酵母菌发酵植物粕类饲料研究进展

信珊珊，丁 浩，杨 阳，陈伊灵，朱小燕，2，3*，李相前，2，3，刘 培，2

（1.淮阴工学院生命科学与食品工程学院，江苏淮安 223003；2.江苏省益生制剂重点建设实验室，江苏淮安 223003；3.江苏省生物质转化与过程集成工程实验室，江苏淮安 223003）

经济和社会的迅速发展刺激了人们对肉禽蛋奶等畜产品的消费，进而增加了对饲料原料的需求（肖长峰等，2020）。当前我国面临着严重的蛋白饲料资源缺口（杨婧芳，2020），动物蛋白饲料源如鱼粉、羽毛粉等价格昂贵，主要依赖进口，豆粕、菜籽粕、棕榈粕等粕类植物蛋白饲料在我国产量丰富且分布广泛（邓露芳等，2011），具有极大的开发价值。但是植物粕类饲料资源中含有抗营养因子，影响了其在动物养殖中的应用。通过微生物发酵进行处理，既可以降解抗营养因子，又能分解蛋白质等大分子物质，从而提高消化吸收率，还能够产生有益成分，改善品质，提升饲用价值。酵母菌是粕类饲料发酵过程中常用的微生物（王永伟等，2019）。酵母菌在发酵粕类饲料的过程中，能够将饲料中的氮源转化为蛋白质储存在体内，从而增加粗饲料中的蛋白含量（张博，2018）；同时，酵母菌能分泌降解各类抗营养成分和大分子物质的酶系；并且酵母菌在机体的肠道中大量繁殖，可以相对抑制有害菌群的生长（马惠茹等，2021）。酵母菌可以单独发酵粕类饲料，也可以与其他菌种协同发酵，通常混菌发酵的效果会比单菌发酵更加显著（Smid等，2013）。在我国全面禁用抗生素的大环境下，利用酵母菌发酵生产新型饲料越发成为研究热点。

1 植物粕类中的抗营养因子

粕类饲料的主要成分是植物种皮（邓露芳等，2011），这就导致该类饲料的粗纤维含量较高，非反刍类动物难以消化利用这部分营养，而且高含量的粗纤维会影响动物对其他营养物质的吸收。除此之外，粕类饲料中还含有其他不可忽视的抗营养因子（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营养因子（Dai等，2017）。胰蛋白酶抑制因子会在动物体内优先与胰蛋白酶结合，使其失去消化吸收饲料中蛋白质的能力，减缓动物生长发育的同时，还会造成胰腺的病变；抗原蛋白是一种具有致敏性的大分子蛋白，主要存在于豆粕中，会引发机体过敏，情况严重的会导致死亡（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（邓露芳等，2011），可以螯合肠道中的金属离子，生成动物无法降解的金属螯合物，还会抑制淀粉酶和蛋白酶的活性。单宁广泛存在于豆粕、菜籽粕中，棉籽粕中也含有少量的单宁（崔龙等，2017）。单宁进入动物体后，与蛋白质、金属离子等结合，从而影响机体对蛋白质和金属离子的消化吸收，还会降低肠道中消化酶的活性，阻碍肠道吸收营养物质。另外，单宁还是粕类具有辛辣刺激口感的原因，极大降低了粕类饲料的适口性（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营养因子（Wang等，2019）。硫苷在适宜的水和温度条件下分解，生成异硫氰酸酯、噁唑烷硫酮、硫氰酸盐和腈类（孙佩佩，2019），这四种物质都具有毒性，会损伤动物的甲状腺、肝脏、肠道和肾脏。芥子碱是菜籽粕中另一种抗营养因子，味道苦涩，是菜籽粕味道发苦的主要原因。茶皂素是油茶粕中的主要抗营养因子，味道苦涩辛辣，还会溶解血液中的红细胞（黄浦等，2015）。棉酚主要存在于棉籽粕中，多以游离态存在，棉酚被吸收到体内后，会在消化器官、血液或生殖细胞中形成铁和棉酚化合物，危害人和动物的生长和生殖（亓秀晔等，2017）。

