小麥、玉米、大米是中國產量較大的谷物。中國2017 年谷物產量為61520.53萬t，小麥為13433.39萬t，水稻為21267.59 萬t，玉米為25907.07萬t。麥麩是小麥面粉加工和乙醇生物煉制的主要副產物，我國年產約2600萬t。米糠資源豐富，100kg稻谷可產米糠6~9kg，米糠年產量約1200萬t。玉米皮占玉米粒重量的9%~13%，玉米皮年產量近3000萬t。中國的谷物糠麩產量巨大，但是未充分利用，附加值低，社會效益低?？符熓歉缓参锘瘜W物質的谷物外層，由酚類物質與膳食纖維和β-葡聚糖結合而成，具有廣泛的生物活性。而固態發酵早已應用于生物活性產品開發中，常用于增加食品、飼料中活性成分的含量，分解有害物質。通過微生物的發酵，小麥麩、玉米皮、米糠等含有的抗營養因子含量降低，一些無法利用、利用率低的成分也被分解為易消化的小分子物質，蛋白質含量及消化率提高，可以部分替代蛋白飼料。固態發酵可以降低米糠中的脂肪含量，減少酸敗延長米糠保存時間。另外，通過固態發酵糠麩生產富含有益代謝產物的飼料，能夠為動物提供良好的抗氧化劑、益生菌來源，在合理利用糠麩的同時減少抗生素使用，達到經濟效益、生態效益、社會效益多贏。作者綜述了糠麩的營養價值、發酵菌種、發酵前后變化及其發酵飼料在動物生產的應用，以期為發酵糠麩的應用提供一定依據。 1、糠麩的營養價值 1.1 糠麩的營養成分 1.1.1 小麥麩的營養成分 由表1可見，小麥麩的粗蛋白質(CP)含量較高，為11.77%～17.02%，粗脂肪(EE)為2.33%～3.35%，粗纖維(CF)約8.45%。小麥麩維生素A、D 偏少，維生素E、B含量較高;礦物質元素豐富，含鈣較少而磷偏多，主要為植酸磷。植酸酶活性很強，磷的利用率較高。小麥麩有輕瀉作用，其口感粗糙，有苦澀味。因其結構疏松，在動物生產上常用作添加劑預混料、吸附劑與發酵飼料的載體。小麥麩吸水性較強，易霉變，易被嘔吐毒素污染，不適合長時間儲存。1.1.2 米糠的營養成分 米糠營養豐富，CP含量為13.55%～15.47%，EE 含量為14.77%～19.58%，CF含量為5.99%;脫脂米糠的CP含量為18.63%，EE 含量為2.73% (表1)。米糠還含20.86%膳食纖維、32.92%淀粉、70%可溶性蛋白。米糠飽和脂肪酸(SFA)占總脂肪酸的10.30%，單不飽和脂肪酸43.40%，多不飽和脂肪酸占46.30%;主要脂肪酸為C16∶0、C18∶1、C18∶2(95.05%)。其能量高，適口性好，但大量飼喂會使動物下痢;同時，米糠易發生酸敗，產生刺激性氣味，動物代謝困難，還含有具有顯著致癌毒性的小分子醛類。 1.1.3 其他糠麩的營養價值 黑麥麩、燕麥麩、高粱糠的CP含量較高，中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)含量較低，而玉米皮CP、NDF、ADF含量均較高(表1)。高粱糠含淀粉35.00% ～65.00%。玉米皮鈣、磷含量低且不平衡，分別為0.09%、0.90%，含纖維素16.40%、半纖維素47.68%、木質素5.41%、淀粉15.50%。目前這些雜糠麩在動物生產中的應用較少，主要是作為提取抗氧化活性物質的底物。由于其CP、有機物含量較高，可考慮對提取活性物質后的殘渣進行固態發酵生產發酵飼料。這樣處理既能達到一物多用，又能減少廢物排放污染環境的問題。1.2 糠麩中的功能性物質 1.2.1 酚酸 谷物中的酚類化合物通過增加血液中的抗氧化能力或通過細胞信號間接減輕氧化應激。酚類物質高濃度存在于米糠中(1% ～2%)。