豆粕饲料综合利用的现状与前景

祝天赐，叶盛群，任清榆，陈剑清，方银兵，吕正兵

(1.浙江理工大学 生命科学与医药学院，浙江 杭州 310018； 2.宁波中瑞生物科技有限公司，浙江 宁波 315000)

豆粕是一种非常理想的动物饲料原料，它营养物质丰富，其中蛋白质质量分数约为45%，碳水化合物约为15%，富含赖氨酸以及多种动物必需的氨基酸[1]，且价格相对其他饲料原料来说比较低廉，在动物饲料方面的应用前景良好[2]。但是由于豆粕中含有大豆球蛋白和β-伴豆球蛋白等多种抗营养因子[3]，影响了动物的吸收消化率，甚至会对动物尤其是幼龄动物[4]造成一定程度的损伤。因此，解决豆粕中抗营养因子对动物的影响成为了人们需要解决的首要难题。

目前消除豆粕中抗营养因子的主要方法包括物理法、化学法、微生物发酵法及添加酶制剂法[5]，其中微生物发酵法是近年来研究比较多也是最有效的方法，研究人员发现利用微生物发酵豆粕有助于提升豆粕风味，降解抗营养因子[6]，提高动物对豆粕营养物质的消化吸收率[7]。参与发酵的益生菌，如乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌等，可对动物肠道内减少或缺乏的益生菌进行补充，调节肠道微生物平衡，增强机体消化吸收，增强免疫力，以提高饲料转化率、畜禽生产性能及防病治病等[8]；同时可以降低畜禽产品的胆固醇含量，减少粪便硫化氢等有毒有害物质的产生，符合畜牧业绿色、安全、可持续发展战略。

1 豆粕综合利用方法概况

1.1 物理处理法

物理处理方法尤其是热处理技术对蛋白酶抑制因子、凝集素、脲酶等热敏性抗营养因子有很好的钝化效果，也是目前研究最为深入、应用最为广泛的钝化技术。主要分为以下几种：

1.1.1热处理

热处理主要分为湿热法和干热法两种方法。湿热法主要是通过蒸汽加热或蒸煮加热等方法处理豆粕；干热法则包括烘烤、热风喷射等方法[9]。其原理主要是通过高温使大豆中对热敏感的抗营养因子失活。除此之外，经过加热处理的生豆粕中所有氨基酸的消化率都会得到提高，其中以赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、胱氨酸这四种氨基酸的消化率提高最为明显，更加有利于幼龄动物的吸收消化。

1.1.2膨化处理

膨化处理主要原理是当原料受到的压力瞬间下降时会导致其膨化，从而导致抗营养因子灭活。这种方法既对原料进行了加热也同时进行了机械破裂，使大豆的抗营养因子失活的同时可使细胞壁破裂，提高养分消化率。随着今后挤压加工成本的不断降低，挤压加工将会比烘烤等方式更适合工厂化生产[10]。除此之外，还有研究人员发现膨化处理的大豆粕喂食仔猪可以有效降低仔猪血清中抗大豆球蛋白和β-伴豆球蛋白的IgH效价，而且能减轻仔猪对大豆蛋白的过敏反应程度[11]。

1.1.3微波处理

微波处理主要是通过电磁波引发分子震荡来导致抗营养分子结构发生变化从而使其失活。此外，分子在微波的作用下震动还会产生热效应，这可以解决传统加热工具存在的受热不均匀的问题，生豆粕中的虫或者菌体在高速化的微波频率下会发生破裂，从而也能到达较高的灭菌效果。就目前来看，已经有许多公司在开发新型的微波处理设备了，相信随着当前科技的发展与进步，微波处理这一更安全更方便的技术一定会得到更加广泛的应用。

1.1.4辐射处理

辐射处理主要是使用红外线进行处理，也有使用电子束进行辐射处理的。使用红外线主要是利用了红外线的热辐射效应，经过红外线的处理之后，生豆粕中的许多抗营养因子会失活，从而能够更好的被动物吸收利用。电子束辐射则是通过使用不同剂量的电子束来辐照豆粕。电子束辐照能够影响生豆粕中尿素酶活性，辐照的电子束剂量越高，尿素酶的活性就会变得越低。而且电子束辐照还能影响生豆粕中蛋白质、氨基酸含量以及蛋白质的溶解度。除此之外，经过实验表明电子束辐照能有效的抑制生豆粕中各种微生物的生长，达到良好的灭菌效果。

物理处理法的主流还是通过加热来去除不稳定性抗营养因子，但是这些方法无法去除热稳定性的抗营养因子，而且如果加热不足会导致抗营养因子破坏不够；加热过度则会让氨基酸利用率下降。膨化法虽然可以处理热稳定因子，但成本相对较高。

