菌酶协同发酵生产蛋白饲料的研究进展及应用

共享2931 2023-03-09 发布于广东

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摘要:菌酶协同发酵兼具微生物发酵和酶解的优势，能够有效降解饲料原料中的抗营养因子和有毒物质，提高饲料适口性和营养价值，缓解饲料蛋白资源缺乏的现状。文章对菌酶协同发酵常用菌种和酶、发酵工艺影响因素、菌酶协同发酵饲料的优势及发酵饲料在养殖业中的应用进行综述，为菌酶协同发酵生产蛋白饲料的研究提供参考。

随着我国蛋白资源短缺问题的出现，寻找其他原料弥补优质蛋白资源匮乏成为目前需要解决的问题。我国非常规饲料原料来源广泛，富含维生素、蛋白质等营养成分，但存在抗营养因子和有毒物质且适口性差以及营养成分不平衡、差异大等缺点。菌酶协同发酵是在微生物发酵工艺的处理下添加一定量的酶进行协同发酵，兼具酶解法和微生物发酵法的优点，能将原料中的抗营养因子降解，调节饲料苦味，改善饲料适口性，弥补单一微生物发酵产酶不足和酶解口味不佳等问题，促进动物采食，提高饲料转化率和营养价值。因此，菌酶协同发酵饲料原料生产蛋白饲料能够充分利用我国非常规饲料资源，有效缓解我国蛋白饲料不足的压力，促进养殖业发展。

1菌酶协同发酵生产蛋白饲料的研究

1.1菌酶协同发酵常用的菌种和酶

菌酶协同发酵常用的菌种主要包括芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌以及霉菌。芽孢杆菌类主要有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌和蜡质芽孢杆菌等，能降解抗营养因子和有毒物质，分泌纤维素酶和蛋白酶将纤维素和大分子蛋白降解，调节动物肠道健康。酵母菌类主要有酿酒酵母、产阮假丝酵母和啤酒酵母等，能使发酵饲料产生酒香味，改善饲料适口性，提升饲料风味，且因其本身是菌体蛋白，可增加蛋白产量，增加饲料利用率。乳酸菌类主要有植物乳杆菌、干酪乳杆菌、乳酸杆菌和乳酸片球菌等，能产生多种有机酸和细菌素进而降低饲料pH值，抑制有害菌生长，提升饲料营养品质，促进动物采食，增强动物免疫力。霉菌类主要有米曲霉、根霉、木霉、黑曲霉和青霉等，霉菌类菌株能分泌胞外酶，如蛋白酶、半纤维素酶和纤维素酶等来分解原料中的淀粉和蛋白来提升发酵效果和增加饲料利用率。常用酶主要是非淀粉多糖酶和蛋白酶。非淀粉多糖酶主要是纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和甘露糖酶等，可将饲料原料中的纤维破坏使营养物质得以释放，且可将原料中碳水化合物分解为葡萄糖和氨基酸等小分子物质为菌群提供能源，促进动物吸收消化。蛋白酶主要是风味蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶和木瓜蛋白酶，能将饲料原料中动物不易吸收的蛋白质降解为小分子肽，增加产物肽的含量和饲料利用率，降解饲料含有的原料抗营养因子、维持动物肠道健康。

1.2菌酶协同发酵工艺影响因素

1.2.1发酵温度

在菌酶协同发酵生产蛋白饲料过程中，温度是菌群生长繁殖和酶活性的重要影响因素。温度过低，发酵体系中的菌群生长缓慢且酶活性低，产物蛋白质含量少，发酵底物的营养成分利用率不高。随着发酵温度升高，固态发酵中蛋白质含量逐渐增多。但当发酵温度超过适宜范围继续升高发酵温度，发酵蛋白质含量不增反降，这是由于高温虽然有利于酶解反应，但是过高的温度会抑制菌群正常生长繁殖，从而降低蛋白质含量。

