益生菌发酵豆粕降解抗营养因子的研究进展

徐舒怡 孙 玲 肖佳怡 朱嘉璐 孙巍巍

（1.徐州工程学院 江苏·徐州 221008；2.徐州海大合新饲料有限公司 江苏·徐州 221000）

豆粕因其粗蛋白质和赖氨酸含量高且富含多种生物活性成分，不易被病原菌污染和氧化腐败又含毒害物质少，已然成为饲料工业生产应用中使用最为广泛且优质的一种植物性蛋白饲料。我国作为畜牧业大国，对豆粕饲料的需求巨大，但豆粕中含有的多种抗营养因子会影响动物机体对营养物质的吸收和利用，大大降低了饲料的利用率，因此，降低或钝化豆粕中的抗营养因子，提高豆粕的消化率一直是我们急需解决的问题。目前，物理、化学、生物学方法均有对降解豆粕中抗营养因子的研究，其中微生物发酵法是研究热点。

1 豆粕中主要的抗营养因子

豆粕中含有多种抗营养因子，抗营养因子的存在会影响豆粕的营养价值和利用效率。通常可根据对热敏感性，将其分为两类，一类是热稳性因子，如抗原蛋白、寡糖、植酸等，另一类是热不稳性因子，如脲酶、胰蛋白酶抑制因子、凝集素等。

2 消除豆粕中抗营养因子的方法

2.1 物理方法

物理方法降解抗营养因子主要有加热法、膨化法、浸泡法等。加热法是利用豆粕中含有对热敏感、不稳定的抗营养因子，通过加热方式使其变性或去除。对豆粕热处理时的强度把控十分严苛，如加热不足，抗营养因子不能被完全破坏，加热过度又会引发美拉德反应和焦糖化从而降低氨基酸利用率，蛋白质的生物学效率也会降低[1]。膨化法促使大豆的脲酶活性下降，胰蛋白酶抑制因子遭到破坏，随着膨化温度的升高及加热时间的延长，豆粕中的抗营养因子活性呈正相关的趋势下降。

相较于传统方法的局限性，目前研究较多的非热加工技术为超高压加工技术，这种技术可以通过修饰蛋白质结构中的非共价键改变抗原结构来降低致敏性。超高压加工技术虽然效果明显，但操作条件严苛，难以进行规模化生产，如何在实际生活中有效应用仍是未来的一大问题。

2.2 化学方法

化学方法是通过向豆粕中加入化学试剂使其与抗营养因子结合，产生某种化学反应来改变抗营养因子的分子结构，从而降低活性或致失活的工艺。彭胜等[2]以水为脱毒溶剂，使用浓度为3%的硫酸按料液比1:20（g/mL），脱毒温度90℃，振荡浸提90min，脱毒2次，菜籽粕中单宁、植酸、硫甙的脱除率分别可达68.21%、71.03%、72.46%。化学方法与物理方法相比能更好地钝化或消除豆粕中的抗营养因子，但会产生大量化学物质残留，去除这些残留不仅会产生新生产成本还会对环境和动物造成伤害。

2.3 生物学方法

生物学方法消除豆粕抗营养因子与物理和化学方法相比，具有高效、环境友好、适口性好以及能够提高豆粕种营养物质等优点，育种法、酶解法和微生物发酵法等是常用的生物学方法。

育种法主要采用植物育种来培养一批低抗营养因子或无抗营养因子的植物品种，但此方法培育周期长，成功率低，产量不高，投入的人力物力大，无法投入生产。酶解法是在向动物投喂饲料时添加酶制剂来降解不同抗营养因子，提高饲料利用率，抑制霉菌生长并增强动物机体的免疫能力。陈思等[3]研究发现添加30 U/g中性蛋白酶和50 U/g酸性蛋白酶水解48 h后,最大蛋白质水解度达到22.7%；再添加50 U/g纤维素酶和50 U/g木聚糖酶，48 h后,还原糖释放量达到最大值1.91%。微生物发酵法是利用微生物发酵产生的酶来降低抗原性和积蓄有益代谢产物，具有可加工性且条件工艺设备要求简单。

