发酵豆粕的生产工艺及优点

河南科技大学医学技术与工程学院 杨建英

河南科技大学动物科技学院学院 李元晓

豆粕作为生产大豆油的副产品因其营养丰富是畜禽饲料的主要原料。但豆粕中存在多种抗营养因子，降低了畜禽对豆粕中营养物质的吸收和利用。通过发酵可以将豆粕中的抗营并因子去除，能提高其营养价值。本文就近年来国内外有关发酵豆粕的研究作一综述。

1 发酵豆粕的生产工艺

目前我国豆粕生物降解生产工艺，主要有酶解法和微生物发酵法两种，其中微生物发酵豆粕的技术方法主要包括固态发酵技术和液态发酵技术。基于环保和经济方面的综合考虑，对于低质的豆粕发酵，目前多采用的是固体发酵，而液体发酵虽然能够保证产品的优良品质和稳定性，但是设备造价高，发酵过程中的废液排放易造成环境污染，处理成本高，不易被采用。

生产的工艺条件对发酵豆粕产品质量有很大影响，因此，需要对原料的状态（如含水量、pH值、底物组成、料水比等）和发酵条件（发酵时间、菌种的组成和接种量、温度、通气量等）进行优化。高爱琴和贾仙（2009）研究认为，较佳的发酵工艺是固体密闭无氧静止发酵，基质为豆粕，料水比为3∶2，起始温度为40℃，起始pH自然，接种量发酵菌株1为0.005%，发酵菌株2为0.5%，发酵周期为5 d；在此条件下，发酵后的豆粕水解度达5%以上，鲜发酵物的酸度在4.5以上。莫重文和黄岗（2007）研究发现，发酵温度为28℃，发酵料组成为 100∶6（豆粕∶麸皮），接种菌配比为 1∶3（米曲霉∶酵母），接种量6%，发酵时间为72 h，发酵豆粕中粗蛋白质含量可达49.10%，比原料中增加12.1%。杨旭等（2008）研究显示，在接种量，7.5%，培养时间，54 h，料水比，1∶1，硫酸铵添加量，2%，葡萄糖添加量，1%时，发酵豆粕的蛋白质含量从43.78%提高到53.33%。王金斌等（2009）研究发现，最佳发酵条件为枯草芽孢杆菌M5094和热带假丝酵母C3161接种比例为1∶1，接种量为20%，基质初始含水量为52%，发酵温度为38℃，发酵时间为48 h。在此条件下，豆粕粗蛋白质含量由31.75%升至49.27%。戚薇等（2008）利用纳豆芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌TQ33对豆粕进行固态发酵，结果表明，最适发酵工艺为先接纳豆芽孢杆菌，发酵12 h后再接凝结芽孢杆菌，接种量为10%，两菌比例为1∶1，发酵基质中豆粕与麸皮质量比为7∶3，初始含水量为 40%，初始 pH自然，37℃发酵48 h。发酵豆粕的蛋白质水解度为20.14%，其中大多数肽类的分子质量为620～1242 Da，降解率达95%；产品中含纳豆芽孢杆菌1.0×109CFU/g，凝结芽孢杆菌9.2×107CFU/g，此外，其中还含有蛋白酶、短肽和乳酸等生物活性物质。吴胜华等（2008）采用枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、植物乳酸菌及酵母菌对普通豆粕进行二元混菌固态发酵，结果表明，豆粕经过混菌发酵后小肽含量显著提高，当采用枯草芽孢杆菌和植物乳酸菌（KC-RS）组合，接种量为4%，料水比为1∶1.2，通气量为60 g/mL，发酵温度为40℃时，发酵豆粕中的小肽含量可达12.01%。马文强等（2008）用枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌、乳酸菌对豆粕进行发酵，结果表明，微生物发酵使豆粕发生一定程度的分解，发酵后豆粕中高分子和中分子量蛋白质含量下降，低分子蛋白质含量提高，粗蛋白质、粗脂肪、磷和氨基酸的含量显著高于发酵前，胰蛋白酶抑制因子和其他抗营养因子得到了有效去除。朱曦和田慧文（2007）利用芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌混合发酵分解破坏豆粕中抗营养因子，结果表明，在料水比为 1∶0.8 ～ 1.0，pH 为（7.0±0.2），温度为（25±5）℃，发酵时间为72 h，48 h时翻料1次，翻料料温为60℃左右的条件下发酵豆粕抗营养因子被分解去除。

2 发酵豆粕的优点

豆粕经过发酵可将其中的抗营养因子有效去除，同时，增加了益生菌、肽、氨基酸、活性酶、乳酸、维生素、大豆异黄酮等含量。进而使低质的蛋白原料转变为高质的蛋白原料，相比于普通豆粕，发酵豆粕具有以下优点。

2.1 有效去除豆粕中的抗营养因子 豆粕中含有大量的抗营养因子，如胰蛋白酶抑制因子、脲酶（又称尿素酶）、大豆凝血素等，这些物质的存在均可危害动物健康。通过微生物发酵技术，可有效去除豆粕中的抗营养因子。郑裴等（2009）采用植物乳杆菌固态发酵豆粕，对豆粕中抗营养因子进行降解，结果表明，豆粕中尿素酶活由原来的0.373 U/g降至0.166 U/g，胰蛋白酶抑制剂含量由原来的40.42 mg/g降至 18.01 mg/g。 Hirabayashi和 Yano（1998）研究发现，使用宇佐美曲霉发酵大豆粕，发酵后植酸全部被降解。马文强等（2008）研究表明，经过发酵豆粕胰蛋白酶抑制因子、脂肪氧化酶、大豆凝血素和致甲状腺肿素均能被较完全降解。张丽靖等（2008）研究表明，在适宜条件下发酵后豆粕脲酶活性降低93%。欧阳亮等（2008）研究报道，大豆蛋白中大多数抗营养因子的分子质量集中在35～600 kD，发酵处理后43 kD以上的大分子蛋白质大部分被降解，20 kD～43 kD的大分子几乎全部被降解为14.4 kD以下，这说明微生物发酵法确实能够降解豆粕中的大部分抗营养因子。Feng等（2007）研究发现，豆粕经米曲霉3.042（产蛋白酶菌）发酵后胰蛋白酶抑制因子被完全消除。

