微生物发酵棕榈粕研究进展

杨 阳，陈伊灵，好善鑫，赵安冉，刘雨露，朱小燕，2*，李相前，2*

1.淮阴工学院生命科学与食品工程学院，江苏 淮安 223003；2.江苏省益生制剂重点建设实验室，江苏 淮安 223003

棕榈粕作为棕榈油生产过程中的一种副产品，具有丰富的营养成分，其价格低廉且蛋白价效高[1]，可作为饲料添加剂使用[2]。但棕榈粕高含量的纤维素会影响动物饲料营养成分的消化率，对动物生长产生不良影响[3]，所以棕榈粕多用于反刍动物[4]。微生物发酵处理可以降解棕榈粕中粗纤维成分，降解粗蛋白质等大分子物质为氨基酸与小分子肽，产生大量益生菌及有机酸，使棕榈粕具有更好的营养性能、消化率及适口性，部分可替代鱼粉、玉米和大豆等传统蛋白原料，减少饲料成本[5]。全文综述了各种微生物发酵棕榈粕降解抗营养因子及其在动物饲料中的应用，旨在为微生物发酵棕榈粕的研究发展提供参考。

1 棕榈粕的化学成分

棕榈粕含有蛋白质、碳水化合物、脂肪和氨基酸等营养物质[6]。因其产地及加工方式有所区别，蛋白含量相比于豆粕、花生粕等蛋白质含量偏低，约为14%～20%[7-8]。棕榈粕含有大量动物生长所需的氨基酸，如赖氨酸、苏氨酸、胱氨酸和精氨酸等，这些氨基酸可以促进动物肌肉的生长，提高动物的免疫功能，增强畜禽动物生产性能[9]。棕榈粕还含有矿物质，其含量约为1.00%～2.00%，主要包括钙、镁、磷和钾等[10]。

粗纤维可以用来预测棕榈粕饲料的饲料价值和营养物质消化率的指标，纤维和营养物质与动物消化率之间存在相反关系。棕榈粕的粗纤维含量约为6.00%～24.90%，其中，中性洗涤纤维约占66.70%，酸性洗涤纤维约占43.70%，木质素约占21.10%。棕榈粕纤维主要成分为非淀粉多糖（Non-starch polysaccharides，NSPs）[11]。其中纤维素、甘露聚糖、葡萄糖醛酸木聚糖、阿拉伯木聚糖含量分别约为12%、78%、3%、3%，甘露聚糖包括葡甘露聚糖、纯甘露聚糖、半乳甘露聚糖以及半乳葡甘露聚糖，这些非淀粉多糖会降低畜禽动物对棕榈粕的消化率及营养利用率，降低动物生产性能[3]。纤维素和甘露聚糖具有较强的水合能力，会增加动物的饮水量，有可能导致动物腹泻，影响动物消化系统的健康[12]。棕榈粕中粗纤维含量较高，造成饲料的适口性较差，导致动物摄食量与代谢能力降低，影响动物的生长速度，不适于配制雏鸡和仔猪饲粮[13]。因此，棕榈粕中虽含有蛋白质和脂肪等营养物质，但其高含量的纤维会对动物的生产性能产生不良影响，不能直接用作动物饲料原料。

2 微生物发酵棕榈粕

微生物在植物饲料的发酵方面已有大量的应用研究[14]。这些微生物能够利用粕类等植物原料中的纤维素、甘露聚糖、木聚糖等降解粗纤维，分泌多种水解酶降解大分子物质，降低抗营养因子的水平，产生易于消化和有活性的小分子物质和代谢产物，提升植物蛋白饲料原料的营养品质，增加其应用价值。在固态发酵中，常用菌属为芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌及曲霉菌。芽孢杆菌产酶能力极强，在固态发酵过程中，能够产生木聚糖酶、甘露聚糖酶、纤维素酶、漆酶、蛋白酶和脂肪酶等[15-17]。芽孢杆菌具有较强的抗逆性，可以高温制粒[18]，此外，部分芽孢杆菌还会产生抗菌肽类物质，能在一定程度上抑制有害菌繁殖[19]。酵母菌具备无机氮转化能力，可以合成蛋白，同时酵母菌富含营养氨基酸、维生素多糖等丰富营养物质[20]，能够提升固态发酵饲料的营养特性[21]。乳酸菌是一类常见的发酵微生物，发酵后能产乳酸类物质[22]，具有调节肠道菌群的功能，能够抑制有害菌群的产物代谢，提高饲料利用率及动物抗病能力[23]。在处理高粗纤维含量的饲料原料时常使用曲霉菌[24]。其中，黑曲霉、米曲霉是常用菌株，在固态发酵菜籽粕过程中会分泌糖化酶、植酸酶等10 余种酶，显著降低抗营养因子含量[25]。

