發酵對飼料原料中抗營養因子的影響

陳麗軍， 王忠艷

（東北林業大學野生動物與自然保護地學院，黑龍江哈爾濱150040）

抗營養因子是飼料中含有的一系列阻礙動物對營養物質消化、 吸收和利用以及對動物生產性能產生不利影響的物質（姜倩倩等，2012）。抗營養因子在植物中普遍存在， 是植物本身長期自然進化自我保護的一種機制。但在飼料中，抗營養因子不但會影響飼料的適口性， 還會降低動物的生產性能，影響其健康狀況。

隨著研究的不斷深入， 發現的抗營養因子的種類也越來越多，如胰蛋白酶抑制因子、抗維生素因子、植物凝集素、單寧、植酸等。 目前，降低或滅活飼料中抗營養因子的方法主要包括： 物理方法（加熱、機械加工、水浸泡法、膨化法）、化學方法（酸堿處理法、氨處理法、醇類溶液處理法、鹽處理法、添加特殊物質處理法）、生物學方法（酶水解法、微生物發酵法、萌發處理、育種法） （徐漢盛等，2016）。其中物理方法操作繁瑣，導致生產成本較高，難以大范圍推廣使用；化學方法雖能減少加工機械設備的購買和能源的消耗， 但化學試劑或多或少都會殘留在飼料中， 造成動物的采食量下降，飼料中營養物質被破壞，并且排放多余的化學試劑還會污染土壤和水源， 容易出現安全和環保問題； 酶水解法中酶制劑結構的穩定性和耐受性容易在飼料加工生產過程中遭到破壞； 萌發處理只針對可發芽的飼料原料，具有局限性；育種法育種時間長，植物成熟晚，雖可培育出低抗品種，但也降低了植物的抗病能力和產量； 微生物發酵法不但能有效去除有毒物質， 還能產生諸多活性因子改善采食動物的消化道微生物環境， 并且體外發酵所需要的設備和加工工藝并不復雜，成本低，營養物質損失較少，可以大量加工處理，因此成為國內外研究的熱點。 本文主要對固態發酵和液態發酵技術、 發酵對幾種常見飼料原料中抗營養因子的影響及其在動物生產上的應用進行了綜述。

1 發酵技術

發酵技術又稱微生物發酵法， 是指在發酵過程中微生物通過生成一些可以降低抗營養作用的蛋白酶類或者消耗一些非蛋白類的抗營養因子而使微生物自身大量繁殖， 從而降低抗營養因子含量的方法。

1.1 固態發酵 固態發酵主要是微生物在潮濕、不溶于水的固態基質上進行的發酵， 固態基質中有氣、液、固三相（申遠航等，2018）。其優勢在于培養基簡單，發酵原料成本較低，前期處理較少，后期處理簡便， 基本上沒有廢棄物的問題。 但也存在可選擇的菌種較少，發酵速度慢，發酵周期較長等缺點。固態發酵歷史悠久，但因無法滿足現代發酵技術對菌種的培養和大規模生產而一度不被使用，現如今隨著科學技術的發展，固態發酵又被廣大研究人員重視和研究。

1.2 液態發酵 液態發酵主要是將菌株在生長過程中所需要的營養物質溶解在水中作為液體培養基，滅菌后接入菌種，提供適量的氧氣和適宜的外界環境，使菌種大量繁殖。其優勢在于發酵原料來源廣泛，菌種生長速度快，生產周期短，能有效降低菌種污染率， 可以工業化生產且不會受到季節的限制。但也存在一定的缺點，如液態發酵會使飼料中的游離氨基酸分解成大量的生物胺和酸性物質， 從而降低飼料的適口性和pH 等 （暴風，2020），這仍需要進一步研究。

2 發酵對常見飼料原料中抗營養因子的滅活情況分析

2.1 菜籽粕 菜籽粕中的抗營養因子主要是硫葡萄糖苷及其代謝產物，如芥子堿、單寧、植酸等。其中硫葡萄糖苷可在芥子酸水解酶的作用下生成噁唑烷硫酮、異硫氰酸酯、腈等有毒的水解產物，可導致采食動物甲狀腺腫大、內臟器官受損，從而影響動物的生長發育和生產性能的發揮 （王颯爽等，2019）。 芥子堿有苦味，適口性差，會降低動物的采食量， 并影響動物對飼料中蛋白質的消化和吸收，引起其生長緩慢。 單寧味道苦澀，導致飼料適口性差，動物采食量下降，并且含量過高還會損傷采食動物的肝臟和腎臟。

