發酵豆粕在反芻動物生產中的研究及應用進展

郁元年， 張 彬， 張佩華， 沈維軍， 萬發春， 湯少勛， 王 祚*

（1.湖南農業大學動物科學技術學院，湖南長沙 410128；2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所，湖南長沙410125）

豆粕是大豆制油的副產物，粗蛋白質含量高，氨基酸組成豐富且平衡，賴氨酸、色氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸含量較高（楊小佳等，2013），但豆粕中含有的多種抗營養因子限制了其在動物飼料中的應用。飼料中抗營養因子含量超過畜禽耐受水平時，將影響畜禽的生產性能和機體健康，對幼畜的傷害尤為顯著，易導致幼畜消化道功能發育不良，影響其生長發育（Ro..he等，2017；Ts等，1990）。

發酵豆粕是普通豆粕在可控條件下通過微生物（如芽孢桿菌、釀酒酵母等）或酶制劑進行發酵，并經干燥制成的蛋白質飼料原料。發酵能減少抗營養因子，將大分子蛋白質和碳水化合物降解成多肽類和糖類，并且富含益生菌、有機酸、消化酶等多種有益產物，有利于動物的消化吸收，減少豆粕營養損失（Shi等，2017；Mukherjee 等，2015）。此外，發酵豆粕所含的益生菌對于改善動物腸道功能以及減少畜禽生產中抗生素的使用等均有積極意義（彭輝才，2008）。發酵豆粕在未來飼料產業發展中具有廣闊應用前景，本文就發酵豆粕的種類、作用機理及其在反芻動物生產中的應用和面臨的問題進行綜述，旨在為相關研究和生產提供理論依據。

1 發酵豆粕研究進展

1.1 發酵豆粕的菌種選用 目前市場上的發酵菌主要有細菌類（乳酸菌、芽孢桿菌）和真菌類（酵母菌、霉菌）等（張佳斌等，2018）。一般情況下芽孢桿菌等細菌用于產生蛋白酶，分解蛋白質形成小肽和氨基酸，所以細菌發酵的豆粕粗蛋白質含量、可溶性蛋白質含量、抗氧化活性、小肽等指標要稍優于真菌發酵的豆粕（Mukherjee等，2015），而酵母菌和曲霉屬真菌有利于抗營養因子的降解 （張連慧等，2017）。感官指標方面，枯草芽孢桿菌發酵豆粕呈偏酸性醬香味，釀酒酵母作為優勢菌發酵豆粕具有酵母香，乳酸菌作為優勢菌發酵豆粕具有酸香味（張佳斌等，2018）。單菌發酵豆粕工藝條件的優化見表1。

按照發酵菌種的不同，發酵豆粕主要有單菌種發酵和多菌種發酵兩種。豆粕發酵是一個動態的協調變化過程，不同微生物發酵條件不一樣，同一種微生物在不同生長階段的最適溫度、pH也不一樣（李愛江等，2007）。由于豆粕發酵過程中低溫耗氧微生物優先繁殖，豆粕溫度升高，氧氣減少后，嗜溫兼性厭氧微生物大量繁殖，厭氧微生物產酸使發酵物pH降低，引起嗜酸性微生物生長（朱長生等，2014）。因此，混合菌種更符合豆粕發酵規律，發酵出的豆粕產品質量相對而言更好 （邢力等，2012）?；旌暇l酵豆粕工藝條件的優化見表2。

表1 單菌發酵豆粕工藝條件的優化

表2 混合菌發酵豆粕工藝條件的優化

1.2 發酵豆粕抗營養因子變化 微生物發酵分泌的大量蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等酶，可對豆粕中抗營養因子進行降解，從而消除大量抗營養因子。根據不同的熱穩定性可將抗營養因子分為熱穩定性抗營養因子和熱不穩定性抗營養因子。在常規熱處理下，胰蛋白酶抑制因子和大豆凝集素等熱不穩定性抗營養因子被顯著滅活 （展昕，2008），大豆抗原這類熱穩定性因子仍保持較高的致敏性，而通過發酵可降解豆粕中主要抗原蛋白并降低其潛在過敏性。通過發酵，植酸磷也可以被降解和析出成易于消化吸收的可溶性磷。豆粕發酵后抗營養因子的變化見表3。

