新型蛋白源飼料開發(fā)與應(yīng)用

畜牧人小李

國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院 首席研究員  李愛科

國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院糧食營養(yǎng)領(lǐng)域首席研究員，中國科學(xué)院博士生導(dǎo)師。主要從事糧油營養(yǎng)與安全、動物營養(yǎng)與飼料研究開發(fā)。長期從事糧油蛋白質(zhì)資源及乳酸菌開發(fā)利用技術(shù)研究，參與 10 多本專著編寫。主持的“蛋白質(zhì)飼料資源開發(fā)利用技術(shù)及應(yīng)用”項目獲得 2009 年國家科技進步二等獎，參加的“畜禽氮磷代謝調(diào)控及安全型飼料”項目獲得 2008 年國家科技進步二等獎。主持的“飼用抗生素及其替代產(chǎn)品開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)”獲2011 年大北農(nóng)科技獎一等獎，主持的“發(fā)酵飼料產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”獲 2017 年中國糧油學(xué)會科技獎一等獎。

一、蛋白質(zhì)飼料資源概況

1、我國養(yǎng)殖業(yè)面臨的突出問題

我國飼料資源尤其優(yōu)質(zhì)飼料原料嚴重短缺。糧油飼料資源年需求量達 3.5 億 t 左右，年進口達 1 億 t 以上，大豆和魚粉進口量居世界第一，嚴重影響了飼料業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展！

2、現(xiàn)有蛋白飼料資源尤其是棉籽粕、菜籽粕沒有得到有效利用

我國有大量的雜粕資源，棉籽粕、菜籽粕年產(chǎn)量為1 300 萬 t，其他雜粕超過 800 萬 t，總量占世界第一。其他可開發(fā)的蛋白資源，如水產(chǎn)、畜禽、輕工下腳料等種類很多，但是飼用效價低。由于近些年豆粕價格略低，因此應(yīng)用豆粕比較多，雜粕等蛋白資源未得到有效利用。

3、餅粕飼料原料的營養(yǎng)特性

餅粕類飼料原料的營養(yǎng)特性見表 1。應(yīng)該注意的是，含有的抗?fàn)I養(yǎng)因子及內(nèi)源毒素較多，如果不經(jīng)過有效地處理，應(yīng)用起來會存在較多問題。

4、餅粕飼料原料應(yīng)用的限制因素

餅粕飼料原料的應(yīng)用存在一些限制因素：有效能量低、消化利用率低、蛋白質(zhì)含量變異大、氨基酸組成不理想、棉菜粕纖維含量較高。此外，含有較多的內(nèi)源毒素和抗?fàn)I養(yǎng)因子，比如游離棉酚、硫甙及分解產(chǎn)物、胰蛋白酶抑制因子、抗原蛋白、植物凝集素、胃脹氣因子、植酸、單寧等。

5、解決途徑

我國如此大量的雜粕資源，解決雜粕的應(yīng)用問題具有重要意義。解決途徑有 ：①物理脫毒法。具有暫時性、脫毒率低、破壞營養(yǎng)成分的缺點 ；②化學(xué)脫毒法。具有化學(xué)殘留，而且范圍小、成本高；③酶解法。酶解具有專一性，鈍化效果不一致 ；④培育新品種。比如雙低菜粕等 ；⑤微生物發(fā)酵法。脫毒率高，明顯改善營養(yǎng)品質(zhì) ；⑥與制油工藝相匹配的脫毒方法。制油的同時脫除毒素，不影響制油生產(chǎn)。

二、傳統(tǒng)工藝餅粕營養(yǎng)價值改善技術(shù)

糧食部門一直在從事通過工藝技術(shù)改善餅粕營養(yǎng)價值的研究。從糧油飼料原料營養(yǎng) ( 飼用價值 ) 提高及品質(zhì) ( 外觀色澤等 ) 改善入手，改變傳統(tǒng)工藝，建立畜、禽、水產(chǎn)動物的低 ( 無 ) 豆粕日糧新技術(shù)，減少大豆進口?！暗鞍踪|(zhì)飼料資源開發(fā)利用技術(shù)及應(yīng)用”項目曾榮獲 2009 年國家科技進步二等獎。

