发酵豆粕应用研究概述

李凤玲,李 祥,索江华

(河南牧业经济学院 食品与生物工程学院，河南 郑州 450046)

豆粕是大豆油生产过程中得到的一种副产品，是畜禽饲料中常用的一种蛋白质原料，需求量极大。但豆粕中含有多种抗营养因子，如大豆抗原蛋白、胰蛋白酶抑制因子、大豆凝集素、植酸等，降低了畜禽对营养物质的消化、吸收和利用率，甚至造成机体代谢紊乱和器官损伤。研究表明，微生物发酵能有效降低豆粕中抗营养因子含量，将大豆蛋白降解为小分子蛋白、小肽、氨基酸，同时含有益生菌及代谢产物，提高豆粕的营养价值。本文就发酵豆粕的发酵菌种及发酵工艺，发酵对豆粕品质的影响和发酵豆粕在畜禽养殖中的应用等方面进行综述，同时对发酵豆粕的发展趋势进行了展望。

1 发酵菌种及发酵工艺

发酵豆粕是指在豆粕中添加一定量的指定微生物菌种，在适宜的条件下让其生产繁殖、积累菌体、产生代谢产物，对豆粕进行生物转化制成的豆粕产品，又称微生物发酵豆粕。发酵豆粕常用的菌种包括芽孢杆菌(枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌)、乳酸菌、酵母菌(产朊假丝酵母、酿酒酵母)和霉菌(米曲霉、毛霉、根霉)[1]。生产应用中，根据菌种种类可分为单菌发酵和混菌发酵。单菌发酵主要利用一种菌种独特的发酵特性，如酵母菌因自身蛋白含量较高，极易利用非蛋白氮合成菌体蛋白，提高发酵豆粕蛋白品质，同时产生酵母香味，改善发酵风味；芽孢杆菌因产生酶类丰富，对抗营养因子有很好的降解作用，产生大量小肽，提高营养价值，同时产生的芽孢耐受性强，可调节动物肠道菌群平衡；乳酸菌产酸能力强，能降低物料pH值，抑制杂菌生长，同时能减轻胀气因子造成的动物肠道不适和消化不良症状[2]。实际生产中，为提高发酵豆粕的综合品质，往往选择添加两种或两种以上的菌种混合发酵，进行优势互补。

根据物料状态，发酵可分为固态发酵和液态发酵。液态发酵对设备要求较高，能耗高，液体流动性大，染菌造成的损失严重，添加不方便，实际应用较少。固态发酵，含水量一般较低，染菌造成的污染范围较小，对设备要求较低，操作简单，能耗低，因此豆粕多采用固态发酵。传统固体浅层发酵的物料厚度通常控制在几厘米以内，氧气充足，适合需氧菌的生长，发酵产生的热量能及时散失。但浅层发酵需要的面积非常大，生产效率较低。深层发酵可分为池式发酵、箱式发酵和槽式发酵等，物料一般在30 cm以上，这种发酵模式适用于混菌发酵，前期好氧菌生长，将氧气逐渐耗尽，为中后期兼性厌氧菌生长创造了条件[3-4]。近几年来，单向透气阀的出现，有效解决了发酵袋使用过程中的胀气问题，降低了发酵豆粕的设备和储存技术要求，操作简单易行，使得豆粕发酵袋发酵的应用逐渐增多。根据发酵过程对氧气的需求，可分为需氧发酵和厌氧发酵，发酵豆粕以厌氧发酵和需氧、厌氧分段发酵为主。

发酵过程中，发酵工艺参数的控制，如含水量、接种量、发酵温度、发酵时间等，对发酵品质的影响极其重要。韩丙倩等[5]利用酵母菌、米曲霉、乳酸菌和枯草芽孢杆菌进行混菌固态发酵豆粕，通过正交试验确定酵母、米曲霉、乳酸菌和枯草芽孢杆菌的最佳接种比例(1:3:1:3)，然后采用响应面法优化出最佳发酵条件(初始温度32.4 ℃、含水量45.8%、接种量12%)，使得发酵豆粕中小分子肽含量由1.22%提高到5.41%，粗蛋白含量由46.0%提高到55.1%。李文立等[6]利用枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌组合来发酵豆粕，研究不同料水比、发酵时间、发酵温度等对豆粕中胰蛋白酶抑制因子活性的影响，研究发现，随着物料含水量、发酵时间在一定范围的增大和延长，胰蛋白酶抑制剂含量活性迅速下降然后趋于稳定，而随着发酵温度(24 ℃～40 ℃)的升高，胰蛋白酶抑制剂含量迅速下降随后上升。可见，不同发酵参数对发酵程度表现很大的差异，发酵工艺条件优化可显著提高豆粕发酵品质。

