微生物发酵处理对豆粕抗营养因子的影响
2007-09-23 13:27:21   来源：本站原创   评论：0 点击：

江西农业大学动物科学技术学院/熊智辉  过玉英陈丽玲 徐淑玲 梁海平
原刊于《新饲料》杂志2007年第7期

摘要：对豆粕的微生物发酵处理，可降低抗营养物质对动物的影响，减少不必要的应激，提高豆粕的营养成分和饲喂价值。本文综述了发酵豆粕的特点及其加工工艺。
关键词：豆粕  发酵  抗营养物质  加工工艺
 
1 豆粕的应用及其抗营养因子
豆粕是豆油加工副产品，目前主要用作酱油、食醋等发酵原料及直接作为饲料用。豆粕的粗蛋白质含量很高，可达到43%~48%，是制备畜禽精饲料的基本原料，且富含多种氨基酸(如表1)对家禽和猪摄入营养很有好处，尤其是其它植物性饲料易缺的赖氨酸，其含量高达2.5%~3.0%。
表1    不同油籽粕的氨基酸组成比较

资料来源:Soybean Meal InfoSource，January，p2(1997)
但是直接用豆粕饲喂畜禽它的蛋白质生物转化率较低，主要是由于豆粕中含有许多抗营养因子。目前已在豆粕中发现了10余种抗营养因子(ANFS) (如表2)，根据热稳定性可将其分为两类：热不稳定性抗营养因子和热稳定性抗营养因子。前者包括胰蛋白酶抑制因子、植物凝聚素、尿素酶和致甲状腺肿因子；后者包括植酸盐、胀气因子和过敏因子等，它们以不同方式对动物生长产生不同程度的抑制作用。如胰蛋白酶抑制剂(TI)可以阻碍肠道内蛋白水解酶的作用，且含量也比较高，在豆粕中的含量为2%左右。TI能阻碍肠道内蛋白水解酶的作用而使蛋白质消化率下降，引起恶心、呕吐等肠胃中毒症状；另一方面TI还作用于胰腺本身，刺激胰腺分泌过多的胰腺酶，造成蛋白质内源代谢损失，导致动物出现消化吸收功能失调或紊乱，抑制了机体的生长；另外，由于胰脏大量地制造胰蛋白酶，可造成胰脏肿大中毒等应激现象。 

表 2    常用豆科籽实及其饼铂类饲料中抗营养因子

2 消除方法
消除豆粕中抗营养因子的途径：可通过减少抗营养因子的含量，降低或钝化其活性来实现。国内外一直在研究这些抗营养因子的去除方法，目前主要有物理、化学、育种、添加剂、生物技术等多种途径。
2.1 物理钝化法
物理钝化法是利用ANFS的热不稳定性，经适当热处理使大豆中的TI等热敏性抗营养因子灭活，同时使豆粕蛋白质的可溶性降低，从而提高豆粕养分的消化率。目前公认的较好的热处理方法是120℃热压处理15min或105℃蒸煮30min，还有可以使用膨化技术生产膨化大豆，这几种处理均可使TI活性降低70%~85%。热处理豆粕可以有效地破坏一些抗营养因子的分子结构。但是，热加工处理工艺复杂，能源消耗大，加热法仅适用于对热不稳定的抗营养因子，如蛋白酶抑制剂、凝血素、抗维生素因子等。它对热稳定的抗营养因子(如植酸、低聚糖类等)无效。而且加热不够，不能消除抗营养因子，加热过度则会破坏饲料中的氨基酸和维生素，加热过程还会引起氨基酸与碳水化合物反应。如赖氨酸与还原糖反应生成不溶性复合物，导致蛋白质消化率下降。降低饲料的营养价值，影响豆粕的利用率。主要原因可能是加热过度会使豆粕中热敏氨基酸破坏，易使赖氨酸、精氨酸等碱性氨基酸的ε- 氨基与还原性糖发生Maillard 反应,生成动物完全不能消化吸收的棕色聚合物，从而降低蛋白质的营养价值。且热处理过度还会使大豆蛋白以化学交联键合形式附聚，绝大部分酶不能水解这种结构的蛋白,致使饲养效果下降。在轻度Maillard 反应产物中，大多数结合型氨基酸可用常规分析方法检测出来，而深度Maillard 反应产物中结合型的氨基酸则不能测出，而这两种结合型氨基酸都不能被鸡利用[7]。
2.2 化学钝化方法
化学钝化方法是近年来广泛尝试的方法，其原理为通过改变TI的分子结构，破坏二硫键，达到钝化TI活性的目的。常见的化学钝化剂有戊二醛溶液、VC+CuSO4、偏重硫酸钠(Na2S2O5)和亚硫酸钠(Na2SO3)等。化学钝化应用的最大阻碍是化学物质残留，处理费用高和大量处理困难。
2.3 植物育种法
通过植物育种途径，育种低抗营养因子或无抗营养因子的植物品种，这种方法可从根本上除去抗营养因子。但抗营养因子是植物用于防御的物质，降低其含量可能对植物本身引起反作用，如产量、抗病能力降低，而且育种周期较长、成功率低，成本较高。
2.4 微生物发酵法
利用微生物发酵生产出发酵豆粕，可分解和破坏有害因子，使豆粕中的一些成分改变，降低豆粕中有害因子的含量，原来豆粕中的一些不能被消化吸收的多糖变得可以被吸收利用,可有效提高蛋白质生物转化率[3]。
豆粕经少袍根霉RT-3发酵后.能明显提高消化率(表3),且氨基酸比(AAS)、化学生物价(CBV)、必需氨基酸指数(EAAI)和蛋白功能比值(PER)都有不同程度提高(表4)。豆粕经发酵，粗蛋白含量变化不显著，但可溶性蛋白、氨基态氮和可溶性固形物含量分别增加3. 2倍、2. 3倍和19. 4倍，可溶性指数从22%上升至63. 2%。游离氨基酸总量增加近15倍，其中必需氨基酸增加35.2倍，亮氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸和蛋氨酸分别增加128倍、125倍、68倍和61倍。这也表明经发酵可产生许多小肽、氨基酸易被家禽吸收，从而改善大豆蛋白生物转化率。另外Fe、Zn等金属元素也有所增加，植酸含量降低约72%。
表3  发酵对豆粕消化率影响  （ % ）