表3 豆粕發酵后抗營養因子的變化

1.3 發酵豆粕其他營養物質的變化 豆粕經微生物發酵后，蛋白質分子質量發生了明顯變化，其中部分蛋白質、纖維和淀粉等大分子營養物質被降解。小肽、游離氨基酸和低聚糖等小分子營養物質水平提高（李世豪，2015）。微生物發酵處理還可以將非蛋白氮轉化為菌體蛋白，提高豆粕中真蛋白含量（湯江武等，2003）。豆粕發酵后，其他營養物質的變化見表4。

表4 豆粕發酵后營養成分變化

2 豆粕中抗營養因子及其對反芻動物的影響

2.1 胰蛋白酶抑制因子 胰蛋白酶抑制因子是大豆中主要的抗營養因子之一，按其結構可分為Kunitz胰蛋白抑制因子（KTI）和 Bouman-Birk胰蛋白酶抑制因子 （BBI）（Kumar等，2018）。 其中KTI含量約1.4%，主要抑制動物體內胰蛋白酶活性；BBI含量約0.6%，抑制胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的活性（高美云，2010）。 Khorasani等（1989）和Gorrill等（1967）研究發現，將大豆蛋白作為代乳品蛋白質來源飼喂犢牛，犢牛胰液蛋白質含量會降低導致胰蛋白酶和糜蛋白酶的特異性活性降低。但Kakade等（1976）研究認為，大豆胰蛋白酶抑制因子不會抑制犢牛的生長。

2.2 大豆凝集素 大豆凝集素（SBA）是一種能與小腸壁上皮細胞表面特異性受體相結合的高親和性糖蛋白（Pan等，2018）。研究表明，成年反芻動物的瘤胃微生物能破壞SBA的活性，且反芻動物小腸黏膜對SBA的通透性較小，不容易吸收SBA，因此SBA對反芻動物的影響較小 （王利民，2007；劉林娜，2006）。由于幼齡反芻動物的瘤胃消化系統沒有發育成熟，消化道對SBA比較敏感，常產生超敏反應，因此，其可對幼齡反芻動物腸道細胞增殖和生長發育帶來不利影響（葉紀梅，2006）。

2.3 抗原蛋白 豆粕中的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白對幼齡反芻動物致敏影響較大。大豆抗原蛋白能夠破壞犢牛腸道上皮的完整性，抑制上皮細胞的增殖，提高腸上皮細胞炎性因子的分泌，使犢牛過敏， 引起腹瀉 （Lallès等，1996；Kilshaw等，1979）。 Seegraber等（1986、1982）試驗表明，飼喂大豆蛋白的犢牛小腸絨毛萎縮，導致腸道吸收的表面積減少，對木糖的吸收下降。孫澤威（2003）使用初步剝離熱不穩定性抗營養因子的豆粉對犢牛進行飼養，發現大豆抗原引起犢牛血清中抗體IgG水平顯著升高，木糖濃度顯著降低，犢牛腸道出現免疫損傷。通過以上試驗，可以發現大豆抗原主要是影響犢牛的腸壁發育以及免疫反應。

2.4 植酸 植酸具有較強的絡合性，在消化過程中能與多種帶正電荷金屬離子形成難溶的植酸鹽絡合物，導致動物出現礦物質缺乏癥，影響機體的正常代謝與生殖能力。Burkholder等（2004）發現，飼糧中添加植酸不會影響泌乳奶牛對氮的攝入和利用。成年反芻動物瘤胃里有5種瘤胃細菌可以產生植酸酶（Yanke等，1998），能有效地分解植酸磷并釋放易消化的無機鈣和磷（Reid等，2010）。

3 發酵豆粕在反芻動物生產中的應用

3.1 發酵豆粕在犢牛飼料中的應用 母乳是幼畜獲取蛋白質的最佳來源，但在生產實踐中為了降低鮮奶用量，促進犢牛消化系統的盡早發育，一般提前斷奶并使用代乳品哺育犢牛。而質量好的發酵豆粕帶有芳香氣味和較好的適口性，具有一定的誘食作用，適合替代乳源蛋白。