2 发酵豆粕的特点

2.1 抗营养因子含量降低

豆粕中含有多种抗营养因子，主要有热不稳定性抗营养因子和热稳定性抗营养因子。利用微生物发酵能够去除豆粕中的抗营养因子，降低其不良影响。豆粕经过微生物发酵处理后，能降低抗营养因子的含量，提高营养价值。杨玉娟等[7]抽取全国十几个省市的豆粕和发酵豆粕样品进行检测，分析几种抗营养因子含量的差别，结果显示，发酵豆粕中大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制因子、棉籽糖平均含量都低于豆粕，分别降低了57.7%、63.2%、59.1%、82.5%、82.5%，可见市售豆粕经过发酵处理后，抗营养因子含量明显降低。高雯雯等[8]研究枯草芽孢杆菌与啤酒酵母对固体发酵豆粕营养价值的影响，发现不同配比的复合菌发酵豆粕，都能显著降低(P<0.05)豆粕中植酸的含量。魏炳栋等[9]研究乳酸菌固体发酵酶解对豆粕抗营养因子含量的影响，结果证明，豆粕经乳酸菌发酵后能有效降低豆粕中胰蛋白酶抑制剂、水苏糖和棉籽糖的含量。陈中平等[10]研究米曲霉发酵豆粕的营养特性，结果显示，发酵后豆粕中的植酸、胰蛋白酶抑制因子和脲酶显著降低(P<0.05)，发酵后大分子蛋白(>60 ku)和中分子蛋白(30～60 ku)被降解为小分子蛋白(<30 ku)，豆粕经米曲霉发酵后有效消除了抗营养因子和大豆抗原。

2.2 蛋白质、氨基酸含量提高

发酵过程中，微生物大量繁殖，将培养基中的非蛋白氮、无机氮等物质分解转化为高营养价值的菌体蛋白，提高了蛋白含量、改善了豆粕蛋白质营养品质。同时，微生物生长代谢过程中产生的代谢产物将大分子蛋白降解为氨基酸，使豆粕中氨基酸含量提高，氨基酸组成结构更合理。杨旭等[11]对筛选的一株酿酒酵母固态发酵豆粕，利用响应面法优化提高蛋白含量的条件。结果显示，在接种量7.5%、料水比1:1、培养时间54 h、硫酸铵添加量2%、葡萄糖添加量1%条件下发酵后，豆粕蛋白含量从43.78%提高到53.33%。侯楠楠等[12]研究复合益生菌发酵对豆粕品质的影响，结果显示，与对照组相比，复合菌发酵豆粕组酸溶蛋白含量提高了3.87%，粗蛋白含量提高了6.07%(P<0.05)。张艳萍等[13]研究不同微生物发酵对豆粕营养品质的影响，结果显示，产朊假丝酵母发酵豆粕组粗蛋白含量提高幅度最大，为3.95%；枯草芽孢杆菌发酵组小肽和总氨基酸含量提高最多，分别提高了4.35%和12.57%。李慧娟等[14]用枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌混合发酵豆粕，制备大豆活性肽，在优化的工艺条件下(植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌比例为2:1，料水比为1:0.6，接种量为6%、30 ℃发酵24 h)，甲硫氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等必需氨基酸含量提高了5倍以上。郑环宇等[15]研究混合菌发酵豆粕工艺，在黑曲霉、酿酒酵母、枯草芽菌、植物乳杆菌比例2:2:1:1、料水比1:3、接种量10%、温度33 ℃条件下发酵96 h后，检测发现，发酵后粗蛋白含量为54.22%，比豆粕提高了24.36%；大部分抗原蛋白7S球蛋白亚基和11S酸性亚基被降解为分子质量更小的蛋白亚基；氨基酸含量由未发酵的41.53%提高到48.18%。

