桑叶发酵工艺及其应用的研究进展

2022-11-21焦万琳潘家婵袁敏维杨镇聪段鑫雨黄志君

广东蚕业 2022年7期

焦万琳　潘家婵　贝　桐　袁敏维　杨镇聪　段鑫雨　黄志君

桑叶发酵工艺及其应用的研究进展

焦万琳1潘家婵1贝桐1袁敏维1杨镇聪2段鑫雨1黄志君1

（1.华南农业大学动物科学学院广东广州510642；2.华南农业大学食品学院广东广州510642）

发酵可以改善桑叶的营养成分及其含量，增加桑叶有益活性物质和降低不良组分含量，提高桑叶的利用价值。文章从桑叶的发酵工艺、发酵桑叶在动物生产中的应用和桑叶相关的发酵食品三方面对桑叶发酵工艺的发展研究与应用进行了综述，对我国桑叶发酵应用的发展进行了研究展望。

桑叶；发酵工艺；饲料；食品；研究展望

桑树（MorusalbaL.）是桑科桑属落叶乔木或灌木，原产于中国。据我国20个主产省（自治区、直辖市）数据[1]，2020年全国桑园面积1 146.5万亩，较2019年同比上升1.2%。2020年全国蚕茧产量71.5万t，较2019年同比下降0.8%。桑树种植面积增加的同时产茧量却在下降，由此可知，还有大量的桑叶没有被充分利用，造成大量的资源浪费。沈以红等（2014）推测全国有近1/2桑园生产的桑叶没有用于养蚕相关产业[2]。因此，寻找能规模化利用剩余桑叶的途径是具有现实意义的课题。

桑叶的活性物质组成成分相当复杂，具有多种生物学功能，其蛋白质含量高，富含多种氨基酸、维生素及矿物质元素，能维持动物机体的正常生长和发育，提高机体免疫功能。桑叶及其提取物在降血脂、治疗Ⅱ型糖尿病、抗氧化、疏散风热、清肺润燥、清肝明目等多个方面具有显著疗效。

韩伟林等（2018）的研究结果表明，桑叶蛋白质含量为16.7%～22.3%，脂肪含量为4.8%～6.4%，粗纤维含量为18.4%～23.9%，粗蛋白含量比苜蓿高，可作为粗饲料应用于动物生产中[3]。黄静等（2014）也指出桑叶的营养成分组成和大豆相似，优于苜蓿，蛋白质含量较高，纤维素含量相对较低，可作为畜牧饲料的蛋白质原料[4]。

新鲜桑叶有一定的局限性，较高的水分含量使其较容易发生腐烂，并且粗纤维含量高，含有植酸、鞣质等抗营养因子，其毒副作用不仅会影响动物对营养物质的消化吸收，还会影响动物整体的生产性能，从而难以提高桑叶复合饲料中的桑叶比重，难以发挥桑叶应有的价值。但桑叶经过发酵处理后，可增加粗蛋白等多种营养物质的含量并减少抗营养因子的含量，既提升了饲料适口性，又提高了饲料转化率，从而提高动物的产出效率。桑叶发酵工艺的应用前景十分广阔，因此，本文对桑叶发酵工艺的研究和应用进行综述，以期为发酵桑叶的进一步开发和利用提供参考。

1 桑叶发酵工艺研究进展

新鲜桑叶中具有较高的植物蛋白含量和动物生长所需的多种营养元素，但也存在一些抗营养因子，经过发酵处理后，其营养价值、利用率、消化率及适口性会得到较大的提高。在发酵过程中，桑叶中的营养物质及多种活性物质的含量会受发酵菌种、菌种配伍、发酵方式、发酵的时间和温度等多种因素共同作用，不同条件的相互作用下其各组分的含量会发生不同程度的变化。