研究發現，發酵豆粕不僅能提高荷斯坦犢牛的生長性能、飼料攝入量和斷奶前的健康狀況，而且可能對犢牛的斷奶應激有緩解作用 （Kim等，2012；Kwon 等，2011）。王福慧等（2013）發現，由于發酵豆粕中抗營養因子及大分子蛋白質變成小分子物質，改善了豆粕的營養品質，使每頭犢牛平均日增重提高0.1 kg，飼料轉化率提高0.04，配方每噸成本降低3.60元，犢牛生產性能提高的同時也降低了生產成本。張建營（2016）通過對比發酵豆粕和普通豆粕對荷斯坦犢牛的影響發現，發酵豆粕除了提高了犢牛的生長性能和飼料轉化率外，還使犢牛血清免疫球蛋白E含量下降。上述試驗表明，發酵豆粕能夠不同程度地提高犢牛的生產性能、蛋白質利用率和飼料轉化效率，減少犢牛發生過敏性腹瀉頻率，是犢牛理想的蛋白飼料來源。

3.2 發酵豆粕在奶牛飼料中的應用 微生物發酵可提高豆粕中小肽的含量。小肽是飼料蛋白質在降解為氨基酸過程中的重要產物，有研究表明，小肽可以提高產奶性能、乳蛋白率、乳脂肪率并降低奶牛氮排泄（吳丹丹等，2016；王恬等，2004）。郭春華等（2009）利用黑曲霉、米曲霉組合發酵含有豆粕的蛋白飼料飼喂存在嚴重乳房炎的荷斯坦奶牛，結果表明試驗組奶牛的體細胞數平均比對照組多下降78.29萬個/mL，產奶量多1.08 kg/頭·d，67%的泌乳牛乳蛋白提高到3.24%以上。蛋氨酸和賴氨酸是奶牛第一限制性氨基酸（Polan，1991）。Sun等（2014）研究發現，發酵增加了豆粕中蛋氨酸、賴氨酸含量，改善了微生物蛋白質合成，產奶量提高且降低了奶牛氮排泄。以上研究表明，含有發酵豆粕的日糧可以改善奶牛的生產性能和乳品質，提高經濟效益。

3.3 發酵豆粕在羊飼料中的應用 餅粕類飼料的蛋白質含量高，粗纖維含量少于粗飼料，能量與籽實飼糧相近，是優質的羊蛋白質補充飼料。張晨（2018）研究發現，添加微生物發酵豆粕的顆粒型TMR日糧能夠顯著提高羔羊的生長性能、平均日增重、飼料轉化效率和粗蛋白質的利用率，當添加量為3%時效果最好。并且和常規TMR日糧相比，添加發酵豆粕和飼料顆粒化處理可以顯著提高瘤胃內普雷沃氏菌屬的相對豐度。方飛（2012）在黃準白山羊公羔日糧中分別用2.5%、5.0%、7.5%的共軛亞麻油酸發酵豆粕等量替代普通豆粕，結果顯示共軛亞麻油酸發酵豆粕對黃淮白山羊公羔的肉品質和生長性能無顯著影響，但添加7.5%組胴體重及骨肉率優于對照組。關于發酵豆粕在羊飼料方面的研究主要集中在羔羊的生長性能方面，關于其對成年肉羊及奶羊的影響還有待進一步研究。

4 小結

我國禁止在反芻動物飼料中添加動物性蛋白原料，發酵豆粕等微生物發酵蛋白飼料有著廣闊的應用前景。雖然發酵豆粕在反芻動物生產中已得到部分應用，并且取得了相對較好的效果，但對于不同種類、不同發育階段的動物，發酵豆粕的最適添加量還需要開展更多研究加以確定?，F階段發酵豆粕使用的發酵菌群多樣，配伍組合繁多，易造成產品不穩定，發酵菌株篩選培養技術和制備工藝還有待提升。對于發酵豆粕在反芻動物方面的飼用標準和相關法律法規需要進一步的制定與完善，以維持飼料市場穩定。只有提高發酵豆粕的質量，更好地滿足市場需求，才能得到更廣泛的應用。