菌酶协同发酵饲料研究进展

徐伟佳，王智伟，袁凯鑫，杨雨鑫*

(1. 希杰尤特尔(上海)生物科技有限公司，上海 200003；2. 西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌 712100；3. 陕西杨凌富仕特生物科技有限公司，陕西 杨凌712100)

2018年1月1日，我国生物饲料开发国家工程研究中心发布了首个生物饲料产品定义和分类团体标准(TCSWSL 001-2018)，将生物饲料(Biological feed)定义为：使用《饲料原料目录(2013)》和《饲料添加剂品种目录(2013)》等国家相关法规允许使用的饲料原料和添加剂，通过发酵工程、酶工程、蛋白质工程和基因工程等生物工程技术开发的饲料产品总称，包括发酵饲料、酶解饲料、菌酶协同发酵饲料和生物饲料添加剂等[1]。从而结束了生物饲料、发酵饲料等概念和分类混乱的局面，在我国生物饲料发展历程中具有里程碑的意义。

生物饲料大类下的菌酶协同发酵饲料(microbia coupling with enzyme fermented feed)是指使用《饲料原料目录(2013)》和《饲料添加剂品种目录(2013)》等国家相关法规允许使用的饲料原料、酶制剂和微生物，通过发酵工程和酶工程技术协同作用生产的单一饲料和混合饲料[1]。菌酶协同发酵饲料中的酶制剂的主要分类和功能有以下四个方面：(1)降解饲料原料中难以消化吸收的物质，如纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、植酸酶、果胶酶、葡萄糖苷酶等；(2)能够抑制有害菌生长，促进益生菌繁殖，如溶菌酶、葡萄糖氧化酶、淬灭酶等；(3)能够提高动物机体免疫，维持肠道健康，如甘露聚糖酶、葡萄糖苷酶等[2]；(4)能够减少饲料原料中的有害物质，如降解霉菌毒素的酶、降解棉酚的酶等[3]。

2013年我国农业部发布的2045号公告规定，允许用于饲料微生物添加剂的菌种有34种，主要包括酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌、霉菌和光合细菌五类菌种，目前常用于菌酶协同发酵饲料的菌种主要包括前四种。菌酶协同发酵饲料能够将酶制剂和微生物功效有机结合，两者协同发挥作用高效降解饲料原料，提高有效成分含量；在动物胃肠道两者能够共同抑制有害菌生长，促进益生菌生长，进而提高机体生长速度，减少疫病发生。研究表明，菌酶协同发酵效果优于菌和酶单独使用时的效果[4]。目前，我国科研院所和市场上对于菌酶协同发酵饲料的研究和应用主要集中在对蛋白原料、农业副产物、工业副产物等三类原料的降解和利用。

1 研究现状

1.1 菌酶协同发酵饲料降解蛋白原料研究现状

长期以来我国蛋白原料缺乏，通过发酵和酶解蛋白原料的技术高效、安全利用蛋白原料逐渐成为近年研究和应用的热点[3]。目前，菌酶协同发酵蛋白原料的主要目的有三个方面：(1)提高特定产物含量，如小肽、氨基酸、粗蛋白、生物酶、抗菌肽等；(2)减少抗营养因子、苦味因子、霉菌毒素等不利因素含量，提高原料营养价值[5]，如胰蛋白酶抑制因子，黄曲霉毒素、玉米素毒烯酮毒素等；(3)提高饲料原料品质，延长青绿原料保质期。常见的发酵蛋白原料主要有豆粕[6]、大豆蛋白[7]、棉籽粕[8]、菜籽粕[9]、麸皮[10]、青贮原料[11]、豌豆[12]、棕榈粕[13]、脱脂薏米[14]、大米等[15]。方乐等[16]使用芽孢杆菌、酵母菌和中性蛋白酶协同发酵豆粕，优化后的工艺粗蛋白质含量由47.62%提高至56.72%，小肽含量从11.40 mg/g提高至199.65 mg/g；韩丽等[7]用碱性蛋白酶、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、酿酒酵母菌协同发酵大豆皮中的抗营养因子，结果发现抗原蛋白降解率达80%以上；张恒[13]用高产纤维素酶的曲霉、酿酒酵母菌和枯草芽孢杆菌协同发酵棕榈粕和麸皮，通过响应面分析法优化发酵工艺，粗蛋白质含量提高了58.20%，粗脂肪降低了52.27%，中性洗涤纤维含量降低了13.00%，半纤维含量降低了24.66%；徐磊等[14]发现，菌酶协同发酵可显著提高脱脂薏米水提取液的营养品质； Chen等[17]研究发现，相比使用单菌或单酶降解效果，菌酶协同发酵青贮pH更低、乳酸含量更高、丙酸含量更低、可溶蛋白含量更高。可见，菌酶协同发酵可以显著提高蛋白含量、小肽含量、降低粗纤维含量，提高蛋白原料品质，增强抗氧化能力。

