（农产品加工及贮藏工程专业论文）混菌固态发酵豆粕生产优质蛋白饲料的研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 对豆粕资源的更深层开发利用，提高其饲喂效价，是缓解我国蛋白质资源短 缺的有效途径之一。本论文主要在豆粕固态发酵生产优质蛋白饲料小试研究的基 础上，对豆粕进行模拟牛产放大、产品的质量评价及动物试验作了初步研究。 ( 1 ) 对豆粕同态发酵生产优质高蛋白饲料的菌种进行了筛选。结果表明：酵 母菌和枯草芽孢杆菌混合菌种作用于豆粕可以提高其粗蛋白含量；其中枯草芽孢 杆菌m 5 0 9 4 与热带假丝酵母c 3 1 6 1 混菌发酵豆粕效果最好，发酵反应4 8 h 后， 豆粕的粗蛋白含量增加了1 1 5 0 ，提高率为3 6 4 3 ，因此选择这两种菌作为豆 粕固态发酵生产优质高蛋白饲料的复合菌种。 ( 2 ) 对豆粕发酵生产优质蛋白饲料的无机氮源及辅料的选择进行了研究。试 验结果表明：尿素为枯草芽孢杆菌m 5 0 9 4 和热带假丝酵母c 3 1 6 1 复合菌种豆粕 发酵蛋白饲料的较好氮源，添加量为3 ；麸皮作为辅料，添加量为2 0 。发酵 产品的粗蛋白增加率为3 6 6 2 。 ( 3 ) 通过单因素试验和正交优化试验，确定混菌种发酵豆粕生产高蛋白饲料 的最佳发酵条件为枯草芽孢杆菌m 5 0 9 4 和热带假丝酵母c 3 1 6 1 接种比例为1 ：1 ， 接种量为2 0 ，基质初始含水量为5 2 ，发酵温度为3 8 ，发酵时间为4 8 h 。 在此条件下，基质粗蛋白由3 1 7 5 上升到4 9 2 7 ，粗蛋白增加率为5 5 1 8 。 h ) 通过模拟生产放大，确定发酵- t 艺条件为：发酵基质不火菌，豆粕粉碎 的粒度为6 0 日，种子形式为液体种子。在豆粕固态发酵优化条件下连续6 批模 拟生产放大结果为：发酵产物粗蛋白从3 1 7 5 增加到4 9 0 7 ，增加率为5 4 5 5 。 岱) 对发酵产物进行分析和评定，发酵产品的粗蛋白、真蛋白、氨基酸、小 肽的含量均有显著的增加，各种抗原蛋白被有效降低去除。 ( 回在饲料配方中添加微生物发酵豆粕，通过动物实验表明，在一定的量的 范围微生物发酵豆粕可以替代鱼粉，而且与普通豆粕相比，微生物发酵豆粕可促 进小鼠的生长，减少腹泻，提高饲料利用效率。 关键词：豆粕混菌固态发酵蛋白饲料 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t s o y b e 孤d e e pf e 姗e m a t i o nc 觚i i n p r 0 v ei t sf e e d i n ge 如c 叽e n e s s ，锄di ti sa l s o 觚e f e c t i v ew a yt 0s o l v em ep r o b l e mo fs h o n a g e0 fp r o t e i i ls o u r c e b 勰e do ns 硼i e s o fp r o d l l d n gh i 曲q u a l i t yp f o t e i nf e e d s t u f ff r o ms o y b e 柚m e a lb ys o l i ds t a t e f e 衄e n t a t i o n ，s c a l e u pp r o d 删o n ，e s t i m a t i o no fp r o d 删o n a i l da i l i m a lf e e d i n g r e s e a r c h e s 、耽r es t u d i e di i lm i sp a p e r r e s e a r c ho fs e l e c t i n gm i c r o b e so np r o d u c i i l gh i g hq u a l i 锣p r o t e i i lf e e d s t i l f ff 如m s o y b e a nm e a lb ys o l i ds t a t ef e 衄e n t a t i o nw a ss t u d i e d t h cr e s u l t ss h o w e dt h a tc n l d e p r o t e i ni ns o y b e 锄m e a lc o u l di n c r e a s eb yc o m p o u n dc i l l t u r eo fb a d l l u ss u b t i l i sa n d m i c r o z y m e ；1 1 1 ec o m p o u n dc i l l t u l eo f 曰口c f 以淞s “6 疗凰m 5 0 9 4 锄d 勖砌妇臼印f c 口凰 c 3 1 6 1w 嬲b e s t ，w h e nf e m e n t a t i o n 缸m ew 弱4 8 h ，t h ei n c r e a s e d 锄p l i t u d eo fc n l d e p r o t e i nc o m e mo fs o y b e 锄m e a lw 