菜粕，发酵后ITC、OZT和硫苷分别降低64.0%、81.82%和75.16%；朱少华等[21]用酿酒酵母、枯草芽孢杆菌和乳酸菌进行发酵，发酵菜粕中硫甙、ITC、OZT分别降解了48.19%、26.92%、92.86%。单宁和植酸在经过微生物发酵后也有不同程度的降解；Hu等[22]利用枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母和粪肠球菌对菜粕进行发酵，发酵后的菜粕中单宁和植酸分别降低了36.36%和19.13%；王晓东[23]从土壤中筛选出一株黑曲霉对菜粕进行发酵，植酸的含量由2.81%下降至0.63%，单宁含量由1.32%下降至0.28%。微生物发酵除对抗营养因子起到了降解消除作用外，还对动物难于消化吸收的纤维起到了软化降解的作用，引起菜粕的形态结构发生变化；Shi等[24]利用黑曲霉对菜粕进行发酵，中性洗涤纤维降低了9.12%，并在后续研究中发现菜粕的形态结构由规则、光滑变得疏松、粗糙和不规则，菜粕网状结构中的淀粉颗粒发酵后也消失[25]；付敏等[26]采用枯草芽孢杆菌、黑曲霉、白地霉3个菌种对菜籽饼进行固态发酵，CF、NDF、ADF、ADL分别下降了12.75%、7.20%、11.42%、10.46%，同时菜粕的形态结构由光滑变得疏松多孔，网状结构消失。

2.2 微生物发酵对菜粕饲用价值的改良

微生物在菜粕中生长繁殖过程中，合成各种水解酶对菜粕产生降解作用，还在自身体内合成各种自身生长所必需的物质，这些都对菜粕的营养成分产生影响。Shi等[25]利用黑曲酶发酵菜粕，利用二维电泳分离，质谱鉴定出葡萄糖淀粉酶、酸性蛋白酶、β-葡聚糖酶、阿拉伯呋喃糖苷酶、木聚糖酶、植酸酶和一些抗氧化剂相关的酶。Hu等[22]利用枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母和粪肠球菌对菜粕进行发酵，发酵后菜粕的蛋白酶活性和淀粉酶活性分别达到208.70 U/g和227.85 U/g。在这些酶的作用下，菜籽粕蛋白发生水解，通过SDSPAGE电泳技术；付敏等[26]发现，菜籽饼发酵后，大分子蛋白质(＞20 ku)减少，分子质量主要在60 ku以内变为主要集中在5.8 ku左右，并且小肽含量提高了385.19%，游离氨基酸含量提高了300.00%；Shi等[24]利用黑曲霉对菜粕进行发酵，酸溶蛋白、粗蛋白和乙醚提取物含量分别增加了103.71%、23.02%和23.54%；Hu等[22]利用枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母和粪肠球菌对菜粕进行发酵，粗蛋白、粗脂肪、真蛋白、水溶性蛋白和小肽分别提高了5.98%、95.30%、10.59%、102.32%和88.76%。除了氨基酸、小肽、水溶性蛋白和酸溶蛋白等小分子蛋白的含量显著升高外，其他的营养物质，如粗脂肪、总酸等也发生变化；朱少华等[21]先用酿酒酵母、枯草芽孢杆菌进行有氧发酵的基础上用乳酸菌进行厌氧发酵，发酵菜粕中总酸提高了255.28%；Xu等[27]利用乳酸菌和枯草芽孢杆菌对菜粕进行厌氧发酵，发酵后菜粕粗脂肪增加1.4%。

3 发酵菜粕在畜禽上的应用

通过微生物发酵，菜粕中抗营养因子被降解，营养成分得到优化，在畜禽养殖中具有较好的应用效果。研究表明发酵菜粕按一定比例替代豆粕添加到畜禽饲料中，畜禽动物的生长性能，如平均日增重、平均日采食量和饲料转化率，机体抗氧化功能和免疫功能均优于未发酵的菜粕，并表现出与豆粕日粮相当或更好的营养价值。发酵菜粕主要应用于肉鸡和猪。