1.2 化学处理法

化学处理的原理就是利用化学物质与抗营养因子分子中的化学键结合，导致抗营养因子的化学结构发生变化而失活。能够用来处理豆粕的化学物质有很多，其中乙醇就是很好的一种处理物质，乙醇可以破坏蛋白质中的次级键，让蛋白质变性失活。Kilshaw等[12]用热乙醇处理豆粕后，他们在产物中没有发现大豆球蛋白和β-伴球蛋白的活性，这就证明热乙醇能够使这两种抗营养因子变性失活。Li等[13]也用热乙醇进行了类似实验，处理后的豆粕抗原含量只有原来的三分之一，而且用来喂食动物后检测到的血清抗体滴度也显著降低。除乙醇外有研究表明[14]，5%的尿素加 20%水处理豆粕 30 d之后，豆粕中胰蛋白酶抑制剂活性降低了 78.55%；侯水生等[15]用偏重亚硫酸钠 (Na2S2O5)处理生豆粕，使胰蛋白酶抑制活性下降 了44.5%。

化学方法的优点在于只要找到对应的化学位置，就能对不同的抗营养因子有一定的效果，而且不像物理方法需要大量的设备，大大节约了成本。但是，使用这种方法的关键问题在于如何除去化学残留，以及处理后对饲料的适口性、品质的影响无法估计。所以这种方法依旧不适用于大规模生产。

1.3 酶制剂处理法

这种方法顾名思义就是使用一种或者多种的生物酶与豆粕进行反应，将豆粕中抗营养因子转化为可以被动物高效吸收利用的物质。使用比较广泛的酶有植酸酶、纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露糖酶、果胶酶等[16]。

这种方法效率高且无污染，但是生物酶在高温、高压、高剪切力的环境下蛋白质结构容易被破坏，从而导致处理失败。如果能够开发出更稳定、耐受性更强的生物酶的话一定会有良好的应用前景，但酶制剂使用过量可能会导致动物代谢出现问题。

1.4 生物发酵处理法

微生物在发酵的过程中会产生各式各样的酶，其中就有许多的水解酶、发酵酶，这些酶可以分解豆粕中的抗营养因子，将它们变成有利于动物消化吸收的小分子物质。除此之外，这些微生物在发酵过程中还可以将豆粕中的植酸等无机盐转化为细胞中的有机盐，不仅提高了豆粕的利用率，还可降低饲料中总磷等的含量，减少饲料对养殖环境的污染。微生物发酵处理豆粕目前研究较多，对产品的品质控制、发酵工艺参数控制以及规模化生产方面每个研究人员都有各自的见解，主要分为以下几个类别。

1.4.1混合菌种发酵

混合菌种发酵是最常见的微生物发酵方法。可供选择的微生物类别很多，只需要满足以下这几个条件都可以用于微生物发酵豆粕：①能分解利用豆粕，在以豆粕为底物的环境下能够生长；②繁殖的速度足够快，菌体蛋白量较高；③没有毒性，不会使动物致病。目前来说，使用比较多的是芽孢杆菌、霉菌、酵母、乳酸菌等，这些微生物在发酵过程中产生蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶等活性较高的酶，能够有效降解豆粕中的大分子蛋白质，消除抗营养因子。因为不同的菌种都具有自己的特性，研究这些菌种相互搭配和接种比例就变成了一项热门的研究项目。每种菌按不同的比例混合再搭配不同的发酵工艺能达到不同的发酵效果[17]，甚至就连原料的灭菌与否都影响着最终发酵的品质[18]。

戚薇和唐翔宇等人就进行过纳豆芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌 TQ33的单菌种发酵以及两者混合的固态发酵，最后的结果显示纳豆芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌TQ33的混合发酵相较于单菌种发酵能够更好的利用豆粕中的资源。先接种纳豆芽孢杆菌发酵 12 h后再接种凝结芽孢杆菌，接种量为 10%， 两菌比例为 1∶1，发酵基质中豆粕与麸皮质量比为 7∶3，初始含水量为 40%，初始 pH值6.5～7.0，37℃发酵 48 h效果是最好的。经检测，发酵豆粕中抗营养因子胰蛋白酶抑制剂降解率达到95%，蛋白质水解率也达到20%左右[19]。

辛娜等采用纳豆芽孢杆菌和米曲霉对豆粕进行混合固态发酵，根据不断的尝试各种发酵工艺与菌种配比之后发现，1∶1接种纳豆芽孢杆菌与米曲霉于灭菌好的原料，然后37℃深层通气发酵[20]3 d，且中途每隔一段时间进行翻盘会使得发酵豆粕中粗蛋白质含量更高。[21]

王梅等[22]采用乳酸菌、酵母菌、芽孢菌混合发酵豆粕， 实验发现使用乳酸菌和酵母菌进行混合发酵这种搭配最为适合大规模发酵生产。这种搭配不仅可以有效降低发酵产物的pH值，而且可以促进益生菌群的增殖并显著提高豆粕中粗蛋白质与有机酸含量。

曾亚桐等用枯草芽孢杆菌与产朊假丝酵母对豆粕分别进行单菌种发酵和混合菌种发酵，结果表明混合发酵相对于单菌种发酵效果更为优越。其中，蛋白酶活性相较于单菌种更高，其发酵时间为60～72 h，发酵过程中2次达到蛋白酶活性最高峰，可以大幅度提高降解抗营养因子的速度[23]。

