發(fā)酵豆粕質量評價的綜合分析

寇茜茜 韓 坤 岳遠瑞 弓浩杰 賈夢可 李運杰 呂 剛

（新疆泰昆集團有限責任公司，新疆 昌吉 831100）

豆粕（SBM）是豆油加工的主要副產(chǎn)品，與其他植物蛋白來源相比，SBM蛋白質含量高，氨基酸組成豐富，是畜禽日糧中最常見的蛋白質來源[1]。但SBM 中含有多種抗營養(yǎng)因子，如抗原蛋白、非淀粉多糖、胰蛋白酶抑制因子、脲酶等，可引起消化和免疫功能不發(fā)達的幼齡動物吸收不良，且蛋白質生物轉化率較低，在幼齡動物生產(chǎn)中使用受到限制[2-4]。發(fā)酵是通過微生物代謝或微生物酶活性提高SBM中的非蛋白氮的含量（包括小肽、游離氨基酸和氨）和重要的營養(yǎng)物質（如鈣、維生素A 和維生素B）含量[5-6]。發(fā)酵可降解SBM 中的抗營養(yǎng)因子，提高物質消化率及營養(yǎng)價值、增加飼料中的有機酸含量、增強機體免疫，進而提高動物的生產(chǎn)性能。因此，評定發(fā)酵豆粕的品質對在日糧配方中利用優(yōu)質發(fā)酵豆粕、調(diào)制經(jīng)濟可行的畜禽飼料具有重要作用。本文總結了發(fā)酵豆粕的檢測方法及評定指標，為選擇合適的發(fā)酵豆粕應用于畜禽飼料生產(chǎn)中提供參考。

1 發(fā)酵豆粕質量檢測體系

1.1 蛋白溶解度的檢測

SBM中的蛋白質在0.2%氫氧化鉀溶液中的溶解度值可反映豆粕熱處理的強度，過度加熱會使蛋白質變性，導致蛋白質水解降低，從而降低了畜禽對發(fā)酵豆粕中蛋白質的利用率[7]。蛋白溶解度接近100%，表示豆粕是生的，而低于65%則表明豆粕過度加工[8]。

微生物發(fā)酵雖然提高了SBM的營養(yǎng)價值，但降低了蛋白溶解度。Rajabdeen 等[9]研究表明，蝦的生長速度因加入過度加工的SBM而減慢。熱處理有利于破壞抗營養(yǎng)因子，但熱處理又會影響某些不耐熱的必需氨基酸。因此，評估不耐熱氨基酸更有利于配制高質量的飼料。賴氨酸和蛋氨酸是蛋白質飼料的強化劑，添加適宜的氨基酸可以提升畜禽對飼料蛋白質的利用率，但加熱不足或過度均會導致氨基酸含量及其利用率受到損失，降低SBM的蛋白質營養(yǎng)價值[10-11]。Zhang等[12]研究表明，蛋白質溶解度與菜籽粕中賴氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、絲氨酸、半胱氨酸和酪氨酸的標準化回腸消化率呈正相關。過熱也會導致美拉德反應，游離氨基在加熱干燥過程中結合到還原糖上，使多數(shù)氨基酸，尤其是賴氨酸的含量和利用率下降。發(fā)酵豆粕顏色深的原因是美拉德反應后會形成褐色素和類黑素[13]。因此，適度加熱是SBM加工為優(yōu)質發(fā)酵豆粕的關鍵。

1.2 酸溶蛋白的檢測

高分子量的蛋白質在酸性條件下容易沉淀，而小分子的蛋白質（如肽、游離氨基酸、非蛋白氮）可以在酸性溶液中溶解，此指標可反映大分子蛋白（主要為抗營養(yǎng)因子）的降解程度，也能夠在一定程度上反映肽含量，從而決定發(fā)酵原料的質量[14-15]。亓秀曄等[16]研究表明，使用微生物混合發(fā)酵的飼料中酸溶蛋白更多，酸溶蛋白含量高于對照組23.41%，提高了畜禽生長的必需氨基酸的含量和畜禽蛋白質消化率。賈建英等[17]研究發(fā)現(xiàn)，使用不同的發(fā)酵底物均能夠提升酸溶蛋白的含量，可供機體利用的蛋白質含量增加。龍祝等[18]研究表明，使用接種量為10%的解淀粉芽孢桿菌可將大米蛋白粉的酸溶蛋白含量從初始含量17.7%提高至40.5%，提高了大米蛋白粉的營養(yǎng)價值及其品質。

