酵母菌發酵植物粕類飼料研究進展

信珊珊，丁 浩，楊 陽，陳伊靈，朱小燕，2，3*，李相前，2，3，劉 培，2

（1.淮陰工學院生命科學與食品工程學院，江蘇淮安 223003；2.江蘇省益生制劑重點建設實驗室，江蘇淮安 223003；3.江蘇省生物質轉化與過程集成工程實驗室，江蘇淮安 223003）

經濟和社會的迅速發展刺激了人們對肉禽蛋奶等畜產品的消費，進而增加了對飼料原料的需求（肖長峰等，2020）。當前我國面臨著嚴重的蛋白飼料資源缺口（楊婧芳，2020），動物蛋白飼料源如魚粉、羽毛粉等價格昂貴，主要依賴進口，豆粕、菜籽粕、棕櫚粕等粕類植物蛋白飼料在我國產量豐富且分布廣泛（鄧露芳等，2011），具有極大的開發價值。但是植物粕類飼料資源中含有抗營養因子，影響了其在動物養殖中的應用。通過微生物發酵進行處理，既可以降解抗營養因子，又能分解蛋白質等大分子物質，從而提高消化吸收率，還能夠產生有益成分，改善品質，提升飼用價值。酵母菌是粕類飼料發酵過程中常用的微生物（王永偉等，2019）。酵母菌在發酵粕類飼料的過程中，能夠將飼料中的氮源轉化為蛋白質儲存在體內，從而增加粗飼料中的蛋白含量（張博，2018）；同時，酵母菌能分泌降解各類抗營養成分和大分子物質的酶系；并且酵母菌在機體的腸道中大量繁殖，可以相對抑制有害菌群的生長（馬惠茹等，2021）。酵母菌可以單獨發酵粕類飼料，也可以與其他菌種協同發酵，通?；炀l酵的效果會比單菌發酵更加顯著（Smid等，2013）。在我國全面禁用抗生素的大環境下，利用酵母菌發酵生產新型飼料越發成為研究熱點。

1 植物粕類中的抗營養因子

粕類飼料的主要成分是植物種皮（鄧露芳等，2011），這就導致該類飼料的粗纖維含量較高，非反芻類動物難以消化利用這部分營養，而且高含量的粗纖維會影響動物對其他營養物質的吸收。除此之外，粕類飼料中還含有其他不可忽視的抗營養因子（宋立立等，2020）。胰蛋白酶抑制因子、抗原蛋白是豆粕中主要的抗營養因子（Dai等，2017）。胰蛋白酶抑制因子會在動物體內優先與胰蛋白酶結合，使其失去消化吸收飼料中蛋白質的能力，減緩動物生長發育的同時，還會造成胰腺的病變；抗原蛋白是一種具有致敏性的大分子蛋白，主要存在于豆粕中，會引發機體過敏，情況嚴重的會導致死亡（李旺等，2020；王耀等，2019）。植酸主要存在于豆粕、菜籽粕和花生粕中（鄧露芳等，2011），可以螯合腸道中的金屬離子，生成動物無法降解的金屬螯合物，還會抑制淀粉酶和蛋白酶的活性。單寧廣泛存在于豆粕、菜籽粕中，棉籽粕中也含有少量的單寧（崔龍等，2017）。單寧進入動物體后，與蛋白質、金屬離子等結合，從而影響機體對蛋白質和金屬離子的消化吸收，還會降低腸道中消化酶的活性，阻礙腸道吸收營養物質。另外，單寧還是粕類具有辛辣刺激口感的原因，極大降低了粕類飼料的適口性（Khajali等，2012）。硫苷主要存在于十字花科植物中，是菜籽粕中最主要的抗營養因子（Wang等，2019）。硫苷在適宜的水和溫度條件下分解，生成異硫氰酸酯、噁唑烷硫酮、硫氰酸鹽和腈類（孫佩佩，2019），這四種物質都具有毒性，會損傷動物的甲狀腺、肝臟、腸道和腎臟。芥子堿是菜籽粕中另一種抗營養因子，味道苦澀，是菜籽粕味道發苦的主要原因。茶皂素是油茶粕中的主要抗營養因子，味道苦澀辛辣，還會溶解血液中的紅細胞（黃浦等，2015）。棉酚主要存在于棉籽粕中，多以游離態存在，棉酚被吸收到體內后，會在消化器官、血液或生殖細胞中形成鐵和棉酚化合物，危害人和動物的生長和生殖（亓秀曄等，2017）。

