發酵豆粕——背后的發酵菌種和工藝大“揭秘”【一】

畜牧人小李

豆粕是最重要的植物蛋白原料，產量大且富含必需氨基酸。但是，豆粕中的抗營養因子(低聚糖，胰蛋白酶抑制因子和抗原蛋白等)限制了其在幼齡動物中的應用(Li等，1991)。抗營養因子去除的方法包括物理法(膨化、微波和蒸汽處理等)，化學法(pH處理，化學試劑浸泡和糖基化修飾等)和生物法(酶解，微生物發酵和發芽等)(Yang等，2011)。其中發酵是除去抗營養因子、提高豆粕營養價值最有前景的方案之一，2016年我國發酵豆粕消費量已增長至50萬噸左右，近十年來消費量的年均復合增長率約為20%(肖蒙，2017)。同時，豆粕發酵行業的工藝和設備也得到了不斷的進步。

一、發酵豆粕常用微生物的特性

乳酸菌是食品工業中常用的菌種之一，主要用于碳水化合物發酵，如酸奶和泡菜的生產。然而，用于蛋白類食品(如豆類)發酵的主要菌種是曲霉(豆腐乳)和芽孢桿菌(納豆)，因為他們具有強大的酶(碳水化合物酶、蛋白酶和肽酶)分泌能力。酵母是一種真核單細胞微生物，其中釀酒酵母將碳水化合物轉化為二氧化碳和酒精用于酒類生產。這四類菌種的特性和應用見表1，其中芽孢桿菌因其兼具快速的生長能力和強大的產酶特性，被認為是發酵豆粕生產的“最佳”選擇。

表1.發酵豆粕主要生產菌種的特性和應用

二、發酵菌種對豆粕蛋白分解能力比較

乳酸菌的蛋白分解能力因其蛋白酶活性差異很大，其中一些能直接分解和利用蛋白，另一些則只能利用蛋白胨，小肽或氨基酸。江南大學研究表明盡管乳酸菌的蛋白分解能力變異較大，但其最大的蛋白水解度也只有2.49%(Wang, 2007，圖1)。相對而言，飼料研究所研究發現芽孢桿菌和曲霉的蛋白水解度是乳酸菌的十倍以上(Teng等，2012)。

圖1.不同來源乳酸菌對豆粕蛋白的水解度

三、單菌發酵和混菌發酵豆粕工藝

在微生物的特點方面，常常反復被“告知”——芽孢桿菌產酶，乳酸菌產乳酸，酵母有特殊香味……，所以大家往往樂意接受集“十項全能”于一身的“混菌”發酵。但微生物因各有“脾氣”，對“生活和生長”環境(溫度、濕度、pH值和發酵底物中的碳氮源等)有著“嚴苛”的要求，且相互之間有競爭關系(圖2)，如做“酸菜”不一留神變成“霉菜”。特定的發酵環境下，“混菌”發酵實質上只有“某類強勢菌”在“起作用”。因此，實際生產中微生物發酵結果與“環境的工藝控制”息息相關且控制難度大，事實上“單菌”發酵在現代工業化生產的實現并不容易。以“芽孢桿菌發酵豆粕”生產為例，不能解決因粘度增加導致的“供氧難題”，實質上生產的也是“厭氧”發酵產品。

圖2. 不同菌種之間競爭關系圖解

四、主要發酵豆粕生產設備分析

經過十幾年的發展，國內的發酵設備和工藝的不斷進步，如圖3中的發酵池、發酵箱、固態反應器和鏈式自動發酵機等等。簡單從工藝設備來看，發酵池和發酵箱主要的發酵工藝為厭氧發酵，盡管一些廠家也有翻動工藝，但是遠不能滿足芽孢桿菌等“好氧菌”的發酵要求。固態反應器和履帶式自動發酵機主要工藝為好養或兼性厭氧發酵，其工藝基本上分為兩個階段：(1)發酵初期，物料粘度小，通過攪拌或淺層堆積供應氧氣，好氧菌得以快速生長并產酶;(2)發酵后期，物料粘度增大，反應器攪拌難度也加大，發酵機物料中間氧氣耗盡，乳酸菌等厭氧菌成為“優勢菌群”，開始厭氧發酵。同時，這類發酵容易引發好氧菌的“霉菌”污染問題。

圖3. 豆粕發酵主要工藝設備

五、總結

(1)芽孢桿菌因其生長速度快，具備強大的蛋白酶和碳水化合物酶的分泌能力，是生產發酵豆粕的“最佳”單一菌種。

(2)微生物發酵豆粕的結果取決于生產工藝控制，微生物發酵“工藝控制”是產品質量的“生命線”。

韓國CJ(希杰)集團憑借國際領先的發酵技術，歷經數年潛心研究，傾力打造芽孢桿菌全程單一菌有氧發酵豆粕-速益肽，獨有益生菌，更高蛋白降解、更低抗營養因子殘留，為畜禽、水產健康綠色養殖保駕護航!

（文章來源：CJ希杰BestProtein）