甘露聚糖酶在发酵棕榈粕中的应用及仿生消化研究

徐智鹏， 周 迪， 陈敬帮，胡骏鹏， 张 彦， 戴晋军*

（1.安琪酵母股份有限公司，湖北宜昌 443003；2.湖北省酵母功能湖北省重点实验室，湖北宜昌 443003）

棕榈粕是棕榈仁压榨后除去棕仁油的剩余物，近年来由于常规饲料原料的短缺及价格的上涨，棕榈粕逐渐被引入我国进行应用（彭运智等，2018）。棕榈粕质感细腻，略有巧克力气味和酒味，因品种来源、脱壳程度、收获期和加工工艺的不同，品质有所差别，一般无黄曲霉素污染，粗蛋白质15%、粗脂肪6%、粗纤维18%、水分12%、无氮浸出物50%，富含亚油酸、维生素B、维生素E以及微量元素磷、锰和铁等（赵大鹏，2011；程时军等，2010），适口性好，具有较高的饲用价值。棕榈粕营养丰富，且价格较便宜，但因棕榈粕中不溶性甘露聚糖和粗纤维含量高、砂质外观和大量多糖结构等使动物对其消化利用率低（李德鹏等，2022；李袁飞等，2013）。

目前，消化利用棕榈粕的甘露聚糖为提升棕榈粕消化率的一种常规手段（丁晓敏，2022；樊云雪，2022；者园园，2022）。本文研究在固态发酵条件下不同甘露聚糖酶制剂对棕榈粕中甘露聚糖作用效果的影响，探索甘露聚糖酶在发酵棕榈粕的作用效果。同时对棕榈粕在鸭和反刍的体外仿生消化率进行评估，研究其对发酵棕榈粕产品消化率提升方面的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料 棕榈粕原料购置于市场；酸性甘露聚糖酶3种，中性甘露聚糖酶3种，其他甘露聚糖酶4种等均采购于市场酶制剂公司，酶活单位为5万U/g，发酵菌剂主要由酵母菌、芽孢杆菌及乳酸菌组成。

1.2 试验设计 试验设计共分为四个阶段，第一阶段采用单因素对比研究12种甘露聚糖酶在固态发酵条件下对棕榈粕的作用效果，筛选优势酶制剂。第二阶段对不同酶制剂添加量作用效果进行研究，确定最优酶制剂添加比例。第三阶段对甘露聚糖酶与微生物菌剂在固态发酵条件下共同作用对棕榈粕的作用效果进行研究。第四阶段为不同领域仿生消化系统评估，在单胃动物和反刍动物仿生消化系统中评估发酵棕榈粕的干物质和蛋白质消化利用率，研究甘露聚糖酶对发酵棕榈粕的消化率影响。

1.3 试验方法

1.3.1 甘露聚糖酶对棕榈粕固态发酵的影响研究以棕榈粕为单一原料，以12种甘露聚糖酶为单一变量。发酵量为500 g干重的棕榈粕，料水比1:0.5，酶制剂添加量为2‰，混合结束后将饲料转入带呼吸扣的发酵袋中发酵，发酵时间72 h，发酵温度37℃，样品经烘干粉碎后检测相关指标。

1.3.2 甘露聚糖酶的添加量对棕榈粕固态发酵的影响研究 以棕榈粕为单一原料，以筛选出甘露聚糖酶的添加量为单一变量，添加量分别为2‰、4‰、6‰、8‰、10‰。发酵量为500 g干重的棕榈粕，料水比1:0.5，混合结束后将饲料转入带呼吸扣的发酵袋中发酵，发酵时间72 h，发酵温度37℃，样品经烘干粉碎后检测相关指标。

1.3.3 甘露聚糖酶在发酵棕榈粕中的作用效果以棕榈粕为单一原料，酶和菌剂添加量为变量。发酵量为500 g干重的棕榈粕，料水比1:0.5，筛选出最佳酶制剂添加量，发酵菌剂按照使用推荐添加量为2‰，混合结束后将饲料转入带呼吸扣的发酵袋中发酵，发酵时间72 h，发酵温度37℃，样品经烘干粉碎后检测相关指标。

1.3.4 发酵棕榈粕在禽领域仿生消化评估 禽领域体外仿生消化评估试验装置采用“单胃动物仿生消化系统SDSIII”中的鸭卧式仿生模块模拟消化试验（徐蔼宣等，2022）。精确称取棕榈粕样品（1±0.05）g，在42℃和磷酸盐缓冲系统中，样品在单胃动物仿生消化系统中完成模拟成年北京鸭的体内消化过程，分别通过胃模拟消化和小肠模拟消化对产品进行酶解和洗涤，水解产物通过截留分子质量为14000道尔顿的透析袋分离后，将袋内物质干燥，按照GB/T6435测定水分方法测定其干物质，采用杜马斯燃烧定氮法测定其蛋白质含量。通过差量法计算其干物质消化率和蛋白质消化率。

