发酵玉米蛋白粉饲料及其在动物生产中的应用

徐超，张昕禹，郑喜群，姜宁，李沐阳，张爱忠

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院/黑龙江省寒区饲料资源高效利用与营养调控重点实验室，黑龙江大庆163319）

玉米是我国的主要粮食作物之一，具有适应环境能力强、产量高、营养价值高等特点，是食品加工、饲料生产的主要原料来源。在2019年我国玉米产量约为2.57亿t，其中用于饲料及工业消费的比例高达90%。玉米蛋白粉是玉米籽粒经食品加工后产生的主要副产物，营养物质含量多，且含有少量的淀粉和纤维。玉米蛋白粉直接作为饲料饲喂动物的效果不明显。主要是因为其蛋白质中含有大量不可溶性蛋白、抗营养因子和氨基酸不平衡，同时动物对不溶性的蛋白质吸收利用效果不佳，且不利于瘤胃菌群的生长，造成极大的浪费[1]。

发酵玉米蛋白粉是将玉米蛋白粉通过微生物发酵技术进行处理，发酵可使其中部分蛋白质结构和质量发生改变，提高玉米蛋白粉的营养成分并改善氨基酸的平衡性，有利于动物的吸收，减少玉米蛋白粉营养的浪费。而酵母菌、芽孢杆菌等是发酵饲料的最常见菌种。此外，发酵玉米蛋白粉中含有丰富的益生菌，对于改善反刍动物瘤胃的酶活性和畜禽肠道微生物环境等均有积极意义。本文对近年来玉米蛋白粉发酵过程中发酵菌种的选择、发酵工艺、发酵后的营养价值和功效以及发酵玉米蛋白粉在动物生产中的应用进行概述，以期对玉米蛋白粉发酵在动物生产中的应用提供参考。

1 玉米蛋白粉发酵技术

1.1 玉米蛋白粉发酵菌种的选用

目前，蛋白质饲料发酵选用的发酵菌种主要是细菌和真菌，细菌类菌种主要以乳酸菌、芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌为主，真菌类菌种主要选用酵母菌和曲霉菌等。Shi C.等[2]等研究发现，在使用枯草芽孢杆菌对玉米-豆粕型混合饲料进行固态发酵后，饲料原料外部结构发生改变，形状为孔状结构，同时发酵饲料的粗蛋白和总磷含量显著提高，淀粉粒数量和植酸含量下降。发酵后小肽和游离氨基酸的含量显著增加。史路路等[3]研究发现，用淀粉酶、糖化酶和酵母菌按一定比例优化发酵可以提高玉米蛋白粉中氨基酸和粗蛋白的含量。以酵母菌为发酵菌种的研究发现，玉米蛋白粉在蛋白酶的作用下能产生可溶性小肽，动物体内的自由基可在小肽的抗氧化作用下被消除，能有效地预防疾病的发生，对反刍动物的健康有促进作用[4]。细菌发酵蛋白饲料产生的粗蛋白含量、可溶性蛋白含量、小肽、抗氧化活性等指标要高于真菌发酵的蛋白饲料。感官指标方面，玉米蛋白粉在酵母菌发酵后具有适宜的酵母香味，而豆粕在枯草芽孢杆菌和乳酸菌的发酵作用下呈现为酸香味[5]。不同菌种发酵后的香味可以提高反刍动物的食欲，对饲料的消化吸收有促进作用。

根据发酵菌种的不同，在玉米蛋白粉发酵中，主要有单菌种发酵和混菌发酵两种。玉米蛋白粉发酵属于动态协调发酵过程，不同菌种的发酵条件存在着差异，同菌种在不同发酵阶段的温度和pH也存在动态变化。选用单菌种发酵时，操作简单，需要控制的因素较少，同时饲料的发酵速度慢，营养功能单一。在混菌发酵过程中，各种有益菌的功能和性质不同，在发酵实践中需要严格把控操作流程。同时由于菌种的多样性，混菌发酵后的饲料品质更优于单菌种发酵，且更适合动物的生长需要。因此，选择混菌发酵更适合玉米蛋白粉大规模发酵生产的需要。