筛选菌种时，可以使用不同的菌剂对桑叶进行发酵处理，然后通过测定发酵桑叶中粗蛋白、粗脂肪等营养物质的含量变化来探讨最佳桑叶发酵工艺。张洪燕等（2016）研究了多种菌剂对桑叶的发酵效果，发现康宁木霉、产朊假丝酵母、地衣芽孢杆菌等6个菌株发酵桑叶能使其中的蛋白质含量显著提高，用霉菌与芽孢杆菌发酵可以使饲料中粗纤维含量显著降低，用乳酸菌与酵母菌发酵可以提高桑叶饲料中的粗脂肪含量[5]。不同菌种的混合发酵通常比单菌剂能获得更好的发酵效果，而且不同菌种组合有不同的最佳发酵工艺。孙琦等（2017）利用酵母菌、乳酸菌以及枯草芽孢杆菌按单菌和混合菌对桑叶进行微生态发酵，确定了最佳发酵条件：乳酸菌与酵母菌按1∶1的比例混合，接种量10%，发酵温度35 ℃，60 h，pH为8，含水量为60%[6]。叶添梅等（2020）对桑叶和豆粕混合物使用乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌复合菌种进行发酵，得出最佳发酵条件：桑叶粉比例80%，含水率40%，发酵9 d，螺口瓶发酵。在此条件下，发酵后桑叶饲料鞣质降解率达到46.3%[7]。但是该试验没有指出复合菌种的混合比例及接种量。朱佳文等（2021）发现用枯草芽孢杆菌与地衣芽孢杆菌在不同混合比例下对降解纤维、分解脂肪、提高粗蛋白含量的作用有明显差异，当枯草芽孢杆菌与地衣芽孢杆菌的混合比例为4∶1时，经发酵56 d后，桑叶中粗脂肪含量下降20.99%，粗蛋白含量提高3.73%；当混合比例为1∶1时，粗纤维含量下降7.53%，粗脂肪含量下降5.81%，粗蛋白含量提高8.97%；当混合比例为1∶4时，粗纤维含量下降12.96%，粗蛋白含量提高7.24%[8]。因此，不同比例的复合菌发酵会产生不同的发酵效果，还可根据饲料的营养要求来确定复合菌的比例。

桑叶中含有大量的鞣质，鞣质为抗营养因子，如不经处理加入饲料中，会严重影响动物的食欲，降低采食量、饲料的消化利用率，甚至还会引起胃肠道疾病。因此，还需要对有效降低鞣质含量的发酵方式进行研究。徐丹等（2017）分别利用乳酸菌、枯草芽孢杆菌以及2种菌1∶1混合，在接种量为7%，温度37 ℃，72 h发酵时间的条件下，发现经过发酵后桑叶中的总黄酮、鞣质等物质含量均有所下降，其中枯草芽孢杆菌处理的鞣质下降比例最大，为38.33%[9]。叶添梅等（2020）对桑叶和豆粕混合物使用乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌进行联合发酵后，桑叶饲料鞣质降解率达到46.3%[7]。利用物理手段进行发酵前处理也会提高抗营养因子的降解效果。吴鹏涛等（2021）采用蒸汽爆破、球磨等方式对同属于桑科的构树叶进行预处理，确定汽爆压强1.4 MPa，维压时间90 s，球磨时间20 min，预处理后发酵可极显著降低构树叶中鞣质含量[10]。

桑叶富含生物碱类化合物，其中桑叶所特有的1-脱氧野尻霉素（1-DNJ）具有显著的糖苷酶抑制作用，能通过抑制糖苷酶分解淀粉和糖原，阻止葡萄糖的吸收，从而降低血糖水平，是治疗糖尿病的有效药物[11]，同时还有抗肿瘤[12]，降血压、血脂[13]，抗病毒[14]等功效，具有较高的药用价值。对桑叶进行发酵处理时，发酵温度、时间、菌剂均会影响桑叶中1-DNJ的含量，找到适宜的发酵处理方法是提高1-DNJ产量的重要手段。肖洪等（2014）利用响应面法获得提高发酵桑叶茶中1-DNJ含量的最佳工艺为发酵温度30 ℃，发酵时间5.6 h，菌液比例为黑曲霉、日本根霉与绿色木霉的比例为2∶1∶2，接种量为3.75×107 CFU/100 g，此方法测得发酵桑叶茶中1-DNJ含量为133.882 mg/100 g[15]。李旺等（2020）用酵母菌和枯草芽孢杆菌的混合菌液在不同条件下对蛋白桑进行发酵，发现1-DNJ提取的最优条件为接种量6%，发酵温度35 ℃，发酵时间96 h[16]。蒋运钢（2011）对多种发酵菌进行比较，筛选出了灵芝菌种为提高发酵桑叶1-DNJ产量的最优菌种，并且针对此菌种的发酵最优解为pH为6.97，KNO3含量0.81%，菌体添加量2 mL。在此方式下灵芝菌发酵液1-DNJ提取率为0.548%，与发酵前相比，1-DNJ含量得到大幅提高[17]。