嬲11 5 0 ，觚dm ei n c r e m e n tw a s3 6 4 3 s om e t w om i 咖b e sc a nb es e l e c t e dt 0p r o d u c et l i 曲q u a l i 锣p r o t e h lf c e d s t l l 丘f 幻ms o y b e 觚 m e a lb ys o l i ds t a t ef e 髓e m a t i o n t h ee x p e 血n e mt oe f i e e to nt h ef e 衄e n t a t i o no fs o y b e a nm e a li i l t ok 曲q u a l i t y p r o t e i i l f e e d s t u 伍w a u sc a r r i e do u tn l r o u g l l 锄o n gm o 唱an i e i l i t r o g e ns o u n e e sa i l d b y p r o d u e t so rw 弱t e sf 幻mp r o c e s s i n go fa g r i c u l t i l r a lp r o d u e t s t h er e s l l l t ss h o 、e d t h a tc a r b 锄i d ew e r es u i t a b l et ob eu s e d 雒n i t r o g e ns ou r i ，m e 锄o u n to fc a r b a m i d e i s3 ；b mc 觚b el l s e d 硒ac o m p l e m e n tf o rp o m a c ef e 珊e n t a t i o n ，t l l e a m o u n ti s2 0 ，n l ei 】咐e 嬲er a t eo fc m d ep r o t e i na r e rf c 加e m a t i o nw 嬲3 6 6 2 r 1 1 l ef e 衄e n t 撕o nc o n d i t i o i l so fp r o d u c i n gh i g l l q u a l 蚵p r o t e i i lf e e d s t i l 任f r o m s o y b e a nm e a lw e r es t u d i e db yas e r i a l lo fs i i l 百ef a c t o r sa n do r t h o g o n a ld e s i g nt e s t s r e s u l t ss h 嘶，e dt h a tt h eo p t i m a lc 0 n d i t i o 衄w e ：r e ：t h ep r o p o n i o no f 国蒯豇缸舭p 记口触 c 3 1 6 1 锄db 口c f z 加j 甜6 矗妇m 5 0 9 4w 弱1 ：1 ，i n o c u l u ma m o 加tw 嬲2 0 ，w a t e r i 1 1 i t i a l 娩a t i o nc o n t e n to fc u l t u r em e d i aw 勰5 2 ，f e m e n t a t i o nt e m p e r a t i l r ew a s3 8 ， f e 衄e n t a t i o nt i m ew 弱4 8 h u i l d e r 叩t i i i l k e dc o n d i t i 0 i 塔，m ep r o t e i nc o n t e n tw 弱 i i l c r e a s e df r c m3 1 7 5 t 04 9 2 7 ，a i l dt l l ei n c r e 嬲er a t eo fc r u d ep r o t e i i l 世e r f e 肋e n t a t i o nw a s5 5 1 8 t h e o p t i m 娩e df e 姗e n t a t i o nc o n d i t i o 璐o fs i m u l a t i o np r o c i u c t i o no fs c a l e u p 、阮r e 江苏大学硕士学位论文 s t l l d i e d ，n l er e s u l t ss h o wt h a t ：f e 吼e n t a t i o ns u t s t r a t ei sn o ts t e r i l i z e d ，m es o y b e a i l c m s hf o rm e6 0m e s hs 娩e ，s e e d l i q u i df o n ns e e d s n er e s u l to fs 仅g r o u p s e x p e r i m e n ti n d i c a t e d ：t h ec m d ep r o t e i ni n c r e a s i n gb y5 4 5 5 f 的m3 1 7 5 t o 4 9 0 7 o nt h