发酵豆粕在反刍动物生产中的研究及应用进展

郁元年， 张 彬， 张佩华， 沈维军， 万发春， 汤少勋， 王 祚*

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙 410128；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南长沙410125）

豆粕是大豆制油的副产物，粗蛋白质含量高，氨基酸组成丰富且平衡，赖氨酸、色氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸含量较高（杨小佳等，2013），但豆粕中含有的多种抗营养因子限制了其在动物饲料中的应用。饲料中抗营养因子含量超过畜禽耐受水平时，将影响畜禽的生产性能和机体健康，对幼畜的伤害尤为显著，易导致幼畜消化道功能发育不良，影响其生长发育（Ro..he等，2017；Ts等，1990）。

发酵豆粕是普通豆粕在可控条件下通过微生物（如芽孢杆菌、酿酒酵母等）或酶制剂进行发酵，并经干燥制成的蛋白质饲料原料。发酵能减少抗营养因子，将大分子蛋白质和碳水化合物降解成多肽类和糖类，并且富含益生菌、有机酸、消化酶等多种有益产物，有利于动物的消化吸收，减少豆粕营养损失（Shi等，2017；Mukherjee 等，2015）。此外，发酵豆粕所含的益生菌对于改善动物肠道功能以及减少畜禽生产中抗生素的使用等均有积极意义（彭辉才，2008）。发酵豆粕在未来饲料产业发展中具有广阔应用前景，本文就发酵豆粕的种类、作用机理及其在反刍动物生产中的应用和面临的问题进行综述，旨在为相关研究和生产提供理论依据。

1 发酵豆粕研究进展

1.1 发酵豆粕的菌种选用 目前市场上的发酵菌主要有细菌类（乳酸菌、芽孢杆菌）和真菌类（酵母菌、霉菌）等（张佳斌等，2018）。一般情况下芽孢杆菌等细菌用于产生蛋白酶，分解蛋白质形成小肽和氨基酸，所以细菌发酵的豆粕粗蛋白质含量、可溶性蛋白质含量、抗氧化活性、小肽等指标要稍优于真菌发酵的豆粕（Mukherjee等，2015），而酵母菌和曲霉属真菌有利于抗营养因子的降解 （张连慧等，2017）。感官指标方面，枯草芽孢杆菌发酵豆粕呈偏酸性酱香味，酿酒酵母作为优势菌发酵豆粕具有酵母香，乳酸菌作为优势菌发酵豆粕具有酸香味（张佳斌等，2018）。单菌发酵豆粕工艺条件的优化见表1。

按照发酵菌种的不同，发酵豆粕主要有单菌种发酵和多菌种发酵两种。豆粕发酵是一个动态的协调变化过程，不同微生物发酵条件不一样，同一种微生物在不同生长阶段的最适温度、pH也不一样（李爱江等，2007）。由于豆粕发酵过程中低温耗氧微生物优先繁殖，豆粕温度升高，氧气减少后，嗜温兼性厌氧微生物大量繁殖，厌氧微生物产酸使发酵物pH降低，引起嗜酸性微生物生长（朱长生等，2014）。因此，混合菌种更符合豆粕发酵规律，发酵出的豆粕产品质量相对而言更好 （邢力等，2012）。混合菌发酵豆粕工艺条件的优化见表2。

表1 单菌发酵豆粕工艺条件的优化

表2 混合菌发酵豆粕工艺条件的优化

1.2 发酵豆粕抗营养因子变化 微生物发酵分泌的大量蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等酶，可对豆粕中抗营养因子进行降解，从而消除大量抗营养因子。根据不同的热稳定性可将抗营养因子分为热稳定性抗营养因子和热不稳定性抗营养因子。在常规热处理下，胰蛋白酶抑制因子和大豆凝集素等热不稳定性抗营养因子被显著灭活 （展昕，2008），大豆抗原这类热稳定性因子仍保持较高的致敏性，而通过发酵可降解豆粕中主要抗原蛋白并降低其潜在过敏性。通过发酵，植酸磷也可以被降解和析出成易于消化吸收的可溶性磷。豆粕发酵后抗营养因子的变化见表3。