3.1 肉鸡上的应用

发酵菜粕在家禽上的应用主要是在肉鸡上，肉鸡的生长性能、免疫性能、肠道消化酶活性和肠道形态以及肌肉品质均受到影响。肉鸡的体增重、平均日采食量和饲料转化率较未发酵菜粕显著升高，与较常用的玉米-豆粕型日粮相当或者有所增加；胡永娜等[28]将固态发酵菜粕等氮替代玉米-豆粕型日粮中25%的豆粕，发酵菜粕组较菜粕组显著提高肉仔鸡全期的平均日增重，并且发酵菜粕组肉仔鸡平均日增重比豆粕对照组稍高，同时对肠道消化酶活性进行研究发现，在21、42日龄测定肉鸡的十二指肠、空肠、回肠和盲肠的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性与菜粕对照组和豆粕对照组比较均显著提高。饲喂发酵菜粕不仅使肉鸡肠道消化酶活性提高，还对肉鸡的肠道肠壁厚度、绒毛高度和隐窝深度比等肠道形态产生影响。Xu等[27]将发酵菜粕替代日粮中10%的豆粕饲喂肉鸡，肉鸡的十二指肠和空肠黏膜的绒毛高度、空肠的绒毛高度与隐窝深度比均显著高于未添加组。

另一方面，饲喂发酵菜粕肉鸡的免疫性能较饲喂未发酵菜粕的肉鸡性能要好。Hu等[22]将发酵菜粕等量代替部分豆粕添加到鸡的日粮中，在0～3周添加9.41%，4～6周添加8.41%，结果显示饲喂发酵菜粕的鸡群的血清抗氧化功能指标总抗氧化能力和总超氧化物歧化酶在整个饲喂周期比饲喂未发酵菜粕的肉鸡高，总蛋白、白蛋白和葡萄糖水平均高于饲喂未发酵菜粕的鸡群；Xu等[27]将发酵菜籽粕替代日粮中5%、10%和15%的豆粕，替代10%和15%的肉鸡血清尿素氮显著低于替代0%和5%，IgG显著高于替代0%和5%，在饲喂前期1～21 d，替代10%和15%的IgM显著高于0%与5%。发酵菜粕对肉鸡生长性能和免疫性能的积极影响，也对肉鸡的抗病能力产生影响，Amin Ashayerizadeh等[29]将发酵菜粕替代50%和100%玉米-豆粕型日粮中的豆粕，用鼠伤寒沙门氏菌攻毒饲喂240日龄的雄性肉鸡，结果发现饲喂发酵菜粕的肉鸡回肠和盲肠切片的乳酸菌数量明显增加，鼠伤寒沙门氏菌定植率降低，嗜中性粒细胞与淋巴细胞比例显著低于饲喂未发酵菜粕或阳性对照的雏鸡。

饲喂发酵菜粕的肉鸡生长性能和免疫性能均得到提高，肉鸡的肌肉品质也发生变化，陈昭琪等[30]将发酵菜粕等量替代不超过15%玉米-豆粕型日粮中的豆粕，肉鸡的胸肌亮度（L∗）值极显著提高（P＜0.01），红度（a∗）、黄度（b∗）值则极显著降低；胸肌的滴水损失、剪切力极显著低于对照组（P＜0.01）；胸肌的肌苷酸含量较对照组提高2.55%。

发酵菜粕在肉鸡中应用，等量替代玉米-豆粕型日粮中的豆粕不超过10%～15%对肉鸡的生长不产生影响，并且饲喂发酵菜粕的肉鸡免疫性能增强，肠道消化吸收能力提高，肌肉品质得到改善。

3.2 猪上的应用

发酵菜粕在猪上的应用，多集中在生长育肥阶段，替代部分玉米-豆粕型日粮中的豆粕，饲喂发酵菜粕对猪的生长性能、各营养物质的代谢、抗氧化性能和免疫性能等多个方面均有影响。