ef e 肌e m a t i o np r o d l i c t 孤a l y s i sa i l de v a l u a t i o n ，f e 珊e n t a t i o np r o d u d c sw e r e r e m a r k a b l yi n c r e a s e di i lm ec m d ep r o t e i n ，p u r ep r o t e i n ，锄i n oa c i da n dp e p t i d e ； a n t i g e np r o t e i l l w 硒r e d u c e de 骶c t i v e l yr e m o v e d t l l ef e e d i n gf 0 咖u l a t i o no fw h i t em o u s e ，s o y b e a i lf e 肌e n t a t i o np r o d 呶t d k e s p l a c eo ff i s l l r l l e a li np a r t r 1 1 l er e s u l t so fg r o w t l li n d e xo fm o u s ea i l dp r o t e i i lu t i l 娩a t i o n w i t hf e 肌e n t a t i o np r o d u c ta n dw i t hf i s h m e a la r es i m i l a r s o y b e a nf e m l e n t a t i o nb y m i c r o b sc 姐a c c e l e r a t em eg r o 训hs p e e do fm o u s e ，r e d u c ed i a r r h e a 孤di i l l p r o v et i l e 砸l i a z a t i o no ff e e d i n g s t i l 任c 0 m p a r e d 丽t hc 0 咖 n o ns o y b e a i lw i t h o u tf e m e m t a t i o n k e y w o r d s ：s o y b e a nm e a l ， m i x e dc u l t u r e ，s o l i d s t a t ef c n n e n t a t i o n ， p r o t e i nf e e d s t u f ：f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密 学位论文作者签名： 净参 四年口6 月f 日 三扒 f 指导教师签 i ，公年口6 月f 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 兮三弋 日期： 1 ) 万年o f 月f 五日 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 饲料资源开发现状及发展趋势 饲料工业是连接种植业、养殖业、农副产品加工业等农业产业链条中极其重 要的一个关键环节。随着饲料工业的迅速发展和生产的高度集约化，对优质蛋白 原料的需求r 趋增大，蛋白质饲料的不足将成为全球性问题。我国是世界上饲料 生产大国，1 9 9 1 年至2 0 0 1 年间，我国饲料产量由3 5 7 0 万吨增加到8 0 2 0 万吨， 年均增长率达到8 4 3 。“十五期间粮食饲料工业随着畜牧业、养殖业的发展 而发展，截止到2 0 0 6 年底中国饲料总产量已突破1 亿万吨【1 1 。按照我国人民膳 食结构与养殖业的发展规划要求，2 0 0 0 、2 0 1 0 、2 0 2 0 年，所需的能量饲料与蛋 白质饲料均有较大的缺口，其中又以蛋白质饲料更为紧缺( 见表1 1 ) ，供求矛盾 突出【2 1 。欧盟为了防止疯牛病和口蹄疫的蔓延，在饲料中禁止添加动物骨肉粉； 我国也实施了禁止和限制动物蛋白进口相关法规，再加上国内外鱼粉资源的减 少，致使蛋白来源更加匮乏。因此，饲料资源开发与饲料添加剂的开发及其产业 化已成当务之急。通过使用优质高效的饲料产品发展养殖业，增加农民收入，进 一步增强饲料工业对农业的支持作用，业已成为国家科技部、农业部和财政部“十 一五”期间重点开发扶植发展的农业高科技项目【3 】。 表1 1 我国饲料资源供需预测 t ；l b 1 1t l l ep r e d i c t i o no f 触t u 行r e s o u r c e si i lc h i i l a 资料来源：国家饲料上业办公室( 1 9 9 的2 0 2 0 年中国饲料j ：业发展战略研究) 我国饲料资源不仅在数量上严重缺乏，在品种结构与质量上也存在着不少问 题【钙】。根据动物营养要求与现代配合饲料工业的经验，我国现有的饲料资源在 品种结构与质量方面所存在的问题主要有以下几个方面： ( 1 ) 优质能量饲料紧缺，糠麸与加工副产品等低能量产品相对较多。在我国， 江苏大学硕士学位论文 被称为“饲料之王 的玉米，每年产量约为1 亿t 左右，除种子外，口粮与工业 用量也较大，若以其一半作为饲料，这已经十分困难了。