发酵对提高豆粕营养品质的作用

汤佩芬，李三要

（1.湖南邵阳职业技术学院，湖南邵阳 422000；2.邵阳市草地监督管理站（邵阳市南方草业科学研究所），湖南邵阳 422000）

大豆是一种原产于亚洲的豆科植物，广泛种植于非发酵（豆浆、豆腐、豆仁等）和发酵（增味剂、豆腐乳、豆豉等）产品中。众所周知，大豆食品具有良好的营养和功能价值，这不仅是因为其高蛋白和高油脂含量，还因为其含有植物化学物质，尤其是大豆异黄酮（Kishida等，2000）。由于豆粕的成本适宜、营养价值高、氨基酸平衡良好，大豆蛋白产品作为动物饲料的接受度增加（刘海燕等，2012）。但由于大豆存在高浓度的丝氨酸蛋白酶抑制剂或胰蛋白酶抑制剂，生大豆对非反刍动物有毒性作用（刘超等，2006）。

大豆加工生产出各种各样的产品，如豆粕、豆油、大豆卵磷脂等。豆粕是大豆压榨或提取油脂后残留的物质，其粗蛋白质约48%，豆粕除了是一种富含蛋白质的产品外，还含有大量抗营养因子，因此，需要消除这些抗营养因子才能提高其在非反刍动物上的应用价值。发酵豆粕是豆粕用真菌或细菌菌株（主要是米曲霉和枯草杆菌）生产的。Song等（2008）研究报道了发酵豆粕的许多好处，包括在微生物蛋白水解酶发酵过程中降解大豆过敏原、发酵过程有效消除抗营养因子，提高豆粕的营养价值。Yuan等（2012）认为，以发酵豆粕为基础的饲粮对各种反刍动物和非反刍动物（包括幼龄和成年动物）的有益影响也得到研究和证实，发酵豆粕所含的大多数生长促进因子对动物的生长和健康参数都有有益作用。Kader等（2012）发现，用发酵豆粕替代鱼粉也可以改善某些鱼类的生长性能。虽然已有很多关于发酵豆粕的研究，但就我们所知，目前关于发酵豆粕的研究综述较少。因此，本文综述了发酵豆粕的发酵工艺及其优点，讨论饲喂发酵豆粕对反刍动物和非反刍动物的积极作用。

1 豆粕

从大豆中提取出油脂后，剩余的粕被用作动物蛋白质的来源。根据大豆皮的数量和加工方法，豆粕粗蛋白质含量从410到500 g/kg不等，而根据粗蛋白质含量的要求，410 g/kg粗蛋白豆粕是通过压榨同时未除去皮，440 g/kg粗蛋白豆粕是通过浸提同时也未除皮。但如果豆粕的粗蛋白质含量为500 g/kg，则是在使用己烷等溶剂萃取油脂前会先将外壳去除。大豆粕不仅含有丰富的蛋白质，而且含有除两种含硫氨基酸外的几乎所有必需和非必需的氨基酸，两者的比例都很好。谷氨酸含量最高，其次是天冬氨酸、精氨酸、丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸和脯氨酸。在必需氨基酸中，亮氨酸浓度最高，其次是赖氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和组氨酸，半胱氨酸和蛋氨酸的含量较低（Song等，2008）。

植物蛋白（如豆粕）比动物蛋白便宜，但含有抗营养因子，包括猪在内的一些动物唯一的蛋白质来源限制了豆粕在饲料中的应用，特别是对仔猪。与豆粕相关的主要抗营养因子包括胰蛋白酶抑制因子、皂苷、植物雌激素、葡萄糖苷、甲状腺激素、凝集素、矿物质结合物质和其他几个因子（Liener，1994），它会干扰胰蛋白酶和糜蛋白酶的功能，而这些酶帮助动物消化食物中的蛋白质，同时这些因子与酶结合，使酶失去蛋白质消化功能。这些抗营养因子对非反刍动物（如家禽和猪）有最大的影响。植物雌激素已被证明会导致绵羊和牛的不育问题。凝集素干扰小肠对营养物质的吸收，植酸可降低磷和锌对动物的可利用性。因此，为了最大限度地提高豆粕营养价值和更广泛的应用，需灭活或尽量减少这些抗营养因素。

2 发酵豆粕

发酵是最古老的食品加工和保存形式之一，也有能力改善原始产品的营养和功能特性。发酵工艺广泛应用于提高营养物质的生物利用度，降低豆粕抗营养因子。Frias等（2008）证实了发酵过程降解豆粕的抗营养因子和致敏化合物的能力，增加利用豆粕的各种加工产品的可能性。利用霉菌或细菌促进发酵过程，发酵条件和发酵豆粕的营养质量可以因不同的微生物类型而不同。曲霉使用最广泛，因为它能产生酶，如半纤维素酶、水解酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和单宁酶（Mathivanan等，2006）。在细菌发酵的情况下，不同种类的乳酸菌和枯草杆菌是首选（Yang等，2007）。