饲喂发酵菜粕的猪的平均日采食量、平均日增重和饲料转化率较饲喂未发酵菜粕的猪显著提高，罗振福[31]研究发酵菜粕在生长猪上的应用，发现固态发酵菜粕等氮替代玉米-豆粕型日粮中25%以下的豆粕，各试验组生长猪的日采食量与两对照组相比差异不显著，猪日增重较豆粕组提高13 g/d，料肉比亦显著降低到3.96。饲喂发酵菜粕生长猪的生长性能的变化，可能与发酵菜粕中营养物质的消化率和代谢率的提高相关，Shi等[32]研究黑曲霉发酵菜粕在生长猪上的应用，发现发酵菜粕总磷的全肠道消化率（ATTD）和标准全肠道消化率（STTD）分别为72.10%和77.31%，显著高于未发酵菜粕的34.79%和41.34%，发酵菜粕的消化能（DE）和代谢能（ME）分别为12.08 MJ/kg和11.09 MJ/kg，分别显著高于未发酵菜粕11.28 MJ/kg和9.74 MJ/kg。Shi等[33]将发酵菜粕等量替代玉米-豆粕型日粮对照组中10%的豆粕饲喂生长猪，在饲喂的42 d里，生长猪的DM和CP的消化率、Ca和P消化率系数、血清总磷含量、AST和UN水平显著高于饲喂未发酵菜粕的生长猪。

另一方面，饲喂发酵菜籽粕的猪的血清的抗氧化指标、免疫指标均优于未发酵菜籽粕。邓卉等[34]将发酵菜粕等氮替代玉米-豆粕型日粮中2.5%、5%和7.5%的豆粕饲喂生长猪，结果显示等氮替代7.5%的血清超氧化物歧化酶(SOD)活性和总抗氧化能力(TAOC)含量显著高于对照组，丙二醛(MDA)含量显著低于对照组，血清免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)和白细胞介素2(IL-2)含量显著高于对照组。

发酵菜粕应用于生长猪上，在不超过10%的替代量下，对于生长猪产生积极影响，猪的生长性能、各营养物质的代谢、抗氧化性能和免疫性能均得到提高。

3.3 其他动物上的应用

发酵菜粕除在肉鸡和猪上应用广泛以外，在其他畜禽和水产动物上也有所应用。许甲平等[35]研究了固态发酵菜粕替代日粮中豆粕饲喂肉鸭对生长性能和肠道微生物的影响，结果显示，等氮替代日粮中10.5%豆粕的1/3，在饲喂后期（30～45日龄）日采食量与对照组相比显著增加，芽孢杆菌数与对照组相比显著提高。田刚等[36]比较研究了固态发酵菜粕和菜粕对生长肉兔的营养价值，结果显示，发酵菜粕的消化能值显著提高了34.3%；总能、粗蛋白质、ADF、NDF、钙和总磷全肠表观消化率均有所提高；各氨基酸全肠表观消化率也有不同程度提高。郭春华等[37]利用黑曲霉和米曲霉发酵的复合粕(菜粕、豆粕和棉粕)配合日粮饲喂泌乳中后期奶牛，结果表明，发酵复合粕组较对照组平均多产奶1.08 kg/(头·d)，对于奶牛抗病能力、防治乳房炎均有一定效果，牛奶的品质也得到提高。孔丽等[38]在异育银鲫饲料中用3%氨基酸粉、6%发酵棉粕和6%发酵菜粕分别等量替代鱼粉、棉粕和菜粕，能显著提高异育银鲫的生长性能以及氨基酸的利用率。

4 小结

利用微生物对菜粕进行发酵脱毒，可有效降解和消除菜粕中的抗营养因子，将动物难于消化的大分子蛋白降解成易于动物消化的游离氨基酸、小肽、酸溶蛋白等小分子蛋白；部分替代豆粕，可提高畜禽动物的生长性能、机体抗氧化功能和免疫功能。发酵菜粕可作为优质的蛋白饲料加以利用，有效缓解我国蛋白饲料缺乏的现状。但仍存在诸多问题，菜粕在微生物的作用下，抗营养因子只部分降解，并未达到完全降解，仍需要对发酵的菌种和发酵工艺进行改进；发酵后菜粕主要在猪和肉鸡上有所应用，在其他畜禽上的应用报告较少，发酵菜籽粕对其他畜禽的饲用价值，仍需要更多的研究；此外，发酵菜粕在畜禽上的应用都只是少量部分的替代日粮中的豆粕，还不能达到完全替代，发酵菜粕对于动物的作用仍然有许多不明之处，需要进一步的研究。