而对猪禽等单胃动物来 说，糠麸糟渣等均存在粗纤维含量高、能量低、氨基酸不平衡、消化利用率低等 缺点【6 】。 ( 2 ) 鱼粉、肉骨粉等优质蛋白缺乏，棉、菜籽饼粕等杂饼( 粕) 相对较多。据估 计，我国每年生产饼粕约1 5 0 0 多万t ，国产鱼粉只有十几万t ，饲料成本是鱼及 水生贝壳类动物密集型养殖的最主要支出之一。长期以来，普遍用于饲养鱼及甲 壳类动物的天然蛋白质来源一直是鱼粉。目前，全球每年鱼粉供应量约为6 5 0 7 0 0 万吨川。从近年进出口贸易来看，我国年进口鱼粉1 0 0 多力吨，由于供应小于需 求，鱼粉价格一直较高，2 0 0 4 年为6 0 0 美元吨，2 0 0 6 年更是从5 0 0 0 元吨涨到 了1 2 0 0 0 元吨【& 9 1 。随着世界范围内水生动物饲养规模的不断扩大，全球对鱼饲 料的需求量持续增长。数量较多的棉菜粕也在不同程度上存在粗纤维含量高、能 量低、氨基酸不平衡、消化利用率偏低等缺陷。而豆粕是较为理想的蛋白饲料， 极有可能替代鱼粉成为水生动物饲料中的蛋白质成分【1 0 1 。 ( 3 ) 氨基酸奇缺、矿物添加剂相对较多 据报道，在蛋白饲料中，棉菜粕与糠麸使用较多的情况下，要满足畜禽的蛋 白需要，则需要补充缺乏的赖氨酸及蛋氨酸。到目前为止蛋氨酸在国内基本上还 不能生产，赖氨酸因国内的生产规模小、得率低、成本高等问题而严重依赖进口。 这是我国饲料工业发展存在的一个最薄弱的环节【1 l 】。 另外，据专家预测，2 0 3 0 年我国人口将达到最高峰1 6 亿时，粮食的总需求 量为7 4 3 亿吨，超过目前生产能力的5 0 。同时耕地面积进一步缩小，大约只 有现在的8 0 。虽然有关专家指出，通过增加复种指数和利用科学技术提高单产， 我国粮食产量在2 0 3 0 年可望达到7 1 亿吨，但这仍存有明显变数。到2 0 1 0 年、 2 0 2 0 年、2 0 3 0 年我国粮食原粮需求的3 8 、4 3 、5 0 将用作饲料。可以说， 2 1 世纪中国的粮食问题，实际上是解决养殖业所需的饲料粮问题【1 0 1 。 新世纪的养殖业将由数量型向质量型发展。因此，在养殖业生产中，要求防 止环境污染，禁止使用抗生素和其他违禁药物，避免重金属残留，生产无残留食 品的呼声越来越高。为此，针对畜产品污染的途径、方式和程度，研究环保、安 全型畜禽饲料替代品，取代那些易于造成畜产品污染的饲料或添加剂去饲养畜 2 江苏大学硕士学位论文 禽，从而生产出高质量安全型的畜产品，确保人类身体健康，已成为未来饲料工 业发展的一个新动向。 而既要做到安全环保、又要保障动物生产性能的充分发挥，就需要提高现有 原材料的利用水平，虽然一直在提倡开发非常规原料，但是非常规原料开发起来 还是有一定困难的，因此在当前饲料原料市场变化莫测的情况下，提高现有饲料 资源的利用率，做到高效利用尤为必要【卿。 1 2豆粕 1 2 1 豆粕的营养价值及影响大豆蛋白添加量的限制因素 1 2 1 1 豆粕的营养价值 豆粕是大豆经提取豆油后得到的副产品。根据提取方法不同可分为一浸豆粕 和二浸豆粕：用浸提法提取豆油后得到的副产品为一浸豆粕；压榨取油后再经过 浸提取油后得到的副产品称为二浸豆粕。一浸豆粕的生产工艺较为先进，蛋白质 含量较高，是目前国内外现货市场上流通的主要产品。经过压榨或浸提后的豆粕 含有4 4 左右的粗蛋白，多种矿物质和维生素，且氨基酸含量较为平衡，营养价 值较高，因而成为畜禽r 粮中最常用的蛋白质饲料【1 2 】。 1 2 1 2 影响大豆蛋白添加量的限制因素 ( 1 ) 氨基酸组成 饲料蛋白质的质量即氨基酸的平衡程度是影响动物对其蛋白利用的关键因 素，水生动物对蛋白质的需求实际上就是对氨基酸的需求。与鱼粉相比，虽然大 豆蛋白中的粗蛋白含量较为丰富，通过加工处理后的大豆制品粗蛋白含量甚至可 以超过鱼粉，但是由于某些必需氨基酸的缺乏，造成氨基酸的组成不平衡，影响 了水产动物的生长性能。 ( 2 ) 适口性 与鱼粉相比，大豆蛋白的适口性较差，这是影响植物蛋白在饲料中添加量的 主要因素之一。大豆蛋白中的抗营养因子会抑制水生动物的食欲，随着植物蛋白 替代鱼粉量的增加，其中的促摄食物质逐渐减少，从而导致动物摄食量减少。周 萌等研究使用豆粕替代饲料中鱼粉对异育银鲫的生长及代谢的影响时发现，异育 3 江苏大学硕士学位论文 银鲫对两种蛋白源饲料的摄食率、生长率和食物转化效率均有显著差异，鱼粉优 于豆粕，最终发现这是由于适口性差异引起摄食率不同而导致了生长差异【1 3 1 。 ( 3 ) 豆粕中含有多种抗营养因子 主要包括胰蛋白酶抑制剂、低聚糖、大豆凝血素、植酸、脲酶、大豆抗原蛋 白( 致敏因子) 及致甲状腺肿素等【1 4 】。按照目f j 广泛接受的观点，这些抗营养因子 主要分为两类，即热不稳定抗营养因子，包括胰蛋白酶抑制剂、脲酶、凝血素、 致甲状腺肿素，以及热稳定抗营养因子，包括抗原蛋白、低聚糖、植酸等见表1 2 。 表1 2 豆粕中的各种抗营养因子 t a b 1 - 2t l l ea i l t i - 肌t r i t i o nf a c t oo fs o y b e a i lm e a l 特 抗掌冈 含量不良影响效应生化组成 性 甏嚣2 曩主蚤雾毳墓篓墅麓磊瓮黛i 曩篷篓多警曩蛋 孰 受抑制【1 5 】 不 脲酶皇巍糊震萎篇篇譬蔷裟物酶蛋白 稳 抗 与小肠壁上皮细胞表面的特异性受体结合，损坏小 营 大豆凝血 。 