表3 豆粕发酵后抗营养因子的变化

1.3 发酵豆粕其他营养物质的变化 豆粕经微生物发酵后，蛋白质分子质量发生了明显变化，其中部分蛋白质、纤维和淀粉等大分子营养物质被降解。小肽、游离氨基酸和低聚糖等小分子营养物质水平提高（李世豪，2015）。微生物发酵处理还可以将非蛋白氮转化为菌体蛋白，提高豆粕中真蛋白含量（汤江武等，2003）。豆粕发酵后，其他营养物质的变化见表4。

表4 豆粕发酵后营养成分变化

2 豆粕中抗营养因子及其对反刍动物的影响

2.1 胰蛋白酶抑制因子 胰蛋白酶抑制因子是大豆中主要的抗营养因子之一，按其结构可分为Kunitz胰蛋白抑制因子（KTI）和 Bouman-Birk胰蛋白酶抑制因子 （BBI）（Kumar等，2018）。 其中KTI含量约1.4%，主要抑制动物体内胰蛋白酶活性；BBI含量约0.6%，抑制胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的活性（高美云，2010）。 Khorasani等（1989）和Gorrill等（1967）研究发现，将大豆蛋白作为代乳品蛋白质来源饲喂犊牛，犊牛胰液蛋白质含量会降低导致胰蛋白酶和糜蛋白酶的特异性活性降低。但Kakade等（1976）研究认为，大豆胰蛋白酶抑制因子不会抑制犊牛的生长。

2.2 大豆凝集素 大豆凝集素（SBA）是一种能与小肠壁上皮细胞表面特异性受体相结合的高亲和性糖蛋白（Pan等，2018）。研究表明，成年反刍动物的瘤胃微生物能破坏SBA的活性，且反刍动物小肠黏膜对SBA的通透性较小，不容易吸收SBA，因此SBA对反刍动物的影响较小 （王利民，2007；刘林娜，2006）。由于幼龄反刍动物的瘤胃消化系统没有发育成熟，消化道对SBA比较敏感，常产生超敏反应，因此，其可对幼龄反刍动物肠道细胞增殖和生长发育带来不利影响（叶纪梅，2006）。

2.3 抗原蛋白 豆粕中的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白对幼龄反刍动物致敏影响较大。大豆抗原蛋白能够破坏犊牛肠道上皮的完整性，抑制上皮细胞的增殖，提高肠上皮细胞炎性因子的分泌，使犊牛过敏， 引起腹泻 （Lallès等，1996；Kilshaw等，1979）。 Seegraber等（1986、1982）试验表明，饲喂大豆蛋白的犊牛小肠绒毛萎缩，导致肠道吸收的表面积减少，对木糖的吸收下降。孙泽威（2003）使用初步剥离热不稳定性抗营养因子的豆粉对犊牛进行饲养，发现大豆抗原引起犊牛血清中抗体IgG水平显著升高，木糖浓度显著降低，犊牛肠道出现免疫损伤。通过以上试验，可以发现大豆抗原主要是影响犊牛的肠壁发育以及免疫反应。

2.4 植酸 植酸具有较强的络合性，在消化过程中能与多种带正电荷金属离子形成难溶的植酸盐络合物，导致动物出现矿物质缺乏症，影响机体的正常代谢与生殖能力。Burkholder等（2004）发现，饲粮中添加植酸不会影响泌乳奶牛对氮的摄入和利用。成年反刍动物瘤胃里有5种瘤胃细菌可以产生植酸酶（Yanke等，1998），能有效地分解植酸磷并释放易消化的无机钙和磷（Reid等，2010）。

3 发酵豆粕在反刍动物生产中的应用

3.1 发酵豆粕在犊牛饲料中的应用 母乳是幼畜获取蛋白质的最佳来源，但在生产实践中为了降低鲜奶用量，促进犊牛消化系统的尽早发育，一般提前断奶并使用代乳品哺育犊牛。而质量好的发酵豆粕带有芳香气味和较好的适口性，具有一定的诱食作用，适合替代乳源蛋白。