2 酵母菌發酵植物粕

2.1 酵母菌發酵豆粕 豆粕是大豆榨油后的副產物，產量在粕類飼料中居于首位。豆粕的粗蛋白質含量都在45%左右（李陽，2020），粗脂肪含量約為1.9%，氨基酸含量豐富，賴氨酸和精氨酸含量分別為3.38%和2.68%（熊海本等，2021），是較為理想的蛋白飼料源。但是豆粕中蛋白質的分子量較高，還有胰蛋白酶抑制因子、植酸和粗纖維等抗營養因子的存在（張亞輝，2018），限制了豆粕在日糧中的添加。通過酵母菌發酵可以顯著降低豆粕中抗營養因子的含量，對大分子蛋白也有明顯的降解作用。謝鵬等（2019）用熱帶假絲酵母發酵豆粕，對植酸的降解率達到55.3%。李杰等（2021）用釀酒酵母發酵豆粕，對胰蛋白酶抑制因子的去除率達到97%；對抗原蛋白也有顯著的降解效果。Lin等（2017）用酵母菌、芽孢桿菌和乳酸桿菌混合發酵豆粕后，胰蛋白酶抑制因子的降解率達到72.39%；小肽含量由2.16%提升到14.36%，提高了5.64倍。將發酵后豆粕添加進仔豬、肉雞的日糧中，可以提高動物的采食量和日增重（Wu等，2021；Lin等，2017）。說明在日糧中添加發酵豆粕有益于動物腸道健康，能促進養分的吸收和利用。

2.2 酵母菌發酵菜籽粕 菜籽粕是油菜籽提煉榨油后的產物，我國每年可以產700萬t左右的菜籽粕（朱小燕等，2021）。菜籽粕的粗蛋白質含量在30%～45%（Chmielewska等，2020），氨基酸組成合理，賴氨酸和精氨酸含量分別為1.3%和1.83%（熊海本等，2021），是一種優質植物蛋白資源。研究表明，酵母菌發酵可以有效降解菜籽粕中的抗營養因子，提高菜籽粕的營養價值，屬于有較大開發價值的粕類飼料（Ashayerizadeh等，2018）。方潔等（2016）利用啤酒酵母發酵菜籽粕，發酵結束后測得硫苷和植酸的降解率分別為63.27%和71.39%；用啤酒酵母與曲霉、芽孢桿菌和乳酸菌聯合發酵菜籽粕，硫苷、植酸和芥子堿的降解率分別為75.12%、87.56%和56.00%。吳正可等（2019）用釀酒酵母協同乳桿菌混菌發酵菜籽粕，對硫苷的降解率達到48.79%，總酸和多肽增加率分別為499.65%和148.37%。產朊假絲酵母、乳桿菌和地衣芽孢桿菌協同發酵菜籽粕，硫苷的降解率達到85.02%，多肽含量提升了4.55倍，在日糧中添加適量的發酵菜籽粕提高了肉雞的生長速率和采食積極性，還有利于肉鴨和仔豬的健康生長（Wang等，2019；胡永娜等，2012；丁小玲等，2011；許甲平等，2010）。可見發酵后的菜籽粕中產生了可以提高動物免疫力和生長性能的物質。

