羽毛粉加工工藝及在畜牧生產中的應用

王倩倩，楊 彪，夏麗麗，周 剛

（揚州大學動物科學與技術學院，江蘇 揚州 225009）

近年來，隨著生活水平的不斷提高，人們對肉食產品的需求量不斷增大，使飼料工業在過去的20年中得以迅速發展，導致食物鏈底端的植物原料供不應求[1-2]。據統計，我國近幾年雞年出欄量1 600萬只，對飼糧蛋白質的需要量也越來越高，飼用蛋白質資源缺乏已成為影響飼料工業及畜牧養殖業發展的關鍵因素。目前，我國主要依靠進口魚粉來解決蛋白質資源的不足。拓寬蛋白質來源、開發新的蛋白質資源是目前研究的熱點，羽毛粉等一些非常規蛋白質資源已經引起世界各國的廣泛關注。

我國禽類羽毛每年有近100萬t，資源豐富，絕大部分羽毛由于沒有得到充分利用而損失，既浪費資源又污染環境。禽類羽毛中的蛋白質主要由角質蛋白構成，也含有維生素B12和一些未知的生長因子。其粗蛋白質含量高達85%～90%，胱氨酸含量高達4.65%，羽毛蛋白中除賴氨酸、蛋氨酸的含量較低外，其他動物必需氨基酸的組成均略高于魚粉[3]。研究表明，羽毛粉用作飼料，不僅能夠降低生產成本，還可以補充蛋白質飼料不足，替代魚粉，克服魚粉含鹽量高、脫脂率低的弊端，是一種優質的動物性蛋白質飼料[4]。在當前蛋白質飼料缺乏、魚粉資源日趨減少、價格昂貴的情況下，充分開發利用禽類羽毛粉這一資源，對于促進畜牧業和飼料工業的穩步發展具有重要意義。

1 家禽羽毛角蛋白的結構和理化特性

羽毛蛋白質是一種不溶性蛋白質，蛋白質骨架內部的肽鏈之間形成許多呈索狀結構的二硫鍵，阻礙了蛋白水解酶的作用，一般的蛋白酶（如胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶）很難有效分解，但家禽羽毛角蛋白富含動物必需的多種氨基酸，其營養成分分析結果表明，角蛋白是一種中性緩沖不溶性多肽，各種氨基酸總量為70%。尤其是動物所需要的亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、賴氨酸等8種必需氨基酸，除了賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸的含量較低外，其余6種氨基酸含量都很高，尤其是含硫氨基酸（胱氨酸）更是達到9%～11%，在一定程度上可滿足部分動物對胱氨酸需要，合理使用羽毛粉可提高肉雞采食量和減少啄羽現象，是一種很好的蛋白質來源[5]。另外，羽毛粉含粗纖維1%～2%，無氮浸出物5%，水分8.3%，代謝能10.08MJ·kg-1，鈣0.42%，磷0.51%，硒含量也較高，達到0.84mg·kg-1，僅次于魚粉的2.0mg·kg-1，但硫含量（1.5%）是植物飼料的3倍多。除此之外，還含有其他微量元素及少量的維生素，例如維生素B12[6]。因而，羽毛粉的潛在營養價值很高，合理加工和利用羽毛資源，具有很大的意義。

2 羽毛粉蛋白飼料的加工方法

眾所周知，羽毛角蛋白含有大量的二硫鍵，能形成一個結實緊密的網狀結構，從而阻礙了動物蛋白酶的消化，不易被動物消化利用[7]。為了提高羽毛粉的飼用效果，國內外已進行了幾十年的研究，從而發現羽毛粉營養價值的開發利用主要取決于加工工藝、加工方式不同，其產品的消化利用率也會相差較大。因此，采用合理的加工工藝，不但節約成本，而且可生產出高消化率的成品，為飼料工業提供優質的蛋白質原料。目前，我國的羽毛粉加工企業普遍采用的加工工藝為蒸汽高溫高壓水解法、酶解法-水解法和微生物發酵法。