2.1 豆粕微生物发酵 豆粕的微生物发酵是通过真菌或菌株来实现的，发酵过程可以是固态发酵或液态发酵，也可以根据其状态（即含水率）进行两种发酵方式的结合。前一种方法作为后一种方法的替代方法具有许多优势，包括生产力和成本，因为可以使用农工业残留物或副产品作为营养来源，以及支持微生物的繁殖（Rigo等，2010）。液态发酵和固态发酵相关工艺已被报道，可提高用于水产饲料和动物饲料工业的豆粕营养质量，并越来越多地用于豆粕的发酵。豆粕发酵后的产品多肽含量和纤溶酶活性明显提高，抗营养因子明显降低，同时固态发酵还提高了豆粕在碱性条件下的体外胰蛋白酶消化率和氮溶解度，改善了豆粕的营养品质。Amadou等（2010）确定了固态发酵在提高营养品质，降低抗营养因子方面的效率。

2.2 基于真菌的发酵 几种曲霉属微生物已被用于发酵豆粕，如Zamora和Veum（1979）对米曲霉和根霉对去皮豆粕发酵的研究，确立了发酵对提高营养品质中的重要性，也为今后发酵豆粕的研究工作开辟了道路。基于真菌发酵对大豆和豆粕的有益影响已得到很好的证明（Liu等，1994），其报道利用米曲霉发酵将豆粕中胰蛋白酶抑制因子从2.6 mg/g去除到0。在家禽和猪等非反刍动物中降低豆粕中胰蛋白酶抑制因子和大分子蛋白质的含量具有很多有益的作用。用曲霉发酵几乎完全消除植酸，产生较高的可用磷和锌蛋白质原料。真菌发酵成功降低了豆粕中水苏糖和棉子糖的含量，豆粕中含有约52 g/kg水苏糖和11 g/kg的棉子糖（Cervantes-Pahm和Stein，2010）。同时，豆粕中还含有大约78 g/kg蔗糖，而发酵豆粕不含蔗糖。发酵豆粕中分解的碳水化合物可以归因于曲霉发酵后产生的α-半乳糖苷酶。真菌发酵除了可以降解抗营养因子外，还可以通过增加粗脂肪、粗灰分、干物质和粗蛋白质含量来增加饲料的营养价值（Hong等，2004），蛋白质和脂肪含量的增加可能部分归因于发酵过程中碳水化合物含量的减少。随着长链蛋白的分解，发酵也显著增加了发酵豆粕中的小肽（＜15 kd）含量。小鼠试验表明，发酵将糖基元转化为相应的糖苷元，这些糖苷元更容易和更有效地被吸收（Kishida等，2000）。

虽然发酵豆粕比豆粕多约10%的粗蛋白质，但真菌发酵后必需氨基酸含量保持不变。Hong等（2004）认为，用米曲霉发酵豆粕不影响必需氨基酸浓度，但增加甘氨酸、谷氨酰胺和天冬氨酸的浓度，这一发现与Frias等（2008）的结果基本一致，其中大部分必需氨基酸的含量都有所提高。此外，Hong等（2004）研究表明，米曲霉也表现出对特定氨基酸的偏好，而不是对所有氨基酸的偏好，这些发现与某些氨基酸浓度的增加及发酵豆粕中氨基酸谱的变化可能归因于豆粕发酵过程中微生物代谢的观点一致。

2.3 基于细菌的发酵 传统上，芽孢杆菌被用于生产发酵豆粕，如日本发酵的纳豆是将枯草芽孢杆菌添加到大豆中制成的。与真菌发酵相似，菌株也能降解包括胰蛋白酶抑制因子在内的各种抗营养因子。植物乳杆菌是另一种常用于发酵豆粕的菌株（Amadou等，2010）。植物乳杆菌等发酵后蛋白水解，增加了游离氨基酸的释放，从而使发酵豆粕的总游离氨基酸含量明显高于豆粕。但组氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和苯丙氨酸含量在发酵后没有变化，亮氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸和脯氨酸含量增加（Amadou等，2010）。豆粕经枯草芽孢杆菌发酵后随着精氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、甘氨酸含量的增加，小分子蛋白的浓度增加，脯氨酸含量降低（Teng等，2012）。两种微生物不同的蛋白酶谱、分泌能力和发酵温度可能是造成发酵豆粕氨基酸谱差异的原因。