2 酵母菌发酵植物粕

2.1 酵母菌发酵豆粕 豆粕是大豆榨油后的副产物，产量在粕类饲料中居于首位。豆粕的粗蛋白质含量都在45%左右（李阳，2020），粗脂肪含量约为1.9%，氨基酸含量丰富，赖氨酸和精氨酸含量分别为3.38%和2.68%（熊海本等，2021），是较为理想的蛋白饲料源。但是豆粕中蛋白质的分子量较高，还有胰蛋白酶抑制因子、植酸和粗纤维等抗营养因子的存在（张亚辉，2018），限制了豆粕在日粮中的添加。通过酵母菌发酵可以显著降低豆粕中抗营养因子的含量，对大分子蛋白也有明显的降解作用。谢鹏等（2019）用热带假丝酵母发酵豆粕，对植酸的降解率达到55.3%。李杰等（2021）用酿酒酵母发酵豆粕，对胰蛋白酶抑制因子的去除率达到97%；对抗原蛋白也有显著的降解效果。Lin等（2017）用酵母菌、芽孢杆菌和乳酸杆菌混合发酵豆粕后，胰蛋白酶抑制因子的降解率达到72.39%；小肽含量由2.16%提升到14.36%，提高了5.64倍。将发酵后豆粕添加进仔猪、肉鸡的日粮中，可以提高动物的采食量和日增重（Wu等，2021；Lin等，2017）。说明在日粮中添加发酵豆粕有益于动物肠道健康，能促进养分的吸收和利用。

2.2 酵母菌发酵菜籽粕 菜籽粕是油菜籽提炼榨油后的产物，我国每年可以产700万t左右的菜籽粕（朱小燕等，2021）。菜籽粕的粗蛋白质含量在30%～45%（Chmielewska等，2020），氨基酸组成合理，赖氨酸和精氨酸含量分别为1.3%和1.83%（熊海本等，2021），是一种优质植物蛋白资源。研究表明，酵母菌发酵可以有效降解菜籽粕中的抗营养因子，提高菜籽粕的营养价值，属于有较大开发价值的粕类饲料（Ashayerizadeh等，2018）。方洁等（2016）利用啤酒酵母发酵菜籽粕，发酵结束后测得硫苷和植酸的降解率分别为63.27%和71.39%；用啤酒酵母与曲霉、芽孢杆菌和乳酸菌联合发酵菜籽粕，硫苷、植酸和芥子碱的降解率分别为75.12%、87.56%和56.00%。吴正可等（2019）用酿酒酵母协同乳杆菌混菌发酵菜籽粕，对硫苷的降解率达到48.79%，总酸和多肽增加率分别为499.65%和148.37%。产朊假丝酵母、乳杆菌和地衣芽孢杆菌协同发酵菜籽粕，硫苷的降解率达到85.02%，多肽含量提升了4.55倍，在日粮中添加适量的发酵菜籽粕提高了肉鸡的生长速率和采食积极性，还有利于肉鸭和仔猪的健康生长（Wang等，2019；胡永娜等，2012；丁小玲等，2011；许甲平等，2010）。可见发酵后的菜籽粕中产生了可以提高动物免疫力和生长性能的物质。