黑米糠、秈稻糠、粳稻糠的總酚(以沒食子酸(GAE)計)含量分別為2785.28、409.01、913.37mg/100g，黃酮(以蘆丁計)含量分別為589.93、87.84、140.24mg/100g。紫米糠、白米糠二氯甲烷、甲醇提取物中總酚含量為4.88～88.51、4.90～26.39mgGAE/g，總黃酮為3.55～59.08、1.68～11.62mg兒茶素/g。Najavara水稻麥黃酮能調節人臍靜脈內皮細胞MAPK和PI3K/Akt途徑以及下調NF-kB信號傳導，發揮強大的抗炎作用。高粱糠含單寧0.10%～10.00%，紫杉葉素、紫杉葉苷六糖苷、低聚原花青素和表兒茶素是高粱麩亞臨界水提取物中最豐富的多酚化合物。大麥麩甲醇提取物中總酚含量為125.9～152.9μgGAE/mL，類黃酮含量為85.8～105.4μg表兒茶素/mL。阿魏酸是一種含有類似羥基和苯氧基的酚類化合物，占小麥麩總酚酸的90%以上(1400mg/100g)。小麥麩阿魏酸可以調節YPEN-1細胞蛋白酪氨酸激酶/蛋白酪氨酸磷酸酶平衡，抵抗2，2’-偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽(AAPH)自由基誘導的蛋白質酪氨酸磷酸酶和絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶2A失活，改善氧化應激誘導的炎癥。米糠阿魏酸也能改善小鼠和人體的氧化應激和線粒體生物合成。高粱糠阿魏酸能顯著抑制AAPH 自由基誘導的紅細胞膜氧化(78.0%)。可見不同糠麩來源的阿魏酸均具有較強的抗氧化作用，能夠改善機體健康。1.2.2 多糖/阿拉伯木聚糖 多糖是米糠的主要有效成分，由半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、葡萄糖等組成，其抗腫瘤活性可以通過攻擊腫瘤細胞、清除氧自由基和抗脂質過氧化或增強免疫功能來實現。小麥麩多糖顯著增加免疫抑制小鼠脾臟和胸腺指數，并顯著促進環磷酰胺誘導的血清白介素-2(IL-2)和干擾素γ(IFN-γ)的產生，是潛在的免疫調節劑。阿拉伯木聚糖是非淀粉多糖的一種，由木糖聚合物主鏈組成，具有阿拉伯糖殘基分支。阿魏酸是所有谷物和小麥中主要的細胞壁結合酚酸，其含量與阿拉伯木聚糖呈正相關。用0%～60%、60%～90%乙醇沉淀的脫脂米糠水解產物含有75%的阿拉伯木聚糖，阿魏酸是主要的結合酚酸，對香豆酸次之。米糠阿拉伯木聚糖(MGN-3)在γ射線輻射小鼠中發揮抗氧化活性，可減少輻射引起的身體和器官重量下降。MGN-3可作為增強NK細胞活性的生物反應調節劑，治療神經母細胞瘤。另外，MGN-3能特異性誘導癌細胞凋亡，防止化學誘導大鼠腺胃癌的發生?？梢娒卓钒⒗揪厶蔷哂锌寡趸⒖寡?、抗癌等作用。其他糠麩阿拉伯木聚糖也具有多種生物功能。小麥麩中阿拉伯糖/木糖占58.5%。小麥麩中大部分阿拉伯木聚糖是非水溶性的，可改善腸屏障功能，并參與菌群的變化，還能促進高膽固醇血癥倉鼠糞便脂質的排泄，以及增加結腸短鏈脂肪酸來降低血漿總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇濃度。玉米麩水不溶性阿拉伯木聚糖主要由木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸組成(38.3∶28.2∶22.3∶5.1∶2.5∶0.7∶1.5∶1.4)，具有較強的Fe2+ 螯合活性，對2，2-二苯基-1-苦基肼基(DPPH)自由基具有良好的清除作用。1.2.3 植酸 植酸是一種抗營養因子，它能直接或間接結合礦物質并改變其溶解性、功能性、消化性和吸收能力，從而影響礦物質的生物利用率。