張永勝， 周曉舟， 張遨然， 周桂蓮， 李 勇，3，閆亞婷， 黃金發(fā)，3， 李 鑫，3， 王向榮*

（1.濰坊新希望六和飼料科技有限公司，山東濰坊 261100；2.新希望六和飼料股份有限公司，山東青島 266100；3.山東新希望六和集團(tuán)有限公司，山東青島 266100）

為擴(kuò)大蛋白飼料來(lái)源，提高非常規(guī)蛋白原料利用率，2021年4月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《豬雞飼料玉米豆粕減量替代技術(shù)方案》，以菜籽粕、棉籽粕、花生粕等非常規(guī)蛋白原料替代豆粕，保證原料有效供給。非常規(guī)蛋白原料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用是近幾年研究熱點(diǎn)之一，生物發(fā)酵、酶解是高效利用非常規(guī)蛋白原料的方法。非常規(guī)蛋白原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子含量高、氨基酸不平衡，經(jīng)過(guò)發(fā)酵、酶解處理可提高動(dòng)物的飼料消化率、降低原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，從而提高飼料營(yíng)養(yǎng)利用價(jià)值、改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能、降低生產(chǎn)成本（Shi等，2015）。但國(guó)內(nèi)外研究人員常采用豆粕為發(fā)酵基質(zhì)，對(duì)以非常規(guī)蛋白原料為基質(zhì)的發(fā)酵技術(shù)，特別是菌酶協(xié)同發(fā)酵技術(shù)研究相對(duì)較少。菌酶協(xié)同發(fā)酵是飼料原料發(fā)酵過(guò)程中額外添加酶制劑或飼料原料酶解過(guò)程中加入一定量的益生菌進(jìn)行發(fā)酵；菌酶協(xié)同發(fā)酵可彌補(bǔ)單獨(dú)利用益生菌發(fā)酵產(chǎn)酶不足的缺點(diǎn)，同時(shí)酶制劑的添加可提高在發(fā)酵過(guò)程中益生菌對(duì)飼料原料大分子物質(zhì)的利用率；將大分子蛋白質(zhì)降解成具有特殊生理功能的小肽物質(zhì)，提高蛋白質(zhì)消化率，進(jìn)而提高菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料品質(zhì)（Li等，2021）。研究表明，菌酶發(fā)酵菜籽粕有助于提高粗蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維的消化率，改善動(dòng)物腸道微生物群，減少抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)，有利于動(dòng)物健康（Olukomaiya等，2021；Grela等，2019）。因此，菌酶協(xié)同發(fā)酵對(duì)于非常規(guī)蛋白原料開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有重要意義。

1 飼料蛋白原料的現(xiàn)狀

隨著養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；⒓s化發(fā)展，我國(guó)蛋白飼料資源無(wú)法滿足畜禽生產(chǎn)實(shí)際需求量。優(yōu)質(zhì)常規(guī)蛋白原料嚴(yán)重匱乏，如大豆、魚粉等，其中大豆80%依靠進(jìn)口。每年從國(guó)外進(jìn)口大量飼料蛋白原料，2019年我國(guó)大豆進(jìn)口量8851萬(wàn)t，約為產(chǎn)量的4倍，2021年1～11月份我國(guó)大豆進(jìn)口量8765萬(wàn)t；同時(shí)2017-2019年我國(guó)魚粉進(jìn)口量保持較高水平，2019年我國(guó)魚粉進(jìn)口量142萬(wàn)t，約為產(chǎn)量的2倍，2021年1～10月份我國(guó)進(jìn)口魚粉數(shù)量1581703 t，同比增長(zhǎng)27.56%（飼料行業(yè)信息網(wǎng)，2021）。由此可見(jiàn)我國(guó)大豆、魚粉供求關(guān)系緊張，對(duì)常規(guī)蛋白飼料原料進(jìn)口存在依賴性。因此，充分利用好蛋白飼料資源，提高非常規(guī)蛋白飼料原料利用率是我國(guó)發(fā)展畜牧業(yè)的重要任務(wù)（Kim等，2019）。我國(guó)擁有豐富的非常規(guī)蛋白原料資源，如菜籽粕、棉籽粕、花生粕等，菜籽粕年產(chǎn)量約900萬(wàn)t，棉籽粕約500萬(wàn)t，花生粕約370萬(wàn)t。菜籽粕粗蛋白質(zhì)含量約36%，蛋氨酸含量高，普通菜籽粕可替代40%豆粕，雙低菜籽粕替代量可達(dá)到60%以上；棉仁完全脫殼制成的棉籽粕粗蛋白質(zhì)含量達(dá)40%以上，優(yōu)質(zhì)棉籽粕可作為生豬飼料中良好的蛋白原料來(lái)源替代50%豆粕；花生粕營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，粗蛋白質(zhì)含量高達(dá)48%以上，接近于豆粕，其代謝能是粕類飼料原料中最高的，但花生粕在生豬飼料中用量較低一般不超過(guò)10%（薛俊敬等，2019）。我國(guó)非常規(guī)蛋白原料市場(chǎng)廣闊，利用非常規(guī)蛋白原料替代常規(guī)蛋白原料豆粕、魚粉，可解決蛋白資源利用率低的問(wèn)題，降低大豆、魚粉進(jìn)口的依賴性，在一定程度上緩解蛋白飼料原料匱乏的問(wèn)題，提高我國(guó)畜牧業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)其健康可持續(xù)發(fā)展。