棉籽、菜籽首先脫皮脫殼，進行仁殼分離，經(jīng)過了幾十年的改進，這個工藝已經(jīng)非常先進，脫皮的菜籽粕已經(jīng)投向市場，并且改進了傳統(tǒng)的制油工藝，增加了脫毒工藝，從而提升雜粕的營養(yǎng)價值。

菜籽顆粒很小，傳統(tǒng)制油工藝中脫皮、脫殼難度均非常大，造成粗纖維含量很高，達 14% 以上，使菜籽餅粕的粗蛋白質(zhì)只有 30%~37%，明顯低于豆餅 ( 粕 ) ；菜粕的能值也很低，噁唑烷硫酮 (OZT)、異硫氰酸酯 (ITC) 及腈類等物質(zhì)含量高 ；菜籽餅粕由于含皮殼多，造成顏色發(fā)黑，嚴重影響其在工業(yè)化飼料中的商業(yè)價值，降低了菜粕的使用比例 ；菜籽全籽中 90% 以上的植酸、色素、單寧、皂素等抗?fàn)I養(yǎng)因子都存在于種皮之中，能顯著降低營養(yǎng)物質(zhì)利用率及適口性。

國外如加拿大、瑞典等對“雙低”油菜籽的深加工都采用了脫皮等工藝，但這類設(shè)備價格昂貴、機型較大，并不適應(yīng)我國幾千家傳統(tǒng)制油企業(yè)。

通過國家“九五”科技攻關(guān)，菜籽脫皮裝置脫皮率達90%，仁中含殼小于 5%，殼中含仁小于 1%，達到在日處理 100 t 菜籽油廠進行配套應(yīng)用，菜籽粕粗蛋白質(zhì)含量達到40%~44%。國家糧食局科學(xué)研究院等單位通過國家“八五”及“九五”科技攻關(guān)，開發(fā)了通過制油工藝脫除菜籽餅粕中有毒有害物質(zhì)的新方法，使菜粕中硫甙含量降到 0.42% 以下，腈含量 <150 mg/kg，接近國外“雙低”菜籽粕的質(zhì)量標準，同時制油工藝及餅粕質(zhì)量不受化學(xué)脫毒劑影響。

表4  新型菜籽粕營養(yǎng)成分

三、發(fā)酵酶解植物蛋白飼料資源研究進展

并非所有的糧油加工工藝都能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的餅粕，尤其是對加熱不敏感的抗?fàn)I養(yǎng)因子，在低溫的制油工藝中是解決不了問題的，另外有些抗?fàn)I養(yǎng)因子在高溫下也難以被破壞，需要通過其他途徑來解決，生物技術(shù)就是一種有效的途徑。

1、糧油飼料資源營養(yǎng)價值益生菌改善技術(shù)

益生菌可以通過營養(yǎng)調(diào)控和功能提升營養(yǎng)物質(zhì)的利用效率以及動物腸道健康。近年來，益生菌的抗逆性、功能穩(wěn)定化和效果評價研究取得很大的進展，促進了抗生素減量技術(shù)應(yīng)用。

農(nóng)業(yè)部第 1126 號公告《飼料添加劑品種目錄》規(guī)定可以使用的微生物飼料添加劑有 16 種，美國在飼料中允許使用的微生物種類有 46 種。

2、益生菌發(fā)酵改善糧油資源營養(yǎng)價值

發(fā)酵飼料開發(fā)首先就是菌種的問題，目前菌種方面還是存在許多問題，如何保證菌種的安全性、有效性還需要我們后續(xù)做很多工作。在優(yōu)良菌種的基礎(chǔ)上，再經(jīng)過液態(tài)發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵或者多菌種的協(xié)同發(fā)酵以及低溫發(fā)酵等工藝，形成產(chǎn)品。由我們主持的 2017 年中國糧油學(xué)會科技獎一等獎項目——發(fā)酵飼料產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用，建立了多菌種協(xié)同發(fā)酵、全程無高溫的液 - 固發(fā)酵酶解飼料新工藝。結(jié)合國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程、農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗示范項目，進行系統(tǒng)的低毒、低抗?fàn)I養(yǎng)因子、高蛋白質(zhì)含量的優(yōu)質(zhì)發(fā)酵飼料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。