2 发酵桑叶在动物生产中的应用研究

2.1 发酵桑叶在鱼饲料中的研究

迄今为止，鱼粉仍为各种动物饲料常用的蛋白质原料，我国每年都要进口大量鱼粉。为丰富饲料种类并降低生产成本，我国饲料研究者一直在探索新的蛋白质饲料替代品。发酵桑叶作为研究方向之一，已被应用于部分鱼饲料的生产中，并取得了较好的经济效益。Mondal等（2012）用发酵桑叶替代部分芥籽粕、鱼粉和米糠饲喂鲤鱼，发现当饲料中减少50%鱼粉、64%芥籽粕及77%米糠的同时添加65%发酵桑叶，可以显著增加饲料转化率，鱼的生长速率、日增体重系数、总重和消化酶的活性[18]。Kaviraj等（2013）将鱼内脏粉和桑叶粉混合发酵作为鲤鱼饲料，其效果可以等效于80%的鱼粉[19]。陈文燕等（2015）对罗非鱼低鱼粉饲料中发酵桑叶替代鱼粉的相关研究表明，将40%的鱼粉用发酵桑叶替代不会影响罗非鱼的生长，将80%的鱼粉用发酵桑叶替代，虽然会抑制罗非鱼的生长，但可以降低鱼体内的血脂和血糖含量[20]。赵鹏飞等（2016）的试验结果表明，饲料中添加发酵桑叶可以使大黑口鲈的血糖、血脂含量明显降低，并提高抗氧化作用，但加入过量会影响消化酶活性，降低饲料中营养成分的消化率；同时试验中发现添加发酵桑叶显著影响低蛋白饲料组大口黑鲈的摄食量，而对高脂肪饲料组则没有影响[21]。高胜男等（2017）在杂交鳢饲料中添加发酵桑叶，观察其对杂交鳢生长性能、体组成及血清生化指标的影响，发现饲料中添加发酵桑叶对杂交鳢的进食量没有影响，说明发酵桑叶不会影响饲料的适口性。杂交鳢饲料中发酵桑叶含量为7.5%时，发酵桑叶不会影响饲料利用效率，并对杂交鳢的生长有促进作用；当发酵桑叶的添加量达到15%时，杂交鳢的生长会被显著抑制。随着桑叶添加量的增大，杂交鳢血清总胆固醇、甘油三酯及血液葡萄糖含量呈下降趋势[22]。

综合各种发酵桑叶在鱼饲料中的应用研究发现，低水平的发酵桑叶添加，不但不会对鱼类产生副作用，反而有益于鱼类生长；较高水平的发酵桑叶添加会抑制鱼类生长，但对健康有益，并显著降低经济成本。故鱼饲料中添加发酵桑叶效果明显，但发酵桑叶作为鱼饲料的最佳配比还有待研究。

