發酵豆粕的營養特性及作用機制

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摘要：珠峰發酵大豆是應用先進生物工程技術處理優質植物蛋白（豆粕），將原料中高分子蛋白質發酵酶解成中、小分子多肽，同時徹底降解植物蛋白分子中的抗營養因子。發酵大豆除了具有優于大豆蛋白的加工特性（保濕性、發泡性、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，發酵豆粕作為功能性飼料蛋白質而受到廣泛關注。
通過對南昌市近郊生豬養殖狀況的調查來看，目前無論是養殖場還是規模比較大的專業戶，在豬飼料中普遍以玉米、豆粕、麩皮及預混料為主，其中豆粕占相當比重。但是，大豆中含有一定量的胰蛋白酶抑制因子、外源凝集素、致甲狀腺腫素等抗營養成分，豬長期食用后會產生不同程度的消化不良、氨基酸和維生素等營養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用。發酵大豆是應用先打生物工程技術處理優質植物蛋白（豆粕），將原料中高分子蛋白質發酵酶解成中、小分子多肽，同時徹底降解植物蛋白分子中的抗營養因子。發酵大豆除了具有優于大豆蛋白的加工特性（保濕性、發泡性、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，發酵豆粕作為功能性飼料蛋白質而受到廣泛關注。
1豆粕中主要抗營養因子及特點
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營養因子。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蛋白水解酶的作用而使蛋白質消化利用率下降，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，發生補償性反應，造成機能亢進，刺激胰腺分泌過多的胰腺酶，造成胰腺分泌的內源性必須氨基酸缺乏，引起消化吸收功能失調或紊亂，嚴重時出現腹瀉，抑制機體生長和造成胰臟腫大等現象。
1.2血球凝集素    豆粕的水提取物使動物的紅血球發生凝集作用，稱之為血球凝集素。血球凝集素自身具有多價性，能夠導致機體細胞凝集或使糖蛋白產生沉淀，因此在動物腸道中不易被蛋白酶水解。其抗營養作用主要是通過與小腸壁上皮細胞表面的特異性受體（胞外多糖）結合，損壞小腸壁刷狀緣粘膜機構，干擾消化酶的分泌，抑制腸道對營養物質的消化吸收，降低蛋白質利用率，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磷的主要存在形式，大豆中60%-80%的磷都以植酸態形式存在。打斗中植酸含量可達2%，是一種很強的絡合劑，在腸胃中能牢固的粘合金屬離子，形成難溶性的植酸鹽絡合物，導致礦物質元素的利用率降低，使動物出現礦物質缺乏癥，如厭食、消瘦、生長遲緩和脫毛等，嚴重影響機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合，形成植酸蛋白質和酶的復合物，影響蛋白質和酶的生理功能。
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。動物的免疫系統對大豆抗原蛋白特別敏感，可引起過敏反應和腸粘膜損害。過敏反應造成的免疫損傷主要在腸道，表現為腸絨毛萎縮，黏膜雙糖分解酶的數量及活性下降，木糖吸收率降低及血清中抗大豆免疫球蛋白滴度升高，使小腸結構受損、食糜滯留時間縮短，營養物質和礦物質的運轉、吸收紊亂，導致消化不良、腹瀉和生長受阻。現已確信大豆抗原蛋白的過敏反應是仔豬腹瀉的主要原因之一，過敏反應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入動物的大腸中，經腸道產氣微生物作用，穿化成揮發性脂肪酸，然后再產生氣體，如CO2、H2、NH3，也可產生少量甲烷等氣體，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，約占大豆總蛋白質的2%，是一種含非血紅素鐵的蛋白質。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，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，再經裂解酶分解生成短碳鏈的醇、酮和醛類等揮發性物質，產生豆腥味。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價值。
2發酵豆粕的營養特性
2.1抗營養因子含量低或被消除    豆粕抗營養因子的鈍化方法包括物理、化學、生物技術脫毒等，這幾種辦法都是為了解決大豆抗營養因子問題。但目前在飼料行業中最有效的辦法是微生物發酵脫毒技術。其他的幾種脫毒技術都有一定的缺陷，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，限制了產品在飼料行業中的大量使用；而微生物發酵脫毒卻能取得較為滿意的使用效果。通過多菌種、多溫相發酵脫毒技術，可將豆粕中目前已知的多種抗原進行講解，使各種抗營養因子的含量均大幅度下降。發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)，而抗營養因子植酸、伴豆球蛋白、致甲狀腺腫素可有效去除，使大豆蛋白中的抗營養因子下降至飼用水平，基本上消除抗營養因子的抗營養作用。