1.3 揮發(fā)性鹽基氮的檢測

揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）是飼料新鮮度最重要的定性參數(shù)之一，是腐敗的生化標志物，其與微生物增殖和蛋白水解酶的活性呈正相關——兩者均是腐敗的主要機制[19-20]。腐敗過程中蛋白質在酶和細菌的作用下分解產(chǎn)生氨、生物胺、其他氨基酸脫氨和脫羧產(chǎn)物等。此類物質具有揮發(fā)性，是一種有毒物質，且較高水平的TVB-N是細菌生長、氨基酸分解產(chǎn)生氨、降低蛋白質質量和原料新鮮度下降的指標。

Tsunoda等[21]研究發(fā)現(xiàn)，以草青貯為主要成分的全混合日糧（TMR）發(fā)酵不良時，TVB-N水平升高，導致氨刺激中性粒細胞產(chǎn)生活性氧，從而對奶牛的新陳代謝和繁殖性能產(chǎn)生負面影響。Lindgren等[22]認為，發(fā)酵過程中TVB-N的不穩(wěn)定性和增加是由于儲存溫度的影響。李柯汝等[23]向水貂鮮配合飼料中加入了防腐劑脫氫乙酸鈉，發(fā)現(xiàn)TVB-N含量明顯低于對照組，達到了良好的防腐效果。低TVB-N值表明發(fā)酵原料新鮮，添加的微生物量適宜并且具有較好的發(fā)酵工藝。高水平的TVB-N反映了揮發(fā)性胺，如三甲胺氮（TMA-N）形成會對飼料的營養(yǎng)和感官價值產(chǎn)生不利影響[24]。造成TVB-N值偏高可能與工藝過程中發(fā)酵條件不合適或微生物不純有關，也有可能是摻入了其他不是蛋白質但是含氮量較高的原料[25]。

1.4 游離氨基酸的檢測

發(fā)酵過程中蛋白質水解釋放出游離氨基酸，與SBM相比，發(fā)酵豆粕中FAA 的分布和含量明顯增加，總游離氨基酸含量增加374.9%[26]。游離氨基酸一般是指沒有形成肽的氨基酸，是飼料重要的風味前體。味道決定了畜禽對飼料的選擇、攝入、吸收和消化，好的味道有助于機體的營養(yǎng)狀況[27]。游離氨基酸通過脫羧產(chǎn)生胺并在美拉德反應中發(fā)揮作用，從而產(chǎn)生大量揮發(fā)性產(chǎn)物[28]。

食品發(fā)酵過程中的蛋白水解或自溶產(chǎn)生具有味道活性的氨基酸和肽，如賦予特別苦味的含有脯氨酸的疏水性肽或鮮味的α-谷氨酰肽[29]。天冬氨酸、谷氨酸和牛磺酸是使肌肉呈現(xiàn)鮮味的重要物質，而精氨酸、賴氨酸、組氨酸則具有苦味[30]。Cornet 等[31]通過高效液相色譜法（HPLC）分析了3種豬肌肉（背最長肌、斜方肌和咬肌）中的游離氨基酸和二肽，發(fā)現(xiàn)FAA 和二肽含量可以部分解釋同一物種不同肌肉的風味差異。

發(fā)酵過程中微生物分解蛋白質，生產(chǎn)工藝條件、發(fā)酵條件或者存儲條件不當時，蛋白質發(fā)生腐敗，分解產(chǎn)生濃烈的氨味，嚴重影響發(fā)酵飼料的營養(yǎng)價值和適口性，降低了畜禽的采食量，影響了畜禽的生長發(fā)育和生產(chǎn)性能[32]。