李莉娜等（2019）選用枯草芽孢桿菌、植物乳桿菌等菌種， 通過單菌株與混合混菌株固體發酵試驗發現， 菜籽粕經過植物乳桿菌、 黑曲霉處理后，其抗營養因子含量大幅度下降，并且黑曲霉的降解率高于植物乳桿菌。 于新穎等（2020）用粗壯脈紋孢菌固態發酵菜籽粕， 發酵過程中單寧、植酸、 硫甙的降解率分別達到 24.98%、10.20%、14.79%，均顯著下降，說明發酵可降低菜籽粕中抗營養因子的含量，且可提高菜籽粕的營養價值。另外，周曉容等（2020）通過短乳桿菌和短小芽孢桿菌雙菌固態發酵菜籽粕發現， 雙菌對異硫氰酸酯和噁唑烷硫酮有很好的降解效果， 降解率可高達92.20%和100%， 但對單寧和植酸的降解率不高， 分別為 35.81%和 24.22%。 同時， 管維等（2020） 以菜籽粕為原料， 采用固態發酵法接種6%的納豆桿菌、側胞桿菌、凝結芽孢桿菌、枯草桿菌組成的混合菌種， 在35 ℃、pH 6.5 的條件下發酵5 d，最高可降解93.74%的植酸、36.59%的纖維素、14.75%的單寧。

研究發酵菜籽粕在動物生產中的使用情況時發現， 用發酵菜籽粕代替少量豆粕喂養仔豬和育肥豬，豬的采食量和日增重有所提高，料重比和腹瀉率有所下降，但應注意發酵菜籽粕的添加量。比如在母豬、 仔豬飼料中菜籽餅粕的用量不高于5%，在生長育肥豬飼料中菜籽餅粕的用量不高于15%。生產實踐證明，通過微生物方法滅活抗營養因子的菜籽粕在各種動物生產中的使用效果都顯著好于未經任何處理的菜籽粕， 不但可以使采食動物能較好地利用飼料中的營養物質， 還可以顯著提高動物的生產性能。

2.2 豆粕 豆粕中的抗營養因子主要是胰蛋白酶抑制劑、大豆抗原蛋白、大豆凝集素、植酸、大豆低聚糖、脂肪氧化酶、脲酶等。 胰蛋白酶抑制劑主要影響采食動物體內的胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶，導致動物對蛋白質的吸收率和利用率下降，影響動物的生長速度，嚴重者會出現惡心、嘔吐等中毒癥狀，并且其對幼齡動物的影響比較大。 此外，其還會使胰腺變的腫大，分泌過多的胰腺酶，引起內源性必需氨基酸的分泌量減少， 影響消化道的正常生理功能。 大豆抗原蛋白會導致幼齡動物過敏，使血清中特異性抗體濃度增加，引起小腸絨毛萎縮、結構受損，出現腹瀉、生長發育緩慢、體重下降等癥狀，嚴重時還可引起動物的突然死亡（張立偉，2009）。脲酶在適宜條件下可分解含氮化合物，使其利用率下降， 并且當氨的含量過高時還會引發氨中毒。

李瑩等（2019）采集10 種豆粕與發酵豆粕樣品與未發酵的豆粕相比， 發現發酵豆粕中胰蛋白酶抑制因子、水蘇糖、棉籽糖、脲酶的平均含量分別降低90%、86%、82%、67%，由此表明發酵會降低豆粕中的抗營養因子含量。 李錫閣等（2019）將枯草芽孢桿菌和米根霉按2：1 的接種比例，10%的發酵總接種量，同時接入到豆粕中，在發酵溫度40 ℃，料水比 1.0：1.4 的條件下發酵 96 h，發現發酵后豆粕中的胰蛋白酶抑制因子、 大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白的含量均顯著低于未發酵豆粕。Zheng 等（2017）以芽孢桿菌發酵豆粕 24 h 后，大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、 胰蛋白酶抑制因子顯著降低86.0%、70.3%、95.01%，表明發酵可以降低豆粕中的抗營養因子。

在反芻動物生產中， 發酵后的豆粕會有特殊的香味，吸引動物采食，并且發酵可使豆粕中的大分子蛋白質分解為小肽和游離氨基酸， 更利于動物胃腸道的吸收，增加料重比，提高產奶性能和肉的品質。在水產養殖中，發酵豆粕可代替一些動物性蛋白質，節省部分動物性蛋白質飼料原料。比如發酵豆粕代替魚粉的比例因魚的種類而異， 添加比例過高會降低魚的增重和存活率， 而發酵可提高傳統豆粕的添加比例，提高蛋白質的利用率，降低飼料成本。 在家禽生產中，相比于普通豆粕，發酵豆粕可提高肉雞和肉鴨的生產性能、屠宰性能、免疫功能和抗氧化能力， 提高蛋雞的產蛋率和蛋的品質。

2.3 棉籽粕 棉籽粕中的抗營養因子主要是游離棉酚，其危害主要有以下幾點：（1）可與蛋白質結合， 造成一些功能蛋白失活； 還可與鐵離子結合，造成動物缺鐵性貧血。（2）可損傷胃腸道黏膜，導致胃腸道出現炎癥或出血；還可損傷心臟，導致動物心力衰竭。 （3）影響雄性動物的生殖機能，破壞睪丸生精上皮細胞，造成精子數量減少，品質不佳，受精率下降，性激素含量降低；還會影響雌性動物的生殖機能，造成卵巢萎縮，卵子破裂，甚至不育（王春梅，2017）。

