發(fā)酵豆粕的生產(chǎn)工藝及優(yōu)點

河南科技大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)與工程學(xué)院 楊建英

河南科技大學(xué)動物科技學(xué)院學(xué)院 李元曉

豆粕作為生產(chǎn)大豆油的副產(chǎn)品因其營養(yǎng)豐富是畜禽飼料的主要原料。但豆粕中存在多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，降低了畜禽對豆粕中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。通過發(fā)酵可以將豆粕中的抗?fàn)I并因子去除，能提高其營養(yǎng)價值。本文就近年來國內(nèi)外有關(guān)發(fā)酵豆粕的研究作一綜述。

1 發(fā)酵豆粕的生產(chǎn)工藝

目前我國豆粕生物降解生產(chǎn)工藝，主要有酶解法和微生物發(fā)酵法兩種，其中微生物發(fā)酵豆粕的技術(shù)方法主要包括固態(tài)發(fā)酵技術(shù)和液態(tài)發(fā)酵技術(shù)?；诃h(huán)保和經(jīng)濟方面的綜合考慮，對于低質(zhì)的豆粕發(fā)酵，目前多采用的是固體發(fā)酵，而液體發(fā)酵雖然能夠保證產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)和穩(wěn)定性，但是設(shè)備造價高，發(fā)酵過程中的廢液排放易造成環(huán)境污染，處理成本高，不易被采用。

生產(chǎn)的工藝條件對發(fā)酵豆粕產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響，因此，需要對原料的狀態(tài)（如含水量、pH值、底物組成、料水比等）和發(fā)酵條件（發(fā)酵時間、菌種的組成和接種量、溫度、通氣量等）進行優(yōu)化。高愛琴和賈仙（2009）研究認為，較佳的發(fā)酵工藝是固體密閉無氧靜止發(fā)酵，基質(zhì)為豆粕，料水比為3∶2，起始溫度為40℃，起始pH自然，接種量發(fā)酵菌株1為0.005%，發(fā)酵菌株2為0.5%，發(fā)酵周期為5 d；在此條件下，發(fā)酵后的豆粕水解度達5%以上，鮮發(fā)酵物的酸度在4.5以上。莫重文和黃崗（2007）研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵溫度為28℃，發(fā)酵料組成為 100∶6（豆粕∶麩皮），接種菌配比為 1∶3（米曲霉∶酵母），接種量6%，發(fā)酵時間為72 h，發(fā)酵豆粕中粗蛋白質(zhì)含量可達49.10%，比原料中增加12.1%。楊旭等（2008）研究顯示，在接種量，7.5%，培養(yǎng)時間，54 h，料水比，1∶1，硫酸銨添加量，2%，葡萄糖添加量，1%時，發(fā)酵豆粕的蛋白質(zhì)含量從43.78%提高到53.33%。王金斌等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，最佳發(fā)酵條件為枯草芽孢桿菌M5094和熱帶假絲酵母C3161接種比例為1∶1，接種量為20%，基質(zhì)初始含水量為52%，發(fā)酵溫度為38℃，發(fā)酵時間為48 h。在此條件下，豆粕粗蛋白質(zhì)含量由31.75%升至49.27%。戚薇等（2008）利用納豆芽孢桿菌和凝結(jié)芽孢桿菌TQ33對豆粕進行固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果表明，最適發(fā)酵工藝為先接納豆芽孢桿菌，發(fā)酵12 h后再接凝結(jié)芽孢桿菌，接種量為10%，兩菌比例為1∶1，發(fā)酵基質(zhì)中豆粕與麩皮質(zhì)量比為7∶3，初始含水量為 40%，初始 pH自然，37℃發(fā)酵48 h。發(fā)酵豆粕的蛋白質(zhì)水解度為20.14%，其中大多數(shù)肽類的分子質(zhì)量為620～1242 Da，降解率達95%；產(chǎn)品中含納豆芽孢桿菌1.0×109CFU/g，凝結(jié)芽孢桿菌9.2×107CFU/g，此外，其中還含有蛋白酶、短肽和乳酸等生物活性物質(zhì)。吳勝華等（2008）采用枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、植物乳酸菌及酵母菌對普通豆粕進行二元混菌固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果表明，豆粕經(jīng)過混菌發(fā)酵后小肽含量顯著提高，當(dāng)采用枯草芽孢桿菌和植物乳酸菌（KC-RS）組合，接種量為4%，料水比為1∶1.2，通氣量為60 g/mL，發(fā)酵溫度為40℃時，發(fā)酵豆粕中的小肽含量可達12.01%。馬文強等（2008）用枯草芽孢桿菌、釀酒酵母菌、乳酸菌對豆粕進行發(fā)酵，結(jié)果表明，微生物發(fā)酵使豆粕發(fā)生一定程度的分解，發(fā)酵后豆粕中高分子和中分子量蛋白質(zhì)含量下降，低分子蛋白質(zhì)含量提高，粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、磷和氨基酸的含量顯著高于發(fā)酵前，胰蛋白酶抑制因子和其他抗?fàn)I養(yǎng)因子得到了有效去除。朱曦和田慧文（2007）利用芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌混合發(fā)酵分解破壞豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子，結(jié)果表明，在料水比為 1∶0.8 ～ 1.0，pH 為（7.0±0.2），溫度為（25±5）℃，發(fā)酵時間為72 h，48 h時翻料1次，翻料料溫為60℃左右的條件下發(fā)酵豆粕抗?fàn)I養(yǎng)因子被分解去除。