肠肇粘膜结构，干扰消化酶的分泌，抑制肠道对营 蛀烂 养 素 一。 养物质的消化吸收，蛋白质利用率下降，动物生长 ”一“ 冈受阻、停滞糖蛋白【1 d 1 7 】 子 致嚣萋腺 极微影响甲状腺臁导致甲洲中大 有掣吩 脂学帅善鬻淼淼嚣嚣1 嚣酶蛋白 酶 产生豆腥味f 1 8 - 1 9 】 抗原性和致敏性，刺激免疫系统产生抗体，影响局大分子蛋 抗原蛋白约3 0 部体液免疫力，导致肠道过敏反应，造成肠粘膜损自或糖蛋 热 害，引起消化吸收不良、腹泻和生长受阻白 稳 低聚糖5 筹橄小觥姜篇嚣茹触删肌糊寡糖 定 抗 降低微量矿物质的营养效能，出现矿物质缺乏症； 营植酸 2 墨嚣蒜嬲? 毳嚣篆：戮肌譬磷 养 因 等营养的消化吸收；环境磷污梨2 1 】 主要与蛋白质、碳水化合物、酶形成复合物干扰猪、 子 单宁 。鸡消化过程，降低蛋白质的利用率：与消化酶形成 酚类化合 微量 复合物，使酶的活性下降，养分嘉化辜薅禚，影响 物 适门性【2 2 】 4 江苏大学硕士学位论文 1 2 2 豆粕抗营养因子的处理 目前世界范围内对豆粕消除抗营养因子问题的研究还在不断完善，主要有以 下几种方法：物理( 膨化) 处理、化学消除抗营养因子、生物消除抗营养因子等。 但是，目前在饲料行业，最有效的办法是生物消除抗营养因子技术。 ( 1 ) 热处理法 热处理法对那些热不稳定抗营养因子有较好的效果，有些抗营养因子本质上 是蛋白质，利用蛋白质的热不稳定性，通过加热，破坏豆粕中的抗营养因子。加 热时要注意选择适当的温度、时间，加热不够不能消除抗营养因子，但是，热处 理过度则会破坏饲料中的氨基酸和维生素，过度加热还会引起有些氨基酸和还原 性糖反应生成不溶性复合物，导致蛋白质消化率下降，从而降低饲料的营养价值。 目前认为，大豆胰蛋白酶抑制剂失活7 5 8 5 时，豆粕蛋白的营养价值最高 【2 姒l 。目前国内外比较理想的热处理方法是采用专门的膨化机进行膨化处理。膨 化处理对豆粕抗营养因子胰蛋白酶抑制因子的失活效果也不一致。有实验证明， 饲喂膨化豆粕同粮的仔猪比饲喂脱脂奶粉日粮、膨化全脂大豆日粮及豆粕日粮的 过敏反应低，说明膨化加工可降低仔猪对大豆蛋白细胞免疫反应的程度和血清中 抗大豆球蛋白的抗体效价1 2 5 之7 】。 热处理法效率高、简单易行，无残留问题，成本也较低，但仅适用于对热不 稳定的抗营养因子，且耗能大，控制不当还会破坏豆粕中的必需营养成分。 ( 2 ) 机械脱壳法 去皮豆粕是大豆浸提加工的副产物，经热脱皮、破碎、挤压膨化、低温脱溶、 闪蒸脱溶和后干燥技术等工艺后，使所得去皮豆粕的抗营养因子含量降低。商业 化生产始于2 0 世纪9 0 年代初期，2 0 0 0 年美国去皮豆粕产量达到3 4 0 0 万t 左右， 巴西和阿根廷也有相当大的生产量。我国于2 0 世纪9 0 年代后期开始引入去皮浸 出工艺，张家港东海粮油有限公司、吉林德大有限公司成为国内较大的去皮豆粕 生产企业，辽宁省锦州六陆油脂厂也有生产。越来越多的大型制油企业已经建立 或准备采用国际先进的去皮浸提工艺。 此方法简单有效，但除非找到废弃种皮的用途，否则将提高饲料成本【2 8 1 。 ( 3 ) 水浸泡法 水浸泡法则是利用某些抗营养因子溶于水的特性将其除去，如大豆籽实经浸 5 江苏大学硕士学位论文 泡萌发2 4 h 可使水苏糖和棉籽糖含量减少一半【2 9 l 。 化学方法 国内外学者对豆粕抗营养因子的化学消除法也进行了大量的探索。化学处理 法是在豆粕中加入化学物质，并在一定的条件下反应，使抗营养因子失活或钝化。 c 0 0 n 等( 1 9 如) 报道采用乙醇作溶剂进行萃取豆粕中的寡聚糖，并进行了成年公鸡 的代谢试验，结果发现经乙醇萃取后豆粕的代谢能提高了2 0 ，氮的消化率提高 了5 5 0 。 化学处理法节省了设备和能源，对不同的抗营养因子均有一定的效果，但是 由于化学物质残留，虽然降低了豆粕的营养价值，但可能对动物产生毒副作用， 且成本费用也较高，目前在国内应用较少。 ( 5 ) 作物育种法 通过植物育种途径，培育低胰蛋白酶抑制剂、低寡糖和低植酸等低抗营养因 子的新品种，这样既能促进种植业的发展又能推动饲料工业的发展，可谓一举两 得【3 1 1 。国外采用基因工程技术已经成功培育出了低聚糖的大豆品种，并有望今 后进行大规模的种植。如今杜邦公司科学家己经培育出低棉籽糖和水苏糖的大豆 品种，美国l i n o s 大学作物科学部已培育出不合凝集素的大豆新品种l 9 0 8 0 4 7 。 另外，低植酸含量的大豆品种也在选育当中。 利用现代生物技术可以培育出低抗营养因子的大豆品种，但由于抗营养因子 是植物用于防御的物质，降低其含量可能对植物本身引起不良作用，而且育种周 期较长、成功率低、成本较高，目前国内研究较少。 ( 6 ) 基因工程技术改良法 在低含量大豆寡糖品种常规选育成功的基础上，科学家将目光投向了基因工程 技术，从分子角度来探讨如何降低大豆中的寡糖。人们使用反义技术阻断寡糖生物 合成途径中关键酶肌醇半乳糖苷合成酶基因的表达，获得了低寡糖大豆品系。