發(fā)酵豆粕的營養(yǎng)特性及作用機(jī)制

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摘要：珠峰發(fā)酵大豆是應(yīng)用先進(jìn)生物工程技術(shù)處理優(yōu)質(zhì)植物蛋白（豆粕），將原料中高分子蛋白質(zhì)發(fā)酵酶解成中、小分子多肽，同時徹底降解植物蛋白分子中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。發(fā)酵大豆除了具有優(yōu)于大豆蛋白的加工特性（保濕性、發(fā)泡性、非酸沉性等）與無豆腥味等特性外，還具有易消化、吸收快、抗原性低等許多獨特的生理功能，因此，發(fā)酵豆粕作為功能性飼料蛋白質(zhì)而受到廣泛關(guān)注。
通過對南昌市近郊生豬養(yǎng)殖狀況的調(diào)查來看，目前無論是養(yǎng)殖場還是規(guī)模比較大的專業(yè)戶，在豬飼料中普遍以玉米、豆粕、麩皮及預(yù)混料為主，其中豆粕占相當(dāng)比重。但是，大豆中含有一定量的胰蛋白酶抑制因子、外源凝集素、致甲狀腺腫素等抗?fàn)I養(yǎng)成分，豬長期食用后會產(chǎn)生不同程度的消化不良、氨基酸和維生素等營養(yǎng)成分消化利用率下降以及生長停滯等一系列中毒癥狀，從而限制了大豆蛋白在斷奶仔豬中的應(yīng)用。發(fā)酵大豆是應(yīng)用先打生物工程技術(shù)處理優(yōu)質(zhì)植物蛋白（豆粕），將原料中高分子蛋白質(zhì)發(fā)酵酶解成中、小分子多肽，同時徹底降解植物蛋白分子中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。發(fā)酵大豆除了具有優(yōu)于大豆蛋白的加工特性（保濕性、發(fā)泡性、非酸沉性等）與無豆腥味等特性外，還具有易消化、吸收快、抗原性低等許多獨特的生理功能，因此，發(fā)酵豆粕作為功能性飼料蛋白質(zhì)而受到廣泛關(guān)注。
1豆粕中主要抗?fàn)I養(yǎng)因子及特點
1.1胰蛋白酶抑制因子    胰蛋白酶抑制因子是大豆中主要的抗?fàn)I養(yǎng)因子。動物采食未完全除去胰蛋白酶抑制劑的大豆飼料后，胰蛋白酶抑制劑可能阻礙腸道內(nèi)蛋白水解酶的作用而使蛋白質(zhì)消化利用率下降，引起惡心、嘔吐等腸胃中毒癥狀；胰蛋白酶抑制劑還可作用于胰腺本身，發(fā)生補(bǔ)償性反應(yīng)，造成機(jī)能亢進(jìn)，刺激胰腺分泌過多的胰腺酶，造成胰腺分泌的內(nèi)源性必須氨基酸缺乏，引起消化吸收功能失調(diào)或紊亂，嚴(yán)重時出現(xiàn)腹瀉，抑制機(jī)體生長和造成胰臟腫大等現(xiàn)象。
1.2血球凝集素    豆粕的水提取物使動物的紅血球發(fā)生凝集作用，稱之為血球凝集素。血球凝集素自身具有多價性，能夠?qū)е聶C(jī)體細(xì)胞凝集或使糖蛋白產(chǎn)生沉淀，因此在動物腸道中不易被蛋白酶水解。其抗?fàn)I養(yǎng)作用主要是通過與小腸壁上皮細(xì)胞表面的特異性受體（胞外多糖）結(jié)合，損壞小腸壁刷狀緣粘膜機(jī)構(gòu)，干擾消化酶的分泌，抑制腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，降低蛋白質(zhì)利用率，使動物生長受阻甚至停滯。
1.3植酸    植酸是植物性飼料中有機(jī)磷的主要存在形式，大豆中60%-80%的磷都以植酸態(tài)形式存在。打斗中植酸含量可達(dá)2%，是一種很強(qiáng)的絡(luò)合劑，在腸胃中能牢固的粘合金屬離子，形成難溶性的植酸鹽絡(luò)合物，導(dǎo)致礦物質(zhì)元素的利用率降低，使動物出現(xiàn)礦物質(zhì)缺乏癥，如厭食、消瘦、生長遲緩和脫毛等，嚴(yán)重影響機(jī)體的正常代謝與生殖能力。另外，植酸還能與大豆蛋白或一些酶結(jié)合，形成植酸蛋白質(zhì)和酶的復(fù)合物，影響蛋白質(zhì)和酶的生理功能。