2.3 酵母菌发酵棉籽粕 棉籽粕是棉花籽榨油后的剩余产物，我国的年产量约为600万t，但是使用量仅有1/3（亓秀晔等，2019）。棉籽粕中的粗蛋白质含量可以达到40%～50%，氨基酸种类丰富，精氨酸含量高达3.6%～3.8%，还有丰富的B族和E族维生素（周金影，2021），这些营养特性使得棉籽粕可以作为饲料中的植物蛋白源。但是，游离棉酚、粗纤维等抗营养因子的存在限制了棉籽粕在动物生产方面大量使用。通过微生物发酵既可以降解游离棉酚，又能提升棉籽粕中蛋白质和脂肪等含量。亓秀晔等（2019）用酵母菌单菌发酵棉籽粕时，对游离棉酚的降解率达到了81.83%，酸溶蛋白质量分数由6.63%提升到8.31%。采用酵母菌一号、富邦酵母菌和拉曼酵母菌分别对棉籽粕进行单菌发酵，最终测得对棉酚的降解率分别为73.69%、69.79%和70.19%；另外，发酵后蛋白质和脂肪含量均有明显提升（周金影等，2021）。罗远琴等（2020）用酿酒酵母和枯草芽孢杆菌混合发酵棉籽粕后，极大的提高了粗蛋白质、游离氨基酸和棉籽肽含量，降低了棉籽粕中的粗纤维含量。李金辉等（2022）用瘤胃体外发酵的方式，研究了发酵棉籽粕代替豆粕的影响，结果表明发酵棉籽粕最高可以替代33%的豆粕，对瘤胃正常消化吸收无不良影响。申佳佳等（2021）研究了在马冈鹅日粮中添加发酵棉籽粕对其生长性能等指标的影响，发现发酵棉籽粕的添加量在20%以下无显著影响。

2.4 酵母菌发酵棕榈粕 棕榈果仁榨取棕榈油后的剩余产物就是棕榈粕，其价格低廉，资源丰富。棕榈粕粗蛋白质含量为16%～18%，粗脂肪含量为8%～10%，粗纤维含量为16%～18%，反刍动物可以接受，但是不能用作水产及家禽、猪饲料等（丁翠英，2020；胡贵丽等，2018；张恒，2013）。棕榈粕60%以上的成分都是细胞壁，主要成分是不溶性甘露聚糖（张恒，2013）。多糖的浓度过高会抑制动物对肠道内营养物质的吸收（易文根，2017），这极大的限制了棕榈粕在动物饲料方面的应用。通过微生物发酵降低棕榈粕的粗纤维含量，是提高其饲用价值的有效手段。张恒等（2013）用酿酒酵母和黑曲霉协同发酵棕榈粕，使半纤维素含量减少了25%，粗蛋白质含量增加了58%。于长青等（2019）发现，棕榈粕发酵饲料替代30%的玉米秸秆不影响肉牛的健康生长，并且能使肉牛达到同样的增肥效果。这说明棕榈粕经过发酵后，在饲料中的添加量有极大提高，从而降低养殖成本，提高经济效益。

2.5 酵母菌发酵花生粕 花生粕是花生榨油后的产物，含有丰富的蛋白质，是我国蛋白质饲料原料市场的重要组成部分（孙东伟等，2019）。花生粕中粗蛋白质含量高达38.0%～47.0%，粗纤维含量为4.0%～7.0%，粗脂肪含量为0.5%～2.0%（Zhao等，2012），其代谢能在所有粕类饲料中居于首位。精氨酸含量超过5%，但是蛋氨酸和赖氨酸比较缺乏。花生粕抗营养因子较少，主要存在的问题是容易感染黄曲霉毒素（许欣等，2020）。鲁氏接合酵母固态发酵花生粕最高可以降解花生粕中97%的黄曲霉（Zhou等，2017）。酵母菌发酵还可以提高花生粕中粗蛋白质和氨基酸含量，徐会茹等（2015）将酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌等多种菌种接入花生粕中进行混菌发酵，将蛋白质含量由54.22%提高到58.45%，并且发酵后花生粕中缺少的苏氨酸、蛋氨酸、赖氨酸含量都有明显提高。王增元等（2017）用植物乳杆菌、酿酒酵母和枯草芽孢杆菌混合发酵花生粕，将多肽含量提高到18.89%，比发酵前提高了33.78%。李红琴等（2020）证实了发酵花生粕替代花生粕能改善凡纳滨对虾的生长性能，提高机体免疫力。李百安等（2016）发现，发酵花生粕代替65%左右的鱼粉，对罗非鱼的健康生长无任何不良影响。

