微生物发酵提高玉米豆粕型日粮营养价值的初步研究.docx

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微生物发酵提高玉米豆粕型日粮营养价值的初步研究

微生物发酵提高玉米－豆粕型日粮营养价值的初步研究

摘要:

对玉米－豆粕型日粮进行混菌固态发酵，以去除其中的抗营养因子。

研究结果表明，发酵饲料的抗原蛋白发生了大幅的降解，发酵后蛋白质相对分子质量主要集中在18kDa以下，小于5kDa的小分子肽含量从发酵前的1．35%提高到了3．60%，蛋白质的体外消化率提高了4．0个百分点。

发酵饲料的棉子糖家族寡糖被彻底降解，其淀粉含量降低了3．5个百分点，直链淀粉含量提高了4．13个百分点，有益的代谢产物乳酸等有机酸的含量达到2．78%，pH下降至4．43。

关键词:

玉米;豆粕;微生物;发酵

Abstract:

Corn－soybeanmealdietwasfermentedbymixedstrainsviasolidstatefermentationtoremove

theanti－nutrientfactor．Theresultsshowedthatantigenproteinsinfermentedfeedweredegradedsharp-

ly．Therelativemolecularweightofproteinsafterfermentationweregatheredbelow18kDa，andpeptides

below5kDawereincreasedfrom1．35%to3．60%，accordinglytheproteindigestibilityinvitrowasin-

creased4．0%．Besides，raffinosefamilyoligosaccharidesweredegradedthoroughly，whilethestarchcon-

tentdecreased3．5%，theamyloseincreased4．13%，organicacidscontentincludinglacticacidreachedto

2．78%，andthepHdecreasedto4．43．

Keywords:

corn;soybeanmeal;microbe;fermentation

目前，国内饲料主要以玉米－豆粕型为主，其中

玉米作为主要的能量饲料，常常占到日粮组成的

60%左右，而豆粕是动物日粮中蛋白质的主要来源，

提供饲料工业75%的饲用蛋白

［1］

。

豆粕和玉米中

含有的多种抗营养因子制约着玉米－豆粕型日粮的

利用率，影响动物的生长性能。

玉米－豆粕型日粮中的抗营养因子主要是抗原

蛋白和棉子糖家族寡糖等。

抗原蛋白主要是大豆球

蛋白（11S）与β－伴大豆球蛋白（7S），能够引起动

物腹泻、生长受阻等过敏反应

［2－4］

。

棉子糖家族寡

糖主要是棉子糖和水苏糖等低聚糖，由于动物小肠

黏液中缺乏α－半乳糖苷酶，这些低聚糖不被消化

而直接进入大肠中，被结肠中的微生物发酵产生甲

烷和二氧化碳等气体，引起动物胃肠胀气

［5］

。

目

前，通过添加酶制剂可以有效降解此类抗营养因子，

2012年第37卷第3期中国油脂27但由于酶底物专一性的限制和处理成本偏高，目前

在大宗饲料原料的处理上使用缺乏经济性。

因此，

处理成本相对低廉的微生物发酵法日益受到人们的

青睐和重视。

发酵方法不但可以有效消除各类抗营

养因子，而且可以产生多种功能性和营养性的乳酸、

小肽等有益代谢物，既提高了饲料的营养价值和利

用效率，还可以赋予饲料特殊气味，提高动物适

口性。

本研究通过混合固态发酵法去除玉米－豆粕型

日粮中的抗营养因子，均衡其蛋白结构和氨基酸组

成，并改善淀粉结构组成，同时积累有益的代谢产

物，提高饲料的营养价值。

1材料与方法

1．1材料

玉米粉、豆粕、麸皮购自无锡市三里桥粮油市

场;胃蛋白酶（1∶10000）、胰蛋白酶（1∶250）、α－淀

粉酶和马铃薯直链淀粉购自Sigma公司;蛋白质标

准购自MBIFermentas公司;其他试剂均购自中国医

药集团上海试剂公司。

预制硅胶层析板购自青岛海

洋化工有限公司。

枯草芽孢杆菌、酵母和乳酸菌均

为本实验室保藏的菌株。

1．2发酵饲料的制备

枯草芽孢杆菌、酵母和乳酸菌分别以5%的接

种量接种于100g原料（玉米粉60g，豆粕20g，麸

皮20g）中，料水比为1∶0．8，35℃发酵48h，65℃烘

干，粉碎得到发酵饲料。

1．3淀粉含量测定

1．3．1总淀粉含量测定

粉碎的样品脱脂、洗去可溶性糖后，在α－淀粉

酶作用下水解，再用盐酸水解成单糖，最后按还原糖

测定，并折算成淀粉含量

［6］

。

1．3．2直链淀粉含量测定

样品经1793改良提取器脱脂，之后分散在氢氧

化钠溶液中，向一定的试样分散液中加入碘试剂，然

后使用分光光度计于720nm处测定显色复合物的

吸光度

［7］

。

参照马铃薯直链淀粉标准曲线计算出

样品中直链淀粉含量。

1．4低聚糖的测定

［8］

1．4．1样品制备

准确称取粉碎玉米－豆粕型日粮（60目）

10．000g，加入50．00mL80%的乙醇，水浴70℃浸

提1h以上，过滤取上清液，用80%乙醇洗涤3次，

合并滤液，用真空旋转蒸发仪浓缩至5mL左右，定

量转移到25mL容量瓶中，并以80%的乙醇定容。

样品液用低温高速离心机于12000×g、4℃离心1

min，4℃保藏备用。

1．4．2TLC检测

采用TLC方法直接观察棉子糖和水苏糖的降

解情况，在预制硅胶层析板上点样，点样量为5μL，

点样后用展开剂（体积比1∶1∶0．1的正丙醇－乙酸－

水）展层，展开至离前沿2cm处，用1%1－萘酚的

含10%正磷酸的95%乙醇溶液显色，烘箱100℃保

温10min。

1．5蛋白含量及氨基酸组成测定

粗蛋白含量的测定:

凯氏定氮仪测定;氨基酸的

测定:

氨基酸自动分析仪测定。

1．6抗原蛋白测定

分别精确称取发酵前和发酵后的样品各1．00

g，用0．03mol/LTris－HCl缓冲液（pH8．0）10．00

mL浸提1h，然后于3000×g、4℃离心10min，取

上清液，再于10000×g、4℃离心10min，4℃保藏

备用。

SDS－PAGE按照参考文献［9］进行。

1．7小分子肽含量测定

参考大豆肽粉的测定方法测定玉米－豆粕型日

粮中肽的含量。

酸溶蛋白的含量减去游离氨基酸的

含量即为肽的含量

［10］

。

1．8蛋白质的体外消化率

蛋白质的体外消化率采用胃蛋白酶和胰蛋白酶

两步法测定

［11］

。

1．9总酸含量的测定

总酸含量按照参考文献［12］进行，结果以乳酸

含量计。

2结果与讨论

2．1蛋白含量及氨基酸组成的变化

采用凯氏定氮法测定发酵前后饲料中的粗蛋白

含量，结果表明粗蛋白含量由19．16%提高到

20．74%。

利用氨基酸自动分析仪测定发酵前后饲

料中氨基酸组成的变化，结果如表1所示。

表1发酵前后饲料中氨基酸组成的变化%

组成发酵前发酵后组成发酵前发酵后

赖氨酸0．760．88甘氨酸0．780．92

蛋氨酸0．210．29苏氨酸0．500．57

天冬氨酸1．681．90精氨酸1．001．15

谷氨酸3．343．76丙氨酸0．921．10

丝氨酸0．840．94酪氨酸0．470．50

组氨酸0．430．45半胱氨酸0．180．20

亮氨酸2．372．75缬氨酸0．850．98

脯氨酸2．422．83苯丙氨酸0．870．99

异亮氨酸1．071．22总计16．0318．26

28CHINAOILSANDFATS2012Vol.37No.3从表1可以看出，发酵后氨基酸总量从原来的

16．03%提高到18．26%，各种氨基酸成分也比发酵

前均有所提高，其中赖氨酸提高了15．79%，蛋氨酸

提高了38．01%。

2．2抗原蛋白的变化

豆粕中的蛋白质主要包括大豆球蛋白（11S）和

β－伴大豆球蛋白（7S），其中β－伴大豆球蛋白包括

α、α'和β3种亚基。

这些抗原蛋白及各种抗营养因

子影响动物的生长率、营养物质的吸收，影响肠内环

境导致过敏，造成的免疫反应导致氨基酸结构发生

变化，影响蛋白质结构和稳定性等

［13］

。

采用SDS－

PAGE电泳法测定发酵后抗原蛋白降解情况，结果

如图1所示。

从图1可以看出，发酵后大分子蛋白特别是抗

原蛋白明显降解，而小分子蛋白含量增加。

在SDS－

PAGE电泳图的基础上考察了发酵前后玉米－豆粕

型日粮中相对分子质量在5kDa以内的小分子肽含

量的变化情况，结果发现发酵后小分子肽含量从

1．35%提高到3．60%。

小分子肽能完整地通过肠

黏膜细胞进入体循环

［14］

，它的吸收具有转运速度

快、耗能低、载体不易饱和等优点

［15］

，此外小分子肽

还具有促进肌红细胞复原，促进微量元素吸收，能提

高动物的生产性能

［16］

。

2．3蛋白质体外消化率的变化

微生物发酵后，大分子蛋白质结构的变化以及

小分子蛋白质含量的提高都会影响动物的消化率。

采用胃蛋白酶－胰蛋白酶两步法测定发酵前后饲料

蛋白质的体外消化率，结果如图2所示。

从图2可

以看出，日粮中蛋白质的体外消化率从发酵前的

85．9%提高到89．9%。

说明小分子肽和氨基酸含

量的提高，以及大分子蛋白质结构的变化都有助于

提高蛋白的消化率。

2．4淀粉含量与组成的变化

玉米中碳水化合物含量在70%以上，因此玉米

具有很高的营养价值，是一种重要的能量饲料。

但

是玉米淀粉中含有非淀粉多糖等抗营养因子，动物

食用后需在体内多种淀粉酶作用下水解为可利用的

糖类，才能被吸收利用，因此淀粉在动物消化道内可

能会因为得不到很好地调控而限制了其营养作用的

充分发挥，甚至会造成动物吸收利用慢、利用率低等

问题

［1］

。

发酵前后饲料中淀粉和直链淀粉的含量

如表2所示。

表2发酵前后淀粉含量的变化%

项目发酵前发酵后

淀粉含量57．954．4

直链淀粉含量8．3912．52

从表2可以看出，发酵后淀粉含量降低了3．5个

百分点，而直链淀粉含量提高了4．13个百分点。

在

微生物作用下玉米淀粉部分水解为糖类，并被微生物

所利用，产生乳酸等小分子含碳物质，这类物质更容

易被动物消化、吸收利用，有助于改善能量饲料的品

质，提高饲料适口性，动物采食后可为其持续供应能

量。

同时，微生物发酵过程中产生的异淀粉酶等淀粉

水解酶将支链淀粉切割成不同的直链淀粉片断，改变

了淀粉的分子结构，使直链淀粉含量增加，改善了饲

料的营养成分，相应提高了饲料的单位能量值。

2．5棉子糖家族寡糖的变化

微生物发酵可以有效地降解引起动物胀气的

棉子糖家族寡糖，发酵前后棉子糖和水苏糖的TLC

分析结果如图3所示。

从图3可以看出，发酵后棉子糖和水苏糖被

完全降解。

另外，棉子糖和水苏糖的降解对提高

饲料的代谢能和蛋白质消化率都有好处，Irish

等

［17］

研究发现，消除棉子糖家族寡糖后，饲料的代

谢能可以提高7%，氮存留可以提高4．4%。

2012年第37卷第3期中国油脂292．6总酸含量的变化

发酵饲料中乳酸菌的大量增殖提高了乳酸含

量，会对饲料有酸化作用，可降低动物胃肠道pH，抑

制病原菌繁殖，调节动物肠道微生态环境，促进动物

健康等

［18］

。

通过测定发酵前后饲料的pH和总酸

含量后发现，发酵饲料的pH从原料的6．24下降到

4．43，乳酸含量达到了2．78%。

3结论

采用微生物发酵玉米－豆粕型日粮不但成本

低，对饲料营养成分破坏小，还可以同时去除多种抗

营养因子。

研究表明，发酵玉米－豆粕型日粮，淀粉

含量降低了3．5个百分点，直链淀粉含量提高了

4．13个百分点。

抗原蛋白和棉子糖家族寡糖发生了

大幅的降解，发酵后蛋白质相对分子质量主要集中

在18kDa以下，小于5kDa的小分子肽含量从发酵

前的1．35%提高到了3．60%，蛋白质的体外消化率

提高了4．0个百分点。

氨基酸的组成和含量也有一

定的变化和提高。

有益的代谢产物乳酸的含量达到

2．78%，pH下降至4．43，创造的酸性环境可以有效

抑制饲料中病原菌的生长。

发酵后的玉米－豆粕型

日粮的营养价值得到明显改善，其动物饲养方面有

待进一步深入研究。

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