1.4大豆抗原蛋白    大豆中存在4種具有抗原性和致敏性的球蛋白，即大豆蛋白和3種半球蛋白。動物的免疫系統(tǒng)對大豆抗原蛋白特別敏感，可引起過敏反應(yīng)和腸粘膜損害。過敏反應(yīng)造成的免疫損傷主要在腸道，表現(xiàn)為腸絨毛萎縮，黏膜雙糖分解酶的數(shù)量及活性下降，木糖吸收率降低及血清中抗大豆免疫球蛋白滴度升高，使小腸結(jié)構(gòu)受損、食糜滯留時間縮短，營養(yǎng)物質(zhì)和礦物質(zhì)的運轉(zhuǎn)、吸收紊亂，導(dǎo)致消化不良、腹瀉和生長受阻。現(xiàn)已確信大豆抗原蛋白的過敏反應(yīng)是仔豬腹瀉的主要原因之一，過敏反應(yīng)還可引起仔豬的體重下降和突然死亡等。
1.5大豆低聚糖    大豆低聚糖是大豆可溶性寡糖的總成，包括水蘇糖（4%）、棉籽糖（1%）和蔗糖（5%）等。蔗糖容易被吸收，而棉籽糖和水蘇糖是半乳糖類的非還原性糖，由于動物小腸黏膜中缺乏α-半乳糖苷酶，棉籽糖和水蘇糖不能被消化而直接進(jìn)入動物的大腸中，經(jīng)腸道產(chǎn)氣微生物作用，穿化成揮發(fā)性脂肪酸，然后再產(chǎn)生氣體，如CO2、H2、NH3，也可產(chǎn)生少量甲烷等氣體，從而引起動物嗝氣、腸鳴等腸胃脹氣或腹疼現(xiàn)象。
1.6脂肪氧化酶    脂肪氧化酶又稱抗維生素因子，它在大豆蛋白中的含量比較高，約占大豆總蛋白質(zhì)的2%，是一種含非血紅素鐵的蛋白質(zhì)。該酶只要遇到水分，就能專一催化大豆中多元不飽和脂肪酸（亞油酸、亞麻酸）的加氧反應(yīng)，生成過氧化物可以破壞與其共存在維生素A、維生素D、維生素E、維生素B12和胡蘿卜素，生成具有共軛雙鍵的脂肪酸氫過氧化物，再經(jīng)裂解酶分解生成短碳鏈的醇、酮和醛類等揮發(fā)性物質(zhì)，產(chǎn)生豆腥味。另外，脂肪酸氧化酶氧化生成的過氧化物，可破壞脂肪中的維生素A、維生素D、維生素E等脂溶性維生素及胡蘿卜素的活性，從而降低大豆蛋白的效價和營養(yǎng)價值。
2發(fā)酵豆粕的營養(yǎng)特性
2.1抗?fàn)I養(yǎng)因子含量低或被消除    豆粕抗?fàn)I養(yǎng)因子的鈍化方法包括物理、化學(xué)、生物技術(shù)脫毒等，這幾種辦法都是為了解決大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子問題。但目前在飼料行業(yè)中最有效的辦法是微生物發(fā)酵脫毒技術(shù)。其他的幾種脫毒技術(shù)都有一定的缺陷，物理脫毒法成本不高但只能消除熱敏性抗原；化學(xué)法能有效去除大部分的抗原，但成本較高；酶解法處理豆粕，雖然安全無害，但成本也過高，限制了產(chǎn)品在飼料行業(yè)中的大量使用；而微生物發(fā)酵脫毒卻能取得較為滿意的使用效果。通過多菌種、多溫相發(fā)酵脫毒技術(shù)，可將豆粕中目前已知的多種抗原進(jìn)行講解，使各種抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量均大幅度下降。發(fā)酵豆粕中胰蛋白酶抑制因子一般<200TIU/g，凝血素<6ug/g，寡糖<1%，脲酶活性<0.1mg/(g.min)，而抗?fàn)I養(yǎng)因子植酸、伴豆球蛋白、致甲狀腺腫素可有效去除，使大豆蛋白中的抗?fàn)I養(yǎng)因子下降至飼用水平，基本上消除抗?fàn)I養(yǎng)因子的抗?fàn)I養(yǎng)作用。