1.2 玉米蛋白粉的发酵工艺

关于玉米蛋白粉的发酵工艺，目前以固态微生物发酵最为常见，且技术比较成熟。固态发酵方法是利于微生物的作用，使蛋白质原料在水分含量相对较少的环境中进行发酵处理，操作技术相对简单，注意的主要条件有发酵物的pH、发酵温度、发酵时间及接种菌种浓度等。王雨婷[6]和江成英等[7]研究发现，使用芽孢杆菌固态发酵玉米蛋白粉，在适宜的条件下，能够有效地提高玉米蛋白粉中的可溶性蛋白含量，玉米肽的抗氧化活性增强，同时能够有效地降低原料中的自由基含量。Wang C.等[8]证实了两阶段固态发酵中的菌种变化和参数的控制。发酵过程中可产生一些抗菌物质，能够有效提高对动物的抗病性，降低养殖用药，还可改善圈舍环境。在我国，液体发酵技术得到了很好的完善和应用，在液态发酵玉米蛋白粉饲料中，应注意原料的颗粒大小、料水比等。液体发酵具有发酵速度快、便于调控、菌种选择局限性小和周期短等优点[9]，但成本较高。

1.3 发酵玉米蛋白粉中营养物质的变化

玉米蛋白粉经微生物发酵后，其蛋白质结构和分子质量都发生了明显的改变。在扫描电镜下观察，可以发现蛋白质的结构被打开，表面积变大，孔洞比较明显，且发酵后氨基酸亲水性增强[10]。同时蛋白酶类能够将部分蛋白质和淀粉等大分子等营养物质降解为分子质量较小的活性肽、小肽及游离氨基酸，游离氨基酸可以改善饲料的适口性，从而提高玉米蛋白粉营养价值。

2 发酵玉米蛋白粉的饲喂功效

玉米蛋白饲料在微生物的发酵作用下，可以改善玉米蛋白饲料对反刍动物的适口性，增加反刍动物对饲料的采食量。徐力等[11]研究发现，饲料在发酵过程醇溶蛋白分子的α-螺旋结构被破坏，水解为大分子蛋白质，改善了营养结构，提高了反刍动物对玉米蛋白粉的消化利用率，有效地提高了饲料的利用率。

2.1 改善胃肠道微生态环境

发酵玉米蛋白粉饲料含较多的乳酸菌等有益菌，可增加反刍动物瘤胃需要的各种挥发性脂肪酸、氨态氮和菌体蛋白含量，同时有益菌可以在瘤胃内降解蛋白质，产生一定量的有机酸，改善胃肠道pH，抑制有害菌群的生长繁殖和改善瘤胃菌群结构，促进瘤胃发酵[12]。魏炳栋等[13]研究发现，饲粮中添加发酵玉米蛋白粉能够提高肉仔鸡血清中抗氧化酶活性和抑制自由基能力，并且降低血清中丙二醛含量。有益菌群产生的溶菌酶、细菌素等多肽类物质不仅可以有效抑制沙门氏菌、大肠杆菌的生长，而且可以抑制其他病原微生物的滋生，改善动物肠道的微生态环境。

2.2 提高动物的抗病力

发酵饲料中含有各种对反刍动物有益的的菌种，益生菌进入机体后，在反刍动物机体血液中产生更多的白蛋白及总蛋白，促进免疫物质的生成，同时动物机体抗氧化能力得到显著提升。刺激动物机体发生免疫应答反应的化学信号，可以有效地激活免疫系统，能够较好地杀灭入侵机体的致病菌，达到抗病的目的[14]。Lu J.F.等[15]研究发现，玉米和豆粕混合发酵饲料用于猪生产中，猪血清中的免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）含量显著升高，同时显著降低十二指肠和盲肠中类杆菌和马鲁氏杆菌的数量。姜鑫等[16]在研究发酵玉米蛋白粉对断奶前荷斯坦公犊血浆代谢物的影响时发现，饲喂发酵玉米蛋白粉饲料后，犊牛血液中的血浆白蛋白、总抗氧化能力和免疫球蛋白A（IgA）含量均显著高于对照组。综上所述，发酵后的玉米蛋白粉饲料能够提高反刍动物的免疫调节能力，减少疾病的发生，有利于反刍动物的生长发育。

