發(fā)酵豆粕的生產(chǎn)工藝及其應(yīng)用

　　

　　豆粕是大豆提取豆油后得到的副產(chǎn)品。豆粕的營(yíng)養(yǎng)成分主要有蛋白質(zhì)（40%～44%）、脂肪（1%～2%）、碳水化合物（10%～15%）以及多種礦物質(zhì)、維生素和必需氨基酸，營(yíng)養(yǎng)成分比較齊全且均衡；此外，豆粕中還含有大豆異黃酮、磷脂等生物活性物質(zhì)，是飼料業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的植物性蛋白原料。然而豆粕中也存在多種抗?fàn)I養(yǎng)因子（胰蛋白酶抑制因子、大豆抗原蛋白、脲酶、植酸等），它們的存在一方面對(duì)動(dòng)物體內(nèi)某些消化酶起抑制作用，與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合成不易消化的成分，使得豆粕的消化率和動(dòng)物的吸收率下降；另一方面對(duì)動(dòng)物體內(nèi)的某些器官造成損傷，給動(dòng)物生理、生長(zhǎng)、健康造成不良影響。發(fā)酵豆粕是在人工控制條件下，利用微生物在豆粕中的生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝，積累有用的菌體、酶和中間代謝產(chǎn)物，經(jīng)生產(chǎn)加工、調(diào)制而成的產(chǎn)品，又稱為微生物發(fā)酵豆粕。研究表明，經(jīng)微生物發(fā)酵處理的發(fā)酵豆粕抗?fàn)I養(yǎng)因子含量少，富含小分子大豆肽、消化酶、維生素和未知生長(zhǎng)因子，是優(yōu)于其他大豆產(chǎn)品的多功能優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料。

　　1　發(fā)酵豆粕的營(yíng)養(yǎng)特性

　　利用微生物發(fā)酵豆粕，一方面微生物的大量繁殖將消耗利用非蛋白類抗?fàn)I養(yǎng)因子（如植酸、低聚糖、致甲狀腺腫素等），另一方面微生物會(huì)分泌一些蛋白酶對(duì)豆粕中的蛋白類抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行降解。胥九兵用混合菌種固態(tài)發(fā)酵豆粕，發(fā)酵后大豆抗原蛋白全部被降解。發(fā)酵后豆粕胰蛋白酶抑制因子、脂肪氧化酶、大豆凝血素和致甲狀腺腫素都能較完全地被降解。在適宜條件下發(fā)酵后，豆粕中的脲酶活性降低93%。M．Hirabayashi等使用宇佐美曲霉發(fā)酵大豆粕，結(jié)果發(fā)酵后植酸全部被降解。

　　1.2　蛋白質(zhì)和氨基酸的含量提高

　　發(fā)酵能夠提高豆粕中的蛋白質(zhì)含量。豆粕在發(fā)酵處理過程中微生物大量增殖，將豆粕培養(yǎng)基中的非蛋白氮、培養(yǎng)基無機(jī)氮（尿素）及抗?fàn)I養(yǎng)因子等各種物質(zhì)分解利用轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的菌體蛋白。菌體蛋白一方面增加了豆粕中的蛋白質(zhì)水平；另一方面由于它優(yōu)于植物蛋白，改善了大豆蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。去皮豆粕經(jīng)發(fā)酵后，粗蛋白質(zhì)含量會(huì)提高12.38%；另外，微生物代謝過程中的一些產(chǎn)物可以降解大分子蛋白（包括抗?fàn)I養(yǎng)因子），使豆粕中氨基酸含量增加、組成改善。楊旭等在研究中發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵豆粕中的賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸含量分別比發(fā)酵前提高了16.28%、56.41%和17.01%，17種氨基酸總量提高了6.58%，說明酵母發(fā)酵能有效改善豆粕中的氨基酸組成，提高豆粕中必需氨基酸的實(shí)際含量，相應(yīng)提高了豆粕飼料的蛋白質(zhì)品質(zhì)及飼用價(jià)值。