2.2 蛋白质含量显著增高 豆粕发酵过程中，微生物大量繁殖，将豆粕培养基中的非蛋白氮、培养基无机氮（硫酸铵或尿素）及抗营养因子等各种物质分解利用，转化为营养价值高的菌体蛋白。程秋根等（2008）研究报道，去皮豆粕经发酵后粗蛋白质含量提高12.38%。蔡国林等（2008）研究表明用酵母菌和乳酸菌混合发酵豆粕后蛋白质含量从46.2%提高到49.7%，氨基酸组成和含量也有所变化和提高。马文强等（2008）研究发现，发酵后豆粕中小于25 kD的低分子蛋白质含量，比发酵前提高2.25倍。张红和褚西宁（1996）研究表明，豆粕固态发酵后的产品经检测其蛋白质含量几乎较先前有提高；而且经过微生物酶的作用，使发酵豆粕的必需氨基酸含量较普通豆粕丰富，结构更加合理。汤红武（2003）等认为这主要是因为在发酵过程中，酵母的呼吸作用消耗了部分有机物料，使产物总量减少，蛋白质含量相对提高，出现了蛋白质的“浓缩效应”；还有部分增加的蛋白质是酵母菌体含有的蛋白质和发酵过程中硫酸铵经由酵母转化生成的。

2.3 产生肽 豆粕通过微生物的降解，可产生具有特殊功能的营养肽。肽的吸收具有吸收快、能耗低、效率高、载体不易饱和等优点。大豆肽还能赋予产品特殊生物活性，如促生长、调节免疫、抗菌、抗病毒、催乳、抗氧化、刺激食欲、促进矿物质吸收和抗肿瘤。大豆肽的开发开创了动物营养的新纪元，丰富了大豆制品的种类，增加了大豆产品的附加值（Netto和 Galeazzi等，2008）。刘唤明和邓楚津（2006）研究表明，使用枯草芽孢杆菌发酵豆粕生产大豆多肽，豆粕的蛋白水解度达60%。

2.4 富含多种生物活性物质 豆粕发酵过程中产生的益生菌和乳酸，一方面能抑制肠道中有害菌的繁殖，另一方面可促进动物消化，改善动物小肠机能，减少仔猪等幼畜酸化剂的用量。微生物代谢产生蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等各种消化酶，可促进豆粕中蛋白质和一些多糖类物质的降解，提高消化率。另外，微生物代谢物中还可产生对动物有直接营养作用的未知生长因子、维生素等，对促进营养物质消化，提高动物免疫机能有积极意义。

由于在豆粕发酵过程中加入了很多有益微生物，因此，发酵结束后，经测定发酵物料中含有大量的有益微生物菌群，而菌种类主要取决于发酵前物料中所添加的微生物，常见的有芽孢菌、酵母菌、乳酸菌，这些益生性微生物对于改善畜禽肠道微生态环境具有非常重要的作用。陈文静（2004）对发酵后的豆粕进行测定，发现乳酸菌数达到107CFU/g。除此之外，发酵豆粕还含有乳酸、各种酶等活性物质。目前国内发酵豆粕中乳酸含量多数大于2%。周伏忠（2007）等研究发现，乳酸杆菌、芽孢杆菌以及曲霉菌均能利用发酵过程中自身分泌的蛋白酶来分解豆粕的大分子蛋白质，且蛋白酶活性大于200 U/g。

2.5 改善适口性 豆粕发酵后由于可溶性肽类和游离氨基酸以及酸性物质增加，使得发酵产物气味醇香，适口性提高动物，采食量增加。吴晖等（2008）研究发现，豆粕在28～32℃下经枯草芽孢杆菌发酵后具有或淡或浓郁的醇香气味。发酵产物的气味酸香，发酵过程中蛋白质水解产生的可溶性肽类和游离氨基酸能提高发酵产物的适口性（Douamba 等，2012）。 Omafuvbe 等（2009）研究认为，混合发酵中的非优势菌主要是起调节风味的作用。Refstie等（2011）用乳酸菌发酵豆粕，发现精氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和缬氨酸含量上升，而亮氨酸、赖氨酸和苯丙氨酸含量下降。

3 发酵豆粕发展前景及存在的问题

发酵豆粕资源丰富、价格低廉、无化学残留、应用安全、营养性能好，在饲料中可替代部分鱼粉，缓解了我国优质蛋白质饲料原料不足的现状，经济效益显著。

但是目前发酵豆粕的研究还存在以下几方面问题：（1）发酵豆粕营养特性的研究还不够全面；（2）发酵豆粕产品在动物生产中的应用研究还应进一步拓展和深入，应加强其机理研究；（3）不同发酵菌种和发酵条件下产生的发酵豆粕质量差异很大，因此，优良的发酵菌种和适宜的发酵条件还有待进一步研究和摸索；（4）应尽快统一和规范其质量指标和分级标准。

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