2.1 蒸汽高溫高壓水解法

蒸汽高溫高壓水解羽毛粉法主要依靠水解過程中對時間、溫度、壓力的控制，其主要加工設備包括鍋爐、蒸汽水解罐、蒸汽烘干罐、粉碎機等。其加工過程為：收集羽毛除塵清洗后，裝入水解罐中，密閉通蒸汽。沈銀書等研究表明，當蒸汽壓力為0.45MPa、持續時間為90min時是較適宜的加工參數，然后烘干、粉碎、化驗、包裝成成品[8]。這種加工工藝由于技術較為簡單、成本相對較低等優點而受到廣泛應用，其特點是徹底破壞羽毛角質蛋白穩定的空間結構，從而使其變成畜禽可消化吸收的可溶性蛋白，其消化率＞90%。但由于水解后二硫鍵斷裂，會使胱氨酸的含量減少[9]。

2.2 酶解-水解法

酶解羽毛粉法是將酶解法和水解法相結合而形成的。酶解過程所用的酶制劑為角質蛋白酶，部分企業利用自己培養的高產角質蛋白酶菌種來生產粗酶液；大部分企業直接購買商品角質蛋白酶。酶解-水解法具體生產工藝流程為：裝料，向羽毛加工罐中添加50%的待加工羽毛原料，控制羽毛含水量約40%，溫度約50℃。加酶，選用角質蛋白酶，添加量為干羽毛原料量的3‰。用50℃溫水將酶粉溶解后加入罐中（使角蛋白酶的活性最高）。加還原劑，選用焦亞硫酸鈉，添加量為干羽毛原料量的8‰。用塑料桶取水30 kg，把焦亞硫酸鈉加入水中，邊加邊攪拌，當焦亞硫酸鈉溶解后，立即倒入水解罐中。第一階段酶解，酶解溫度控制在45℃，酶解時間為2 h。第二階段酶解是在第一階段酶解結束后，充分攪拌混勻，再加入剩余的另一半原料，不斷地攪拌。繼續酶解2 h后，羽毛的大部分羽枝斷裂，羽梗被軟化。高溫水解，將水解罐扣蓋密閉，開始加溫加壓，當壓力達到0.25～0.3 MPa（溫度120～125 ℃）時，水解45min。將料放入烘干罐，冷卻，粉碎，檢測（消化率、蛋白質含量、水分、灰分），包裝成品[10]。崔艷紅等采用蛋白酶水解羽毛粉對蛋白酶進行篩選，并對酶解的工藝條件進行優化研究，分析了酶的種類、酶的添加量、緩沖溶液、溫度、pH、反應時間等因素對羽毛粉水解的影響，結果表明，對酶解羽毛粉最適作用的酶是木瓜蛋白酶，木瓜蛋白酶最適反應緩沖溶液是檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液，在溫度為60℃，pH 5.6，作用時間8 h，羽毛粉B酶干粉=100B2時，可得到較好的效果，此時，水解上清液氨基氮含量為24.932mg·L-1，酶化效果為107.8%[11]。裴敏雅等將羽毛粉經高溫高壓處理后，采用不同復合酶濃度和不同酶解時間對羽毛粉樣品進行酶解，研究結果表明，該復合酶在一定的條件下可有效降解羽毛產生的多肽、寡肽和游離氨基酸[12]。

由于酶解羽毛粉加工溫度低，加工時最高溫度≤125℃，故其熱敏氨基酸基本不會被破壞，這不僅提高了羽毛粉中氨基酸的消化率，而且可消化氨基酸含量也有所增加。經檢測飼料中8種必需氨基酸含量均高于普通高溫高壓水解羽毛粉，改善了羽毛氨基酸的平衡性。但由于酶解-水解法成本相對較高，未能在生產中得到廣泛應用。隨著酶工程和加工技術的不斷進步，如可生產出角蛋白酶菌種并用其處理羽毛粉，則可大大降低生產成本，從而能被廣大飼料企業應用。