黑曲霉和米根霉协同处理棕榈粕10 d 后，粗蛋白由18%提高到27%，NDF 和ADF 的含量分别从74%和43%降低到56%和37%[26]。棕榈粕使用沙福芽孢杆菌、高地芽孢杆菌、维德曼芽孢杆菌，在36 ℃混菌发酵4 d 后，粗纤维与对照组相比下降了26.33%，粗蛋白、粗灰分、总酸及酸溶蛋白分别提高了25.45%、34.33%、498.44%、253.86%。此外，天冬氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、甘氨酸及酪氨酸也增加了9.23%～16.67%[27]。啤酒酵母和乳酸菌在30 ℃混菌发酵棕榈粕5 d 后，同时粗蛋白由未发酵对照组7.20%提高至18.63%，其粗脂肪、钙、磷也得到了提升，粗纤维、粗灰分由对照组26.20%、5.20%降低至6.50%、3.86%，总活菌数可达7.2×1010CFU/g[28]。植物乳杆菌、酿酒酵母与酶在30 ℃协同发酵棕榈仁粕5 d 后，其粗蛋白、粗脂肪较于对照组提高了15.10%、18.43%，粗纤维、NDF 分别降低了25.10%、21.96%，同时，甘氨酸、天冬氨酸、苏氨酸等氨基酸有一定幅度的升高[6]。利用黑曲霉与酿酒酵母在35.06 ℃混菌发酵棕榈粕7.34 d，发酵产物半纤维素、NDF、ADF 分别降低了24.66%、13.00%、1.36%，粗蛋白、水分及粗灰分分别提高了58.20%、9.06%、59.26%[29]。黑曲霉、白地霉和产朊假丝酵母在30 ℃混菌发酵含有少量羽毛粉的棕榈粕底物48 h，粗蛋白由13.41%提高至46.74%，粗纤维由20.35%降低至8.12%，粗脂肪由5.50%降低至2.78%，其余营养成分与抗营养因子有不同程度的提高和降低[30]。经黑曲霉在30 ℃发酵48 h 后，棕榈粕粗蛋白含量由19.1%提高到21.3%，粗纤维、粗脂肪由24.60%、20.10%降低至19.80%、13.40%，粗蛋白消化率较对照组提高了23.64%，能量值可达18 413 J/g，甘露聚糖酶可达205.70 U/g，还原糖由0.80%提高至5.10%[31]。采用米曲霉、啤酒酵母、枯草芽孢杆菌、黑根霉、植物乳杆菌混菌在30 ℃发酵24 h 后于37 ℃发酵24 h，再于25 ℃厌氧发酵6 d，棕榈粕粗蛋白可达32%，较于对照组提高59%，淀粉酶活性、蛋白酶活性可达103 U/g、123 U/g，乳酸菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌活菌数为4.70 ×1011CFU/g、1.30×1010CFU/g、1.80×104CFU/g[32]。使用EM 菌粉（含光合细菌、乳酸菌、固氮菌、酵母菌和芽孢杆菌）30 ℃避光发酵30 d，较对照组粗蛋白、无氮提取物及总能量分别提高了20.79%、40.07%、19.58%，粗脂肪、粗纤维和灰分分别降低15.65%、36.45%、29.54%[33]。总的来说，曲霉菌在发酵棕榈粕中应用较多，可能与其高效的产酶能力和丰富的酶系有关。微生物发酵可以提升棕榈粕的粗蛋白、氨基酸及微量元素等营养成分，降低粗纤维、NDF 及ADF 等抗营养因子，进而提升棕榈粕的品质。