表 4  发酵对豆粕蛋白化学评分影响（ % ）

大豆异黄酮作为天然物质，具有广泛的生物学活性。在豆粕中含有生物活性物质大豆异黄酮，但是豆粕中的异黄酮主要以异黄酮糖苷形式存在，即葡萄糖通过β-葡萄糖苷键与异黄酮甙元结合形成异黄酮苷，而只有游离的异黄酮甙元才具有生物学功能。大豆异黄酮甙元具有弱雌激素活性、抗氧化活性、抗溶血活性、抗真菌活性、强心功能、增强毛细血管功能、预防老年妇女骨质疏松症功能、抗血管收缩功能，可用于防癌尤其是以致乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、胃癌等癌症发生。如大豆异黄酮能够抑制DNA 拓扑异构酶Ⅱ活性,使肿瘤细胞DNA 单链和(或) 双链断裂,或干扰能诱发乳腺癌病毒mRNA 的合成,从而抑制和干扰瘤细胞和病毒基因表达和转录。

豆粕经过发酵后，其异黄酮的生物学活性如抗菌性能得到增强，如嵇美华研究表明，发酵豆粕中提取、精制的异黄酮对细菌的最低抑制浓度(MIC)为0.24％，而豆粕中提取、精制的异黄酮对细菌的抑制浓度为0.48％，说明了异黄酮经过发酵后，其抗茵活性明显增强。因此可以作为营养保健成分添加到其它产品中，或作为防腐剂添加到食品中，防止食品腐败变质和食物中毒及其它一些食源性疾病的发生。

且抗氧化性能也得到增强，从经过发酵处理的豆粕中提取的异黄酮与未经过发酵处理的豆粕中提取的异黄酮抗氧化性能的比较发现：前者的抗氧化效果较相同浓度的后者要好，在大豆油中添加量均为20mg/kg时，过氧化值的增加倍数分别是17.6和19.6。异黄酮的抗氧化作用主要是由于它的双酚结构使得酚羟基能与自由基反应形成相应的离子和分子，淬灭自由基，终止自由基的连锁反应。

3 豆粕发酵工艺

　发酵豆粕属于发酵饲料中的一种，所谓发酵饲料，就是利用微生物在饲料原料中的生长繁殖和新陈代谢，积累有用的菌体、酶和中间代谢产物来生产加工和调制的饲料，因此也称为微生物饲料。

发酵豆粕在1983年王厚德教授发现的扣囊拟内孢霉时就已有研究。扣囊拟内孢霉 Endomycopsis Sp是从酒精废醪中分离出的一株酵母菌，在固态基质上的好氧条件下可大量繁殖，并可达到较高的细胞数。用固体菌种地面蒲层发酵晒干，以豆粕为主作原料，无毒性问题，由于量小，产品质量易于控制，生物效价较高，只要适当平衡赖、蛋氨酸、钙磷后，接近或超过秘鲁鱼粉，产品一度供不应求。

豆类发酵一般流程：精选大豆—清洗—浸泡—脱皮—蒸煮—冷却—调酸—接种混匀—发酵—成品

常规豆粕发酵工艺：常规豆粕发酵采用米粉作发酵基质生产根霉孢子作为发酵剂，发酵时间要48-72h。传统发酵豆粕的发酵剂主要有三种: (1)前一批发酵豆粕饲料; (2) 以前豆粕发酵时使用的覆盖物中霉菌残留物; (3) 高热过度生长真菌菌丝体。

而吴定等用少孢根霉RT-3菌丝作发酵剂发酵豆粕新工艺，使得发酵时间缩短了24～36 h。主要的步骤是先将豆粕置高压锅115℃、20 min ,取出加适量水,加10%麸皮,再用乳酸酸化基质,混匀,接种发酵剂,再混匀,置39℃培养。待菌丝将豆粕完全覆盖,结成块后,40～50℃真空干燥,粉碎成颗粒饲料。利用菌种对豆粕进行发酵，生产大豆异黄酮甙元，提高豆粕的经济附加值。

也有的采用多菌种作发酵剂对豆粕进行混合发酵，如姚晓红等用酵母菌y-021、y-028 、乳酸菌Lc三种菌株共同作用于豆粕中。

4 结语

这几年鱼粉的价格狂涨，为了减少对鱼粉的依赖程度，都在考虑其他的替代物，其中发酵豆粕就是其中一种。发酵豆粕以其工艺简单、价格低廉、营养性好，得到很多饲料加工厂的青睐。目前在乳猪料中应用的比较多，在其他饲料中的应用有待进一步的发展。