1.2.2接种量

接种量也是影响发酵的因素之一。在一定接种量范围内，随着接种量的增加，粗蛋白含量逐渐增加。但超过这个范围继续向培养基中添加接种量，发酵体系内的蛋白质含量会有下降趋势但最终会趋于平稳，可能是培养基中的营养成分有限，不能够满足大量菌群的营养需求，导致蛋白质含量没有明显增加。

1.2.3料液比

水分含量对菌种的生长繁殖和酶活性起着重要的作用。当料液比在一定范围内增加，蛋白质产量也随之增加，这可能是发酵体系内料液疏松度适合菌群生长繁殖，但水分含量继续增大，反而抑制菌群的生长繁殖，导致蛋白质含量下降。一方面，可能是添加的菌属于好氧型，水分过多会抑制其生长，且水分过高易出现污染杂菌和底物团结严重的现象;另一方面，水分含量过高导致酶活力下降，导致酶解后蛋白质含量下降。

1.2.4发酵时间

发酵时间对菌酶协同发酵产蛋白量有影响很大。发酵时间太短，菌群活性低，底物未被完全降解，产物蛋白质含量少。产物蛋白质的含量随着发酵时间的延长不断累积。但发酵时间过长，产物中的蛋白质被进一步分解为游离氨基酸，导致产物含量下降。另外，发酵时间太久使得发酵体系中可提供菌群生长需要的碳水化合物等物质被大量消耗，也会导致产物蛋白质含量降低。

1.3菌酶协同发酵饲料的优势

1.3.1有效降解有毒物质及抗营养因子

饲料原料中抗原蛋白、胰蛋白酶抑制剂、低聚糖和植酸等抗营养因子和有毒物质影响动物对饲料营养物质的消化、吸收和利用。菌酶协同发酵兼具微生物发酵法和酶解法的优点，利用菌群分泌的胞外酶、代谢产物和蛋白酶系协同作用，可降解饲料原料中的抗营养因子和有毒物质。帖余等研究发现，在黑曲霉和酶解的协同作用下，菜粕内的抗营养因子植酸从34.45 mg/g降到1 mg/g以下，硫苷含量由31.38 μmol/g降为11.31 μmol/g，表明经菌酶协同处理菜粕能使抗营养因子和有毒物质的降解程度更高。在菌酶协同发酵优化的工艺条件下，豆粕经过枯草芽孢杆菌分泌的酶系及中性蛋白酶协同作用处理，可达到消除豆粕中抗营养因子的目的。可见，菌酶协同发酵能有效降解饲料原料中有毒物质以及抗营养因子。

1.3.2提高饲料转化率和营养价值

菌酶协同发酵主要是通过菌株产生的代谢产物、增强微生物对饲料原料中大分子物质的利用以及酶对饲料原料的降解为菌株合成菌体蛋白提供能量，进而提高饲料营养价值和转化率。刘辉等使用纤维素酶和酵母菌混合物对玉米秸秆饲料进行菌酶协同处理发现，与未发酵玉米秸秆相比，在最优工艺条件下进行菌酶协同发酵的粗蛋白含量升高4.67倍，达到29.71 %，表明菌酶协同发酵可增加饲料营养价值和转化率。赵小惠等发现，枪鱼暗色肉经中性蛋白酶和枯草芽孢杆菌协同发酵后，发酵体系内小肽含量由28.89 mg/g上升到185.59 mg/g，且氨基酸组成平衡，表明枪鱼暗色肉经菌酶协同发酵可将大分子蛋白质有效降解，提升饲用肽的营养价值。可见，菌酶协同发酵利用菌种和酶协同将饲料原料中的大分子蛋白降解成易被动物吸收的小分子肽，进而提高饲料营养价值和转化率。