大豆 植酸酶基因工程的研究仍处于初期阶段。目前人们对转基因大豆的安全性仍有争议。 ( 刀加酶法 利用外添加酶制剂法可以降低抗营养因子，提高豆粕的营养价值【3 2 】。此法 是一种比较可行的方法，在大豆中添加酶制剂对营养物质的影响较小。m e i j e r 和s p m n g ( 1 9 9 3 ) 研究发现，添加特异性酶来灭活大豆中的胰蛋白酶抑制剂有一 6 江苏大学硕士学位论文 定的效果。b a r c e l o n a a u t o n o m a 大学用肉仔鸡进行试验，在玉米豆粕型日粮中 添加酶制剂，使日粮的代谢能提高了5 ，氮存留率提高了1 0 以上。枯草杆菌 蛋白酶、木瓜蛋白酶等对胰蛋白酶抑制剂都有一定的酶解作用。添加蛋白酶也可 以使抗原蛋白在一定程度上降解，形成易被动物吸收的小肽。在豆粕水溶液中添 加蛋白酶，保持一定的p h ，5 0 保持2 h ，干燥后进行饲养试验，发现添加适当 的蛋白酶制剂可以提高豆粕的真实氮消化率m ) 和真实代谢能( t m e ) 【3 孓3 4 j 。 采用酶制剂处理可以有效提高豆粕的营养价值，利用酶制剂预处理的豆粕已 经在荷兰商业化。国外已经成功开发出各种饲用酶制剂，国内也有相应的酶制剂 生产，但从品种、产量和性价比方面还有很多工作需要做。 ( 8 ) 微生物发酵法 微生物发酵法处理是借鉴于大豆食品发酵的一种处理方法，是目前研究的热 点。利用微生物产生的酶降解抗营养因子并积累有益的代谢产物是有效提高豆粕 营养价值的方法。 利用微生物发酵技术，可使豆粕抗营养因子含量下降至饲用水平。日本 h i r a b a y 猫h im ( 1 9 9 8 ) 报道，采用曲霉菌a s p e 唱i l l l l su s a m i i 发酵豆粕，几乎可完全 降解植酸磷，饲喂该种发酵豆粕的肉鸡，磷排泄降低。吴定等( 1 9 9 8 ) 用优良菌种 少孢根霉r 卫3 制备菌丝碎片发酵剂，固态发酵豆粕生产饲料。采用米曲霉发酵 大豆，动物饲养试验表明发酵大豆比未发酵大豆具有更好的饲养性能，明显地降 低了料肉比。采用少孢根霉发酵豆粕，也降低了饲料的料肉比，而且提高了代谢 能和氮消化掣3 5 1 。然而，早期的微生物发酵处理仅停留在对动物试验的研究上， 且没有形成大规模的产业化，这主要是当时对微生物发酵处理过程中豆粕营养物 质的变化和机能了解不够而造成的。近年来，随着动物营养科学和生物工程学科 的发展，微生物发酵处理大宗饲料原料的技术已经炙手可热了。 康立新( 2 0 0 3 ) 利用微生物产生的特异性酶消除豆粕中的抗营养因子，包括胰 蛋白酶抑制剂、植酸、大豆凝血素、脲酶、低聚糖、脂肪氧化酶、大豆抗原蛋白 ( 致敏因子) 及致甲状腺肿素等，同时积累其他一些有益代谢产物，并对豆粕中的 蛋白质进行一定程度的分解，从而获得一种具有多种功能的优质蛋白质饲料。程 成荣( 2 0 0 4 ) 通过生长试验考察发酵豆粕替代鱼粉对杂交罗非鱼生长、饲料利用和 体组成成分的影响，确定了发酵豆粕在杂交罗非鱼饲料中的适宜添加型3 6 1 。 7 江苏大学硕士学位论文 通过微生物发酵技术处理，必须控制好发酵过程和发酵强度。h o n g 等利用 米曲霉发酵豆粕4 8 h 后发现，豆粕中的抗原蛋白几乎全部降解，分子量小于2 0 k d 的蛋白质约占8 6 6 ，而且豆粕的粗蛋白含量也提高了1 0 ，胰蛋白酶抑制剂 降低到0 4 2 m g 倌，氨基酸的组成也更为合理，必需氨基酸的含量提高了，其中豆 粕最为缺少的蛋氨酸也从0 7 7 提高到了0 8 2 【3 7 1 。国内尝试采用复合菌种发酵 豆粕，使其中的抗营养因子含量大幅下降或完全被分解，营养价值有了较大幅度 的提高。以豆粕和发酵豆粕为研究材料，通过测定其中的抗营养因子含量和营养 物质的价值，利用体外消化的研究方法，结果发现喂养发酵豆粕的动物在木重、 平均日增重、平均日采食量均比未发酵豆粕组提高了1 3 9 9 ，2 4 5 8 和2 6 3 9 ， 料肉比降低了1 4 3 ，腹泻率降低了8 1 ，日粮干物质表观消化率、粗蛋白质 表观消化率、粗脂肪表观消化率分别提高了8 8 9 ，1 1 8 1 和3 5 8 8 【3 羽。 利用微生物发酵豆粕，可以降低豆粕中几种主要的抗营养因子，同时提高了 豆粕的消化率和营养价值。发酵豆粕在养殖上使用是可行的。目前国内已有同类 产品面市，但是还存在产品质量不够稳定，与境外产品相比，性价比较低。产品 的质量和生产成本是该类技术的关键，而核心又是微生物菌株。 综上所述，采用微生物发酵技术对豆粕进行处理，是非常有效、经济、易行 的手段，可以明显提高豆粕的营养价值。 1 3 微生物发酵豆粕的研究现状 豆粕中抗营养因子的消除和蛋白质的有效吸收利用一直是人们关注的焦点。 近年来豆粕深加工方法更受到重视，消除豆粕中的抗营养因子的影响，促进大豆 蛋白更有效地降解吸收的研究，取得了一定进展。 1 3 1 固态发酵是豆粕发酵蛋白饲料生产的首选工艺 传统的单细胞蛋白质饲料生产工艺采用液体深层发酵，它需要在发酵罐中进行， 需要通氧、搅拌，无菌程度要求高。培养方式有间歇、分批补料和连续培养三种。 但随着生物技术的发展，人们采用固态发酵法已成趋势。它的培养条件比较粗放， 培养方式有分批式和半机械式。