固態發酵豆粕在飼料中的研究應用

蔡 晶 王 影

摘要:近幾年來,大豆的副產物豆粕的深加工和綜合利用越來越受到人們的關注。此文從豆粕的組成、營養成份、抗營養因子等方面入手,著重介紹了豆粕的特點以及近年來發酵豆粕的發展及研究成果。概括發酵豆粕的用途、工藝流程和優缺點。并對固態發酵豆粕在飼料中的應用前景進行展望。

關鍵詞:豆粕;固態發酵;大豆肽;發展前景

豆粕大部分用作飼料,少部分用于發酵食品生產,以豆粕為原料進行深加工和綜合利用的研究相對薄弱。

常見的加工豆粕方法是酶解豆粕和發酵豆粕,即利用現代生物技術將大豆蛋白通過蛋白酶酶解或微生物發酵降解為可溶性蛋白和小分子多肽的混合物。經過酶解或發酵處理的蛋白由于比傳統大豆中蛋白質更易于吸收、低抗原等特點,被認為是幼齡動物飼料的理想植物蛋白。

酶解豆粕主要用于大豆肽的液態生產。它存在一系列的限制因素,首先蛋白質水解過程中產生的苦味、臭味無法完全抑制,尤其是大規模生產中,降低和脫除水解過程中的苦味和臭味需要很高的成本。較高的價格是限制大豆肽進入市場的主要原因。其次用于水解的酶制劑僅限于食品工業中的常用幾種,單一或混合使用均無法徹底消除水解過程中產生的苦味和臭味。尋找克服水解過程中的苦味的蛋白酶,任務非常艱巨。且水解度難以控制。

隨著固態發酵技術的改進和完善,固態發酵不僅可以應用于液態生產不能實現的過程,而且可以彌補液態生產的不足與缺陷。應用現代固體發酵技術能實現大規模生產,而且其投資規模和生產成本往往要比液態法低,更重要的是現代固態發酵往往沒有影響環境的污染廢物產生,在食品加工業中將發揮越來越重要的作用。固態發酵其中一個重要應用領域就是利用微生物轉化農作物及其副產物,以提高它們的營養價值,減少對環境的污染。經研究表明,豆粕經固態發酵則可有效提高蛋白質的生物轉化率。

豆粕中的大豆蛋白含量很高,在43.0%～55.0%之間,而且其中80.0%以上都是水溶性蛋白。其中賴氨酸2.5%～3.0%、色氨酸0.6%～0.7%、蛋氨酸0.5%～0.7%、胱氨酸0.5%～0.8%、胡蘿卜素0.2mg/kg～0.4mg/kg、硫胺素3mg/kg～6mg/kg、核黃素3mg/kg～6mg/kg、煙酸15mg/kg～30mg/kg、膽堿2200mg/kg～2800mg/kg。

1 固態發酵豆粕的工藝流程

微生物發酵豆粕采用生物發酵工程技術,通過發酵過程中微生物分泌的酶將豆粕中的部分蛋白酶解為分子量3000以上的大豆肽。

2 發酵選用菌種

微生物發酵豆粕常用菌種:乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌等。

季偉等利用產Nisin的乳酸鏈球菌發酵豆粕。豆粕經乳酸菌發酵后有酸甜芳香的氣味,pH值下降,能有效改善豆粕的適口性,促進畜禽生長,同時可以降低抗生素、酸化劑的添加量,降低飼料成本。

除此之外,霉菌也經常被研究人員用于固態發酵豆粕的生產,且常常與其他菌種混合發酵。莫重文等人采用米曲霉和啤酒酵母混合菌株固態發酵法生產發酵豆粕,利用霉菌產生的多種酶系,降解其中的纖維素及蛋白質等物質,利用酵母菌合成菌體蛋白。得到的發酵豆粕中粗蛋白含量可達49.10%,比原料中增加12.1%。而劉超[7]等用米曲霉菌和酵母菌以麩皮和豆餅粉為主要底物,30℃混合固態發酵36h。獲得了酸性蛋白酶活力達l440U/g、酵母菌數6.29×109個/g、粗蛋白質高達70.56%(其中小肽10.12%)、還原糖8%的新型蛋白飼料。從而獲得一條富含小肽的新型蛋白飼料生產工藝。

