甘露聚糖酶在發酵棕櫚粕中的應用及仿生消化研究

徐智鵬， 周 迪， 陳敬幫，胡駿鵬， 張 彥， 戴晉軍*

（1.安琪酵母股份有限公司，湖北宜昌 443003；2.湖北省酵母功能湖北省重點實驗室，湖北宜昌 443003）

棕櫚粕是棕櫚仁壓榨后除去棕仁油的剩余物，近年來由于常規飼料原料的短缺及價格的上漲，棕櫚粕逐漸被引入我國進行應用（彭運智等，2018）。棕櫚粕質感細膩，略有巧克力氣味和酒味，因品種來源、脫殼程度、收獲期和加工工藝的不同，品質有所差別，一般無黃曲霉素污染，粗蛋白質15%、粗脂肪6%、粗纖維18%、水分12%、無氮浸出物50%，富含亞油酸、維生素B、維生素E以及微量元素磷、錳和鐵等（趙大鵬，2011；程時軍等，2010），適口性好，具有較高的飼用價值。棕櫚粕營養豐富，且價格較便宜，但因棕櫚粕中不溶性甘露聚糖和粗纖維含量高、砂質外觀和大量多糖結構等使動物對其消化利用率低（李德鵬等，2022；李袁飛等，2013）。

目前，消化利用棕櫚粕的甘露聚糖為提升棕櫚粕消化率的一種常規手段（丁曉敏，2022；樊云雪，2022；者園園，2022）。本文研究在固態發酵條件下不同甘露聚糖酶制劑對棕櫚粕中甘露聚糖作用效果的影響，探索甘露聚糖酶在發酵棕櫚粕的作用效果。同時對棕櫚粕在鴨和反芻的體外仿生消化率進行評估，研究其對發酵棕櫚粕產品消化率提升方面的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 棕櫚粕原料購置于市場；酸性甘露聚糖酶3種，中性甘露聚糖酶3種，其他甘露聚糖酶4種等均采購于市場酶制劑公司，酶活單位為5萬U/g，發酵菌劑主要由酵母菌、芽孢桿菌及乳酸菌組成。

1.2 試驗設計 試驗設計共分為四個階段，第一階段采用單因素對比研究12種甘露聚糖酶在固態發酵條件下對棕櫚粕的作用效果，篩選優勢酶制劑。第二階段對不同酶制劑添加量作用效果進行研究，確定最優酶制劑添加比例。第三階段對甘露聚糖酶與微生物菌劑在固態發酵條件下共同作用對棕櫚粕的作用效果進行研究。第四階段為不同領域仿生消化系統評估，在單胃動物和反芻動物仿生消化系統中評估發酵棕櫚粕的干物質和蛋白質消化利用率，研究甘露聚糖酶對發酵棕櫚粕的消化率影響。

1.3 試驗方法

1.3.1 甘露聚糖酶對棕櫚粕固態發酵的影響研究以棕櫚粕為單一原料，以12種甘露聚糖酶為單一變量。發酵量為500 g干重的棕櫚粕，料水比1:0.5，酶制劑添加量為2‰，混合結束后將飼料轉入帶呼吸扣的發酵袋中發酵，發酵時間72 h，發酵溫度37℃，樣品經烘干粉碎后檢測相關指標。

1.3.2 甘露聚糖酶的添加量對棕櫚粕固態發酵的影響研究 以棕櫚粕為單一原料，以篩選出甘露聚糖酶的添加量為單一變量，添加量分別為2‰、4‰、6‰、8‰、10‰。發酵量為500 g干重的棕櫚粕，料水比1:0.5，混合結束后將飼料轉入帶呼吸扣的發酵袋中發酵，發酵時間72 h，發酵溫度37℃，樣品經烘干粉碎后檢測相關指標。

1.3.3 甘露聚糖酶在發酵棕櫚粕中的作用效果以棕櫚粕為單一原料，酶和菌劑添加量為變量。發酵量為500 g干重的棕櫚粕，料水比1:0.5，篩選出最佳酶制劑添加量，發酵菌劑按照使用推薦添加量為2‰，混合結束后將飼料轉入帶呼吸扣的發酵袋中發酵，發酵時間72 h，發酵溫度37℃，樣品經烘干粉碎后檢測相關指標。

1.3.4 發酵棕櫚粕在禽領域仿生消化評估 禽領域體外仿生消化評估試驗裝置采用“單胃動物仿生消化系統SDSIII”中的鴨臥式仿生模塊模擬消化試驗（徐藹宣等，2022）。精確稱取棕櫚粕樣品（1±0.05）g，在42℃和磷酸鹽緩沖系統中，樣品在單胃動物仿生消化系統中完成模擬成年北京鴨的體內消化過程，分別通過胃模擬消化和小腸模擬消化對產品進行酶解和洗滌，水解產物通過截留分子質量為14000道爾頓的透析袋分離后，將袋內物質干燥，按照GB/T6435測定水分方法測定其干物質，采用杜馬斯燃燒定氮法測定其蛋白質含量。通過差量法計算其干物質消化率和蛋白質消化率。