植酸磷是小麥和其他谷物中磷的主要儲存形式?？符熤兄菜岷繛?7.69～42.82mg/g(表2)。紫米糠、白米糠二氯甲烷和甲醇提取物中植酸含量分別為2.58～23.11和2.59～12.09mg/g。此外，植酸也具有益生功能:米糠植酸具有降低結腸、直腸癌風險的作用，還可調節肝臟葡萄糖調節酶的活性來降低高脂飲食誘導的高血糖的風險。1.2.4 其他 γ-谷維素是植物甾醇和三萜醇阿魏酸酯的混合物｡紫米糠､白米糠二氯甲烷和甲醇提取物中谷維素含量分別為1.44~20.07 和4.05~13.99mg/g｡γ-谷維素抑制脂多糖刺激的RAW264.7巨噬細胞中活性氧介導的ERK1/2和EGR-1信號,繼而抑制環氧合酶-2的表達,有助于改善炎癥反應｡米糠蛋白可抑制體外膽固醇膠束溶解度,降低大鼠血清膽固醇水平｡米糠蛋白水解肽具有顯著的葡萄糖苷酶和ACE 抑制活性,與治療糖尿病的藥物阿卡波糖功效相當｡β-葡聚糖在谷物中分布廣泛｡小麥麩中β-葡聚糖含量較低(約2%),占全麥膳食纖維總含量的1%以下｡β-葡聚糖可參與降低血清膽固醇水平和減弱血糖反應的生理過程｡大麥麩含3.9%~4.7%的β-葡聚糖｡大麥麩β-葡聚糖對3T3-L1前脂肪細胞的分化有劑量依賴性的抑制作用,高分子量大麥β-葡聚糖(552ku)能明顯降低成熟脂肪細胞(油紅O染色)及細胞內甘油三酯含量｡烷基間苯二酚能保護細胞脂質不受氧化過程的影響｡小麥麩富含烷基間苯二酚(0.3%),比全麥高4倍｡糠麩中也含有對動物生長有負面作用的草酸鹽､胰蛋白酶抑制劑,草酸鹽含量為0.309%~0.445%,胰蛋白酶抑制劑含量為49.74~54.25TIU/g(表2)｡  2、糠麩的發酵菌種 糠麩發酵使用的微生物主要為霉菌､酵母､乳酸菌､芽孢桿菌,少部分使用食用真菌(表3),這些微生物大部分都在飼料添加劑品種目錄(2013)內｡這些菌種除了在發酵過程中產生代謝物,改善糠麩營養價值外,還能夠通過飼料為動物補充益生菌｡益生菌通過改變微生物菌落結構來改善腸道健康,增強免疫調節和反應,提高營養消化率,改善健康狀況,提高動物生長性能｡黑曲霉(Aspergillus niger)､米曲霉(Aspergillus oryzae)和里氏木霉(Trichoderma reesei)等真菌可以產生大量的次生代謝物。黑曲霉可產生乙醛酸、山梨酸、抗壞血酸、富馬酸、葡萄糖酸、檸檬酸、D-半乳糖酸，天冬氨酸、曲霉素等。米曲霉亦能產生豐富的產物：γ-生育酚、D-生育酚、染料木苷、大豆黃素、曲霉素、曲霉酸、生物素、維生素B、檸檬酸、肌醇等。里氏木霉不產生任何霉菌毒素，其代謝產物有α-氨基丁酸和異纈氨酸、西拉菌素、非核糖體肽、含鐵血黃素等。酵母在發酵中發揮著重要作用。酵母能夠利用糖和必需營養素(如氮、無機磷酸鹽和硫酸鹽)以及其他礦物質和維生素合成大分子(如蛋白質、核酸)，能將低值廢棄物轉化為高值飼料。酵母富含磷、鈣、鈉、鋅、鐵、銅、錳和硒等礦物質，B族維生素及以核酸形式存在非蛋白質氮。乳酸菌在發酵技術中應用廣泛，能夠產生維生素B2、維生素B9 和維生素B12，還可通過分解單寧和植酸鹽來提高礦物質的生物利用度。乳酸菌代謝產物(如乳酸、H2O2、細菌素和苯乳酸)對細菌、病毒和真菌具有直接的抗致病活性，能利用宿主不能代謝的營養成分，從而提高飼料的常量和微量元素的生物利用度。乳酸菌通過產生乳酸、降低腸道pH、抑制腸道病原體而提高宿主免疫力。芽孢桿菌是革蘭氏陽性、有氧或兼性厭氧、內孢子形成菌的一個屬，可以對多種細菌和真菌病原體施加體外頡頏或抑制活性，提供消化酶，激活生長因子，并調節水生動物的免疫力。孢子能夠克服胃屏障(低pH)到達小腸，發揮其益生菌功能。  