3 益生菌发酵豆粕的优势

3.1 减少抗营养因子及有害微生物数量，提高饲料营养水平

豆粕中的抗营养因子，如蛋白酶抑制剂、植酸、单宁等经益生菌发酵处理后可得到降解，同时饲料的PH降到4.5以下，抑制了潜在病原菌的生长，减少了有害微生物的数量。发酵过程中的生物化学反应使饲料中的淀粉、纤维素、蛋白质等复杂大分子有机物降解为动物易消化吸收的单糖、低聚糖和氨基酸等小分子物质，使饲料适口性改善，营养水平提高。

3.2 促进营养物质的消化与吸收，产生多种有益代谢物

益生菌在动物肠道内能合成多种维生素、氨基酸和核酸，促进动物对蛋白质、糖分、脂肪以及各种离子的吸收。无机硒在酵母细胞发酵过程中可转化为有机硒，硒的毒性降低并转移到有机大分子物质上，经益生菌转化，人体吸收比率将提高20倍，粗蛋白、钙、磷和其他一些营养物质的消化也有所提高。

3.3 维持动物菌肠道菌群平衡

益生菌在肠道中产生的氨基氧化酶、氨基转移酶等有害物质利用酶，可以降低肠道中游离的氨及吲哚等有害物质，使排泄物和体液中的氨减少，粪物中大量的活菌体得以继续利用剩余氨改善饲养环境。Sheng等[4]在母猪饲料中添加乳酸菌及枯草芽孢杆菌后进行厌氧发酵，与未发酵时相比，发酵饲料中还原态的铜、铁含量显著增加，氧化态的铜、铁含量减少，猪粪pH值升高(P<0.05)，猪粪粪臭素浓度显著降低(P<0.01)。此外，益生菌还能粘附到肠壁细胞上起防御作用，竞争性地抑制和排斥病原菌。

3.4 增强免疫力，提高动物生产性能

益生菌能够提高干扰素和巨噬细胞的活性，分泌产生特异性免疫调节因子从而激发机体免疫功能，及时杀灭入侵的致病菌，增强机体免疫力，大幅度降低发病率和死淘率。经益生菌发酵过的饲料带有特殊香味，适口性好，能刺激食欲，提高采食量，同时产生的有益代谢物转化利用率高，可提高动物的生产性能。卢慧[5]经研究证实益生菌发酵饲料能够提高泌乳奶牛的产奶量和乳品质，奶牛平均日产标准乳提高了11.5%，对比粗蛋白和干物质的消化吸收状况，饲粮各养分的表观消化率都有所提高。

3.5 改善环境

益生菌可以抑制肠道内腐败菌的生成，减少产生氨、生物胺、吲哚等有害物质，芽孢杆菌产生的氨基氧化酶及分解硫化氢的酶类可降解吲哚类物质。益生菌饲料喂养的家畜，其畜禽舍内氨气、硫化氢的浓度和臭味降低，污染减少，改善了环境。

4 益生菌发酵法降解豆粕抗营养因子的作用机理

4.1 发酵豆粕的益生菌种类

国内外常用益生菌大致分为三类，第一类是包括干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌等的厌氧乳杆菌属；第二类是包括短双歧杆菌、长双歧杆菌等的严格厌氧双歧杆菌属；第三类是包括粪肠球菌、乳肠球菌等的兼性厌氧球菌属，还有一些酵母菌与需氧菌等也可归入益生菌范畴。目前市场上用于饲料发酵的益生菌种类主要是乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌和霉菌。

4.2 益生菌发酵法降解豆粕抗营养因子的作用机理

按发酵所用微生物种类进行划分，可分为单一菌种发酵和复合菌种发酵。

单一菌种发酵一般使用丝状真菌，丝状真菌分泌的水解酶可以降解抗营养因子来提高蛋白质、多肽含量。魏曼琳等[6]分别在质量为4%、5%、6%的豆粕中添加乳酸菌，在37℃条件下发酵，又在48和72小时对各组试样的粗蛋白含量和脲酶活性进行测定，结果表明，乳酸菌添加量为4%时效果最佳，既不会显著降低豆粕的粗蛋白含量，又有效降低了脲酶活性。张佳斌等[7]以枯草芽孢杆菌作为单一菌种发酵豆粕，在料水比（m/V)为1:1，接种量为5%，发酵温度为37℃，发酵时间为48h条件下，豆粕中的粗蛋白质量分数达到62.3%；