王曉玲等（2016）選用在液體培養條件下棉酚脫除率90%以上的枯草芽孢桿菌與釀酒酵母N5對棉籽粕在30 ℃的條件下固態發酵48 h，結果顯示棉籽粕中的游離棉酚脫除率達48.5%。楊文婷等（2019） 用熱帶假絲酵母ZD-3 固態發酵棉籽粕48 h 后發現，游離棉酚的降解率為88.21%。 李園成等（2020）用枯草芽孢桿菌和釀酒酵母固態發酵棉籽仁30 h 后發現，游離棉酚的含量顯著降低。

通過降解棉酚可顯著提高棉籽粕使用范圍和在配合飼料中的添加比例。如在豬生產中，棉籽粕可代替部分豆粕， 而發酵棉籽粕可提高添加量至15%，并且不會對豬的生產性能造成不良影響。在反芻動物生產中，瘤胃能分解部分棉酚，耐受力會更強，使用發酵棉籽粕可從10%的棉籽粕添加量提高到20%。 在家禽生產中，用10%的發酵棉籽粕代替豆粕不會影響蛋雞產蛋的品質。

2.4 禾本科籽實類 禾本科籽實即谷物中的抗營養因子， 目前研究比較多的是非淀粉多糖和植酸。 其中非淀粉多糖會增加采食動物腸道內食糜的黏性， 阻礙腸道蠕動， 造成內源氮的排放量增加。 此外，非淀粉多糖還會使微生物大量增殖，破壞腸道菌群平衡，損傷腸道黏膜上的絨毛（王艷，2017）。 植酸可與蛋白質結合生成穩定的復合物，降低動物對其消化率；還能抑制胰酶、胃蛋白酶和淀粉酶的活性，影響動物對營養物質的吸收。

Tanaskovicú等（2020）用芽孢桿菌TMF-2 固態發酵麥麩時發現植酸被部分降解， 且隨著發酵的進行， 最大降解率達到34%， 并確認芽孢桿菌TMF-2 能產生有效水解植酸的植酸酶。 谷物中60% ~ 90%的磷是以植酸磷的形式存在，而豬、家禽等動物胃腸道中不存在植酸水解酶， 所以無法利用谷物飼料中的磷。對于水產動物而言，不能被利用的磷會隨著動物糞便排出， 導致水體富營養化。 而外界的植酸酶會使植酸水解產生無機磷酸鹽， 因此發酵麥麩會成為一種很有前途的飼料原料。 Amit 等（2019）利用米根霉固態發酵脫油米糠，可使其中的植酸活性降低3.12%，胰蛋白酶抑制劑活性降低 24.8%。 另外 Degnet 等（2018）利用畫眉草和小麥自發發酵72 h，其中的抗營養因子植酸和單寧會達到最大的降解率。

在家禽生產中， 添加發酵玉米蛋白粉可促進仔雞生長，提高抗氧化能力，改善腸道菌群平衡。在豬生產中，添加發酵玉米、麩皮和米糠的混合飼料可增加母豬的平均日增重， 降低料肉比和腹瀉率，縮短育肥時間；添加發酵麥麩可提高仔豬的平均日增重和采食量，降低腹瀉率和淘汰率。

3 小結

總體來說發酵技術有以下幾個優點：（1）發酵使飼料更具風味，具有特殊的酸香味，吸引動物采食，提高飼料的適口性和動物的采食量。（2）發酵所含的有益微生物可改善動物胃腸道環境，促進營養物質的消化、吸收和利用。 同時還會減少有害物質的排放，降低對生產環境的污染程度。（3）微生物發酵后產生的代謝物質能有效抑制采食動物腸道內有害微生物的增長繁殖，提高動物機體免疫力和抗病力。 （4）發酵會降低飼料原料中抗營養因子和抗生素的含量，提高營養物質的利用率和飼料原料之間的代替比例，從而節約飼料原料，降低飼料成本。（5）發酵會提高飼料的利用率，促進動物生長，提高動物的生產性能，提升動物產品的品質。

目前， 發酵技術仍存在一些問題或不足：（1）在菌種的選擇、發酵條件的控制，以及處理后飼料對動物的飼喂方式、 成本等方面沒有完善而規范的行業標準。（2）發酵飼料在生產過程中以及對飼料成品質量的監管仍有待提高。（3）發酵過程中微生物的存活需要一定的條件， 因此對發酵環境要求較高，同時還需注意存放環境，防止腐爛變質而影響動物的健康安全。（4）發酵后的廢物要注意無害化處理，防止污染環境。

研究發現，發酵技術應用于反芻動物、家禽、生豬、 水產動物的生產實踐中， 對動物無不利影響。研究人員大多選用固態發酵技術，而液態發酵技術使用較少，有待于進一步的研究。 此外，發酵時間、溫度、含水量、接種量也是制約抗營養因子消除率的重要因素。 研究表明， 混菌發酵比單菌發酵能更好地降低飼料原料中抗營養因子的含量，并且酶菌共同發酵也比單菌發酵的效果好。另外， 飼料中粗蛋白質的含量和蛋白質體外消化率與發酵時間呈正相關，但并不是時間越長越好，因為微生物發酵會利用部分飼料，消耗能量，因此還需考慮成本和發酵周期等問題， 這也是將來需深入研究的內容。