2 發(fā)酵豆粕的優(yōu)點

豆粕經(jīng)過發(fā)酵可將其中的抗?fàn)I養(yǎng)因子有效去除，同時，增加了益生菌、肽、氨基酸、活性酶、乳酸、維生素、大豆異黃酮等含量。進而使低質(zhì)的蛋白原料轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)的蛋白原料，相比于普通豆粕，發(fā)酵豆粕具有以下優(yōu)點。

2.1 有效去除豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子 豆粕中含有大量的抗?fàn)I養(yǎng)因子，如胰蛋白酶抑制因子、脲酶（又稱尿素酶）、大豆凝血素等，這些物質(zhì)的存在均可危害動物健康。通過微生物發(fā)酵技術(shù)，可有效去除豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。鄭裴等（2009）采用植物乳桿菌固態(tài)發(fā)酵豆粕，對豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子進行降解，結(jié)果表明，豆粕中尿素酶活由原來的0.373 U/g降至0.166 U/g，胰蛋白酶抑制劑含量由原來的40.42 mg/g降至 18.01 mg/g。 Hirabayashi和 Yano（1998）研究發(fā)現(xiàn)，使用宇佐美曲霉發(fā)酵大豆粕，發(fā)酵后植酸全部被降解。馬文強等（2008）研究表明，經(jīng)過發(fā)酵豆粕胰蛋白酶抑制因子、脂肪氧化酶、大豆凝血素和致甲狀腺腫素均能被較完全降解。張麗靖等（2008）研究表明，在適宜條件下發(fā)酵后豆粕脲酶活性降低93%。歐陽亮等（2008）研究報道，大豆蛋白中大多數(shù)抗?fàn)I養(yǎng)因子的分子質(zhì)量集中在35～600 kD，發(fā)酵處理后43 kD以上的大分子蛋白質(zhì)大部分被降解，20 kD～43 kD的大分子幾乎全部被降解為14.4 kD以下，這說明微生物發(fā)酵法確實能夠降解豆粕中的大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子。Feng等（2007）研究發(fā)現(xiàn)，豆粕經(jīng)米曲霉3.042（產(chǎn)蛋白酶菌）發(fā)酵后胰蛋白酶抑制因子被完全消除。

2.2 蛋白質(zhì)含量顯著增高 豆粕發(fā)酵過程中，微生物大量繁殖，將豆粕培養(yǎng)基中的非蛋白氮、培養(yǎng)基無機氮（硫酸銨或尿素）及抗?fàn)I養(yǎng)因子等各種物質(zhì)分解利用，轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)價值高的菌體蛋白。程秋根等（2008）研究報道，去皮豆粕經(jīng)發(fā)酵后粗蛋白質(zhì)含量提高12.38%。蔡國林等（2008）研究表明用酵母菌和乳酸菌混合發(fā)酵豆粕后蛋白質(zhì)含量從46.2%提高到49.7%，氨基酸組成和含量也有所變化和提高。馬文強等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后豆粕中小于25 kD的低分子蛋白質(zhì)含量，比發(fā)酵前提高2.25倍。張紅和褚西寧（1996）研究表明，豆粕固態(tài)發(fā)酵后的產(chǎn)品經(jīng)檢測其蛋白質(zhì)含量幾乎較先前有提高；而且經(jīng)過微生物酶的作用，使發(fā)酵豆粕的必需氨基酸含量較普通豆粕豐富，結(jié)構(gòu)更加合理。湯紅武（2003）等認為這主要是因為在發(fā)酵過程中，酵母的呼吸作用消耗了部分有機物料，使產(chǎn)物總量減少，蛋白質(zhì)含量相對提高，出現(xiàn)了蛋白質(zhì)的“濃縮效應(yīng)”；還有部分增加的蛋白質(zhì)是酵母菌體含有的蛋白質(zhì)和發(fā)酵過程中硫酸銨經(jīng)由酵母轉(zhuǎn)化生成的。