　　1.3　富含多種生物活性因子

　　豆粕在微生物作用下發(fā)酵，經(jīng)過一系列的生物化學(xué)變化，在有效去除抗?fàn)I養(yǎng)因子的同時(shí)分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生多種小肽。大豆多肽是大豆蛋白的酶解產(chǎn)物，在動(dòng)物體內(nèi)吸收快、耗能低、不易飽和，各種小肽之間的轉(zhuǎn)運(yùn)無競(jìng)爭(zhēng)性抑制，轉(zhuǎn)化利用率高。馬文強(qiáng)等的研究表明，發(fā)酵后豆粕中大于66.2ku的高分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)含量比發(fā)酵前下降了75.57%，25.0ku～66.2ku的中分子蛋白質(zhì)含量較發(fā)酵前降低了86.77%，小于25ku的低分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)含量比發(fā)酵前提高了2.25倍。

　　大豆異黃酮是豆粕中重要的生物活性物質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗菌活性和抗氧化作用。在發(fā)酵過程中，大豆異黃酮苷會(huì)轉(zhuǎn)化為游離的異黃酮苷元，使得發(fā)酵豆粕中的異黃酮抗菌活性明顯增強(qiáng)。楊國(guó)峰等的研究表明，發(fā)酵豆粕中的大豆異黃酮對(duì)食品中常見細(xì)菌（金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、福氏痢疾桿菌和綠膿桿菌）的最低抑（殺）菌濃度為0.24%，優(yōu)于大豆粕異黃酮（0.48%）和化學(xué)合成的防腐劑苯甲酸鈉（0.40%）。

　　發(fā)酵豆粕中富含各種消化酶，有利于提高動(dòng)物對(duì)飼料的消化率，從而提高飼料轉(zhuǎn)化率，降低養(yǎng)殖成本。吳暉等的研究表明，在30℃、料水比為1∶1、pH值為7.0、接種量4%的條件下利用枯草芽孢桿菌發(fā)酵豆粕72h，可使每克發(fā)酵豆粕中的蛋白酶活力達(dá)到630U。另外，微生物發(fā)酵過程中還可以產(chǎn)生大量的維生素、抗生素和未知營(yíng)養(yǎng)因子等，提高了豆粕的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，對(duì)維護(hù)動(dòng)物的腸道健康、保障生長(zhǎng)性能的發(fā)揮具有積極意義。

　　發(fā)酵豆粕具有一定的芳香氣味和鮮味，有一定的誘食作用，適口性較好。吳暉等研究發(fā)現(xiàn)，在28℃～32℃條件下，豆粕經(jīng)枯草芽孢桿菌發(fā)酵后具有醇香氣味。B.O.Omafube等認(rèn)為，混合發(fā)酵中的非優(yōu)勢(shì)菌主要起風(fēng)味調(diào)節(jié)作用。

　　2　發(fā)酵豆粕的生產(chǎn)工藝

　　發(fā)酵豆粕常采用固態(tài)發(fā)酵的方法，添加適量的水、碳源、氮源用單菌種或混合菌種在適宜的溫度下進(jìn)行發(fā)酵，以提高發(fā)酵效果。

　　具有優(yōu)良特性的菌種是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)發(fā)酵豆粕的前提條件。發(fā)酵豆粕生產(chǎn)常選用的菌種有芽孢桿菌、霉菌、酵母菌和乳酸桿菌等，這些微生物在發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生活性較高的蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶等，能夠有效降解豆粕中的大分子蛋白質(zhì)，消除抗?fàn)I養(yǎng)因子。此外，不同的菌種還具有各自獨(dú)特的優(yōu)良性質(zhì)，如芽孢桿菌具有不易致死的芽孢，飼喂時(shí)能以活菌狀態(tài)進(jìn)入動(dòng)物的消化系統(tǒng)，進(jìn)而抑制腸道中有害菌的生長(zhǎng)、繁殖；酵母菌菌體蛋白質(zhì)含量高，氨基酸構(gòu)成合理，富含B族維生素，可以同化尿素、硫酸銨等非蛋白氮源，并能產(chǎn)生促進(jìn)細(xì)胞分裂的生物活性物質(zhì)，有強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)和抗病、促生長(zhǎng)的效果；乳酸桿菌在發(fā)酵過程中具有產(chǎn)酸作用，能降低產(chǎn)品pH值，產(chǎn)生酸甜芳香的氣味，改善產(chǎn)品的風(fēng)味和適口性。在實(shí)際生產(chǎn)中，針對(duì)各種微生物不同的特性進(jìn)行合理的選擇和組合非常關(guān)鍵。