单一菌种虽可对豆粕中的抗营养因子进行部分降解，但多种益生菌复合发酵的效果显著优于单一菌种。侯楠楠等[8]采用乳酸菌和酿酒酵母等组成对豆粕与玉米粉和麸皮粉混合物（38:1:1）进行发酵，在料水比5:4，接种量2.0%的条件下，经32℃恒温密封发酵72 h，乳酸菌和酵母菌数量显著提高，粗蛋白质、酸溶蛋白和总酸的含量也有所增加，其中粗蛋白质含量较原有含量提高6.07%，酸溶蛋白含量和总酸含量分别是对照组的3.87倍和5.23倍，而大肠杆菌和霉菌的数量得到降低。

5 益生菌发酵法降解豆粕抗营养因子的发酵工艺

5.1 固态发酵

益生菌固态发酵是在有少量游离水的固态湿培养基上，有益微生物在适当条件下经厌氧或好氧进行发酵。大多数的固态发酵基质的含水量控制在60%以下。此过程不要求严格无菌，且无废水排除，生产成本低，产出率高。益生菌固体发酵饲料可大致分为全价益生菌发酵饲料、益生菌发酵浓缩饲料、发酵豆粕、酵母培养物和其他发酵产品。赵志军等[9]将贝莱斯芽孢杆菌诱变为高产突变菌株D27并固态发酵，在接种量为3%，33℃条件下培养6 d，酯化酶酶活力最高为89.52 U/100g，较初始菌株提高了137%。王梅等[10]利用乳酸菌、酵母菌、芽孢菌、酿酒酵母三种不同组合的菌种固态发酵豆粕，结果显示益生菌数量、粗蛋白与酸溶蛋白含量均显著增高（P<0.05）。

5.2 液态发酵

益生菌液体发酵是在生化反应器中，将微生物生产过程所需的糖类、碳源、无机盐及其他营养物质溶解在水中作为培养基，通入无菌空气并加以搅拌，为微生物菌种生长代谢提供所需的氧气，并控制适宜的外界条件使微生物大量生长繁殖。液体发酵饲料能够改善饲料的消化特性、提高饲料利用率和预防腹泻。目前被广大研究者认可的液体发酵饲料指标为：pH<4.5、LAB>9log10 CFU/mL、乳酸含量>150 mmol/L、乙酸含量<40mmol/L、酒精含量<0.8mmol/L。

固体发酵底物提供了微生物生长所需的营养物质和场所，但固体发酵产量低，劳动力强度大，且易受杂菌污染，不利于工业化生产。而液体发酵的培养基含水量少，废渣废液少，具有易处理，能源消耗低，设备和技术简便，投入成本低等优点。

6 展望

发酵豆粕是运用最多的一种植物性蛋白饲料，作为饲料行业的主要技术突破口，深入研究并扩展其在畜牧业生产中的应用是未来发展的必然趋势。虽然发酵豆粕技术日渐完善，但仍存在一些问题。如发酵菌株种类多、性质不稳定且耐受性差，受到保藏条件、发酵工艺、生产环境的影响会发生变异或退化，甚至产生安全性问题。此外，国内外对发酵饲料的应用研究还停留在表层，对其活性有效成分对动物生长及免疫等进行调控的原理还缺乏系统性研究论述，因此，筛选出保存性能优秀又稳定的发酵菌株，并深入开展其在动物体内作用机制的研究等仍是未来发酵饲料的研究重点。最后，国家标准和监督管理机制在益生菌发酵饲料的生产工艺、保藏运输和养殖应用过程等方面的统一和完善也为发酵豆粕的研究作出保证。