毛银等[24]在豆粕发酵的产物中发现了一株生长迅速、产酸量大的乳酸菌，他们将之命名为JUN-DY-6植物乳杆菌，利用植物乳杆菌在37℃发酵豆粕48 h之后，检测发现豆粕中有机酸含量显著提高，这极大的改善了豆粕品质 。

莫重文等采用米曲霉 (A3.042)和啤酒酵母混合菌株固态发酵法生产发酵豆粕。研究结果表明，在最适温度 28 ℃下，接种6%菌种配比为 1∶3(米曲霉∶酵母)的菌种到组成成分100∶6(豆粕∶麸皮)的发酵料坯中，发酵时间72 h即可达到最佳发酵效果。发酵后豆粕中粗蛋白质质量分数可达 49.10%， 较原料中增加 12.1%[25]。

宋春阳等进行了豆粕的三菌种混合发酵实验，在温度28℃、水分35.3%、厌氧、时间2 d的条件下他们通过正交实验来验证乳酸杆菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌对于豆粕发酵的最佳搭配比，结果表明当3种菌的添加量为乳酸杆菌44×109U/kg、酵母菌80×109U/kg、枯草芽孢杆菌260×109U/kg时，发酵豆粕的粗蛋白质、酸溶性蛋白的含量最高，蛋白酶酶活最高，最适合用于大规模化生产[26]。

1.4.2混合物料发酵

混合物料发酵就是加入不同的物料和豆粕共同进行微生物发酵，从而达到在饲料中添加某种微量元素或物质，或者促进豆粕分解的目的。根据添加物料的不同选用菌种及发酵条件也不相同，以起到不同的发酵效果。

邱丰艳等将有机硒转化和豆粕发酵结合起来，采用呼吸膜装置进行移动袋装固态发酵，将已经转化的有机硒直接保留于豆粕中，然后用地衣芽孢杆菌、 酿酒酵母、产朊假丝酵母、嗜酸乳杆菌4 种菌株进行发酵实验。最后他们选定地衣芽孢杆菌∶酿酒酵母∶产朊假丝酵母∶嗜酸乳杆菌=2∶1∶2∶2 的比例组合为最佳比例，在此条件下各菌株能较好地协同生长、代谢，而且发酵产物中粗蛋白质与多肽含量显著提高，更重要的是豆粕中有机硒含量也大幅度上升，无机硒转化率达到了50%以上[27]。

葛青等[28]以豆粕、大米蛋白质渣为主要原料，以假丝酵母为菌种，通过单因素和正交实验研究大米蛋白质渣添加量、接种量、发酵温度、发酵时间等对发酵产品粗蛋白质含量的影响。结果表明，大米蛋白质渣的最佳添加量为30%，即豆粕与大米蛋白质渣的质量比为7∶3。最佳发酵温度为30℃，接种量10%，发酵时间48 h。在最佳发酵条件下可以使发酵产物最终粗蛋白质质量分数达到59.23%。

2 小结

从这么多前人研究成果来看，微生物发酵法无疑是最佳的去除豆粕中抗营养因子的方法。物理去除法的应用范围较为狭小，只能针对于某种类型的抗营养因子，而且无论是通过加热还是挤压膨化的方法，涉及到的成本都比较高昂，在技术以及仪器没有进一步突破的情况下不适合大规模生产；化学去除法的弊端在于去除抗营养因子后除去残余化学物质的步骤较为繁琐，需要的花费不菲，而且还很难解决化学物质处理后豆粕饲料品质及风味下降的问题；酶制剂发酵法的问题则是无法耐受高温、高压、高剪切力的问题，在没有开发出更优秀的酶制剂之前都无法解决。只有微生物发酵这一方法，无论是操作和成本都较为符合大规模化生产要求，而且通过不同菌种的搭配可以处理各种抗营养因子，更值得提到的一点是微生物发酵后的豆粕产物风味更好，更有利于动物的消化吸收。

3 展望

豆粕是大豆加工过程中产生的一个重要副产品，它的营养价值很高。每年我国大豆制品行业都要生产出数千吨的豆粕，就2019年来说，我国共生产了7 405.2万t豆粕，消费量为6 914万t，有将近500万t豆粕因为处理不及时导致过期变质而被丢弃。我国养殖行业目前发展十分迅速，规模也越来越大，对蛋白原料的需求也愈加旺盛[29]。但是我国动物性蛋白原料生产规模小，长期处于进口状态[30]，导致蛋白原料价格不断上涨。因此，开发一种价格低廉、营养均衡的植物蛋白源替代动物蛋白原料就变得非常迫切。因此，开发出能高效利用的豆粕来替代动物蛋白原料供给养殖业就成为了人们迫切的要求，而微生物发酵法就非常符合这一要求。豆粕发酵制品不仅营养更加丰富，有利于动物消化吸收，而且风味品质相对于原料豆粕更好，在饲料市场上具有良好的前景。

随着现在基因工程技术的进一步发展与进步，越来越来的基因工程菌被开发出来，能够参与发酵的菌种也会越来越多，豆粕发酵后的产物也会越来越多，会越来越适合成为养殖业的饲料蛋白来源，豆粕在饲料方面的应用将会迎来无比光明的前景。