. . 豆粕发酵产业现状、存在问题与发展对策陇东学院2013级农学 石锁强摘 要：本文综述了发酵豆粕的生产现状与其生产工艺，分析了影响发酵豆粕品质的发酵菌种、水分、温度、批量大小、发酵设备等因素与传统发酵豆粕生产过程中存在的不足，如蛋白质含量低、抗营养因子去除不彻底、适口性差与成本高等问题，并对发酵豆粕的市场前景做了进一步展望。关键词：豆粕 固体发酵 饲料 抗营养因子1.1 豆粕与发酵豆粕简介1.1.1 豆粕简介豆粕是大豆经提取豆油后得到的副产品。研究说明，其营养成分主要有蛋白质40%44%，脂肪1%2%、碳水化合物10%15%，赖氨酸2.5%3.5%，色氨酸0.6%0.7%，蛋氨酸0.5%0.7%，胱氨酸0.5%0.8%，以与多种矿物质、维生素和必需氨基酸，营养成分比较齐全且均衡，还含有异黄酮、磷脂等生物活性物质l。1.1.2我国饼粕资源开发利用现状因为饼粕在生产应用中的诸多优势，使得其在代替鱼粉制造发酵蛋白饲料方面的应用开始受到了越来越多的关注，虽然饼粕的发酵生产发展迅猛，但毕竟还处于发展的初期，还存在许多问题2，主要包括：粗纤维含量高达14%以上，蛋白质含量20%-40%不等，有效能值不到豆粕的70%，由于残留皮壳，饼粕颜色发黑，严重影响其商品价值；饼粕的蛋白质（氨基酸）消化利用率低，只有30%-60%，均明显低于鱼粉与豆粕等优质蛋白质饲料资源；低质饼粕中有毒有害物质含量高。不仅严重影响畜禽生产性能，还会损害动物器官，影响动物的生长发育，甚至导致动物死亡。1.1.3 发酵豆粕简介(1) 发酵豆粕发酵豆粕又名生物肽，生物豆粕，生物活性小肽，大豆肽3。是指利用有益微生物发酵低质豆粕，去除多种抗营养因子，同时产生微生物蛋白质，丰富并平衡豆粕中的蛋白质营养水平，最终改善豆粕的营养品质，提高饲料效率。发酵豆粕含益生菌、酶、水溶性维生素、肽、氨基酸、大豆异黄酮等功能成分。这对动物的生长十分有利。另外在发酵过程中产生的酸味物质，对于幼龄动物，具有明显的诱食效果。并且，由于部分碳水化合物被降解，豆粕致密结构变得疏松，适口性显著提高。(2) 发酵豆粕的特点豆粕经过发酵产生了一减一增的双重功效4：一减，是将豆粕中的抗营养因子降解为动物可利用的营养素；一增，是较普通豆粕增加了活菌、肽、氨基酸、活性酶、乳酸、维生素、大豆异黄酮等活性因子。相比于普通豆粕，发酵豆粕具有以下优点。 能有效去除豆粕中的抗营养因子，其对动物的生理效应5见表1-1。通过微生物发酵技术,可将豆粕中目前已知的多种抗原进行降解，有效去除豆粕中的抗营养因子。微生物发酵法降解豆粕中抗营养因子主要通过微生物与其产生的代产物对抗营养因子的降解来实现，部分对热敏感的抗营养因子，通过加热途径即可将其去除。表1-1 大豆中抗营养因子与其对动物的生理效应抗营养因子名称生理效应胰蛋白酶抑制因子降低胰（糜）蛋白酶活性，生长迟缓，胰腺增生、肿大大豆凝集素肠壁损伤，免疫反应，增加源氮排出量，增加源蛋白分泌抗原蛋白免疫反应，影响肠壁完整性单宁通过形成蛋白质碳水化合物复合物，影响蛋白质和碳水化合物的消化皂甙溶血，影响肠道渗透性植酸磷与蛋白质和微量元素形成复合物，抑制微量元素的吸收大豆寡糖涨气、腹泻，影响养分消化异黄酮抑制生长，子宫增大抗维生素因子干扰动物对维生素的利用，引起维生素缺乏症 豆粕在微生物作用下发酵，经过一系列的生物化学变化，在有效去除抗营养因子的同时，营养价值显著提高。首先，在豆粕发酵过程中，蛋白含量显著提高。微生物的大量繁殖，将豆粕培养基中的非蛋白氮、培养基无机氮(硫酸铵或尿素)与抗营养因子等各种物质分解利用转化为营养价值高的菌体蛋白。研究说明豆粕固态发酵后的产品经检测其蛋白质含量几乎都较先前有了提高。而且经过微生物酶的作用，使发酵豆粕较普通豆粕的必需氨基酸含量丰富，结构更加合理。