由此可知,用于固態發酵的菌種范圍廣泛、常見、易于獲得。

3 固態發酵生產豆粕過程

發酵過程中分為好氧發酵和厭氧發酵。在發酵前期采用好氧發酵,促使芽孢桿菌、酵母菌等好氧微生物繁殖生長,同時芽孢桿菌、酵母菌分泌產生大量酶類、維生素等活性產物促進乳酸菌的生長。后期的厭氧發酵,促進乳酸菌的增殖,并產生大量乳酸。微生物在無氧條件下發生強制自溶,細胞中的胞內酶及其他生物活性成分分泌出來。厭氧發酵時蛋白酶發生酶解反應,并產生香味物質。

綜合好氧發酵和厭氧發酵的優缺點,將兩者結合起來用于發酵豆粕基本可以達到以下指標:發酵酶解產生的小肽占豆粕中粗蛋白含量的30%,占成品的10%。

發酵豆粕與酶解相比風味得到極大改善,且產生大量生物活性成分,但分子量多在5000～10,000之間,屬于多肽范疇,離大豆寡肽、小肽的生理活性、易吸收性距離很大,所以成本相對也比較低。因此越來越多的學者及研究人員研究固態發酵法發酵豆粕。

4 固態發酵豆粕的現狀及應用前景

將豆粕通過生物發酵處理后,使豆粕中的各種抗原成分、抗營養因子被有效降低去除,豆粕中的蛋白質被分解成大量的植物小肽。這種無抗原的植物小肽吸收率高,可作為斷奶仔豬、幼禽、蝦蟹,尤其是許多高檔經濟動物的優良蛋白質來源。這一產品的推廣應用,將大大降低飼料工業對魚粉等動物性飼料的依賴性,為我國節省大量用于進口魚粉的外匯,推動飼料工業的技術進步,同時產生巨大的經濟效益。

由于幼畜(特別是對于早期斷奶的動物)的消化酶系統尚未發育完全,對于植物蛋白質的消化能力較弱。而大豆肽中富含許多小肽,能直接被動物吸收,而且大豆肽抗原性較低,幼畜使用后發生過敏反應的概率大大降低。利用多菌種、多溫相、多重發酵技術發酵生產的新型發酵豆粕在水產飼料中應用后,可明顯抑制消化道疾病的發生;提高動物機體免疫力,促進動物生長;同時可大幅度減少疫苗、抗生素等藥物使用量;提高水產動物的成活率;減少對環境的污染,社會效益和生態效益明顯。

在早期斷奶仔豬飼料中添加大豆肽作為血漿蛋白粉的替代品,大豆肽可以部分替代中華鱉和鰻魚人工配合飼料中的白魚粉,日均增質量率、餌料系數、特定生長率等無顯著性差異。陳萱等(2005)用經微生物混菌發酵的豆粕與未經發酵的豆粕依不同比例混合,連續投喂異育銀鯽(Carassius auratus gibelio)30d后,發現隨著飼料中發酵豆粕添加量的上升,供試異育銀鯽不僅增重量有所提高,各項非特異性免疫指標也有所改善。

5 發酵豆粕在飼料中應用推廣面臨的問題

從當前國內市場來看,發酵豆粕生產仍處于研究和試制階段,國內還沒形成大規模商業生產。目前,其應用推廣存在以下主要問題。

5.1 影響大豆肽作用效果因素的研究

雖然很多研究證實了大豆肽能提高畜禽水產動物的生長速度,改善飼料利用率,但大豆肽的吸收和利用效果也將受到多種因素的影響。大豆肽的主要成分為小肽,和其他小肽一樣。因此,大豆肽的消化吸收效果將受到動物因素(如動物種類、年齡和生理階段等)、日糧蛋白質的含量和品質、大豆肽的理化性質和大豆肽的用量等因素的影響。現在,對影響大豆肽作用效果因素及解決措施,還沒有形成相對深入廣泛的研究。對其進一步的研究,是大豆肽在飼料中推廣應用的前提和保障。

5.2 潛在的毒性問題

大豆與發酵大豆產品已食用了幾千年,沒有明顯的副作用。肽一般在胃腸道蛋白質消化過程中生成,消化過程釋放產生毒性肽的幾率是十分微小的,現尚無出現毒性肽的報道。但是大豆肽的生產涉及生產工藝及其發酵、酶解選用的菌種及酶等,需要注意其安全性。

6 結論

發酵豆粕飼料作為繼配合飼料、膨化飼料之后新的工業飼料將得到推廣應用,它可避免配合飼料污染、殘留和膨化飼料高耗能以及高溫、高壓對飼料營養物質的損害等問題,以品質良好、營養價值高和價格低廉贏得人們的青睞。