3、糠麩發酵前后變化 3.1 小麥麩發酵前后變化 由表4 可知，發酵小麥麩的CP 含量為23.67%，比發酵前提高56.56%，EE、粗灰分的含量均顯著增加，無氮浸出物含量下降，DM、CP消化率均顯著提高。小麥麩的苦澀味經酵母發酵后變為酒芳香味，葡萄糖透析延遲指數提高，陽離子交換能力下降，CP含量提高79.80%。CP的提高可能是微生物生物量增加，即菌體蛋白增加引起的。而部分微生物能夠將小麥麩碳水化合物轉化為脂質，提高EE含量。 3.2 米糠發酵前后變化 不同菌種發酵米糠前后的營養成分變化不同，發酵后米糠CP均提高，CF均降低，EE和灰分的變化不一致(表4)。微生物菌體蛋白的提高是造成發酵米糠蛋白質提高的主要原因，另外微生物代謝產生多種酶，既能降解蛋白質為氨基酸，又能重新合成氨基酸。而CF的降低主要是由于部分微生物能夠產生纖維素酶，降解纖維素?？莶菅挎邨U菌(Bacillus subtilis)發酵米糠的CP可達20.34%，賴氨酸、纈氨酸、脯氨酸含量分別提高22.83%、37.66%、43.06%。而黑曲霉發酵米糠(水分60%，pH5.5，接種量20mL/100g，37℃發酵102h)的真蛋白含量提高41.88%，蛋氨酸、蘇氨酸占總氨基酸含量分別提高73.92%、22.99%。另外，與發酵小麥麩類似，目前缺乏對發酵米糠消化利用率、霉菌毒素含量等方面的研究。 微生物發酵可改變米糠脂肪酸含量、比例。紅曲霉(Monascus anka)和木耳(Auricularia auricular)發酵使米糠總脂肪酸含量由200.75mg/g分別降至68.35mg/g和79.95mg/g。而Oliveira等研究表明，Rhizopusoryzae 發酵米糠的總脂類在發酵0~120h從20.4%下降到11.2%，而磷脂含量則上升到2.4mg/g;發酵米糠中以油酸、棕櫚酸和亞油酸為主，飽和脂肪酸減少(20%)，不飽和脂肪酸增加(5%)。Liu等發現，發酵前米糠多糖具有更大的分子質量(91.5%在103~104的范圍內，8.5%大于104u)，并且沒有檢測到單糖或寡糖;發酵9d后，分子質量減少(103~104u)，在103~104u僅檢測到2.9%的產物。米糠多糖(葡萄糖，阿拉伯糖，半乳糖，甘露糖和木糖)發酵前摩爾比為32∶4∶6∶2∶5，發酵后為9∶5∶8∶2∶5，葡萄糖明顯減少。但是，以上研究均未探討發酵中米糠酸敗物質的變化，沒有討論發酵米糠的保存時間延長是由于抗氧化能力提高還是脂肪酸含量的改變?這需要更多研究來證實，以期為米糠的長時間保存提供依據。 3.3 其他糠麩發酵前后變化 其他糠麩發酵飼料研究較少，部分糠麩通過發酵可產生功能物質。畢赤酵母菌(Pichia pastoris)25℃發酵玉米皮48h，纖維素含量由16.40%下降到6.22%，半纖維素含量由47.68% 下降到33.45%。產朊假絲酵母、啤酒酵母和白地霉發酵玉米皮(菌液接種量7%，料水比1∶1.8，31℃，發酵80h)，真蛋白質含量可達15.6%，比發酵前提高1.94倍。玉米皮發酵后可溶性膳食纖維含量增加3倍，阿魏酸也顯著增加，植酸含量降低約50%，半纖維素顯著減少。枯草芽孢桿菌NattoD-3發酵小米糠72h，其上清液總抗氧化能力為38.04U/mL、DPPH 自由基清除率75.37%、總還原力0.18、Fe2+螯合能力44.34%，多肽含量為4.28mg/mL，纖溶酶活力為522.64IU/mL。Wu等采用黑曲霉和米根霉發酵燕麥麩，使β-葡聚糖的提取率分別提高到45.57%、51.10%，較發酵前約提高3倍(16.86%)；β-葡聚糖的分子質量分別從6.74×105下降到2.84×105、2.20×105u，表觀黏度降低。