1.3.5 發酵棕櫚粕在反芻領域仿生消化評估 晨飼前，利用瘤胃液采集器采集10只日齡、體重相近的健康湖羊瘤胃液，經4層紗布過濾后，等體積混勻，與緩沖液（pH=6.85）按1：2的比例配制成人工瘤胃培養液。體外發酵裝置采用“AGRS-Ⅲ型微生物發酵微量產氣全自動記錄裝置與軟件系統”（蔡大亮等，2022）。稱取600 mg發酵底物和相應棕櫚粕置于140 mL厭氧發酵瓶中，各發酵瓶加入75 mL人工瘤胃培養液。 向發酵瓶通入二氧化碳3～5 s以排除空氣，立即蓋上幾丁質膠塞，并旋緊亨氏旋蓋。將發酵瓶逐一與產氣裝置的相應氣路通道連接，置于39℃條件下連續培養72 h后，收集樣品。

2 結果與分析

2.1 甘露聚糖酶對棕櫚粕固態發酵的影響結果由圖1可知，在酶制劑添加量2‰的條件下，8#酶制劑可獲得的還原糖含量最高，與不添加酶制劑的棕櫚粕對照13#相比由1.9%提升到6.46%，含量增加240%。同時，還原糖占甘露聚糖的比例由4%提升到14%。確定8#酶制劑為后期棕櫚粕固態發酵用酶制劑。

圖1 不同甘露聚糖酶制劑處理棕櫚粕甘露聚糖和還原糖的含量

2.2 甘露聚糖酶的添加量對棕櫚粕固態發酵的影響結果 由圖2可知，在酶制劑添加量8‰時，8#酶制劑獲得了最高的還原糖，與不添加酶制劑的棕櫚粕對照相比由2.1%提升到9.9%，含量增加371%。同時，還原糖占甘露聚糖的比例由4%提升到21%。確定8‰為后期棕櫚粕固態發酵用酶制劑的添加量。

圖2 棕櫚粕中添加不同濃度甘露聚糖酶處理的還原糖含量

2.3 甘露聚糖酶在發酵棕櫚粕中的作用效果

2.3.1 不同組別發酵棕櫚粕初始與結束pH變化由表1發酵pH結果可知，在酶制劑添加量8‰，發酵菌劑添加2‰時可以獲得最低的pH，其中單獨添加酶制劑組的pH變化與對照組相比幾乎無差異。

表1 不同組別棕櫚粕發酵pH變化

2.3.2 不同組別發酵棕櫚粕的理化指標 由表2結果可知，在酶制劑添加量8‰，發酵菌劑添加量2‰時可以獲得最高的粗蛋白質，達到17.90%，產生的乳酸含量達到3.23%，酸溶蛋白占比達到23.25%，相比對照組有了明顯的提升。

表2 不同組別棕櫚粕發酵理化指標變化%

2.4 發酵棕櫚粕在禽領域仿生消化評估 由表3可知，通過酶制劑與發酵菌劑共同作用，可以使發酵棕櫚粕的干物質消化率從13.51%提升至25.48%。

表3 不同組別發酵棕櫚粕鴨干物質消化率

2.5 發酵棕櫚粕在反芻領域仿生消化評估

2.5.1 棕櫚粕不同發酵時間的產氣量 由圖3可知，發酵后的棕櫚粕產氣總量由20%左右提升至70%左右，發酵后棕櫚粕在產氣總量上表現出明顯優勢。

圖3 棕櫚粕/發酵棕櫚粕體外不同發酵時間的產氣量

2.5.2 發酵棕櫚粕反芻消化率指標 在奶牛仿生消化系統評估中測得相關基礎數據如表4所示，可以發現棕櫚粕與發酵棕櫚粕相比，干物質消化率（DDM）由35.46%提升至75.75%，pH至由6.77下降至6.53，菌體蛋白（MCP）由11.26 mg/100 mL提升至17.91 mg/100 mL，氨態氮（NH3-N）由21.82 mg/100 mL提升至23.14 mg/100 mL，發酵后的棕櫚粕在反芻動物消化率相關指標與棕櫚粕相比均表現出顯著性差異。

表4 發酵棕櫚粕反芻消化率指標

2.5.3 發酵棕櫚粕反芻揮發性脂肪酸指標 在奶牛仿生消化系統評估中測得揮發性脂肪酸相關數據如表5所示，可以發現棕櫚粕與發酵棕櫚粕相比，揮發性脂肪酸總量由81.71 mmol/L提升至135.71 mmol/L，其中乙酸總量由48.90 mmol/L提升至91.09 mmol/L，丙酸總量由21.64 mmol/L提升至32.04 mmol/L，丁酸總量基本無明顯差異，除丁酸總量外其他均表現出現顯著性差異。

表5 發酵棕櫚粕反芻揮發性脂肪酸指標mmol/L

3 結論

本試驗結果表明，在料水比1：0.5，添加8‰酸性甘露聚糖酶，2‰發酵菌劑混合均勻后在37℃下，厭氧發酵72 h后，獲得的發酵棕櫚粕在氣味和指標上較棕櫚粕均有明顯提升，同時在單胃動物和反芻動物仿生消化評估上均表現出明顯優勢。通過研究，確定了甘露聚糖酶在發酵棕櫚粕中的作用，也初步確定了棕櫚粕經過固態發酵技術處理后較棕櫚粕在產品品質及消化率等方面的明顯提升及改善，后期還需要對該發酵棕櫚粕產品進行動物驗證試驗，確定發酵棕櫚粕在動物應用中的效果。