1.3.3改善饲料适口性，促进动物采食

菌酶协同发酵添加的菌种能改变饲料原料中理化性状，产生大量有机酸降低饲料的pH值，使饲料具有芳香味，从而改善饲料适口性，且富含有益菌群的发酵饲料也容易被分解利用，促进动物采食。吴立坡等研究发现，菌酶协同发酵秸秆乳酸含量显著高于未发酵秸秆，乳酸可将大分子碳水化合物进行降解并转化为有机酸降低饲料pH值，改善发酵饲料的适口性，更有利于促进动物采食。方乐采用芽孢杆菌和酵母菌混合发酵豆粕发现，菌酶协同发酵兼具微生物发酵与酶解优点，能减少饲料苦味物质产生，改善饲料的适口性进而促进动物采食。

1.3.4开发非常规饲料，拓宽原料来源渠道

我国非常规饲料原料资源丰富，但由于含有饲用价值低、营养成分不平衡以及品质不稳定，导致其未能得到充分合理的应用。菌酶协同处理兼具微生物发酵和酶解的优点，非常规原料经菌酶协同发酵处理可有效降解有毒物质和抗营养因子改善适口性，弥补营养成分不平衡、饲用价值低等问题，且增加发酵产物蛋白质含量，从而改善非常规饲料原料的营养价值，达到更好的饲用效果。可见，菌酶协同处理非常规饲料原料可拓宽蛋白原料来源，有效缓解我国饲料蛋白资源短缺的现状。

2菌酶协同发酵生产蛋白饲料在养殖中的应用

2.1菌酶协同发酵生产蛋白饲料在猪生产中的应用

菌酶协同发酵融合发酵和酶解的优点，添加菌种可缓解仔猪腹泻，对猪肠道菌群产生积极作用，且经酶解后的饲料更易被猪消化和吸收，提高饲料的可消化。冯江鑫等研究发现，饲喂仔猪菌酶协同发酵饲料能显著提高平均日增重，且显著降低料重比和腹泻率，表明菌酶协同发酵的饲料可促进仔猪对营养物质的利用和维持肠道健康。周相超等研究发现，饲喂菌酶协同发酵饲料能促进生长猪对营养物质的利用增加采食量和平均日增重，进而显著提高猪的生产性能，且改善养殖环境并减少饲料成本增加养殖效益。张煌等研究发现，与添加抗生素饲料相比，添加10%的菌酶协同发酵饲料可增加仔猪采食量，促进仔猪的生长。可见，经菌酶协同发酵的饲料可促进猪采食，维持仔猪肠道健康缓解腹泻，增加养殖效益。

2.2菌酶协同发酵生产蛋白饲料在肉鸡生产中的应用

菌酶协同发酵产生的蛋白饲料可提高肉鸡的生长性能、肠道屏障功能和血清抗氧化性。Cheng等研究发现，菌酶协同发酵饲料可降解豆粕中的抗营养因子，显著降低肉鸡的过敏免疫应答相关基因表达和血清抗大豆过敏原IgG水平。Jazi等研究发现，菌酶协同发酵饲料可显著提高肉鸡生长性能，且能平衡肠道菌群和改善肠道形态。杨雪海等研究发现，与饲喂基础日粮和抗生素组相比，饲喂经菌酶协同发酵的饲料可显著提高肉鸡血清抗氧化性能、平均日采食量和平均日增重。Boroojeni等研究发现，菌酶协同发酵可提升豌豆的营养品质，将发酵饲料饲喂肉鸡可促生长、改善表观回肠消化率。因此，菌酶协同发酵生产的蛋白饲料饲喂肉鸡对生长性能和肠道健康均起到积极作用。

3结论

菌酶协同处理饲料原料能降解饲料原料中抗营养因子。添加的菌群可分泌有机酸降低饲料pH值，从而改善饲料适口性促进动物采食。添加的酶可分解大分子蛋白增加小肽含量，提高饲料营养价值和利用率。目前对菌种和酶的具体协同作用机制还未研究透彻，且不同菌种和酶协同发酵生产的蛋白饲料的应用效果也存在一定差异，需要进一步研究不同菌种和酶之间的协同作用机制。