1.5 乳酸與pH值的檢測

乳酸菌在厭氧條件下將水溶性碳水化合物（WSC）轉化為有機酸，主要是乳酸。乳酸（2-羥基丙酸）是自然界中廣泛存在的一種有機酸，乳酸菌對酸性條件具有很強的耐受性，相對于其他細菌具有競爭優(yōu)勢，是發(fā)酵食品中的安全菌。乳酸含量是判斷發(fā)酵是否充分的重要指標。Yang 等[33]發(fā)現(xiàn)，當生長環(huán)境的pH 值低于5.0 時，乳酸菌菌株的生長受到顯著抑制。Muthaiyan等[34]研究表明，乳酸菌將碳水化合物發(fā)酵成乳酸，并且隨著酸的增加酵母發(fā)酵受到抑制。發(fā)酵過程中pH 值會逐漸降低，pH值的下降可作為防腐因子，病原微生物的生長受到抑制，部分菌株死亡，降低蛋白酶活性，乳酸菌成為優(yōu)勢菌株[35]。Heng 等[36]研究表明，有機酸含量增加能夠大大提高豆渣和SBM的營養(yǎng)價值，延長發(fā)酵豆渣和豆粕的保質期，但也抑制了蛋白酶的活性。由于微生物的存在，對原料進行乳酸發(fā)酵，乳酸等有機酸產(chǎn)生后，導致香氣和味道制劑發(fā)生變化，pH值降低，為腐敗菌和病原微生物的生長創(chuàng)造了不利環(huán)境，進而調(diào)節(jié)腸道菌群，增強機體免疫力[37-38]。乳酸能夠防止腐敗變質，延長飼料保質期，改善飼料口感的潛力和營養(yǎng)價值，增強畜禽對飼料的接受程度和吸引力。

1.6 小肽含量的檢測

樣品酸化后，肽含量為濾液中酸溶蛋白含量減去游離氨基酸含量。飼料中的蛋白質和多肽在攝入、消化和吸收過程中會發(fā)生復雜的變化。蛋白質被蛋白質酶（如胃蛋白酶、胰蛋白酶和組織蛋白酶）水解產(chǎn)生多肽，其中一些多肽具有生物活性，多肽進一步被肽酶水解，以小肽或游離氨基酸的形式被吸收[39]。與游離氨基酸相比，小肽在吸收上具有載體種類多不易飽和、能量消耗少、吸收率高等優(yōu)勢。以肽的形式吸收緩解了腸壁細胞對FAA 的競爭吸收，促進了氨基酸和肽本身的轉運，提高了蛋白質的利用效率[40]。

大豆中占比較大的蛋白質是儲存蛋白質。大豆貯藏蛋白有β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白，基于離心沉降率可分為7 S 和11 S，這兩個部分占大豆總蛋白的65%以上，可通過酶聯(lián)免疫吸附法和SDS-PAGE 法測定兩種抗原蛋白的存在情況。與SBM相比，發(fā)酵初期蛋白酶將發(fā)酵SBM 中的大分子蛋白質降解為小肽和氨基酸。發(fā)酵SBM含有豐富的小肽、氨基酸，利于合成動物體內(nèi)自身氨基酸，提高機體免疫能力，抵御外來病原體入侵，目前行業(yè)普遍用酸溶蛋白指標評估發(fā)酵豆粕中小肽的含量[41]。

李紹章等[42]使用SDS-PAGE 測定發(fā)酵前后的大豆蛋白，發(fā)酵后的大豆蛋白被降解成了分子量較小的蛋白質，分子量在20.1 kD以下的蛋白質則被完全降解，而小肽的分子量是180.0～1 000.0 Da，此研究表明與大分子蛋白質相比，小肽的溶解性更強，在動物體內(nèi)更容易吸收。夏婷婷[43]使用占日糧組成5%的普通鴨肉粉或多肽鴨肉粉作為對照組和試驗組，結果發(fā)現(xiàn)，在幼貓飼糧中添加小肽營養(yǎng)素可以提高粗蛋白的表觀消化率，改善氨基酸平衡。曾鈺等[44]研究表明，發(fā)酵雜粕型日糧添加1%的小肽可以提高粗蛋白和有機物的消化率，改善生長性能，但是添加1.5%小肽會影響肉牛的養(yǎng)分表觀消化率及其生長性能，對肉牛產(chǎn)生不利影響。目前已有大量研究證明了小肽對于動物生長的必要性。

2 發(fā)酵豆粕質量評估

市面上發(fā)酵豆粕的質量參差不齊，觀察發(fā)酵豆粕感官性狀并進行相關指標檢測已是使用其的必經(jīng)步驟。發(fā)酵豆粕質量評定指標見表1。由表1可知，合格或優(yōu)質發(fā)酵豆粕的感官性狀為：顏色為黃色到褐色、無異味、具有酸香味或醇香味、不摻雜異物。與農(nóng)業(yè)標準《飼料原料 發(fā)酵豆粕》（NY/T 2218—2012）相比，多數(shù)檢測發(fā)酵豆粕質量時增加了蛋白溶解度、TVB-N、三氯乙酸肽氮含量、胰蛋白酶抑制因子等相關指標；同時評定質量時，檢測指標均未低于農(nóng)業(yè)標準，適當增添蛋白溶解度、TVB-N等指標，可篩選出合格的發(fā)酵豆粕供企業(yè)使用。