真菌Thamnidium elegans CCF1456發酵大麥麩和黑麥麩，可富集γ-亞麻酸。Aspergillusa wamori發酵增加了黑米糠總酚、原兒茶酸和阿魏酸含量(30℃固態發酵5d)，發酵3d達到最大值；發酵黑米糠提取物清除自由基活性和酪氨酸酶抑制活性隨著發酵時間增加而增加。這些變化主要是由微生物豐富的酶系改變的，多樣的酶系能夠促進不同物質的合成或分解，繼而改善糠麩的營養價值。4、發酵糠麩在動物生產中的應用 4.1 發酵小麥麩在動物生產中的應用 發酵小麥麩可以提高動物消化利用率，改善動物的生產性能，降低臭氣排放。研究發現，6%、9%發酵小麥麩替換普通小麥麩飼喂仔豬，末重、平均日增重(ADG)、平均采食量(ADFI)較普通小麥麩顯著提高；料重比、腹瀉率和死淘率下降明顯，且保育仔豬的膚色毛況均得到有效改善。Kraler等發現，與發酵小麥麩相比，飼喂天然和擠壓小麥麩的仔豬(28d)回腸中杯狀細胞數量增加；飼喂發酵小麥麩還能減少仔豬結腸中甲胺含量，而不影響回腸和結腸中的其他生物胺。此外，Kraler等用副干酪乳桿菌、植物乳桿菌發酵小麥麩，添加到缺磷基礎日糧中，結果表明，與無處理小麥麩組比較，發酵小麥麩組生長豬DM、有機物、CF、能量、磷和鈣的總消化道表觀消化率(CTTAD)均有提高，而淀粉的N平衡和CTTAD不受處理影響。利用發酵小麥麩代替小麥麩飼喂育肥豬，育肥豬ADFI增加3.7%，料重比下降4.3%，ADG 提高了8.2%。據報道，添加10%小麥麩或發酵小麥麩均可顯著降低肉雞糞便氨水平(35d)；飼喂Pleurotus eryngii發酵小麥麩可以減少肉雞外周血單核細胞NOX1、ROMO 的表達，增加Nrf2，HO-1 和GST 表達(21d、35d)；發酵小麥麩可提高抗氧化因子的基因表達(如血氧合酶-1和谷胱甘肽-S-轉移酶)并降低脂質過氧化水平，而對肉雞無其他負面影響；10%發酵小麥麩組肉雞血清丙二醛含量(35d)顯著低于對照組。4.2 發酵米糠在動物生產中的應用 發酵米糠在動物生產中應用較少。研究發現，飼喂15%發酵米糠(Bacillus amyloliquefaciens)的雞飼料轉化率(1~35d)分別比飼喂0、5%、10%、20%的提高8.72%、16.92%、27.69%和34.36%。以發酵米糠(枯草芽孢桿菌YB83，5.0×108、5.0×1010CFU/kg)飼喂臨武鴨發現，ADG 分別提高0.72%、0.82%，料重比分別降低0.14%、0.19%，極顯著降低死亡率。研究表明，通過飲用水攝入米糠水提液懸浮液并不能改善5%右旋糖酐硫酸鈉誘導的小鼠炎癥性腸病癥狀，而飼喂植物乳桿菌和釀酒酵母發酵米糠能改善炎癥性腸病癥狀。5、小結 在養殖業中充分利用糠麩類飼料資源，是減能減排、健康的發展模式。微生物發酵處理能提高糠麩營養價值，降低抗營養因子含量，改善糠麩適口性。目前，糠麩飼料化研究主要集中在以下3個方面:①作為食用真菌生長基質，收獲食用真菌時，糠麩發酵基質同時作為動物飼料；②微生物發酵糠麩富集功能物質，提取后的殘渣可作為動物的抗氧化劑、益生菌；③提高糠麩中CP含量，降低CF及抗營養因子含量的處理技術研究。此外，必須重視發酵糠麩中霉菌毒素的問題、篩選不產生毒素的菌種。目前動物生產中發酵糠麩的研究較少、其添加比例､應用動物的品種及年齡均需進一步研究。注：本文由生物飼料開發國家工程研究中心(BFC)小編整理發布，如有任何建議或意見及投稿等，請您加小編微信(18611366384)交流互動。 參考文獻略。 責編：穆圖； 審稿：劉晶晶博士； 來源：中國畜牧獸醫; 作者：崔藝燕、田志梅、魯慧杰、鄧 盾、馬現永、陳衛東； 轉載此文請保留線內的所有內容。 |
京公網安備 11010802025824號