这主要是因为在发酵过程中，酵母的呼吸作用消耗了部分有机物料(释放出CO2 和H2O)，使产物总量减少，蛋白质含量相对提高，出现了蛋白质的“浓缩效应”；还有部分增加的蛋白质是酵母菌体含有的蛋白质和发酵过程中硫酸铵经由酵母转化生成的，是发酵产品蛋白质含量提高的真正有意义的部分。其次，豆粕通过微生物的降解，产生具有特殊功能的营养小肽。小肽吸收具有吸收快、能耗低、效率高、载体不易饱和等优点6。大豆肽还能赋予产品特殊生理活性，如促生长、调节免疫、抗菌、抗病毒、催乳、抗氧化、刺激食欲、促进矿物质吸收和抗肿瘤等。大豆肽的开发开创了动物营养的新纪元，丰富了大豆制品的种类，增加了大豆产品的附加值。肽的重要特性之一在于可提高动物对日粮氮利用率的巨大潜力，减少畜禽含氮物质的排放，这对于节约蛋白质饲料、减轻环境污染具有重要的经济和社会意义。再次，豆粕发酵中繁殖产生的益生菌和乳酸，一方面能抑制肠道中有害菌的繁殖，另一方面促进动物消化，改善动物小肠机能，可以减少仔猪等幼畜酸化剂的用量。微生物代产生蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等各种消化酶，可促进豆粕中蛋白质和一些多糖类物质的解，提高动物消化率7。另外，微生物代物中还有对动物有直接营养作用的未知生长因子、维生素等，对促进营养物质消化，提高动物免疫机能有积极意义。而且，豆粕在发酵后由于可溶性肽类和游离氨基酸以与酸性物质增加，使得发酵产物气味醇香，动物适口性提高，增加采食。研究发现，豆粕在2832下经枯草芽孢杆菌发酵后具有或淡或浓郁的醇香气味。表1-2 优质豆粕与发酵豆粕产品中抗营养因子含量对比8项目优质豆粕发酵豆粕胰蛋白酶抑制因(mg/g)10151植酸(mg/g)10.60-大豆凝血素(mg/g)1.937.58-不良寡糖(%)5200.9大豆球蛋白(mg/g)4000.02大豆伴球蛋白-(mg/g)1550.01脲酶活性 mg/(gmin)0.40.021.1.4 国外发酵豆粕生产状况美国是全球最大的豆粕生产国，也是全球较大的豆粕消费国，全年的消费量在2900-3100万吨之间；巴西、阿根廷由于国豆粕消费量较小，所产豆粕大部分用于出口。巴西自七十年代初取代美国成为世界头号豆粕出口大国后，年出口量稳步上扬9。九十年代以来，阿根廷豆粕出口量异军突起，1998年以后出口量超过巴西，居世界首位。美国豆粕尽管年产量位于世界首位，但由于国豆粕消费量大，出口量仅占其总产的1/5左右。同出口国的相对集中不同，豆粕进口国比较分散，欧盟、中国和美国是全球豆粕的三个主要消费市场。2008-09年度，欧盟的豆粕消费量比较稳定，在3250-3400万吨之间；印度全年豆粕总用量为210万吨；日本、国和东盟等其他亚洲各国的豆粕进口量近年来也保持了强劲的增长势头。在植物蛋白饲料源方面，国蛋白粕年产量超过4500万吨，其中豆粕产量超过2928万吨，花生粕产量近300万吨。由于花生粕中氨基酸组成欠佳，易染黄曲霉产黄曲霉毒素等，使花生粕的饲用量也受到一定限制；菜籽粕中含有硫葡萄糖甙、芥酸等有毒物质，使得菜籽饼粕的应用受到了很大的限制，大多用作肥料，用于饲料的还不足30%；棉籽粕中含有棉酚等有毒物质，可造成动物生长受阻、生产能力下降、贫血、呼吸困难、繁殖能力下降甚至不育，严重时可造成死亡。因此，棉籽饼（粕）在饲料中的添加量很少，一般为3%4% ；所以植物蛋白饲料源以大豆粕主。虽然我国是豆粕的生产大国，豆粕产量位于美国之后，居世界第二位，但随着饲料工业对蛋白粕的需求增大，1996年以后，我国已成为大豆粕净进口国。由于全球豆粕市场需求以两位数的增长，而2008年度的豆粕产量相对于2007年度增加量却只有0.8% 。据联合国粮农组织(FAO)统计，在2O世纪末，全球的纯蛋白质短缺量约为2500万吨，折合成蛋白饲料（粗蛋白含量为40%）约为6300万吨。