01、發(fā)酵飼料產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)

在新菌種資源方面，建立了菌種高通量篩選方法和菌種資源庫 (2 000 多種 )，獲得可定向降解游離棉酚、ITC 和OZT 和大豆抗原蛋白等的系列高效菌種 ( 航天選育乳酸菌 4株、芽孢菌 5 株、酵母菌 4 株、絲狀真菌 6 株等 )。在新工藝方面，建立了多菌種協(xié)同發(fā)酵、全程無高溫的液 - 固發(fā)酵酶解餅粕飼料新工藝。結(jié)合國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程、農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗示范項目，進行系統(tǒng)的低毒、低抗?fàn)I養(yǎng)因子、高蛋白質(zhì)含量的優(yōu)質(zhì)發(fā)酵飼料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。開發(fā)了一系列高活性、高品質(zhì)的新型發(fā)酵飼料原料產(chǎn)品。

01、新型發(fā)酵棉籽蛋白

發(fā)酵棉粕如果做得好，游離棉酚可以達到 200~400 mg/kg，降低 70% 左右。目前，在新疆低溫生產(chǎn)的棉粕中游離棉酚含量甚至高于國家標準，非常有必要通過發(fā)酵的方法來降低游離棉酚含量。

另外，通過發(fā)酵還可以提高棉粕的小肽含量以及氨基酸的消化率。

02、新型發(fā)酵菜粕

發(fā)酵菜粕真蛋白、小肽分別提高11%、88%，噁唑烷硫酮和異硫氰酸酯、植酸、單寧含量分別下降了 96.20%、83.13%、36.36% 和 19.13%。

03、發(fā)酵豆粕

不同工藝處理發(fā)酵豆粕的各項指標變化很大，發(fā)酵豆粕的抗原蛋白含量可下降 90% 以上，并且會提高小肽含量。我們和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)合作試驗，用 7% 的小肽含量比較高的發(fā)酵豆粕替代 4% 的血漿蛋白完全可以實現(xiàn)，不僅能替代，而且還可以提高豬的采食量。

04、發(fā)酵戊聚糖漿

使小麥淀粉加工副產(chǎn)物戊聚糖漿1.6% 的難消化戊聚糖轉(zhuǎn)化成含量 2.02 mg/mL 的功能性低聚木糖。產(chǎn)品中低聚木糖含量 21.3%，主要由木二糖、木三糖、木四糖組成 ( 占 63%)。

05、真菌毒素污染控制技術(shù)

淀粉加工副產(chǎn)物經(jīng)發(fā)酵后，AFB 1 含量降低了 56.6%，ZEN 含量降低了 64.5%，DON含量降低了 29.4%。

02、內(nèi)源毒素及抗?fàn)I養(yǎng)因子快速檢測技術(shù)

發(fā)酵飼料涉及到的另一個關(guān)鍵問題就是檢測問題，需要能夠快速檢測真菌含量和有毒有害物質(zhì)含量。對此，我們開發(fā)了主要內(nèi)源毒素及抗?fàn)I養(yǎng)因子的低成本現(xiàn)場快速檢測技術(shù)，包括游離棉酚酶聯(lián)免疫試劑盒、大豆胰蛋白酶抑制因子、凝集素檢測試紙條，以特定的單克隆抗體和多重膠體金免疫層析

技術(shù)建立了真菌毒素檢測試紙條，可同時對谷物樣品中20 種真菌毒素進行現(xiàn)場檢測和快速初篩，技術(shù)靈敏度達0.2~10 μg/kg。此外，還建立了發(fā)酵飼料質(zhì)量評價指標，主持、參加噁唑烷硫酮、異硫氰酸酯檢測、飼料級棉籽蛋白、花生餅 ( 粕 )、糞腸球菌、屎腸球菌等 8 個國家標準、行業(yè)標準的制修訂。