固态发酵与液态深层发酵法相比各有优缺点i 强4 0 1 。 ( 1 ) 液体深层发酵法，料液输送较为方便，但所用发酵罐要求高，投资较大， 8 江苏大学硕士学位论文 用于通风、搅拌的能耗亦相当大。而固态法所用设备相对简单，投资较省，能耗 小，但翻料较困难，不易均匀发酵，操作时劳动强度大。 ( 动液体发酵法能较好的防止杂菌的污染，发酵温度较易控制。但对操作的 难度要求大，相应的设备和操作投资也要增大。固态发酵法有不均匀性，培养温 度、p h 、湿度和通气等较难稳定控制，但操作简单，成本也比液体发酵法低。 ( 3 ) 液体深层发酵法发酵过程中温度、菌体量、溶氧和p h 值等参数较易测量， 但也增加投资和成本。固态发酵法常可直接利用植物粗原料作为发酵基质，变废 为宝，充分利用资源，净化环境，并可省略某些参数的测定和控制。而且无二次 废弃物产生，因而相应的降低成本，并且也易于处理和运输。 ( 4 ) 液体深层发酵单位碳底物的转化率较高。固态发酵所得产物的产量高于 深层发酵。在发酵产品上，固态发酵的产品和深层发酵的产品相比较有以下特点： 固体发酵产物活细胞比例高；各种酵母粗蛋白，蛋氨酸和赖氨酸水平较近； 固体发酵产物免疫活性高；固体发酵产物用肉鸡、蛋鸡等饲料试验时，其生 物效价高于相同菌株深层产品【3 9 】。 1 3 2 豆粕发酵的菌种 菌种是发酵必不可少的物质。菌种的优良是成功生产菌种蛋白饲料的关键和 保证。大量事实表明，微生物发酵法是各种原料加工最为经济的方法。从现在的 研究进展看，一般采用混菌种发酵较单菌种发酵效果要好，其优势在于多个菌种 之间可相互补偿其缺陷，进行协同互生发酵【4 1 1 。据各种相关资料报道，主要选 用以下几种作为发酵剂： ( 1 ) 酵母菌( y e 勰t ) 酵母菌是一种单细胞的真核微生物的通俗名称，其繁殖方式包括无性繁殖和 有性繁殖。无性繁殖方式有芽殖和裂殖，而芽殖是酵母菌最普遍的繁殖方式。酵 母具有特有的色、香、味，适口性好，而且发酵过程中酵母菌耐酸能力强，适宜 于低p h 值培养，不易污染，回收率高。适于生产蛋白饲料的酵母菌主要有啤酒 酵母、产朊假丝酵母、热带假丝酵母、白地霉、皮状皮孢酵母，这些菌株可分泌 多种水解酶活性，菌体蛋囱含量高达5 0 9 6 6 0 ，富含b 族维生素，并能产生促 进细胞分裂的生物活性物质，有强化和抗病促长的效果【4 2 4 3 】。 9 江苏大学硕士学位论文 ( 2 ) 霉菌( m o l d ) 霉菌是丝状真菌的统称。构成霉菌营养体的基本单位是菌丝，分为基内菌丝和 气生菌丝。黑曲霉、米曲霉、黄曲霉、根霉、毛酶、木霉、烟曲霉等真菌可以分泌 丰富的酶类，如淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、蛋白酶、植酸酶等，这些酶能够促使 原料中淀粉、纤维素等高分子化合物分解为单糖，供微生物生长需要，且霉菌中菌 体蛋白含量也较高，因此在蛋白饲料的生产中这些种类的霉菌广泛使用【4 ：粥】。 ( 3 ) 芽孢杆菌 芽孢杆菌包括巨大芽孢杆菌( b m u c i l a g i n o s u s ) 、枯草芽孢杆菌p s u b t i l i s ) 、胶 质芽孢杆菌( 1 1 1 i o b a l i l l u s ) 、固氮芽孢杆菌( a z o t o f a i l s ) 、短芽孢杆菌( b b r e v i s ) 、 地衣芽孢杆菌( b 1 i c h e n i f o m i s ) 、蜡状芽孢杆菌( c e r e u s ) 等菌株，这类菌可产淀粉 酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等活性较高的酶、此外，由于芽孢杆菌中具有不 易致死的芽孢，故饲喂时以活菌状态进入动物的消化系统，可抑制肠道中有害菌 的生长繁殖。芽孢杆菌还可以减少粪便和消化道中的大肠杆菌【4 4 ，蛔。 ( 4 ) 放线菌( a c t i n o m y c e t e s ) 放线菌是一类呈菌丝状生长，主要以孢子繁殖和陆生性强的原核生物。放线 菌经常用于蛋白饲料的生产，尤其高温放线菌具有很高的分解纤维素和木质素的 能力。此外，放线菌在生长过程中可分泌抗生素类物质，抑制肠道中病原菌，对 促进机体免疫有较好的作用。放线菌的菌体蛋白饲料中含有较高浓度的赖氨酸、 色氨酸和含硫氨酸，营养价值吸纳高度较耐4 1 ，4 3 】。 随着科技进步和生物技术的快速发展，现代微生物学家利用紫外诱变、激光 诱变、基因工程等分子生物学手段，不断育种出产酶活性强、蛋白含量高的菌种 来，如广东微生物研究所培育的4 3 2 0 系列菌株，通过双菌混生发酵，可得到营 养丰富的蛋白饲料【4 1 彻。 1 3 3 微生物发酵豆粕的特点 微生物发酵法对豆粕进行处理的特点：( 1 ) 经济、成本低，不需要加热或者 添加化学试剂，无化学残留，应用比较安全；( 2 ) 对饲料营养成分的影响与破坏 较小，不会造成营养价值降低，且能使营养物质更易被动物吸收；( 3 ) 与添加单 一的酶制剂相比，可以同时作用去除多种抗营养因子；( 4 ) 豆粕细胞壁破坏更加 1 0 江苏大学硕士学位论文 彻底，内容物更易释放，有利于动物更加快速地吸收营养物质；( 5 ) 增加了微生 物活的菌体，有利于动物肠道菌群的平衡；( 6 ) 发酵过程中分解大豆蛋白产生多 种小肽( s m a l lp e p t i d e s ) 4 8 1 。 