2.3 產(chǎn)生肽 豆粕通過微生物的降解，可產(chǎn)生具有特殊功能的營養(yǎng)肽。肽的吸收具有吸收快、能耗低、效率高、載體不易飽和等優(yōu)點。大豆肽還能賦予產(chǎn)品特殊生物活性，如促生長、調(diào)節(jié)免疫、抗菌、抗病毒、催乳、抗氧化、刺激食欲、促進礦物質(zhì)吸收和抗腫瘤。大豆肽的開發(fā)開創(chuàng)了動物營養(yǎng)的新紀(jì)元，豐富了大豆制品的種類，增加了大豆產(chǎn)品的附加值（Netto和 Galeazzi等，2008）。劉喚明和鄧楚津（2006）研究表明，使用枯草芽孢桿菌發(fā)酵豆粕生產(chǎn)大豆多肽，豆粕的蛋白水解度達60%。

2.4 富含多種生物活性物質(zhì) 豆粕發(fā)酵過程中產(chǎn)生的益生菌和乳酸，一方面能抑制腸道中有害菌的繁殖，另一方面可促進動物消化，改善動物小腸機能，減少仔豬等幼畜酸化劑的用量。微生物代謝產(chǎn)生蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等各種消化酶，可促進豆粕中蛋白質(zhì)和一些多糖類物質(zhì)的降解，提高消化率。另外，微生物代謝物中還可產(chǎn)生對動物有直接營養(yǎng)作用的未知生長因子、維生素等，對促進營養(yǎng)物質(zhì)消化，提高動物免疫機能有積極意義。

由于在豆粕發(fā)酵過程中加入了很多有益微生物，因此，發(fā)酵結(jié)束后，經(jīng)測定發(fā)酵物料中含有大量的有益微生物菌群，而菌種類主要取決于發(fā)酵前物料中所添加的微生物，常見的有芽孢菌、酵母菌、乳酸菌，這些益生性微生物對于改善畜禽腸道微生態(tài)環(huán)境具有非常重要的作用。陳文靜（2004）對發(fā)酵后的豆粕進行測定，發(fā)現(xiàn)乳酸菌數(shù)達到107CFU/g。除此之外，發(fā)酵豆粕還含有乳酸、各種酶等活性物質(zhì)。目前國內(nèi)發(fā)酵豆粕中乳酸含量多數(shù)大于2%。周伏忠（2007）等研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌、芽孢桿菌以及曲霉菌均能利用發(fā)酵過程中自身分泌的蛋白酶來分解豆粕的大分子蛋白質(zhì)，且蛋白酶活性大于200 U/g。

2.5 改善適口性 豆粕發(fā)酵后由于可溶性肽類和游離氨基酸以及酸性物質(zhì)增加，使得發(fā)酵產(chǎn)物氣味醇香，適口性提高動物，采食量增加。吳暉等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，豆粕在28～32℃下經(jīng)枯草芽孢桿菌發(fā)酵后具有或淡或濃郁的醇香氣味。發(fā)酵產(chǎn)物的氣味酸香，發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的可溶性肽類和游離氨基酸能提高發(fā)酵產(chǎn)物的適口性（Douamba 等，2012）。 Omafuvbe 等（2009）研究認為，混合發(fā)酵中的非優(yōu)勢菌主要是起調(diào)節(jié)風(fēng)味的作用。Refstie等（2011）用乳酸菌發(fā)酵豆粕，發(fā)現(xiàn)精氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸和纈氨酸含量上升，而亮氨酸、賴氨酸和苯丙氨酸含量下降。

3 發(fā)酵豆粕發(fā)展前景及存在的問題

發(fā)酵豆粕資源豐富、價格低廉、無化學(xué)殘留、應(yīng)用安全、營養(yǎng)性能好，在飼料中可替代部分魚粉，緩解了我國優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料原料不足的現(xiàn)狀，經(jīng)濟效益顯著。

但是目前發(fā)酵豆粕的研究還存在以下幾方面問題：（1）發(fā)酵豆粕營養(yǎng)特性的研究還不夠全面；（2）發(fā)酵豆粕產(chǎn)品在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究還應(yīng)進一步拓展和深入，應(yīng)加強其機理研究；（3）不同發(fā)酵菌種和發(fā)酵條件下產(chǎn)生的發(fā)酵豆粕質(zhì)量差異很大，因此，優(yōu)良的發(fā)酵菌種和適宜的發(fā)酵條件還有待進一步研究和摸索；（4）應(yīng)盡快統(tǒng)一和規(guī)范其質(zhì)量指標(biāo)和分級標(biāo)準(zhǔn)。

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