2 非常規(guī)蛋白原料應(yīng)用存在的問(wèn)題

2.1 抗?fàn)I養(yǎng)因子含量高 我國(guó)非常規(guī)蛋白原料資源豐富，但其利用率極低；原因在于非常規(guī)蛋白原料中含有大量的抗?fàn)I養(yǎng)因子，無(wú)法直接利用。菜籽粕含有大量的硫苷、單寧、植酸等抗?fàn)I養(yǎng)成分，嚴(yán)重影響其利用率，限制了其在飼料中的添加量和適用范圍；抑制動(dòng)物生長(zhǎng)（Danwitza等，2020；Khajali等，2012）。棉籽粕中含有大量的游離棉酚，因其毒性限制棉籽粕的有效使用；研究表明，棉酚可與蛋白質(zhì)中的賴氨酸相結(jié)合，導(dǎo)致賴氨酸利用率降低，從而降低棉籽粕的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值（Henry等，2001）?；ㄉ梢赘腥军S曲霉菌產(chǎn)生黃曲霉毒素，花生粕還含有多種抗?fàn)I養(yǎng)成分如植物性血球凝集素、胰蛋白酶抑制因子、植酸等，其中植酸為最主要抗?fàn)I養(yǎng)因子，含量約為1.5%；植酸與酶的堿性氨基酸殘基結(jié)合，會(huì)抑制代謝酶活，影響機(jī)體對(duì)蛋白質(zhì)的消化吸收（Sun等，2021；Zouaoui等，2018）。

消除原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子的影響可提高飼料利用價(jià)值；常用方法有加熱法、機(jī)械加工法、化學(xué)添加劑法、酶制劑法和生物發(fā)酵法等。物理、化學(xué)方法可降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，同時(shí)也導(dǎo)致了飼料原料中有效營(yíng)養(yǎng)成分流失。生物發(fā)酵法能有效降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，兼具處理效率高、無(wú)試劑殘留、應(yīng)用安全、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失少等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際畜禽生產(chǎn)中被廣泛使用（鄧雪娟等，2019）。

2.2 適口性差 非常規(guī)蛋白原料引起適口性差的主要原因是抗?fàn)I養(yǎng)因子和毒性成分。菜籽粕的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子硫苷，在芥子酶的作用下分解產(chǎn)生異硫氰酸酯、惡唑烷硫酮等有毒物質(zhì)，嚴(yán)重影響動(dòng)物適口性和菜籽粕的利用率（Reungoat等，2021）。研究表明，長(zhǎng)期過(guò)量使用菜籽粕會(huì)引起動(dòng)物甲狀腺腫大、采食量下降、生長(zhǎng)抑制（Fu等，2021）。非常規(guī)蛋白原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子植酸也會(huì)造成適口性差，而單胃動(dòng)物缺乏植酸酶，無(wú)法水解植酸。添加植酸酶將植酸中的磷酸堿基水解，破壞植酸對(duì)鈣磷等礦物質(zhì)元素的親和性，可提高機(jī)體對(duì)于礦物質(zhì)元素的吸收，增加采食量（郭文文等，2015）。通過(guò)菌酶協(xié)同發(fā)酵技術(shù)，可有效降低非常規(guī)蛋白原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，改善飼料適口性，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。