2.2蛋白、多肽含量豐富    由于采用多菌種混合固態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)對豆粕進(jìn)行加工，微生物發(fā)酵過程中分泌的蛋白酶使大豆蛋白被分解成小分子蛋白和小肽分子。發(fā)酵豆粕中大豆多肽含量超過70%，一般正規(guī)產(chǎn)品2-5個氨基酸殘基組成的具有特殊性勝利調(diào)節(jié)功能的小肽看量超過12%。眾所周知，小肽目前是動物營養(yǎng)學(xué)研究的熱點之一，已經(jīng)證明小肽具有很好的溶解性、抗凝膠形成性、低黏度等特性，在動物體內(nèi)吸收快、耗能低、不易飽和，各種小肽之間的運轉(zhuǎn)無競爭性抑制，轉(zhuǎn)化利用率高。有些小肽還作為特殊生理調(diào)節(jié)功能的物質(zhì)直接影響動物健康和生長發(fā)育。作為優(yōu)質(zhì)飼料蛋白源，是具有肽營養(yǎng)特性的飼料原料，產(chǎn)品適用對象廣泛。
2.3富含氨基酸、且結(jié)構(gòu)合理    發(fā)酵處理過程中，微生物大量增殖，其結(jié)果不僅提高了發(fā)酵大豆蛋白基料的蛋白質(zhì)水平，而且部分大豆蛋白質(zhì)發(fā)酵時轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，這本身也改變了大豆蛋白質(zhì)的營養(yǎng)品質(zhì)。對改變動物的生產(chǎn)性能是至關(guān)重要的因素。大豆粕經(jīng)發(fā)酵后蛋白質(zhì)含量高于52.0%，較發(fā)酵前提高21%以上；總氨基酸含量高于48.0%，較發(fā)酵前提高24%。可以看出肽蛋白所含蛋白質(zhì)的量與質(zhì)均得到顯著改進(jìn)。
2.4蛋白質(zhì)品質(zhì)優(yōu)良、消化率高    與膨化大豆和濃縮大豆蛋白相比，生物發(fā)酵大豆蛋白生產(chǎn)大豆多肽的工藝明顯優(yōu)于高溫高壓的膨化工藝和乙醇浸提工藝對蛋白質(zhì)的影響，膨化工藝對大豆蛋白造成的物理損傷和乙醇浸提造成的化學(xué)性損傷均會造成大豆蛋白質(zhì)不同程度的變形。肽蛋白的體外消化率大于95.3%，堿溶解蛋白大于84.7%，水溶解度大約21.8%，動物吸收利用率接近90%，高于魚粉。乳糖、乳酸等則可改善適口性。
2.5富含多種生物活性因子    飼用大豆多肽是用多種有益微生物在特定工藝條件下發(fā)酵大豆蛋白研制的高技術(shù)產(chǎn)品，不僅含有降解大豆蛋白產(chǎn)生的多種小肽，還含有微生物發(fā)酵產(chǎn)生的多種生活活性物質(zhì)，可以減少酸化劑和酶制劑的添加量，甚至不加。既為動物提供易于利用、抵抗原性的大豆多肽，還兼具益生素的功效，這對維護(hù)乳仔豬的腸道健康、保障其生長性能具有積極的意義。
2.6無污染、安全可靠    無論與魚粉、血漿蛋白粉、腸膜蛋白、肉骨粉等動物源性蛋白質(zhì)飼料相比，還是與膨化大豆、豆粕、棉粕及菜粕等植物類蛋白質(zhì)飼料相比，發(fā)酵大豆蛋白分解的大豆多肽具有多方面的營養(yǎng)優(yōu)勢和資源優(yōu)勢。由于是完全植物蛋白，它安全無污染，能完全或部分取代幼齡動物飼料中的魚粉、乳清粉、血漿蛋白粉。與動物蛋白（魚粉、血漿蛋白）相比，價格低，品質(zhì)恒定，運輸貯存禁忌少，原料來源穩(wěn)定，不受產(chǎn)地、季節(jié)影響。
3發(fā)酵豆粕的作用機(jī)制