2.3 微生物發酵法

微生物發酵與其他方法相比具有很多優點：原料經發酵后產品苦味減少，具有特殊香味，適口性好；微生物發酵可提高產品營養價值，并產生大量的角蛋白酶和其他酶系，能夠促進羽毛角蛋白分解為更多的小肽和游離氨基酸；產生大量益生菌，調節動物機體胃腸道微生態平衡；發酵過程中可產生多種水解酶，并富含B族維生素等。微生物發酵減少了熱敏性氨基酸的損失。微生物發酵法現已逐漸成為羽毛粉加工的首選方法。分解羽毛粉角質蛋白的微生物在自然界普遍存在，科研人員從長期堆積的羽毛中選育出一種以羽毛為碳源和氮源大量生長的地衣芽孢桿菌（BL-1），對水解羽毛粉發酵3 d，可使胃蛋白酶消化率提高到90%。其基本工藝流程為：菌種活化培養基、菌種擴培、一次發酵和二次發酵[10]。

利用地衣芽孢桿菌等微生物發酵處理羽毛粉后，形成一種由動物蛋白、植物蛋白和菌體蛋白構成的復合型蛋白質原料，其蛋白質含量可達到70%。程福亮等研究結果表明，采用米曲霉和乳酸桿菌聯合發酵羽毛粉60 h，聯合發酵后羽毛粉的胃蛋白酶消化率可達82%，與對照組相比提高約8%[13]。張昕研究發現，經枯草芽孢桿菌菌株發酵72 h，羽毛降解率達到69.61%，羽毛角蛋白大量轉化為氨基酸、短肽和菌體蛋白，從而更有利于動物的吸收利用[14]。因此得到廣大飼料企業和養殖企業的認可，為飼料企業生產升級換代羽毛粉產品提供了一種可選的加工方法。

3 不同處理的羽毛粉在畜牧生產中的應用

3.1 蒸汽高溫高壓水解羽毛粉的應用

朱建津等用飼養試驗和真可消化氨基酸（TAAD）測定相結合的方法研究了水解羽毛粉對肉仔雞的飼養效果，結果表明，水解羽毛粉占日糧的3%～5%，肉仔雞的生長效果與對照組相比無差異，但賴氨酸和胱氨酸的消化率較低，有待于進一步提高[15]。羽毛粉的異亮氨酸、纈氨酸含量高，且消化率也高，可與血粉合用，提高全植物日糧的氨基酸平衡性。龍定彪等在DLY生長豬基礎日糧中添加水解羽毛粉2%、4%、6%（等蛋白替代豆粕），結果表明，隨著試驗日糧中水解羽毛粉添加量的提高，試驗豬的日采食量和日增重降低，料肉比上升，并且6%處理組差異達到顯著（P＜0.05）；各處理組的干物質表觀消化率、蛋白質表觀消化率和有機物表觀消化率均差異不顯著（P＞0.05）[16]。

3.2 酶解羽毛粉

金妙仁等試驗表明，在斷奶仔豬飼糧中添加酶解羽毛粉2.5%和5%等量替代魚粉，飼糧粗蛋白質表觀消化率比對照組提高4.3%（P＜0.05）和1.6%（P＞0.05），表明酶解羽毛粉能提高飼糧粗蛋白質表觀消化率，與酶解羽毛粉中含有酶和活性肽等活性成分有關，但由于羽毛粉本身的氨基酸組成限制，在飼糧中以2.5%酶解羽毛粉等量替代魚粉最佳[17]。李曉燕等以酶解羽毛粉50%和100%等蛋白替代魚粉，試驗豬生產性能及蛋白質消化率與3%魚粉對照組相比均無顯著差異（P＞0.05），在獲得增重速度和飼料報酬相近情況下，以酶解羽毛粉100%等蛋白替代3%魚粉的效果最為理想，從而降低生長育肥豬的飼料成本，提高經濟效益[18]。