2.3 酵母菌發酵棉籽粕 棉籽粕是棉花籽榨油后的剩余產物，我國的年產量約為600萬t，但是使用量僅有1/3（亓秀曄等，2019）。棉籽粕中的粗蛋白質含量可以達到40%～50%，氨基酸種類豐富，精氨酸含量高達3.6%～3.8%，還有豐富的B族和E族維生素（周金影，2021），這些營養特性使得棉籽粕可以作為飼料中的植物蛋白源。但是，游離棉酚、粗纖維等抗營養因子的存在限制了棉籽粕在動物生產方面大量使用。通過微生物發酵既可以降解游離棉酚，又能提升棉籽粕中蛋白質和脂肪等含量。亓秀曄等（2019）用酵母菌單菌發酵棉籽粕時，對游離棉酚的降解率達到了81.83%，酸溶蛋白質量分數由6.63%提升到8.31%。采用酵母菌一號、富邦酵母菌和拉曼酵母菌分別對棉籽粕進行單菌發酵，最終測得對棉酚的降解率分別為73.69%、69.79%和70.19%；另外，發酵后蛋白質和脂肪含量均有明顯提升（周金影等，2021）。羅遠琴等（2020）用釀酒酵母和枯草芽孢桿菌混合發酵棉籽粕后，極大的提高了粗蛋白質、游離氨基酸和棉籽肽含量，降低了棉籽粕中的粗纖維含量。李金輝等（2022）用瘤胃體外發酵的方式，研究了發酵棉籽粕代替豆粕的影響，結果表明發酵棉籽粕最高可以替代33%的豆粕，對瘤胃正常消化吸收無不良影響。申佳佳等（2021）研究了在馬岡鵝日糧中添加發酵棉籽粕對其生長性能等指標的影響，發現發酵棉籽粕的添加量在20%以下無顯著影響。

2.4 酵母菌發酵棕櫚粕 棕櫚果仁榨取棕櫚油后的剩余產物就是棕櫚粕，其價格低廉，資源豐富。棕櫚粕粗蛋白質含量為16%～18%，粗脂肪含量為8%～10%，粗纖維含量為16%～18%，反芻動物可以接受，但是不能用作水產及家禽、豬飼料等（丁翠英，2020；胡貴麗等，2018；張恒，2013）。棕櫚粕60%以上的成分都是細胞壁，主要成分是不溶性甘露聚糖（張恒，2013）。多糖的濃度過高會抑制動物對腸道內營養物質的吸收（易文根，2017），這極大的限制了棕櫚粕在動物飼料方面的應用。通過微生物發酵降低棕櫚粕的粗纖維含量，是提高其飼用價值的有效手段。張恒等（2013）用釀酒酵母和黑曲霉協同發酵棕櫚粕，使半纖維素含量減少了25%，粗蛋白質含量增加了58%。于長青等（2019）發現，棕櫚粕發酵飼料替代30%的玉米秸稈不影響肉牛的健康生長，并且能使肉牛達到同樣的增肥效果。這說明棕櫚粕經過發酵后，在飼料中的添加量有極大提高，從而降低養殖成本，提高經濟效益。

2.5 酵母菌發酵花生粕 花生粕是花生榨油后的產物，含有豐富的蛋白質，是我國蛋白質飼料原料市場的重要組成部分（孫東偉等，2019）?；ㄉ芍写值鞍踪|含量高達38.0%～47.0%，粗纖維含量為4.0%～7.0%，粗脂肪含量為0.5%～2.0%（Zhao等，2012），其代謝能在所有粕類飼料中居于首位。精氨酸含量超過5%，但是蛋氨酸和賴氨酸比較缺乏。花生粕抗營養因子較少，主要存在的問題是容易感染黃曲霉毒素（許欣等，2020）。魯氏接合酵母固態發酵花生粕最高可以降解花生粕中97%的黃曲霉（Zhou等，2017）。酵母菌發酵還可以提高花生粕中粗蛋白質和氨基酸含量，徐會茹等（2015）將酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌等多種菌種接入花生粕中進行混菌發酵，將蛋白質含量由54.22%提高到58.45%，并且發酵后花生粕中缺少的蘇氨酸、蛋氨酸、賴氨酸含量都有明顯提高。王增元等（2017）用植物乳桿菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌混合發酵花生粕，將多肽含量提高到18.89%，比發酵前提高了33.78%。李紅琴等（2020）證實了發酵花生粕替代花生粕能改善凡納濱對蝦的生長性能，提高機體免疫力。李百安等（2016）發現，發酵花生粕代替65%左右的魚粉，對羅非魚的健康生長無任何不良影響。