豆粕經(jīng)過微生物發(fā)酵，產(chǎn)品中含有大量的有益微生物，而發(fā)酵過程產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物以及對發(fā)酵底物的降解作用，使得發(fā)酵豆粕的成分非常復(fù)雜，改善了大豆蛋白的品質(zhì)。主要表現(xiàn)在：一方面，發(fā)酵大豆多肽中含有混合菌，這些混合菌包括乳酸菌、酵母菌和芽孢桿菌，酵母菌和芽孢桿菌等好氧菌的存在為乳酸菌的生長繁殖創(chuàng)造了厭氧環(huán)境，而乳酸菌大量繁殖產(chǎn)生乳酸，降低了PH值，這就使得發(fā)酵料成品具有濃郁的酸香味，從而改善適口性，提供動物采食量。乳酸發(fā)酵過程使得發(fā)酵產(chǎn)品大豆多肽具有如下特點：（1）蛋白質(zhì)消化率高達(dá)95%以上，極大的減少了飼料在大腸中的異常發(fā)酵，從而降低或消除營養(yǎng)性腹瀉；（2）蛋白多肽含量超過70%，顯著提高了氨基酸與礦物質(zhì)元素的吸收利用率；（3）具有生物活性的小肽能顯著的提供動物血液中胰島素水平，促進(jìn)淋巴細(xì)胞增生，提高動物免疫水平；（4）益生菌和乳酸，能抑制腸道中有害菌的繁殖，保持腸道健康的微生態(tài)環(huán)境，改善動物小腸機(jī)能，甚至使得發(fā)酵豆粕多肽部分替代抗生素成為可能；（5）微生物代謝產(chǎn)物如消化酶，可提高飼料的消化率。微生物代謝物中還有對動物油直接營養(yǎng)作用的未知生長因子、維生素等。另一方面，大豆多肽產(chǎn)品的溶解度高、黏度低、抗凝膠形成性好等優(yōu)良物質(zhì)特性，使日糧中由黏性組分（如次粉、小麥麩等麥類）引起的抗?fàn)I養(yǎng)作用消失，使得發(fā)酵大豆多肽部分替代飼用復(fù)合酶成為可能。
4結(jié)語
植物蛋白原料中普遍存在植物過敏原和抗?fàn)I養(yǎng)因子，使植物蛋白的消化率和生物學(xué)效價遠(yuǎn)不及魚粉等動物源性蛋白質(zhì)；同時動物試驗證實植物過敏物質(zhì)是造成幼齡動物（如斷奶仔豬）出現(xiàn)腹瀉、生長遲緩等營養(yǎng)性疾病的主要原因。所以，人們習(xí)慣使用價格昂貴的動物源性蛋白配制高檔飼料，我國動物蛋白資源非常短缺，大多依賴進(jìn)口。近年來，隨著市場需求的增大和相關(guān)資源的逐步枯竭，優(yōu)質(zhì)動物源性蛋白的價格不斷攀升，已嚴(yán)重影響我國養(yǎng)殖業(yè)的利潤水平。因此去除植物蛋白中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，改善植物蛋白的營養(yǎng)品質(zhì)用于替代動物源性蛋白有著十分重要的意義。
與物理、化學(xué)方法相比較，應(yīng)用生物技術(shù)消除或抑制大豆蛋白中的抗?fàn)I養(yǎng)因子具有無可比擬的優(yōu)點。這些優(yōu)點包括：（1）處理效率高，成本低，尤其是酶制劑處理和微生物處理的效率很高，成本很低；（2）對飼料營養(yǎng)成分不會產(chǎn)生破壞和影響，微生物發(fā)酵處理甚至可以講大豆的蛋白質(zhì)降解呈小肽等，提高蛋白質(zhì)的利用率；（3）發(fā)酵處理可明顯提高大豆的適口性，有一定的誘食效果，沒有殘留，應(yīng)用比較安全。在大力提倡綠色安全健康養(yǎng)殖的今天，采用生物技術(shù)法消除大豆蛋白中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，對緩解我國飼料用優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)原料的不足，減少養(yǎng)殖業(yè)對動物性飼料原料的依賴，降低養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)成本，提高飼料的安全性等都具有重要的意義，對我國大豆種植業(yè)、飼料行業(yè)以及養(yǎng)殖行業(yè)都將產(chǎn)生積極的推動作用。文章摘自：山東珠峰生物工程有限公司

hlh2006

總結(jié)的很詳細(xì)，發(fā)酵技術(shù)應(yīng)該是在菜粕、棉粕，甚至動物副產(chǎn)物、食品副產(chǎn)物等原料中均可運用，降低抗?fàn)I養(yǎng)因子，提升飼料原料的價值。