在家禽日糧中應用羽毛粉代替部分蛋白質飼料原料也是可行的，然而當日糧羽毛粉比例達到5%～8%時，家禽會發生蛋氨酸、賴氨酸、組氨酸和色氨酸不足癥，導致生產性能下降。高建新等研究表明，日糧中添加酶解羽毛粉2.5%～5%對蛋雞日只耗料量、產蛋率、日只產蛋量、平均蛋重、料蛋比5項指標均無顯著影響（P＞0.05）[19]。劉風民等為評價酶和化學方法處理羽毛對營養重復利用的影響，采用24 h酶水解、24 h NaOH水解、2 h NaOH水解、2 h NaOH和24-h酶水解，結果表明，各處理組氮的溶解度分別為0.91、2.55、78.83、30.03和50.04%。對照組、24 h酶、2 h NaOH、2 hNaOH和24 h酶處理的羽毛渣用胃蛋白酶消化，氮的溶解度分別為4.67、13.19、55.83和59.08%；除丙氨酸外，2 h NaOH和24 h酶處理的體外氨基酸消化率明顯高于2 h NaOH或24 h酶處理（P＜0.05）；除蛋氨酸、組氨酸外，2 h NaOH處理的氨基酸消化率明顯高于24 h酶處理；24 h酶、24 h NaOH、2 h NaOH、2 h NaOH和24 h酶處理每溶解1 kg羽毛的造價分別為9.64、4.72、12.39、22.97美元，延長NaOH處理時間，可提高羽毛的溶解度，進一步酶處理可提高羽毛溶解度、胃蛋白酶消化率和體外氨基酸消化率[20]。在魚餌料中，羽毛粉的推薦量一般以5%～10%為宜，用酶解羽毛粉代替魚粉時，建議用羽毛粉替代33.3%的魚粉。

3.3 微生物發酵羽毛粉

傅偉等采用地衣芽胞桿菌ZJUQH和枯草芽孢桿菌ZJU進行降解羽毛角蛋白能力比較，結果表明，在定性和定量試驗中，前者降解羽毛能力均要遠高于后者；地衣芽胞桿菌ZJUQH可以利用羽毛為唯一的碳源、氮源生長，且其降解羽毛能力較強，利用情況良好[21]。崔艷紅等研究表明，用加入賴氨酸1%的生物發酵羽毛粉可完全替代豬料中的魚粉，可替代肉雞飼料中70%的魚粉[22]。

4 小結

羽毛粉是一種利用價值較高的蛋白質資源，不僅能夠降低生產成本，還可以補充蛋白質飼料不足，替代魚粉，克服魚粉含鹽量高、脫脂率低的弊端，是一種優質的動物性蛋白質飼料。雖然蒸汽高溫高壓法和酶解-水解法都能在一定程度上降解羽毛角蛋白，但高溫高壓本身耗能較大，且在處理過程中還會對畜禽的必需氨基酸造成破壞；酶解法成本較高，當前技術有待提高。而微生物發酵法對環境相對友好、成本相對較低，近些年，科研人員已篩選出能高效降解羽毛粉的菌種（如地衣芽孢桿菌），不但能有效地解決羽毛蛋白質消化率低的問題，而且能縮短發酵周期、提高設備利用率，從而提高企業的經濟效益。但是羽毛粉蛋白質的氨基酸不平衡，在使用時要注意日糧中氨基酸的平衡，不宜過多添加羽毛粉，必要時可補充羽毛粉缺乏的氨基酸，以提高羽毛粉的飼用效率。在科研人員的努力研究下，羽毛粉的加工技術得到進一步的提高后，其在動物飼料中的添加量可適當增大，會使我國蛋白質資源短缺和價格居高不下的狀況得到改善。

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