1.3.5 发酵棕榈粕在反刍领域仿生消化评估 晨饲前，利用瘤胃液采集器采集10只日龄、体重相近的健康湖羊瘤胃液，经4层纱布过滤后，等体积混匀，与缓冲液（pH=6.85）按1：2的比例配制成人工瘤胃培养液。体外发酵装置采用“AGRS-Ⅲ型微生物发酵微量产气全自动记录装置与软件系统”（蔡大亮等，2022）。称取600 mg发酵底物和相应棕榈粕置于140 mL厌氧发酵瓶中，各发酵瓶加入75 mL人工瘤胃培养液。 向发酵瓶通入二氧化碳3～5 s以排除空气，立即盖上几丁质胶塞，并旋紧亨氏旋盖。将发酵瓶逐一与产气装置的相应气路通道连接，置于39℃条件下连续培养72 h后，收集样品。

2 结果与分析

2.1 甘露聚糖酶对棕榈粕固态发酵的影响结果由图1可知，在酶制剂添加量2‰的条件下，8#酶制剂可获得的还原糖含量最高，与不添加酶制剂的棕榈粕对照13#相比由1.9%提升到6.46%，含量增加240%。同时，还原糖占甘露聚糖的比例由4%提升到14%。确定8#酶制剂为后期棕榈粕固态发酵用酶制剂。

图1 不同甘露聚糖酶制剂处理棕榈粕甘露聚糖和还原糖的含量

2.2 甘露聚糖酶的添加量对棕榈粕固态发酵的影响结果 由图2可知，在酶制剂添加量8‰时，8#酶制剂获得了最高的还原糖，与不添加酶制剂的棕榈粕对照相比由2.1%提升到9.9%，含量增加371%。同时，还原糖占甘露聚糖的比例由4%提升到21%。确定8‰为后期棕榈粕固态发酵用酶制剂的添加量。

图2 棕榈粕中添加不同浓度甘露聚糖酶处理的还原糖含量

2.3 甘露聚糖酶在发酵棕榈粕中的作用效果

2.3.1 不同组别发酵棕榈粕初始与结束pH变化由表1发酵pH结果可知，在酶制剂添加量8‰，发酵菌剂添加2‰时可以获得最低的pH，其中单独添加酶制剂组的pH变化与对照组相比几乎无差异。

表1 不同组别棕榈粕发酵pH变化

2.3.2 不同组别发酵棕榈粕的理化指标 由表2结果可知，在酶制剂添加量8‰，发酵菌剂添加量2‰时可以获得最高的粗蛋白质，达到17.90%，产生的乳酸含量达到3.23%，酸溶蛋白占比达到23.25%，相比对照组有了明显的提升。

表2 不同组别棕榈粕发酵理化指标变化%

2.4 发酵棕榈粕在禽领域仿生消化评估 由表3可知，通过酶制剂与发酵菌剂共同作用，可以使发酵棕榈粕的干物质消化率从13.51%提升至25.48%。

表3 不同组别发酵棕榈粕鸭干物质消化率

2.5 发酵棕榈粕在反刍领域仿生消化评估

2.5.1 棕榈粕不同发酵时间的产气量 由图3可知，发酵后的棕榈粕产气总量由20%左右提升至70%左右，发酵后棕榈粕在产气总量上表现出明显优势。

图3 棕榈粕/发酵棕榈粕体外不同发酵时间的产气量

2.5.2 发酵棕榈粕反刍消化率指标 在奶牛仿生消化系统评估中测得相关基础数据如表4所示，可以发现棕榈粕与发酵棕榈粕相比，干物质消化率（DDM）由35.46%提升至75.75%，pH至由6.77下降至6.53，菌体蛋白（MCP）由11.26 mg/100 mL提升至17.91 mg/100 mL，氨态氮（NH3-N）由21.82 mg/100 mL提升至23.14 mg/100 mL，发酵后的棕榈粕在反刍动物消化率相关指标与棕榈粕相比均表现出显著性差异。

表4 发酵棕榈粕反刍消化率指标

2.5.3 发酵棕榈粕反刍挥发性脂肪酸指标 在奶牛仿生消化系统评估中测得挥发性脂肪酸相关数据如表5所示，可以发现棕榈粕与发酵棕榈粕相比，挥发性脂肪酸总量由81.71 mmol/L提升至135.71 mmol/L，其中乙酸总量由48.90 mmol/L提升至91.09 mmol/L，丙酸总量由21.64 mmol/L提升至32.04 mmol/L，丁酸总量基本无明显差异，除丁酸总量外其他均表现出现显著性差异。

表5 发酵棕榈粕反刍挥发性脂肪酸指标mmol/L

3 结论

本试验结果表明，在料水比1：0.5，添加8‰酸性甘露聚糖酶，2‰发酵菌剂混合均匀后在37℃下，厌氧发酵72 h后，获得的发酵棕榈粕在气味和指标上较棕榈粕均有明显提升，同时在单胃动物和反刍动物仿生消化评估上均表现出明显优势。通过研究，确定了甘露聚糖酶在发酵棕榈粕中的作用，也初步确定了棕榈粕经过固态发酵技术处理后较棕榈粕在产品品质及消化率等方面的明显提升及改善，后期还需要对该发酵棕榈粕产品进行动物验证试验，确定发酵棕榈粕在动物应用中的效果。