　　2.2　工藝條件的優(yōu)化

　　陳濟(jì)琛等通過正交試驗(yàn)對(duì)芽孢菌固態(tài)發(fā)酵工藝優(yōu)化，采用豆粕12g、麩皮3g、水9mL、蔗糖0.45g，自然pH值，滅菌時(shí)間為20min，培養(yǎng)溫度為30℃，發(fā)酵時(shí)間為48h，結(jié)果其產(chǎn)物的大豆肽含量達(dá)23.9%，比優(yōu)化前發(fā)酵所得產(chǎn)物的大豆肽含量（14.1%）提高69.5%，比未經(jīng)發(fā)酵處理的豆粕大豆肽含量（4.14%）提高約4.8倍，大豆肽得率達(dá)60%。吳勝華等用酵母菌單菌固態(tài)發(fā)酵豆粕，最優(yōu)發(fā)酵條件：接種量為6%，料水比為1∶0.9，通氣量為每500mL45g，在自然pH值、30℃條件下發(fā)酵48h，結(jié)果胰蛋白酶抑制因子含量顯著下降，降解率達(dá)56.2%（42.53mg/g～18.63mg/g），小肽含量提高了4.3倍。

　　季偉用乳酸鏈球菌WX506固態(tài)發(fā)酵豆粕生產(chǎn)乳鏈菌肽（Nisin），通過單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)優(yōu)化了豆粕發(fā)酵的培養(yǎng)基組成，確定其最優(yōu)配方（在每千克豆粕中的添加量）：麩皮20g、蔗糖18g、酵母膏12g、K2HPO415g、NaCl1g、MgSO40.3g、水1000g；同時(shí)對(duì)培養(yǎng)條件進(jìn)行了考察，結(jié)果在初始pH值為6.5、接種量為5%、種齡為12h、發(fā)酵溫度為30℃的條件下靜止發(fā)酵48h，生物量達(dá)到0.94g/kg（發(fā)酵豆粕），Nisin最高效價(jià)達(dá)到997IU/g（發(fā)酵豆粕）。

　　用混合菌種發(fā)酵豆粕效果更佳，但因?yàn)榭紤]到菌種之間的相互作用，難度也更大。吳勝華等采用枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、植物乳酸菌及酵母菌對(duì)普通豆粕進(jìn)行二元混菌固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果豆粕經(jīng)過混菌發(fā)酵后小肽含量顯著提高，當(dāng)采用枯草芽孢桿菌和植物乳酸菌組合接種量為4%、料水比為1∶1.2、通氣量為60g/mL、發(fā)酵溫度為40℃時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)品中的小肽含量可達(dá)12.01%。

　　莫重文等采用米曲霉和啤酒酵母混合菌株固態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)發(fā)酵豆粕，工藝條件：溫度為28℃，發(fā)酵底物組成為100∶6（豆粕∶麩皮），接種菌配比為1∶3（米曲霉∶酵母菌），接種量為6.00%，發(fā)酵72h。在該條件下發(fā)酵豆粕產(chǎn)品中粗蛋白質(zhì)含量可達(dá)49.10%，比未發(fā)酵增加12.10%。

　　戚薇等采用納豆芽孢桿菌和凝結(jié)芽孢桿菌對(duì)豆粕進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果表明：最適發(fā)酵工藝為先接納豆芽孢桿菌，發(fā)酵12h后再接凝結(jié)芽孢桿菌，接種量為10%，兩菌比例為1∶1，發(fā)酵基質(zhì)中豆粕與麩皮質(zhì)量比為7∶3，初始含水量為40%，自然pH值，37℃發(fā)酵48h。結(jié)果發(fā)酵豆粕產(chǎn)品的蛋白質(zhì)水解度為20.14%，其中大多數(shù)肽類的分子質(zhì)量在620u～1242u之間；降解率達(dá)95%，產(chǎn)品中含納豆芽孢桿菌1.0×109cfu/g，凝結(jié)芽孢桿菌9.2×107cfu/g，此外，還含有蛋白酶、短肽和乳酸等生物活性物質(zhì)。