1 3 4 微生物发酵豆粕对动物的影响 ( 1 ) 提高动物的生产性能 蛋白质经酶解后，会产生一些具有特殊生理活性的小肽，能够直接被动物吸 收，参与机体的生理活动，从而促进动物生产性能的提高。而小肽的营养功能已 经被证实非常的有效，在生长猪日粮中添加少量的小肽后，显著提高了猪的日增 重、蛋白质利用率和饲料转化率。发酵豆粕蛋白消化率达9 2 8 ，氨基酸比、化 学生物价、必需氨基酸指数和蛋白质功能比值分别提高2 7 、1 2 、1 9 和3 8 。 在蛋鸡基础日粮中添加小肽后，产蛋率、饲料转化率显著提高，蛋壳强度也有提 高的趋势【4 9 】。另外小肽的添加还有利于矿物质元素的吸收和利用，可以消除游 离氨基酸的吸收竞争，使摄入的氨基酸更加平衡，增加氨基酸的摄入吸收量。而 制备小肽的来源就是大豆。因此，通过控制微生物发酵，使豆粕蛋白质产生一定 程度的降解而产生小肽，可以节省生产能耗，不需分解可直接满足需要，且对消 化道能产生保护作用，并协调各种养分的利用，令幼龄动物的小肠提早成熟，刺 激消化酶的分泌，提高机体的免疫能力【5 帖1 1 。s c h e p p a c h 等( 1 9 9 4 ) 研究表明，小 肽能有效刺激和诱导小肠绒毛膜刷状缘酶的活性上升，并促进动物的营养性康 复，另还可促进动物肤色红润，皮毛光滑。 ( 2 ) 有利于矿物质元素的吸收和利用 由于有些小肽具有金属结合性能，可促进钙、铁、铜和锌的被动转运过程及 在体内的储存。施用晖等( 1 9 9 6 ) 实验表明，在蛋鸡日粮中添加小肽后，血浆中铁、 锌的含量显著高于对照组，蛋壳强度提高【5 2 1 。小肽还能提高亚铁离子的可溶性 与吸收率。饲养试验表明：母猪饲喂小肽铁后，母猪奶和仔猪血液中有较高的铁 含量，而有机铁却无能为力f 5 3 1 。 ( 3 ) 消除游离氨基酸的吸收竞争，使摄入的氨基酸更加平衡 游离氨基酸的吸收存在相互竞争的现象，如精氨酸和赖氨酸在吸收时相互竞 争载体上的结合位点而发生拮抗作用【5 4 】。当完全以小肽的形式供给动物时，肽 1 1 江苏大学硕士学位论文 载体转运能力高于各种氨基酸载体转运能力的总和，赖氨酸的吸收速度不再受精 氨酸的影响，氨基酸吸收平衡【5 5 1 。 ( 4 ) 增加氨基酸的摄入吸收量 最近研究表明，蛋白质在体内消化后并不完全以氨基酸吸收，可以小肽形式 吸收。在肠道中，由于小肽的吸收具有耗能低、不易饱和，且各种肽之间运转无 竞争性与抑制性的特点( h a r a ，1 9 8 4 ) ，动物对肽中氨基酸残基的吸收比对游离氨 基酸的吸收更迅速、更有效【5 6 】。 ( 5 ) 加快蛋白质的合成( 沉积) 日粮的氨基酸供给形式影响着动物体内蛋白质的沉积。当以小肽形式作为氮源 时，整体蛋白质沉积高于相应游离氨基酸日粮或完整蛋白质日粮z a 等，1 9 9 5 ) 。 肌肉蛋白质的合成率与动静脉氨基酸差存在相关性( b 0 i d a i r ，1 9 9 3 ) 。在吸收状态下， 其差值越大，蛋白质的合成率越高。由于小肽的吸收迅速、吸收峰高的原因，能快 速提高动静脉的氨基酸差值，从而提高整体蛋白质的合成。试验证明，循环中的小 肽能直接参与组织蛋白质的合成。大鼠肌细胞、牛乳腺表皮细胞以及羊肌源性卫星 细胞均能有效利用小肽作为氨基酸的来源，用于合成蛋白质和细胞增殖阳。 ( 6 ) 对免疫功能的影响 发酵豆粕中的异黄酮具有较强的抗菌活性，对人体常见的致病细菌和食品腐 败细菌的最低抑菌浓度为0 2 4 ，比豆粕中的异黄酮的抗菌活性明显增强。将大 肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌接种到发酵基质中，结果发现两菌在豆粕发酵环境中不 能存活。陈萱等用经微生物混菌发酵的豆粕与未经发酵的豆粕依不同比例混合， 连续投喂异育银鲫( c a r a s s i u sa u r a t l l sg i b e l i o ) 3 0 天后，结果表明，随着饲料中发酵 豆粕添加量的上升，供试异育银鲫不仅增重量有所提高，各项非特异性免疫指标 也有所改善，s g p t 的活性出现下降趋势。与未经过发酵的豆粕相比，发酵豆粕 具有一定的促进生长、增强非特异性免疫功能和改善肝功能的作用【5 8 】。 1 4 本课题研究立题意义和研究内容 1 4 1 立题意义 豆粕是畜禽最重要的植物性蛋白源，其粗蛋白含量高达4 3 4 8 ，并有较 江苏大学硕士学位论文 平衡的氨基酸组成，尤其是其他植物性饲料易缺的赖氨酸，其含量高达2 5 2 8 【5 9 】。但豆粕中还存在多种抗营养因子，极大地影响了豆粕的饲用价值。胰蛋 白酶抑制素是豆粕中主要的抗营养因子，在豆粕中的含量为2 左右吲。它能阻碍 肠道内蛋白水解酶的作用而使蛋白质消化率下降，还能作用于胰腺本身，刺激胰 腺分泌过多的胰腺酶，造成蛋白质内源代谢损失，导致动物出现消化吸收功能失 调或紊乱，抑制机体的生长，且胰脏制造的大量胰蛋白酶，还能造成胰脏肿大和 中毒等现象【6 1 蚓。微生物发酵技术在饲料业上的应