表1 發(fā)酵豆粕質量評定指標

3 發(fā)酵豆粕在動物生產(chǎn)中的應用

SBM的發(fā)酵消除了部分胰蛋白酶抑制劑，提高SBM的蛋白質含量及營養(yǎng)價值，在動物日糧中使用發(fā)酵SBM可提高動物的生長性能，改善胃腸道功能和機體的免疫功能[52]。Feizi等[53]研究發(fā)酵SBM替代部分豆粕對荷斯坦犢牛瘤胃發(fā)酵和細菌豐度的影響，結果發(fā)現(xiàn)，飼喂13.5% SBM+13.5%發(fā)酵SBM的犢牛瘤胃液中己酸、戊酸和異戊酸的濃度最高，而乙酸、NH3-N 和醋丙酸的比值最低，犢牛瘤胃普雷沃氏菌的豐度高于飼喂27% SBM的犢牛，認為發(fā)酵SBM可能通過改變發(fā)酵產(chǎn)物和瘤胃中某些細菌群落成員的相對豐度提高犢牛的生產(chǎn)性能。李燕等[54]使用發(fā)酵SBM代替部分SBM飼喂西門塔爾犢牛，結果表明，發(fā)酵SBM 代替25%、50%豆粕分別提高了犢牛16.67%、20.51%的平均日增重，明顯降低犢牛腹瀉的發(fā)生率。Luo 等[55]以基礎日糧中添加2%、4%和6%發(fā)酵SBM為試驗組，發(fā)現(xiàn)添加4%發(fā)酵SBM組母豬的初乳中，蛋白質和免疫球蛋白G水平有所提高，表明發(fā)酵SBM替代基礎日糧中的SBM可以減輕妊娠母豬和哺乳期母豬的氧化應激狀態(tài)，提高仔豬出生后的平均體重。關紅民等[56]研究表明，使用9%發(fā)酵SBM 替代SBM，育肥豬末重、平均日增重增加且提升了豬宰前活重、肌肉蛋白質含量以及胴體重。Li等[57]研究表明，發(fā)酵SBM代替肉雞日糧中25%的SBM提高了平均日增重和飼料轉化率，增加有益菌的豐度，減少潛在有害細菌的豐度，使肉雞的盲腸微生物群落向更健康的平衡方向發(fā)展。張良慧[58]在基礎日糧中使用5%混菌協(xié)同酶發(fā)酵SBM代替普通SBM，發(fā)現(xiàn)雛雞平均日增重、血清中部分免疫球蛋白含量升高，提高了盲腸中乳酸菌含量，大腸菌含量有所降低，認為混菌協(xié)同酶發(fā)酵SBM 飼喂雛雞可提高飼料養(yǎng)分代謝率、生產(chǎn)性能、免疫功能，調(diào)節(jié)盲腸菌群。因此，發(fā)酵工藝可充分發(fā)揮SBM的優(yōu)質性能，含有一定比例發(fā)酵SBM的日糧可提升畜禽的生長性能、蛋白質利用率以及血清中免疫球蛋白的含量，調(diào)節(jié)腸道菌群，從而提高畜禽養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益。

4 結論

在發(fā)酵過程中，豆粕中的抗營養(yǎng)物質部分去除或失活，而部分蛋白質被酶分離成肽，從而提高飼料成分中微量營養(yǎng)素的生物利用度，提高飼料適口性、營養(yǎng)消化率和動物機體免疫力。發(fā)酵SBM的各檢測指標代表的意義不同，因此在測定發(fā)酵SBM的品質時，不能以單一測定結果進行評判，需從蛋白含量、氨基酸含量、小肽含量和發(fā)酵豆粕新鮮度等方面進行綜合評判，以農(nóng)業(yè)標準《飼料原料 發(fā)酵豆粕》（NY/T 2218—2012）為基礎指標篩選發(fā)酵SBM，可以減少或避免使用不適宜的發(fā)酵SBM造成的經(jīng)濟損失。