与真菌发酵很相似，细菌发酵也会降低蛋白质的大小，这可以归因于植物乳杆菌的酶和发酵过程本身，与豆粕相比，体外胰蛋白酶消化率在发酵后有所提高，从而改善营养和功能特性（Frias等，2008）。用菌株发酵也能产生更高的抗氧化活性，发酵后某些氨基酸浓度的增加（如组氨酸、丝氨酸、缬氨酸、赖氨酸等）与抗氧化性能的提高有关（Amadou等，2010）。此外，发酵后豆粕中酚类化合物的浓度也增加，从而增加抗氧化活性和金属螯合活性（Moktan等，2008）。

2.4 真菌和细菌发酵效果对比 Song等（2008）、Frias等（2008）比较了真菌和细菌发酵产生的发酵豆粕的营养质量，虽然两种发酵方法都降低了抗营养因子的含量，提高豆粕营养品质，但两种发酵方法的代谢活性和酶活性不同，导致发酵豆粕质量也存在差异。Teng等（2012）研究表明，在发酵过程中，由于微生物的生长，曲霉菌和枯草芽孢杆菌发酵后的豆粕含量一致增加，但可溶性蛋白的比例分别增加了19.4%和63.11%，这可能是由于枯草芽孢杆菌在发酵条件下水解能力较强所致。两种发酵法对大分子肽的降解率具有可比性，真菌发酵是胰蛋白酶抑制因子降低81.33%，而细菌降低95.33%，抗氧化活性物质的增加也达到相同水平，但在豆粕体外消化和抗原蛋白的降解方面枯草芽孢杆菌更有效。Song等（2008）对酵母菌和双歧杆菌的研究表明，这两种发酵都显著降低了豆粕的免疫反应活性，这是豆粕在可接受性和健康问题方面的一大优势，因为这两种发酵导致较大的抗原蛋白的分解，从而大大增加发酵豆粕中小分子肽（＜15 kd）的数量，降低了免疫反应活性。这可能是由于与细菌发酵产品相比，生长较慢的真菌导致更少的活菌，产生更低的表位改变，从而产生更高的免疫反应活性。

在比较酵母和细菌发酵产物的氨基酸含量时，Song等（2008）发现，细菌和真菌发酵后，必需氨基酸（如异亮氨酸和蛋氨酸含量）变化不大，而在细菌发酵过程中，半胱氨酸含量下降。

3 发酵豆粕的饲喂效果

Feng等（2007）研究发现，发酵豆粕组肉鸡平均增重8.33%、饲料报酬提高5.56%。以3周龄仔猪为试验对象，Jones等（2010）研究结果表明，与豆粕相比，发酵豆粕组可以提高断奶仔猪的生长性能，十二指肠和空肠的胰蛋白酶活性和总蛋白酶显著升高。作者认为，猪蛋白质消化率的提高可能是因为发酵豆粕中胰蛋白酶抑制因子的降解和大分子蛋白质的减少。饲喂发酵豆粕的肉鸡血清IgA和IgM水平较高，但血清IgG水平没有变化（Feng等，2007）。由于发酵过程中挥发性脂肪酸的生成水平较高，且致病菌的活菌数较低，因此，发酵豆粕在肉鸡上具有较好的消化率。发酵豆粕还显著降低虹鳟鱼的形态变化，如微绒毛解体、没有颗粒状空泡等（Yamamoto等，2010）。虽然发酵豆粕对鱼的体重和比生长率有显著增加，但其机体水分、蛋白质和灰分含量无显著差异，这意味着可以用发酵豆粕部分替代鱼粉以达到节约饲料成本的目的。比目鱼幼苗饲喂发酵豆粕日粮表现出血清总蛋白浓度增加和较低的细菌活性，对鱼的红细胞压积、总白蛋白、总胆红素等血液化学指标无不良影响（Kader等，2012）。

4 结论

发酵豆粕作为蛋白原料是豆粕的合适替代品，发酵不仅增加游离氨基酸、小肽、粗蛋白质含量和营养物质的生物利用度，而且通过降解植酸、胰蛋白酶抑制因子、寡糖等抗营养物质，提高豆粕利用率。发酵微生物的选择对发酵豆粕最终的营养质量也有很大影响，因为不同的菌株有不同的酶系统，因此，不同成分的降解或合成水平有很大差异。当用发酵豆粕饲喂非反刍动物时可以观察到一些有益的影响，包括增加平均日增重、改善生长性能、提高蛋白质消化率、降低免疫反应活性和不良的形态学变化。