2.3 提高玉米蛋白粉饲料的营养价值

蛋白质饲料经微生物发酵后，产生的营养活性物质如各种脂肪酸和芳香酸类物质可以提高饲粮的适口性，改善饲料味道，有助于提高动物采食量。经过微生物发酵后的蛋白质饲料会产生大量的氨基酸、肽类物质，这些营养活性物质可以更好地被动物吸收利用，促进动物的生长发育，提高营养水平。饲料中的有益菌群还可以通过代谢产生多种活性肽。这些活性肽可以参与肠道的一些功能，提高机体免疫功能。微生物发酵技术可以分解饲料中的抗营养因子，得到大量的酶、氨基酸和多肽类物质。这些物质可以降解一些动物肠道不容易吸收的纤维、蛋白质等，使动物更好地吸收饲料中的营养成分[17]。

3 发酵玉米蛋白粉在畜禽生产中的应用

利用微生物发酵方式处理蛋白质饲料，在畜禽生产中已经广泛应用。相关研究表明，微生物发酵玉米蛋白粉饲料有以下作用优点：有利于调节畜禽胃肠道内微生态平衡；提高动物日采食量和饲料消化率；促进畜禽生长；激活宿主免疫系统，提高机体免疫调剂功能；降低畜禽等动物的疾病发生机率，有利于畜禽的生长发育。

3.1 在家畜生产中的应用

目前，发酵玉米蛋白粉饲料主要应用于奶牛的生产中，在羊生产中的应用还待进一步研究。姜鑫等[18]利用纳豆芽孢杆菌和乳酸菌发酵玉米蛋白粉饲料，饲喂荷斯坦公犊牛，结果表明试验组犊牛体内的血浆中总蛋白和免疫球蛋白含量明显增加，胆固醇和尿素氮含量降低，同时提高了犊牛瘤胃内各种有益菌和原虫的相对丰富度，能有效地调节瘤胃内的菌群结构，促进犊牛的生长发育。在奶牛瘤胃微生物体外发酵中发现，日粮中添加发酵玉米蛋白粉可以提高瘤胃产气量，同时提高瘤胃中挥发性脂肪酸及菌体蛋白的含量。梅宁安等[19]利用酵母菌发酵蛋白质饲料，应用于泌乳奶牛生产中，奶牛的产奶量和日粮报酬明显高于对照组。以上研究表明，饲喂含有发酵玉米蛋白粉的饲料可改善奶牛瘤胃菌群结构，提高奶牛产奶量，是奶牛养殖较为理想的蛋白质饲料。

3.2 在禽类生产中的应用

在家禽生产中，益生菌发酵玉米蛋白粉饲料可以提高禽类的抗氧化性能、机体屠宰率，改善肠道微生物平衡，促进禽类的生长代谢作用。魏炳栋等[13]研究发现，用复合菌发酵的玉米蛋白粉饲料可以显著提高仔鸡的平均采食量和日增重，促进内脏器官发育，改善肠道微生物环境，有利于仔鸡的生长发育和免疫调节。苗国伟[20]利用微生物固态发酵玉米蛋白粉应用于蛋鸡，结果证明饲喂发酵玉米蛋白粉可以降低肉鸡的料重比，同时还能提高机体的抗病力和机体抗氧化力。

4 展望

玉米蛋白粉通过微生物发酵技术可以提高营养水平，还可以通过有益菌的新陈代谢降解玉米蛋白粉中的不可溶性蛋白质，产生大量的活性肽，能降低动物疾病发生的概率，提高机体免疫力。我国玉米蛋白粉原料丰富，发酵玉米蛋白质饲料等有着良好的市场，且发酵玉米蛋白粉在动物的生产中已得到较好的应用效果，但其在不同种类和年龄阶段的动物中的适宜添加量还需要进一步的研究确定。目前，玉米蛋白粉发酵使用的菌群复杂，组合繁多，且菌种的筛选、培养以及制备技术还需优化。只有提高发酵玉米蛋白粉的品质，保证发酵质量，才能更好地推广使用。