研究发现，发酵豆粕不仅能提高荷斯坦犊牛的生长性能、饲料摄入量和断奶前的健康状况，而且可能对犊牛的断奶应激有缓解作用 （Kim等，2012；Kwon 等，2011）。王福慧等（2013）发现，由于发酵豆粕中抗营养因子及大分子蛋白质变成小分子物质，改善了豆粕的营养品质，使每头犊牛平均日增重提高0.1 kg，饲料转化率提高0.04，配方每吨成本降低3.60元，犊牛生产性能提高的同时也降低了生产成本。张建营（2016）通过对比发酵豆粕和普通豆粕对荷斯坦犊牛的影响发现，发酵豆粕除了提高了犊牛的生长性能和饲料转化率外，还使犊牛血清免疫球蛋白E含量下降。上述试验表明，发酵豆粕能够不同程度地提高犊牛的生产性能、蛋白质利用率和饲料转化效率，减少犊牛发生过敏性腹泻频率，是犊牛理想的蛋白饲料来源。

3.2 发酵豆粕在奶牛饲料中的应用 微生物发酵可提高豆粕中小肽的含量。小肽是饲料蛋白质在降解为氨基酸过程中的重要产物，有研究表明，小肽可以提高产奶性能、乳蛋白率、乳脂肪率并降低奶牛氮排泄（吴丹丹等，2016；王恬等，2004）。郭春华等（2009）利用黑曲霉、米曲霉组合发酵含有豆粕的蛋白饲料饲喂存在严重乳房炎的荷斯坦奶牛，结果表明试验组奶牛的体细胞数平均比对照组多下降78.29万个/mL，产奶量多1.08 kg/头·d，67%的泌乳牛乳蛋白提高到3.24%以上。蛋氨酸和赖氨酸是奶牛第一限制性氨基酸（Polan，1991）。Sun等（2014）研究发现，发酵增加了豆粕中蛋氨酸、赖氨酸含量，改善了微生物蛋白质合成，产奶量提高且降低了奶牛氮排泄。以上研究表明，含有发酵豆粕的日粮可以改善奶牛的生产性能和乳品质，提高经济效益。

3.3 发酵豆粕在羊饲料中的应用 饼粕类饲料的蛋白质含量高，粗纤维含量少于粗饲料，能量与籽实饲粮相近，是优质的羊蛋白质补充饲料。张晨（2018）研究发现，添加微生物发酵豆粕的颗粒型TMR日粮能够显著提高羔羊的生长性能、平均日增重、饲料转化效率和粗蛋白质的利用率，当添加量为3%时效果最好。并且和常规TMR日粮相比，添加发酵豆粕和饲料颗粒化处理可以显著提高瘤胃内普雷沃氏菌属的相对丰度。方飞（2012）在黄准白山羊公羔日粮中分别用2.5%、5.0%、7.5%的共轭亚麻油酸发酵豆粕等量替代普通豆粕，结果显示共轭亚麻油酸发酵豆粕对黄淮白山羊公羔的肉品质和生长性能无显著影响，但添加7.5%组胴体重及骨肉率优于对照组。关于发酵豆粕在羊饲料方面的研究主要集中在羔羊的生长性能方面，关于其对成年肉羊及奶羊的影响还有待进一步研究。

4 小结

我国禁止在反刍动物饲料中添加动物性蛋白原料，发酵豆粕等微生物发酵蛋白饲料有着广阔的应用前景。虽然发酵豆粕在反刍动物生产中已得到部分应用，并且取得了相对较好的效果，但对于不同种类、不同发育阶段的动物，发酵豆粕的最适添加量还需要开展更多研究加以确定。现阶段发酵豆粕使用的发酵菌群多样，配伍组合繁多，易造成产品不稳定，发酵菌株筛选培养技术和制备工艺还有待提升。对于发酵豆粕在反刍动物方面的饲用标准和相关法律法规需要进一步的制定与完善，以维持饲料市场稳定。只有提高发酵豆粕的质量，更好地满足市场需求，才能得到更广泛的应用。