全球畜牧业已经过10年的快速发展，其蛋白饲料的缺口更大。1.2 发酵豆粕生产工艺研究现状在实际生产过程中,对产品品质影响比较大的有3个方面10：一个是所采用的发酵菌种;其次是发酵工艺,如浅层发酵、深层发酵、批次式发酵或连续式发酵;其三是发酵容器(发酵容器与发酵工艺相适应 )。 1.2.1发酵菌种适于豆粕发酵的理想微生物应具备以下特性11：能较好地分解和利用豆粕，能够以豆粕为底物进行较好的生长、繁殖；繁殖速度快，菌体蛋白含量高；无毒性和致病性：菌种性能稳定。发酵菌种主要有液体和固体两种。一般来说，大多数纯培养的发酵菌种是液体发酵菌种，菌种的生产是从保存斜面，菌种活化、三角瓶、小型种子罐到大型种子罐，然后用于生产性接种。液体发酵菌种比较适用于批量式生产。固体发酵菌种主要是曲种，按传统固体制曲技术制作。固体剂型的发酵剂适用于连续发酵生产线使用 。 常见的固体发酵菌种有细菌类和真菌类，细菌类主要有芽孢杆菌、乳酸菌；真菌类主要有酵母菌和霉菌（根霉、毛霉、木霉、曲霉）12。这些微生物在发酵过程中产生蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶等活性较高的酶，能够有效降解豆粕中的大分子蛋白质，消除抗营养因子。此外不同的菌种还具有独特的优良性质，如芽孢杆菌菌种具有不易致死的芽孢，饲喂时能以活菌的状态进入动物的消化系统，进而抑制肠道中有害菌的生长繁殖；酵母菌菌体蛋白质含量高，氨基酸构成合理，富含B族维生素，可以同化尿素、硫酸铵等非蛋白氮源，并能产生促进细胞分裂的生物活性物质，有强化营养和抗病促生长的效果；乳酸菌在发酵过程中具有产酸作用，能降低产品pH值，产生酸甜芳香的气味，改善产品的风味和适口性。实际生产中，结合各种微生物不同的特性进行合理的选择和组合非常之关键。另外有研究说明，采用多菌种协同发酵，是考虑到芽孢杆菌、霉菌、酵母菌和乳酸菌等具有各自独特的发酵性质，如芽孢杆菌因为芽孢的存在使得耐受性极强，可以保证大量繁殖；酵母菌菌体本身蛋白质含量高，氨基酸组成合理，而且极易利用非蛋白氮合成优质的酵母菌体蛋白，提高蛋白品质；乳酸菌在发酵过程中由于其产酸作用，能降低物料pH值，抑制杂菌滋生，同时改善物料风味和适口性13。实际生产中，如何对各菌种进行组合，进行优势互补，对于进行一个高品质的发酵极为重要。1.2.2 发酵工艺目前我国豆粕生物降解的生产工艺五花八门，从简单的手工批次操作到复杂的自动化连续流水线生产，应有尽有。归纳起来主要有酶解法和微生物发酵法14。酶解法可用特定酶定位产生特定肽或氨基酸，酶解过程和产物易控制，生产条件温和、产品安全性高；但由于酶解后产物需要脱苦；而且单一酶种降解产物单一，复合酶降解又增加成本，因此，人们越来越多地开始转向微生物发酵降解豆粕。应用于微生物发酵豆粕的技术方法目前主要有固态发酵技术和液态发酵技术两种。液体发酵使养分和微生物处于水溶状态，充分的水分活度使微生物充分活化，又是在物料消毒灭菌后密闭发酵，保证了产品的优良品质和稳定性。但鉴于液体发酵设备造价高，发酵过程中的废液排放造成环境污染，发酵后处理成本高，因此，基于环保和经济方面的综合考虑，对于低质的豆粕发酵，目前多采用的是固体发酵。固态发酵投资少，能耗低，技术较简单，且生产过程对无菌操作要求较低，产生的污染较少，是饲料生产业中较为适用的工艺。固体发酵多数采用开放式发酵。按照生产模式，可分为浅层发酵和深层发酵15。浅层发酵的物料厚度一般在5cm以下，采取水泥地面平铺式发酵，适合好氧发酵。物料厚度薄，利于氧气扩散，需氧菌可以得以大量繁殖。另外，由于是浅层发酵，也利于菌种产生热量的扩散，使发酵始终保持在一个适合菌种生长的温度。但由于浅层发酵占地面积大，不利于高效率的发酵生产。深层发酵的物料一般在30cm以上，多数在100cm左右，甚至有高达2