2.3 产生小肽

豆粕经过微生物降解作用，能产生具有特殊功能的小肽，在动物体内吸收效率高、吸收快、能耗低、不易饱和，各种肽之间转运无竞争性抑制，因此营养价值更高。肽可提高畜禽饲料中氮的利用率，减少畜禽对含氮物质的排放，对节约蛋白饲料和减轻环境污染具有重要意义[3]。熊涛等[16]筛选出一种甲基营养型芽孢杆菌，进行发酵豆粕研究，以6%的接种量接入豆粕中固态发酵培养，发酵结束后小肽含量高达28.37%，与枯草芽孢杆菌固态发酵豆粕相比提高了9.04%，比未发酵豆粕提高了27.22%。吝常华等[17]研究解淀粉芽孢杆菌发酵豆粕前后营养物质含量的变化，结果显示，豆粕经单菌发酵(解淀粉芽孢杆菌)和混菌发酵(解淀粉芽孢杆菌、植物乳杆菌、酿酒酵母)后，小肽含量较未发酵组分别提高了10.61倍和8.68倍，并且解淀粉芽孢杆菌发酵组小肽含量高于混菌发酵组，差异显著(P<0.05)，分析认为，将蛋白质降解为小肽的酶主要是解淀粉芽孢杆菌产生，而混菌发酵时解淀粉芽孢杆菌接种量较低，长势弱于单菌发酵。何勇锦等[18]用乳酸短杆菌KLDS-1发酵豆粕，在最佳工艺糖蜜添加量3%、含水量50%、接种量35%条件下厌氧发酵48 h，测得样品中小肽含量为26.12%，与发酵前相比提高了22.81%。

2.4 产生大量益生菌菌体及多种生物活性物质

微生物发酵过程产生大量益生菌菌体以及多种生物活性物质(有机酸和多种酶等)，能发挥广泛的调节作用。益生菌能够通过营养和定植位点竞争、生物夺氧、产生抑菌物质及提高动物体免疫力等机制，抑制病原微生物的过度繁殖，保持肠道菌群平衡；菌体代谢产物如酶类(蛋白酶、淀粉酶等)能够补充机体内源性消化酶的不足，提高肠道吸收营养物质的能力，有机酸类则通过降低肠道pH值来抑制有害菌的生长；其他代谢产物如维生素、氨基酸和未知生长因子等，则通过各自的作用机制调节机体的生理功能和病理状态，促进动物的健康[19-23]。陈洁梅等[24]对解淀粉芽孢杆菌发酵豆粕产抗菌肽物质进行研究，结果证明，发酵豆粕浸提液对4株革兰阳性菌表现出良好的抑菌效果，进一步研究分离出了抗菌多肽，认为这些抗菌多肽来源于菌株本身或豆粕蛋白的降解，为拓宽发酵豆粕的使用提供了一定的理论依据。

2.5 改善适口性

发酵过程中产生的游离氨基酸、可溶性肽类以及有机酸类物质，使发酵产物具有酸香或醇香气味，适口性提高，能够增加动物采食量。同时，由于动物肠道功能得到提高，饲料利用率随之提高，进而提高了肉类动物的生产性能[25-26]。惠明等[27]对复合菌发酵豆粕研究，通过对照试验发现，豆粕经米曲霉和枯草芽孢杆菌组合发酵后，样品游离氨基酸平均含量由0.384 μg/mL 升高到16.634 μg/mL，发酵显著提高了豆粕中游离脂肪酸的含量。

2.6 功能性菌种发挥特殊功能

常规益生菌主要对动物肠道、免疫、营养等方面产生有益作用，选用具有特殊性能的益生菌作为发酵菌种，能明显提高发酵产物的临床应用效果。例如利用具有降解霉菌毒素作用的菌种发酵豆粕，在对豆粕进行有效处理的同时，还使发酵产物具备降解霉菌毒素的功能，有利于提高发酵产物的临床实用性。

3 发酵豆粕在养殖上的应用

豆粕中蛋白质含量高，氨基酸均衡，是较为理想的植物性蛋白原料，但含有的抗营养因子影响动物的消化吸收。通过益生菌的发酵作用，可以有效的将大分子蛋白质降解为小肽和游离氨基酸，钝化抗营养因子活性，缓解我国优质蛋白质饲料原料不足的现状。目前，发酵豆粕主要在猪、家禽、水产等方面应用。