3 发酵棕榈粕在动物养殖中的应用

通过微生物固态发酵可大幅提高棕榈粕营养价值，与鱼粉、豆粕等蛋白原料相比，其在畜禽养殖及水产养殖行业具有更高的经济效益[34]。多粘类芽孢杆菌ATCC 842 发酵棕榈粕替代肉鸡日粮饲喂后，其缬氨酸、组氨酸、蛋氨酸和精氨酸的消化率分别为70.42%、71.50%、71.92%和81.15%，粗蛋白消化率提高了61.83%；在日粮中饲喂比例达到15%时，肉鸡体重增加和饲料转化率提高了1.75%、1.91%，肠道内肠杆菌和乳酸菌有不同程度降低和提高，达到4.03 CFU/g、5.56 CFU/g，较大豆和玉米日粮无明显差异[35]。广西黄鸡日粮中添加一定比例的经丁酸梭菌与枯草芽孢杆菌发酵的棕榈粕饲料，较对照组日增重提高了6.80%，料重比降低了6.12%，死淘率降低了16.67%，对广西黄鸡十二指肠、空肠及回肠绒毛有提高的趋势[36]。在肉鸡肠道菌群中添加甘露寡糖与棕榈粕可以提升双歧杆菌、乳杆菌菌落数，降低肠杆菌菌落数，同时使雏鸡的肠炎沙门氏菌定植敏感性提高[37]。日粮中添加15%发酵棕榈粕饲养45 d对樱桃谷肉鸭的生产性能有所提高，其出栏重较对照组增加102 g/只，料重比较对照组降低1.67%[38]。使用50%发酵棕榈粕替代豆粕饲喂蛋鸡12 周，蛋鸡采食量和增质量较对照组分别提高4.91%、4.82%，日产蛋率、单蛋质量、蛋壳厚度、蛋形指数、蛋黄颜色较对照组无显著影响，饲料成本降低14.54%，饲料效率提高5.80%，血液中总蛋白、白蛋白及球蛋白较对照组分别提高了28.87%、27.78、32.00%[39]。肉牛养殖中使用棕榈粕发酵饲料取代秸秆在10%、20%、30%后饲养80 d 对肉牛育肥均无显著影响[40]。沙福芽孢杆菌、高地芽孢杆菌和维德曼芽孢杆菌发酵棕榈粕4 d 后在肉鸡日粮中替代10%饲养42 d，肉鸡平均日增重和料重比较对照组提高了5.26%、降低了3.90%，平均日采量较对照组无显著差异；对肌肉品质、嫩度及颜色无显著影响；对体长、脏器、重量、血清及血常规无显著影响[27]。在日粮中添加50% EM 菌发酵棕榈粕投喂红罗非鱼12周，与对照组相比，其存活率与日增重分别提高2.00%、4.17%，全鱼蛋白、全鱼脂肪分别降低11.36%、19.70%，肌肉总蛋白、肌肉球蛋白分别提高20.23%、19.40%，胃蛋白酶及胰蛋白酶分别提高184.00%、24.58%，体长、肥满度、饲料利用率均无显著变化[33]。可见，发酵棕榈粕可以用于饲喂畜禽动物、反刍动物及水产动物，提升了动物的饲料消化率、蛋白消化率、肌肉、肠道及血液等生产性能。

4 结论

微生物发酵可大幅降解棕榈粕抗营养因子，提高粗蛋白等营养成分，改善棕榈粕营养品质及生物利用度。发酵棕榈粕具有较高经济效益，在畜禽动物及水产动物中已有部分研究。在现有基础上，深入研究微生物在棕榈粕中的发酵机理及协同机制、优化发酵工艺、引入蒸汽爆破等预处理手段，以及建立完备的动物应用评价体系，使棕榈粕有望进一步提高营养价值后替代鱼粉、豆粕等传统蛋白原料，推动畜禽养殖及水产养殖行业健康发展。