2.2蛋白、多肽含量豐富    由于采用多菌種混合固態厭氧發酵技術對豆粕進行加工，微生物發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。發酵豆粕中大豆多肽含量超過70%，一般正規產品2-5個氨基酸殘基組成的具有特殊性勝利調節功能的小肽看量超過12%。眾所周知，小肽目前是動物營養學研究的熱點之一，已經證明小肽具有很好的溶解性、抗凝膠形成性、低黏度等特性，在動物體內吸收快、耗能低、不易飽和，各種小肽之間的運轉無競爭性抑制，轉化利用率高。有些小肽還作為特殊生理調節功能的物質直接影響動物健康和生長發育。作為優質飼料蛋白源，是具有肽營養特性的飼料原料，產品適用對象廣泛。
2.3富含氨基酸、且結構合理    發酵處理過程中，微生物大量增殖，其結果不僅提高了發酵大豆蛋白基料的蛋白質水平，而且部分大豆蛋白質發酵時轉化為菌體蛋白，這本身也改變了大豆蛋白質的營養品質。對改變動物的生產性能是至關重要的因素。大豆粕經發酵后蛋白質含量高于52.0%，較發酵前提高21%以上；總氨基酸含量高于48.0%，較發酵前提高24%。可以看出肽蛋白所含蛋白質的量與質均得到顯著改進。
2.4蛋白質品質優良、消化率高    與膨化大豆和濃縮大豆蛋白相比，生物發酵大豆蛋白生產大豆多肽的工藝明顯優于高溫高壓的膨化工藝和乙醇浸提工藝對蛋白質的影響，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性損傷均會造成大豆蛋白質不同程度的變形。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酵大豆蛋白研制的高技術產品，不僅含有降解大豆蛋白產生的多種小肽，還含有微生物發酵產生的多種生活活性物質，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飼料相比，發酵大豆蛋白分解的大豆多肽具有多方面的營養優勢和資源優勢。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，品質恒定，運輸貯存禁忌少，原料來源穩定，不受產地、季節影響。
3發酵豆粕的作用機制
豆粕經過微生物發酵，產品中含有大量的有益微生物，而發酵過程產生的代謝產物以及對發酵底物的降解作用，使得發酵豆粕的成分非常復雜，改善了大豆蛋白的品質。主要表現在：一方面，發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造了厭氧環境，而乳酸菌大量繁殖產生乳酸，降低了PH值，這就使得發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。乳酸發酵過程使得發酵產品大豆多肽具有如下特點：（1）蛋白質消化率高達95%以上，極大的減少了飼料在大腸中的異常發酵，從而降低或消除營養性腹瀉；（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，促進淋巴細胞增生，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環境，改善動物小腸機能，甚至使得發酵豆粕多肽部分替代抗生素成為可能；（5）微生物代謝產物如消化酶，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作用的未知生長因子、維生素等。另一方面，大豆多肽產品的溶解度高、黏度低、抗凝膠形成性好等優良物質特性，使日糧中由黏性組分（如次粉、小麥麩等麥類）引起的抗營養作用消失，使得發酵大豆多肽部分替代飼用復合酶成為可能。
4結語
植物蛋白原料中普遍存在植物過敏原和抗營養因子，使植物蛋白的消化率和生物學效價遠不及魚粉等動物源性蛋白質；同時動物試驗證實植物過敏物質是造成幼齡動物（如斷奶仔豬）出現腹瀉、生長遲緩等營養性疾病的主要原因。所以，人們習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，大多依賴進口。近年來，隨著市場需求的增大和相關資源的逐步枯竭，優質動物源性蛋白的價格不斷攀升，已嚴重影響我國養殖業的利潤水平。因此去除植物蛋白中的抗營養因子，改善植物蛋白的營養品質用于替代動物源性蛋白有著十分重要的意義。
與物理、化學方法相比較，應用生物技術消除或抑制大豆蛋白中的抗營養因子具有無可比擬的優點。這些優點包括：（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）對飼料營養成分不會產生破壞和影響，微生物發酵處理甚至可以講大豆的蛋白質降解呈小肽等，提高蛋白質的利用率；（3）發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，應用比較安全。在大力提倡綠色安全健康養殖的今天，采用生物技術法消除大豆蛋白中的抗營養因子，對緩解我國飼料用優質蛋白質原料的不足，減少養殖業對動物性飼料原料的依賴，降低養殖業的生產成本，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、飼料行業以及養殖行業都將產生積極的推動作用。文章摘自：山東珠峰生物工程有限公司

hlh2006

總結的很詳細，發酵技術應該是在菜粕、棉粕，甚至動物副產物、食品副產物等原料中均可運用，降低抗營養因子，提升飼料原料的價值。