2.2 发酵桑叶在猪饲料中的研究

在猪饲料中添加一定量的发酵桑叶可提高日增重，降低猪采食量、料肉比和饲养成本，还可以使猪的皮肤有弹性，背腰平直，毛发柔顺光亮，臀部肌肉丰满，提高生肉品质[23]。李栋栋等（2017）针对在日粮中添加不同比例发酵桑叶对仔猪生长性能及经济效益的影响的研究发现，以2%～4%的比例添加发酵桑叶于仔猪日粮中，采食量和料肉比均有显著降低，但对仔猪日增重没有影响，经济效益明显，在仔猪生产上具有应用推广价值[24]。丁鹏等（2018）的研究发现，饲料桑粉经发酵后能降低或消除其所含的抗营养因子，改善适口性，饲喂效果更佳，用发酵饲料桑粉喂养宁乡花猪后可显著降低宁乡花猪的平均背膘厚度，改善肉品质，降低血清总胆固醇含量，而且在日粮中添加9%饲料桑粉的全发酵料可降低料重比，改善宁乡花猪的生长性能[25]。林标声等（2016）研究表明银杏叶和桑叶混合发酵制剂对仔猪腹泻病原菌具有中度敏感作用，并对猪传染性胃肠炎病毒有一定的预防和治疗作用，其治疗指数与板蓝根、败酱草基本相当；银杏叶和桑叶混合发酵制剂抗吸附作用和抑制病毒复制作用明显，在饲料中添加5 g/kg这种发酵制剂对仔猪病毒性胃肠炎具有良好的治疗效果，等效于常规药物治疗，可为仔猪病毒性胃肠炎的治疗提供新的思路[26]。综上，在猪饲料中添加适量发酵桑叶不但可降低成本，提高猪日增重，还可增强猪的体质，提高猪肉品质。

2.3 发酵桑叶在鸡饲料中的研究

在鸡饲料中添加适量的发酵桑叶可提高抗氧化能力，降低鸡的血脂含量，增强鸡的免疫力并改善鸡肉品质，而且能够降低大肠杆菌数量，提高有益菌含量，从而提高鸡的肠道健康水平。张金龙等（2017）采用发酵桑叶喂养肉鸡，发现饲料中添加2%的发酵桑叶粉对鸡的增重和采食量均有显著提高，并能促进鸡肠道发育和营养物质的吸收[27]。用发酵桑叶粉饲养胡须鸡的研究表明，在日粮中添加发酵桑叶粉能提高胡须鸡的肉质，大幅增加胡须鸡肠道益生菌数量并明显减少大肠杆菌的数量。当饲料中发酵桑叶粉的添加量达到20%时，可提高胡须鸡肉品质，促进胡须鸡肠道健康，并极显著降低血清ALP活性，增加血清TP、GLO含量，提高血清、肝脏抗氧化能力，但在一定程度上会降低胡须鸡的生产性能，随着发酵桑叶添加量的增加，胡须鸡的生产性能呈明显下降趋势[28-29]。因此，在家禽饲料中添加发酵桑叶粉的最适添加量还有待进一步研究。

2.4 发酵桑叶在反刍动物饲料中的研究

在反刍类动物饲料中添加发酵桑叶，可以有效降低饲料成本，并提高动物的生产性能。吴配全等（2011）用不同比例的发酵桑叶替代饲料中的米糠成分饲喂育肥牛，发现含有发酵桑叶的饲料对其日增重、采食量和饲料转化效率均没有显著影响，但添加了10%的发酵桑叶的饲料每千克增重成本下降0.29元，添加了20%的发酵桑叶的饲料每千克增重成本下降0.49元，存在明显的经济效益，而且添加了20%发酵桑叶的饲料可以提高育肥牛血液低密度脂蛋白和高密度脂蛋白[30]。用发酵桑叶喂养湘西黄牛×利木赞杂交F1代育肥牛的研究表明，添加发酵桑叶的饲料可以替代部分蛋白质源和纤维源类饲料，还能够降低血清GLU、TCHO及MDA含量，从而调节动物的血糖、血脂及抗氧化功能，且对动物的屠宰性能、肉品质以及肌肉中氨基酸、脂肪酸含量的提升有一定的促进作用[31-32]。发酵桑叶既能促进牛的生产，也能促进羊的生产，凌浩等（2021）用青贮桑叶代替青贮玉米喂食奶山羊，发现饲粮中添加青贮桑叶有助于改善适口性，增加奶山羊干物质采食量，青贮桑叶同比例替代青贮玉米还可以促进奶山羊瘤胃发酵，提高养分表观消化率，增加产奶量，改善乳品质，提高奶山羊的生产性能[33]。