3.1 在养猪上的应用

发酵豆粕在养猪生产上的应用，主要表现在提高猪群的生产性能、维护仔猪的肠道形态、提高仔猪的消化功能、免疫水平，提高母猪繁殖的性能等。仔猪肠道消化系统和功能发育不完善，对于豆粕中的抗营养因子较敏感，尤其大豆球蛋白和胀气因子容易造成仔猪腹泻、发育障碍。豆粕经过发酵后，蛋白和抗营养因子得到降解，消化吸收率明显提高。陈玉龙等[28]研究发酵豆粕对保育猪的影响，结果证明，与对照组相比，添加不同比例的发酵豆粕能显著降低料肉比、腹泻率，提高抗体水平，同时能降低猪舍内氨气含量。熊莹等[29]研究添加不同比例发酵豆粕对保育猪性能的影响，研究表明，与对照组相比，添加10.00%的发酵豆粕，猪平均日增重提高20.74%(P<0.05)，料重比降低4.24%(P<0.05)，同时IgA(P<0.01)和IgM (P<0.05)水平显著升高，腹泻率显著下降(P<0.01)。许道光等[30]在育肥猪日粮中添加不同比例发酵豆粕取代普通豆粕，与空白组相比，显著提高育肥猪的日增重(P<0.05)、提高碱性磷酸酶含量(P<0.05)、降低粪便中氨、磷含量(P<0.05)、提高谷胱甘肽过氧化物酶含量和总抗氧化能力(P<0.05)。冯杰等[31]用微生物发酵豆粕饲喂断奶仔猪，与普通豆粕对照组相比，料重比降低8.39%(P<0.05)，腹泻指数降低39.96%(P<0.01)，血清尿素氮含量降低39.47%(P<0.01)，同时减轻了饲料中大豆蛋白导致的肠道过敏损伤，使胃肠道有良好的结构形态。樊春光[32]在母猪日粮中添加10%～15%的复合微生物发酵豆粕，可显著提高断奶仔猪的成活率和断奶重(P<0.05)，从一定程度上降低哺乳仔猪的腹泻率，缩短断奶发情间隔。

3.2 在家禽上的应用

发酵豆粕在生产应用上能提高家禽的生产性能、免疫性能，改善肠道微生态，提高屠宰性能和肉品质。冯会贤[33]将发酵豆粕与生豆粕制成的基础日粮饲喂固始鸡，饲喂28 d，研究发酵豆粕对固始鸡的影响，试验结果显示，发酵豆粕能显著提高鸡的平均日增重、胸腺指数和法氏囊指数。刘小飞等[34]研究不同比例的发酵豆粕替代鱼粉对雏鸡性能的影响，结果表明，发酵豆粕部分替代鱼粉能提高雏鸡的生产性能，提高雏鸡的屠宰率、全净膛率和胸肌率，可降低胸肌肌肉的水损失，提高养殖利润。朱由彩等[35]研究不同比例发酵豆粕替代豆粕对淮南麻黄鸡产蛋性能和繁殖性能的影响，结果显示，与对照组比较，添加5%发酵豆粕，蛋壳硬度提高了0.47%(P<0.05)、蛋白高度提高了1.17%(P<0.01)；添加5%、7%发酵豆粕，公鸡的精子活力显著提升(P<0.01)，孵化率和出雏率显著提高(P<0.05)。可见，发酵豆粕替代部分豆粕对种鸡生产性能有一定的提升作用。

3.3 在水产上的应用

鱼粉中蛋白含量高、氨基酸均衡，是水产养殖中优质的蛋白饲料，但鱼粉价格高。为提高养殖业效益，寻找鱼粉的替代品补充水产蛋白饲料，成为饲料研发的迫切任务。研究表明，发酵豆粕可替代部分鱼粉应用于水产养殖，不影响动物生长。王立改等[36]用部分发酵豆粕替代鱼粉应用于黄姑鱼，结果显示，与对照组相比，增重率、饲料系数和特定生长率、成活率差异不显著(P>0.05)；发酵豆粕替代部分鱼粉，对黄姑鱼的脏体比、肝体比和肥满度影响不显著(P>0.05)，表明发酵豆粕部分替代鱼粉饲喂黄姑鱼具有可行性。闫磊等[37]的研究表明，在洛氏鱥饲料中发酵豆粕替代不超过33.0%的鱼粉时，对洛氏鱥生长、饲料利用和非特异性免疫指标影响不显著。目前，发酵豆粕在畜禽上的研究及应用相对较多，在水产上的研发还处于起步阶段，但发酵豆粕作为一种高蛋白、低抗营养因子和高消化吸收率的蛋白原料，替代部分鱼粉将是水产养殖的一大趋势。

4 展望

随着生活水平的快速提高，人们对肉蛋奶的需求量急剧增加，养殖业随之快速发展，蛋白饲料原料的大量需求面临着严峻考验，寻找价格低廉、营养价值高的蛋白饲料迫在眉睫。

通过微生物的发酵作用，可以有效地将豆粕中的大分子蛋白质降解为小肽和游离氨基酸, 钝化抗营养因子的活性，提高蛋白品质、产生多种生物活性物质，加上微生物本身含有活菌以及相关代谢产物，很大程度上提高了豆粕的品质，能缓解我国蛋白质饲料原料紧缺的现状。发酵豆粕生产工艺较简单，成本低、安全无污染、易于推广，符合国家绿色发展的要求，具有非常大的发展潜力，应用前景广阔。