1.2 菌酶协同发酵饲料降解农副产品原料研究现状

我国是一个农业生产大国，各种农副产品产量居世界首位，其中秸秆资源每年产量在7×108t以上，而目前对各种农副产品的利用率极低，部分农副产品甚至已成为我国重要的农业污染源[18]。而近年来逐步发展起来的菌酶协同发酵农副产品对于高效利用农副产物具有重要的意义，目前研究较多的农副产品原料主要有玉米秸秆[19]、玉米芯[20]、金枪鱼副产物[21]、马铃薯浆[22]、棉花秸秆[18]、虾壳[23]等。刘辉等[19]曾使用纤维素酶和酵母菌协同发酵玉米秸秆，通过单因素试验和正交试验优化发酵工艺，发酵产品中的粗蛋白质含量高达29.71%，相比发酵前提高了4.67倍；包慧芳等[18]曾使用乳杆菌L2、芽孢杆菌C3和纤维素酶协同降解棉花秸秆饲料，结果发现添加0.1%纤维素酶可以加快发酵基质pH下降速度，更有利于保存营养物质；李永强[23]曾使用蛋白酶K和凝结芽孢杆菌协同发酵虾壳，优化后的工艺虾壳蛋白质去除率可达82.62%，红外光谱扫描分析发现发酵所得物是甲壳素。综合多项研究可以发现，根据农副产品原料特点、发酵目标产物特点，发酵菌种和酶制剂使用差异较大，但是相比单一使用酶制剂预处理或者菌种发酵，菌酶协同发酵工艺可以更快捷、更高效的获得目标产物。

1.3 菌酶协同发酵饲料降解工业副产品原料研究现状

目前，研究较多的菌酶协同发酵降解的工业副产品原料主要包括辣木[24]、中草药药渣(党参药渣、甘草药渣、益母草药渣、黄芪药渣)[25]等。王田田等[24]研究发现，双菌混合发酵更有利于降解铵态氮和单宁，枯草芽孢杆菌降解多酚效果更好，黑曲霉能够高效降解黄酮，且能够保留较多的粗蛋白，菌酶协同发酵能够提高多糖和氨基酸的含量。李亚新[25]用乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、里氏木霉和富含纤维素酶的复合酶制剂发酵多个中草药药渣，结果发现相比单一使用混合菌种发酵效果，使用菌酶协同发酵中草药药渣，NDF和ADF含量显著降低。

2 存在问题

2.1 菌酶协同相互作用机理不清晰

目前，虽然很多科研机构对多种酶制剂和菌种进行了深入的研究，酶制剂的分子结构、酶活、酶学特性、功能[26]，以及菌种的形态特点、生长特点、产物特点均得到了深入的研究[27]，但是酶制剂和菌种之间的相互作用，以及菌种、酶制剂与动物机体之间的相互作用和机理研究尚较少。

2.2 菌酶协同降解效果评价标准尚不统一

由于菌酶协同发酵目的不一，所使用的酶制剂、菌种、发酵基质差异较大，酶活定义和检测方法不统一，导致菌酶协同发酵效果评价标准难以制定，不同机构研究成果无法通过数据直接对比，目前亟需权威性机构制定标准，并对此行业进行规范和引导。

2.3 菌酶协同发酵原料研究不平衡

虽然菌酶协同发酵相比单菌种或单酶制剂发酵具有无与伦比的优势，但由于该行业尚处于起步阶段，国内研究较少，且研究重点多集中在发酵蛋白原料，对于发酵农业副产品的研究则相对较少，对于发酵工业副产品的研究则非常稀缺。

3 展 望

菌酶协同既能够缩短发酵周期，而且能够充分利用活菌制剂优化动物机体环境，促进机体生长，减少疫病发生，降低生产成本，提高养殖效益。菌酶协同发酵饲料的发酵效果优于单菌种或者酶制剂处理效果，未来将会有越来越多的新型原料被挖掘和利用，发酵效果也会逐步提升，这对于我国减少工农业废弃物污染、开发新型饲料原料、提升养殖效率、改善食品安全将会产生极其深远的影响。