菌酶固态发酵豆粕去除抗营养因子的差异化研究

陈敬帮，戴晋军，徐智鹏，龚阿琼，胡骏鹏

（安琪酵母股份有限公司，湖北 宜昌 443000）

豆粕是大豆榨油后的副产物，其植物蛋白含量高，必需氨基酸组成平衡，是良好的蛋白质饲料原料，在畜禽饲料中被广泛使用。但是，豆粕中存在大量的抗营养因子（杨玉娟等，2016），如致敏性抗原蛋白（李旺等，2019；蔡冬梅，2013）、胀气因子水苏糖和棉籽糖（陈磊等，2019）、胰蛋白酶抑制因子（宋鹏，2014）等，限制了豆粕的应用效果。为了消除抗营养因子，进一步提升豆粕的使用效果，学者们对豆粕深加工进行了广泛的尝试研究，包括物理方法、化学方法、微生物发酵处理（姜丹，2011）、酶制剂酶解处理等。魏曼琳等（2017）研究乳酸菌对发酵豆粕中脲酶的消除情况发现，不同接种量的乳酸菌均可显著降低豆粕中脲酶活性。王章存等（2013）通过研究酶解对豆粕中抗原蛋白的降解发现，7S伴球蛋白和11S球蛋白的酸性亚基等主要抗原成分在不同酶解时间下可被完全水解。付弘贇等（2008）研究发现，不同微生物对胰蛋白酶抑制因子的去除效果不一，其中枯草芽孢杆菌去除率达60%。刘迎春等（2015）研究发现，通过枯草芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌组合发酵豆粕，可显著降低豆粕中水苏糖和棉籽糖，缓解动物食用后的胀气问题。不同微生物和酶对豆粕中抗营养因子的消除能力不一，本文旨在对不同微生物和酶在固态发酵过程中消除豆粕抗营养因子的差异进行研究，通过组合微生物和酶，可同时有效的消除多种抗营养因子。

1 材料与方法

1.1 试验材料 豆粕，粗蛋白质≥43%，购自中粮东海粮油工业有限公司；酿酒酵母，安琪酵母股份有限公司；枯草芽孢杆菌，安琪酵母股份有限公司；干酪乳杆菌，安琪酵母股份有限公司；蛋白酶，安琪酵母股份有限公司；其他试剂均为工业级。

1.2 发酵豆粕制备方法 （1）配制500 mL 1%葡萄糖溶液，准确称取并加入微生物或酶，充分搅拌并溶解，得到500 mL菌悬液或酶液，静置30 min后备用；（2）称取1000 g豆粕，与（1）中制备的菌悬液或酶液充分混合，转入呼吸袋内，封口；（3）将呼吸袋放入恒温培养箱内，37℃条件下发酵72 h，结束发酵；（4）将发酵结束的豆粕样品在托盘中均匀打散，转移至鼓风干燥箱内，60℃干燥12 h；（5）将干燥后的发酵豆粕样品粉碎，60目过筛后，检测大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制因子、水苏糖、棉籽糖、尿素酶。

1.3 指标检测及方法

1.3.1 大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制因子检测 大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制因子通过试剂盒检测，试剂盒购自北京龙科方舟生物有限公司，具体步骤参照试剂盒说明书进行。

1.3.2 水苏糖、棉籽糖检测 参照GB/T 22491-2008《大豆低聚糖》中棉籽糖、水苏糖的方法进行检测。

1.3.3 尿素酶检测 参照GB/T 8622-2006《饲料用大豆制品中尿素酶活性的测定》中尿素酶的检测方法进行检测。

1.3.4 其他理化指标检测 肽含量采用GB/T 22942-2008《大豆肽粉》中附录B肽含量的测定方法；乳酸采用GB/T 23877-2009《饲料酸化剂中柠檬酸、富马酸和乳酸的测定》。

2 结果与讨论

2.1 不同微生物或酶发酵豆粕抗原蛋白的差异化分析 分别检测原始豆粕、空白处理组和试验组豆粕中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量，检测结果如图1所示。

从图1种可以看出，相较原始豆粕，空白处理组和试验组中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白含量均有明显下降，其中碱性蛋白酶处理组下降幅度最大，大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白消除率分别达68.99%和64.22%。空白处理组中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白消除率分别达24.07%和27.71%，推测可能是由于生料发酵过程中原料自身携带的微生物发酵，消除了一部分抗原蛋白。

图1 不同处理组发酵豆粕的抗原蛋白含量

2.2 不同微生物或酶发酵豆粕胰蛋白酶抑制因子的差异化分析 分别检测原始豆粕、空白处理组和实验组豆粕中胰蛋白酶抑制因子的含量，检测结果如图2所示。

图2 不同处理组发酵豆粕的胰蛋白酶抑制因子含量

从图2中可以看出，相较于原始豆粕和空白处理组，试验组发酵豆粕中胰蛋白酶抑制因子的含量明显降低，其中酿酒酵母和枯草芽孢杆菌对胰蛋白酶抑制因子的消除作用最明显，分别达91.53%和94.31%。

2.3 不同微生物或酶发酵豆粕尿素酶的差异化分析 分别检测原始豆粕、空白处理组和试验组豆粕中尿素酶的含量，检测结果如图3所示。

从图3中可以看出，豆粕中的尿素酶含量较低，经发酵处理后豆粕中的尿素酶基本降解，说明豆粕中的尿素酶容易消除。

图3 不同处理组发酵豆粕的尿素酶含量

2.4 不同微生物或酶发酵豆粕水苏糖、棉籽糖的差异化分析 分别检测原始豆粕、空白处理组和实验组豆粕中水苏糖、棉籽糖的含量，检测结果如图4所示。

图4 不同处理组发酵豆粕的水苏糖、棉籽糖含量

从图4中可以看出，与原始豆粕样品相比，处理组豆粕中水苏糖、棉籽糖含量明显降低，其中酿酒酵母处理组水苏糖、棉籽糖降解率达到最大，分别降解97.46%和78.17%。棉籽糖含量低于水苏糖，但降解效率低于水苏糖。

2.5 菌酶组合条件下发酵豆粕抗营养因子差异与指标分析 按照酿酒酵母：枯草芽孢杆菌：干酪乳杆菌：碱性蛋白酶=2:1:1:1的比例制备菌酶混合液，与豆粕在充分混合后转入呼吸发酵袋中，封口。发酵结束检测发酵豆粕样品中的大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白含量、胰蛋白酶抑制因子、尿素酶、水苏糖和棉籽糖结果如图5、图6所示。

图5 菌酶组合发酵前后豆粕抗营养因子的变化

图6 菌酶组合发酵前后豆粕抗营养因子的变化

从图中可以看出，菌酶组合发酵豆粕对豆粕中大部分抗营养因子消除效果明显，其中大豆球蛋白消除率达69.93%，β-伴大豆球蛋白消除率达59.57%，胰蛋白酶抑制因子消除率达98.03%，尿素酶完全消除，水苏糖消除率达99.54%，棉籽糖消除率达83.24%，综合消除效果明显。

3 结论

微生物发酵和酶解是消除豆粕中抗营养因子的有效手段，但是不同种类的微生物在豆粕抗营养因子消除效果上存在差异，此外，酶对部分抗营养因子的消除也有明显效果。发酵豆粕制备过程中，合理搭配使用不同微生物和酶，可以有效去除豆粕中多种抗营养因子，提高豆粕的营养价值。