03、發(fā)酵飼料自動化成套裝備及生產(chǎn)工藝

針對發(fā)酵飼料長期難以實現(xiàn)規(guī)?；?、自動化生產(chǎn)，造成產(chǎn)品質(zhì)量變異大、穩(wěn)定性差，產(chǎn)業(yè)發(fā)展幾十年停滯不前的“瓶頸”難題，我們結(jié)合前期小試、中試工藝參數(shù)研究，開發(fā)了成套的產(chǎn)業(yè)化工藝裝備。開發(fā)了單臺年處理量 1 萬 ~12 萬 t 的發(fā)酵飼料裝備生產(chǎn)線，發(fā)酵系統(tǒng)的自動化控制系統(tǒng)、安全保障控制系統(tǒng)以及配套的工藝裝備。設(shè)計、開發(fā)、建設(shè)了 10 m 圓盤厭氧生物發(fā)酵裝置和16 m圓盤好氧發(fā)酵裝置各2 套，實現(xiàn)智能化控制，批次發(fā)酵產(chǎn)能分別達到300 t(厭氧發(fā)酵)、120 t( 好氧發(fā)酵)。該套系統(tǒng)是國內(nèi)批次產(chǎn)能最大的固態(tài)發(fā)酵裝置，屬國內(nèi)首套(泰安生力源生物工程有限公司建設(shè)完成)。

3、小麥酶解蛋白

小麥蛋白又稱小麥面筋蛋白或谷朊粉，是小麥淀粉加工的副產(chǎn)物，其蛋白質(zhì)含量在 70%~80%，無抗?fàn)I養(yǎng)因子，是優(yōu)質(zhì)的植物性蛋白源。

小麥蛋白含有較多的谷氨酰胺 (Gln)，小麥是已知植物中谷氨酰胺含量最高的糧食作物，谷氨酰胺為條件性必需氨基酸，在動物生產(chǎn)上有明顯的效用。

谷氨酰胺是生理狀態(tài)下小腸的主要供能物質(zhì)，對維持腸道和免疫系統(tǒng)正常結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能非常重要，尤其對幼齡哺乳動物的生長發(fā)育至關(guān)重要 ；谷氨酰胺還通過各種途徑參與機體生物大分子的合成，調(diào)節(jié)機體酸堿平衡，發(fā)揮抗氧化、抗疲勞、抗應(yīng)激等生物功能，是豬乳中含量最豐富的游離氨基酸，并在維持早期斷奶仔豬腸道結(jié)構(gòu)和功能方面起著重要的作用 (Wu，1994 ；Wu，1996)。

谷氨酰胺在酸性、加熱等條件下不穩(wěn)定，而含有谷氨酰胺的小肽穩(wěn)定性非常好，并且功能與谷氨酰胺基本相同。

小肽類添加劑是一類綠色營養(yǎng)型飼料添加劑，具有特殊生物活性并可促進動物生長和健康。由小麥蛋白水解生產(chǎn)的小肽飼料添加劑，兼有小肽添加劑和谷氨酰胺的特點。

我國每年有大量的小麥蛋白低價出口，但又高價進口酶解后的小麥蛋白產(chǎn)品用于斷奶仔豬的教槽料和保育料。添加 2% 小麥水解蛋白試驗組與對照組斷奶仔豬相比 ( 在斷奶仔豬飼料中的應(yīng)用研究 )，平均凈增重高 2.7 kg，平均日增重高 96.4 g，平均日采食量高 60.6 g，料肉比低 0.29，死淘率為 0。

4、酶法提油技術(shù)

我國小油種油料資源豐富、營養(yǎng)價值高；傳統(tǒng)的浸出、壓榨工藝在小油種油料中應(yīng)用局限性顯著；新提油技術(shù) ( 水酶法提油，以酶降解油料細胞 )。同步制取油和油籽原料中的蛋白質(zhì)、低聚糖等，提高工藝整體經(jīng)濟效益，綠色提油。

設(shè)備投入少，安全性高，能耗低；毛油質(zhì)量好，精煉成本低，精煉損失少。

（根據(jù)李愛科研究員在無血漿蛋白日糧系統(tǒng)解決方案研討會同名報告整理）

來源：飼料技術(shù)匯