2.3 氨基酸組成不平衡 非常規(guī)蛋白原料氨基酸組成不平衡，菜籽粕蛋氨酸含量高，賴氨酸、精氨酸含量相對(duì)較低；棉籽粕精氨酸含量高于豆粕，但賴氨酸含量遠(yuǎn)低于豆粕；花生粕精氨酸含量高，但缺乏蛋氨酸、賴氨酸和色氨酸（Duodu等，2018）。益生菌和酶制劑均衡使用，其互作效應(yīng)可解決非常規(guī)蛋白因氨基酸不平衡導(dǎo)致利用率低的問(wèn)題（姚妙愛(ài)，2006）。Boroojeni等（2017）研究報(bào)道，蛋白飼料原料通過(guò)菌酶協(xié)同發(fā)酵可提高標(biāo)準(zhǔn)回腸氨基酸消化率和蛋白飼料原料的利用率。在餅粕類飼料原料中添加產(chǎn)蛋白酶的菌種或外源添加蛋白酶制劑協(xié)同發(fā)酵可分解原料中的大分子蛋白質(zhì)，產(chǎn)生特定功能小肽和氨基酸，使之平衡并提高蛋白質(zhì)的消化率（Kim等，2019；王詩(shī)琦等，2019）。

3 菌酶協(xié)同發(fā)酵的應(yīng)用研究

3.1 菌酶協(xié)同發(fā)酵的作用 菌酶協(xié)同發(fā)酵以酶制劑和益生菌有效結(jié)合互作發(fā)酵，高效協(xié)同發(fā)揮降解飼料原料、提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括大分子蛋白質(zhì)、氨基酸、礦物質(zhì)元素、特定功能性小肽等含量的作用；同時(shí)，具有改善飼料品質(zhì)，提高適口性，促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收等功能。菌酶協(xié)同發(fā)酵能降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能和免疫力，促進(jìn)腸道健康。研究表明，日糧中添加纖維素酶可顯著降低大腸桿菌數(shù)量，同時(shí)顯著增加乳酸桿菌數(shù)量，減少腸道疾病和降低腹瀉率（Long等，2020）。纖維素酶水解飼料原料中的纖維素產(chǎn)生單糖能為菌體合成蛋白提供能量。Li等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，芽孢桿菌在發(fā)酵過(guò)程中利用基質(zhì)產(chǎn)生纖維素酶，破壞細(xì)胞壁中主要成分纖維素，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)從原料中釋放出來(lái)，有利于動(dòng)物機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化利用。菌酶協(xié)同發(fā)酵能改變飼料的物理性狀，益生菌在發(fā)酵過(guò)程中生長(zhǎng)繁殖并分泌出一定量的胞外酶，胞外酶產(chǎn)生的醇、酯等物質(zhì)可以改善飼料品質(zhì)、提高適口性。飼料原料通過(guò)微生物發(fā)酵將抗?fàn)I養(yǎng)因子和有毒成分進(jìn)行降解或轉(zhuǎn)化，有效降低了抗?fàn)I養(yǎng)因子對(duì)動(dòng)物機(jī)體的不良影響，從而提高飼料原料品質(zhì)。