3 桑叶发酵在食品研发中的应用研究

利用桑叶发酵制备桑叶茶已有一些相关研究。肖洪等（2013）采用不同菌种和发酵工艺处理桑叶茶，测定其中活性成分的含量。研究发现桑叶茶的最佳发酵条件为发酵温度30 ℃、发酵时间6 h，菌种接种量4×107 CFU；且用黑曲霉、青霉、日本根霉和绿色木霉单独或复合发酵后发现，日本根霉发酵对桑叶茶中的1-DNJ、多酚、黄酮含量提升最为明显，日本根霉发酵后桑叶茶中黄酮含量增加了5.82%，日本根霉与青霉共同发酵的桑叶茶中多酚最高增加了9.68%[34-35]。郑升海等（2021）用冠突散囊菌发酵桑叶茶的研究表明，冠突散囊菌发酵后的桑叶茶中1-DNJ的含量是桑叶绿茶的3倍，发酵桑叶茶水浸出率为35%，是桑叶绿茶茶水浸出率的1.8倍；在感官评定上，对冠突散囊菌发酵桑叶茶感官品评综合得分优于桑叶绿茶，但相关发酵工艺优化和食品安全成分检测方面有待深入研究[36]。将桑叶发酵应用于桑叶茶的制备上，可增加桑叶茶的种类，提升桑叶茶口感，研制出更优的桑叶饮品。

发酵桑叶制备酸菜也是桑叶食用的一个途径，以酸菜的制作工艺来腌渍炮制新鲜桑叶，得到的桑叶酸菜口感脆爽、风味独特。陆春霞等（2018）通过自然发酵与直投式发酵方式生产桑叶酸菜，分析了两种发酵方式中挥发性成分的差异。自然发酵的桑叶酸菜共鉴定出75种风味物质，其中醇类的相对含量最高，其次是酯类；直投式发酵的桑叶酸菜共分离鉴定出71种风味物质，其中酯类的相对含量最高，其次是醇类。故而虽然两种发酵方式的主要香气成分类似，但相对含量存在差异，具有不同的风味[37]。此外，桑叶发酵还被应用于酒的制备，雷静等（2021）将黑桑葚和干桑叶混合发酵制备桑葚果叶酒，得出当黑桑葚和霜后时期的干桑叶配比为103.64∶1，发酵温度17 ℃，初始pH为3.59，初始糖度为21.83%时，桑葚果叶酒感官最佳[38]。

4 研究展望

新鲜桑叶经过发酵处理后，其粗纤维、粗脂肪含量均会出现不同程度的下降，粗蛋白含量会有不同程度的提高，同时桑叶中的糖类，多酚、鞣质、黄酮、1-DNJ等各种活性物质的含量也会随发酵产生不同程度的变化。发酵桑叶中各种组分的差异主要是由菌剂的种类、含量以及发酵时间的长短决定的。随着研究的进一步推进，桑叶发酵的发酵工艺日渐成熟，发酵方法也呈现多样化的趋势，但仍存在霉菌污染、发酵工艺复杂、菌种难以筛选等各种问题，因此对于发酵菌种的筛选、菌种间的作用机制及发酵工艺的优化还需要继续深入研究。在发酵桑叶作为饲料添加组分方面的研究发现，发酵桑叶总体有益于动物的生长发育，适量的桑叶添加对动物身体功能和肉质都有显著提高，并能适当降低生产成本。但在饲料中添加过多发酵桑叶会导致动物的出肉率及生长速率下降，因此，还需要对桑叶的发酵工艺以及发酵桑叶在饲料中的添加量方面进行深入研究探讨。此外，发酵桑叶在食品生产中的应用还是过于单一，主要集中于桑叶茶的研制方面，在其他食品研制方面的研究较少，还有待深入研究和大力推广。桑叶发酵使其营养或功能活性物质都有较大的提升，可根据实际生产需要，选取或研究出合适的发酵方式，结合我国尚有大量的闲置桑叶资源可以利用，桑叶发酵相关产业将会有良好的发展前景。

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