2.6 酵母菌發酵芝麻粕 芝麻粕是芝麻籽榨取芝麻油后留下的產物。芝麻粕中含有39%～48%的粗蛋白質，10.4%～12.6%的粗灰分（徐文俊等，2014）。芝麻粕中氨基酸的種類較多，含量豐富，但是賴氨酸的含量較低，為0.56%～1.02%（楊榮等，2020）。芝麻粕中的抗營養因子主要是草酸、植酸和單寧（Fayemi等，2011）。彭惠惠等（2012）用酵母菌發酵芝麻粕，對植酸的降解率達到了53.14%；加入枯草芽孢桿菌混菌發酵后，降解率提升到84.98%，并且發酵后芝麻粕中的多肽等營養物質的含量也有相應的提升。錢森和等（2013）發現，將啤酒酵母和黑曲霉按照1：1的比例接種到芝麻粕中進行發酵，發酵結束芝麻多肽的含量由初始時的1.24%提升到7.12%，提高了5.74倍。Hajimohammadi等（2020）用釀酒酵母和嗜酸乳桿菌發酵芝麻粕后發現，草酸和植酸的含量分別降低了50.8%和43.9%，粗蛋白質的含量提升了12.7%；進一步將發酵后的芝麻粕代替豆粕添加到肉雞日糧中發現，肉雞在正常生長的同時，食用發酵芝麻粕的肉雞體內乳酸菌含量增加，大腸桿菌數量降低，肉雞的腸道環境得到了極大的改善。宋鵬等（2019）用發酵芝麻粕等氮代替菜籽粕發現，發酵芝麻粕替代11%～23%的菜籽粕，有利于草魚的健康生長，能夠提高飼料利用效率。

2.7 酵母菌發酵油茶粕 油茶籽榨油后的滓渣經過粉碎處理得到的就是油茶粕，目前我國油茶粕的年產量約50萬t（劉楚岑等，2020）。油茶粕中粗蛋白質、粗脂肪含量分別是15%、5%左右，糖類占30%～40%（刁歡等，2015）。此外，油茶粕中還有豐富的鎂、鐵、鋅等元素，被視為一種有較大發展潛力的飼料原料。在用作飼料之前，油茶粕需要去除茶皂素、酚類和粗纖維等抗營養因子。周浩宇等（2010）利用產朊假絲酵母、枯草芽孢桿菌和黑曲霉混合發酵油茶粕后，降低了茶皂素、總酚、粗纖維等抗營養物質的含量，粗蛋白質含量提高了55.56%。熱帶假絲酵母和枯草芽孢桿菌、黑曲霉混菌發酵油茶粕，使粗蛋白質含量提升了2.11倍，粗纖維含量降低了約50%（任仙娥等，2012）。周玥等（2012）用假絲酵母發酵油茶粕，對茶皂素降解率達到了66%以上。刁歡等（2015）用酵母菌和黑曲霉協同發酵油茶粕，使得單寧含量由2.32%下降到0.46%。通過酵母菌等微生物發酵可以降解油茶粕中的茶皂素、酚類和粗纖維等抗營養因子，還能提升粗蛋白質含量。

3 粕類發酵飼料前景展望

動物養殖業的迅速發展使得飼料缺口越來越大，飼料的成本更加成為影響畜牧養殖業經濟效益的關鍵因素。相比于大量進口魚粉等蛋白質飼料源，成本高昂的同時無法保證穩定的貨源，不如加快我國的粕類蛋白飼料的開發利用。我國粕類蛋白飼料資源豐富，除上述提到的豆粕七種以外，還有葵花籽粕、亞麻籽粕和紅花籽粕等，都含有豐富的植物蛋白，是潛在的優質蛋白飼料源。微生物發酵飼料具有綠色、高效、成本低等優點，必將是提升粕類飼料利用率的重要推動力。當前的工作重點還是要篩選優質高效的菌株，尋求科學的原料配比，建立起完善的菌株與原料匹配體系，提升發酵能力，改進發酵工藝，進一步提升餅粕類飼料的營養價值，使畜牧業在提供更多優質健康畜產品的同時，提高經濟效益，促進自身的長遠發展。