3.2 菌酶協(xié)同發(fā)酵的工藝研究 飼料原料的菌酶協(xié)同發(fā)酵技術(shù)一般采用一次固態(tài)發(fā)酵工藝，即發(fā)酵基質(zhì)中同時(shí)添加菌種和酶處理，酶將非淀粉多糖水解為單糖，為菌種生長(zhǎng)提供能量，而菌種生長(zhǎng)繁殖中分泌大量酶類降解飼料原料中的蛋白質(zhì)、纖維等物質(zhì)，同時(shí)將粗蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，使機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更容易吸收利用（Heng等，2022；Zhang等，2020）。在充分研究菌種和酶協(xié)同發(fā)酵的反應(yīng)條件下，獲得比單一酶制劑或益生菌發(fā)酵更好的效果。帖余等（2019）研究報(bào)道，通過(guò)黑曲霉發(fā)酵和酶解二次法處理菜籽粕，利用發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的多種酶進(jìn)一步降解菜籽粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子，結(jié)果表明相比一次發(fā)酵，硫苷和植酸含量分別降低了33.20%和96.18%。石慧等（2011）以枯草芽孢桿菌好氧發(fā)酵作為前發(fā)酵，乳酸菌及酵母菌厭氧發(fā)酵作為后發(fā)酵對(duì)豆粕進(jìn)行二次發(fā)酵，結(jié)果表明二次發(fā)酵豆粕中抗原蛋白的降解率大于一次發(fā)酵。二次發(fā)酵工藝是在基質(zhì)中分別添加菌種、酶處理或混菌依次發(fā)酵，其優(yōu)點(diǎn)在于考慮到不同菌種和酶的生長(zhǎng)環(huán)境和發(fā)酵參數(shù)，為菌種、酶分別創(chuàng)造最佳反應(yīng)條件，飼料原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子降解效果優(yōu)于一次發(fā)酵，但二次發(fā)酵的工藝更加復(fù)雜、發(fā)酵參數(shù)差異大，對(duì)發(fā)酵設(shè)備要求極高，生產(chǎn)成本相較于一次發(fā)酵更高，因此對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)而言，一次發(fā)酵更具有實(shí)用性。采用固態(tài)發(fā)酵工藝較液態(tài)發(fā)酵更具優(yōu)勢(shì)，原因在于液態(tài)發(fā)酵在過(guò)程中易感染雜菌且后期會(huì)出現(xiàn)代謝產(chǎn)物抑制現(xiàn)象，而固態(tài)發(fā)酵終產(chǎn)物濃度高、發(fā)酵時(shí)間短、代謝產(chǎn)物抑制效果?。╕usuf等，2021）。研究表明，發(fā)酵時(shí)間60 h、溫度32℃、水分50%條件下棉籽粕游離棉酚含量顯著降低（P＜0.05），粗蛋白質(zhì)含量顯著增加（P＜0.05），發(fā)酵時(shí)間60 h、溫度28℃、水分50%條件下菜籽粕硫代葡萄糖苷含量顯著降低（P＜0.05）（Lan等，2020）。但不同菌種和酶一次固態(tài)發(fā)酵的工藝參數(shù)差別較大，發(fā)酵工藝參數(shù)包括：菌種特性、菌種數(shù)量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵初始pH、料水比、發(fā)酵時(shí)間、菌株接種量、酶的種類及添加劑量等，合理的工藝參數(shù)才能獲得較好的發(fā)酵效果。

3.3 菌酶協(xié)同發(fā)酵非常規(guī)蛋白原料的研究進(jìn)展針對(duì)菜籽粕、棉籽粕和花生粕等非常規(guī)蛋白原料采用菌酶協(xié)同發(fā)酵技術(shù)值得探討，菌酶協(xié)同發(fā)酵能降低原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，提高其利用率。張昆（2012）以棉籽粕、菜籽粕及麩皮為發(fā)酵基質(zhì)，添加混合菌種（枯草芽孢桿菌、啤酒酵母、乳酸桿菌）、150 U/g纖維素酶、200 U/g蛋白酶，在含水量45%、溫度35℃條件下發(fā)酵48 h建立最佳發(fā)酵工藝，結(jié)果表明游離棉酚脫毒率73.75%，硫苷降解率62.7%，小肽含量比發(fā)酵前提高1.84倍，賴氨酸含量提高49.6%。楊家?guī)洠?010）將枯草芽孢桿菌、蠟質(zhì)芽孢桿菌、干酪乳桿菌三菌組合和中性蛋白酶協(xié)同發(fā)酵菜籽粕，發(fā)酵工藝參數(shù)：三菌接種量分別為1%、2%、3%，酶添加量200 U/g，料水比1：0.9，發(fā)酵溫度35℃，發(fā)酵時(shí)間48 h；與原菜籽粕相比小肽含量由56.21 mg/g提高到170.12 mg/g，粗蛋白質(zhì)含量由40.52%提高到41.30%，硫苷含量由27.61 μmol/g降 低 到8.33 μmol/g。Zhu等（2021）以菜籽粕作為底物，加入10 FPU/g纖維素酶和10 U/g果膠酶在體外39℃發(fā)酵28 h后，再用3種乳酸桿菌1：1：1比例39℃接種培養(yǎng)48 h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組硫代葡萄苷含量顯著低于不做處理的對(duì)照組（P＜0.05），降低了62%，同時(shí)提高了菜籽粕的干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)利用率，酶解增強(qiáng)了乳酸菌的發(fā)酵特性。菌酶協(xié)同發(fā)酵在一定程度上有效降低了棉籽粕、菜籽粕抗?fàn)I養(yǎng)因子棉酚、硫苷含量，提高了棉籽粕、菜籽粕小肽含量，改善了棉籽粕、菜籽粕的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