2.6 酵母菌发酵芝麻粕 芝麻粕是芝麻籽榨取芝麻油后留下的产物。芝麻粕中含有39%～48%的粗蛋白质，10.4%～12.6%的粗灰分（徐文俊等，2014）。芝麻粕中氨基酸的种类较多，含量丰富，但是赖氨酸的含量较低，为0.56%～1.02%（杨荣等，2020）。芝麻粕中的抗营养因子主要是草酸、植酸和单宁（Fayemi等，2011）。彭惠惠等（2012）用酵母菌发酵芝麻粕，对植酸的降解率达到了53.14%；加入枯草芽孢杆菌混菌发酵后，降解率提升到84.98%，并且发酵后芝麻粕中的多肽等营养物质的含量也有相应的提升。钱森和等（2013）发现，将啤酒酵母和黑曲霉按照1：1的比例接种到芝麻粕中进行发酵，发酵结束芝麻多肽的含量由初始时的1.24%提升到7.12%，提高了5.74倍。Hajimohammadi等（2020）用酿酒酵母和嗜酸乳杆菌发酵芝麻粕后发现，草酸和植酸的含量分别降低了50.8%和43.9%，粗蛋白质的含量提升了12.7%；进一步将发酵后的芝麻粕代替豆粕添加到肉鸡日粮中发现，肉鸡在正常生长的同时，食用发酵芝麻粕的肉鸡体内乳酸菌含量增加，大肠杆菌数量降低，肉鸡的肠道环境得到了极大的改善。宋鹏等（2019）用发酵芝麻粕等氮代替菜籽粕发现，发酵芝麻粕替代11%～23%的菜籽粕，有利于草鱼的健康生长，能够提高饲料利用效率。

2.7 酵母菌发酵油茶粕 油茶籽榨油后的滓渣经过粉碎处理得到的就是油茶粕，目前我国油茶粕的年产量约50万t（刘楚岑等，2020）。油茶粕中粗蛋白质、粗脂肪含量分别是15%、5%左右，糖类占30%～40%（刁欢等，2015）。此外，油茶粕中还有丰富的镁、铁、锌等元素，被视为一种有较大发展潜力的饲料原料。在用作饲料之前，油茶粕需要去除茶皂素、酚类和粗纤维等抗营养因子。周浩宇等（2010）利用产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌和黑曲霉混合发酵油茶粕后，降低了茶皂素、总酚、粗纤维等抗营养物质的含量，粗蛋白质含量提高了55.56%。热带假丝酵母和枯草芽孢杆菌、黑曲霉混菌发酵油茶粕，使粗蛋白质含量提升了2.11倍，粗纤维含量降低了约50%（任仙娥等，2012）。周玥等（2012）用假丝酵母发酵油茶粕，对茶皂素降解率达到了66%以上。刁欢等（2015）用酵母菌和黑曲霉协同发酵油茶粕，使得单宁含量由2.32%下降到0.46%。通过酵母菌等微生物发酵可以降解油茶粕中的茶皂素、酚类和粗纤维等抗营养因子，还能提升粗蛋白质含量。

3 粕类发酵饲料前景展望

动物养殖业的迅速发展使得饲料缺口越来越大，饲料的成本更加成为影响畜牧养殖业经济效益的关键因素。相比于大量进口鱼粉等蛋白质饲料源，成本高昂的同时无法保证稳定的货源，不如加快我国的粕类蛋白饲料的开发利用。我国粕类蛋白饲料资源丰富，除上述提到的豆粕七种以外，还有葵花籽粕、亚麻籽粕和红花籽粕等，都含有丰富的植物蛋白，是潜在的优质蛋白饲料源。微生物发酵饲料具有绿色、高效、成本低等优点，必将是提升粕类饲料利用率的重要推动力。当前的工作重点还是要筛选优质高效的菌株，寻求科学的原料配比，建立起完善的菌株与原料匹配体系，提升发酵能力，改进发酵工艺，进一步提升饼粕类饲料的营养价值，使畜牧业在提供更多优质健康畜产品的同时，提高经济效益，促进自身的长远发展。