3.4 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在畜牧養(yǎng)殖中的應(yīng)用Ashayerizadeh等（2018）發(fā)現(xiàn)肉雞日糧中添加50%和100%發(fā)酵菜籽粕與傳統(tǒng)豆粕日糧相比，日增重和飼料轉(zhuǎn)化率顯著提高，肌肉中膽固醇和丙二醛濃度降低，說(shuō)明發(fā)酵菜籽粕替代豆粕能提高肉雞的生長(zhǎng)性能、抗氧化性能和肉品質(zhì)。發(fā)酵菜籽粕還能提高動(dòng)物機(jī)體免疫力，增加肉雞腸道乳酸菌種群，降低沙門氏菌對(duì)器官的損傷，顯著降低異粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞的比率 （Ashayerizadeh等，2017）。Zhang等（2017）研究表明，飼喂發(fā)酵豆粕的仔豬平均日增重和采食量顯著高于抗生素組，發(fā)酵豆粕組空腸和回腸中促炎因子mRNA表達(dá)量降低，菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料能降低仔豬的炎癥，提高仔豬生長(zhǎng)性能。Grela等（2019）在日糧中添加4%～9%的發(fā)酵菜籽粕替代豆粕可顯著改善母豬生產(chǎn)性能，增加28日齡的窩產(chǎn)仔數(shù)和窩重，同時(shí)有助于提高粗蛋白質(zhì)、脂肪和粗纖維消化率，對(duì)母豬的腸道菌群產(chǎn)生積極影響。發(fā)酵菜籽粕是減少抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)和增加飼料中乳酸水平的有效方法，可降低腹瀉的嚴(yán)重程度和死亡率，從而改善仔豬的生長(zhǎng)性能。馮江鑫等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，添加發(fā)酵豆粕日糧的仔豬干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗灰分、總能、總磷的消化率顯著提高，仔豬十二指腸絨毛高度/隱窩深度和回腸絨毛高度顯著提高，空腸封閉蛋白-1（CLDN-1）、閉合小環(huán)蛋白-1（ZO-1）和回腸密閉蛋白（OLCN）基因mRNA相對(duì)表達(dá)量顯著提高，菌酶協(xié)同發(fā)酵飼糧可提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率，改善腸道健康，降低腹瀉率，從而提高仔豬的生長(zhǎng)性能，且效果相當(dāng)于或優(yōu)于添加金霉素飼糧。

4 小結(jié)

菌酶協(xié)同發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的細(xì)菌微生物生命活動(dòng)與酶共同參與的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，針對(duì)非常規(guī)蛋白原料建立的菌酶協(xié)同發(fā)酵技術(shù)尚不完善，國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道較少；但相對(duì)于傳統(tǒng)豆粕發(fā)酵而言，菌酶協(xié)同發(fā)酵非常規(guī)蛋白原料更具有研究前景。目前，菌酶發(fā)酵作用機(jī)理尚不明確，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)菌種的形態(tài)、生長(zhǎng)特性、生物學(xué)功能；酶的分子結(jié)構(gòu)、酶活特性及功能有深入研究，但酶與菌種之間互作效應(yīng)、菌酶協(xié)同發(fā)酵與動(dòng)物機(jī)體之間作用的機(jī)理研究較少。菌酶協(xié)同發(fā)酵可提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能、免疫力等，促進(jìn)腸道健康，其效果優(yōu)于單一微生物發(fā)酵或酶制劑發(fā)酵，隨著科研人員對(duì)菌酶協(xié)同發(fā)酵技術(shù)不斷探索，未來(lái)會(huì)出現(xiàn)更多的菌酶協(xié)同發(fā)酵非常規(guī)蛋白飼料原料的組合產(chǎn)品，這對(duì)緩解我國(guó)優(yōu)質(zhì)蛋白資源匱乏，提高非常規(guī)蛋白原料利用率有著深遠(yuǎn)意義。