微生物发酵对豆粕中抗营养因子及其营养价值的影响研究进展
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发酵豆粕营养价值评定的研究
发酵豆粕作为一种饲料原料,其营养价值评定涉及多个方面。
以下是一些关于发酵豆粕营养价值评定的研究:
1. 营养成分分析:发酵豆粕经过微生物发酵后,其营养成分发生变化,如粗蛋白、粗脂肪、粗纤维等。
与普通豆粕相比,发酵豆粕的氨基酸总和与粗蛋白含量有显著提高,而粗脂肪含量显着下降。
这些变化有助于增加蛋白原料的饲用价值。
2. 抗营养因子和有毒物质:豆粕中的某些抗营养因子和有毒物质会影响其营养价值。
发酵豆粕经过微生物发酵后,这些物质的含量会降低,从而提高豆粕的饲用效率。
例如,发酵豆粕中的胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素等抗营养因子含量会降低,这有助于提高动物的生长性能和健康状况。
3. 生物菌群数量:发酵豆粕中的生物菌群数量也会影响其营养价值。
适量的有益菌群可以改善豆粕的消化吸收率和营养价值。
例如,枯草芽孢杆菌等有益菌可以使豆粕中的蛋白质更易被动物消化吸收。
4. 挥发性盐基氮含量:挥发性盐基氮是评价豆粕新鲜度的一个重要指标。
发酵豆粕中的挥发性盐基氮含量可能会升高,这会影响其营养价值。
因此,在评定发酵豆粕的营养价值时,需要综合考虑其他指标,如营养成分、有害物质含量等。
总之,发酵豆粕的营养价值评定是一个综合性的过程,需要考虑多种因素。
通过合理的评定方法,可以更好地了解发酵豆粕的营养价值,从而为其在饲料工业中的应用提供依据。
食品工程中微生物发酵对食品营养成分的影响研究在食品工程领域中,微生物发酵是一项重要的技术,它以微生物为媒介,通过代谢作用,改变食品原料的化学组成和物理性质。
而微生物发酵对食品营养成分的影响则是研究的一个焦点。
本文将探讨微生物发酵对食品营养成分的影响,并从酸奶和豆酱两个例子中进行具体阐述。
微生物发酵是通过合适的菌种和条件,使食品发生微生物代谢的一种技术。
这一过程中,微生物在食品中进行生长和繁殖,并分泌出各种代谢产物。
在酵母发酵过程中,酵母菌通过释放的酶分解蛋白质,将其转化为氨基酸,提高食品的口感和营养价值。
而在乳酸菌发酵中,乳酸菌通过产酸和产气的过程,降低食品的pH值,抑制了有害菌的生长,并增加了食品的保质期。
此外,发酵还能通过释放多种维生素、酶和抗氧化物质,提高食品的品质和营养价值。
以酸奶为例,酸奶是一种经乳酸菌发酵后获得的乳制品。
在酸奶的发酵过程中,乳酸菌会将牛奶中的乳糖转化为乳酸。
这使得酸奶保持了牛奶中多种营养成分的同时,降低了乳糖含量,使得乳糖不耐症患者也能够享用乳制品。
此外,乳酸菌还能分解蛋白质,提高乳制品的口感和消化吸收率。
酸奶中的乳酸菌还能促进肠道运动和增加肠道对铁质的吸收,从而改善肠道健康和缓解贫血状况。
另一个例子是豆酱,豆酱是以大豆为原料经过发酵制成的。
在豆酱的发酵过程中,微生物会分解豆类中的一些抗营养因子,如胰蛋白酶抑制剂、植酸和膳食纤维等。
这使得豆酱中的营养物质更容易被人体吸收利用。
此外,发酵还能使豆酱中的蛋白质变性,产生一种具有美味和特殊香气的食品。
而且,豆酱中的微生物还能分解大豆中的黄酮类物质,提高其抗氧化活性,从而具有抗肿瘤、抗衰老的功效。
综上所述,食品工程中的微生物发酵对食品营养成分有着显著的影响。
通过微生物的代谢作用,食品的化学组成发生了变化,从而使其具备更高的营养价值。
从酸奶和豆酱这两个例子中可见,微生物发酵不仅可以改善食物的口感和保质期,还能提高食品的营养价值和功能性。
㊀山东农业科学㊀2023ꎬ55(9):87~93ShandongAgriculturalSciences㊀DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2023.09.012收稿日期:2022-11-21ꎻ修回日期:2023-05-25基金项目:2019年度吉林省科研院所引进高层次科技创新人才资助计划项目ꎻ吉林省农业科技创新工程基本科研经费项目(KYJF2021JQ103)作者简介:瞿子惠(1995 )ꎬ女ꎬ硕士ꎬ研究实习员ꎬ从事动物营养与饲料研究ꎮE-mail:47992301@qq.com通信作者:郎洪彦(1973 )ꎬ女ꎬ硕士ꎬ副研究员ꎬ从事动物科学研究ꎮE-mail:bluewater603@163.com陈龙(1989 )ꎬ男ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ从事动物营养与饲料科学研究ꎮE-mail:chenliang198931@163.com贝莱斯芽孢杆菌CL-4固态发酵对豆粕营养品质的影响瞿子惠ꎬ刘歆ꎬ郑琳ꎬ魏炳栋ꎬ闫晓刚ꎬ于维ꎬ陈龙ꎬ郎洪彦(吉林省农业科学院动物营养与饲料研究所ꎬ吉林公主岭136100)㊀㊀摘要:本试验选用吉林省农业科学院动物营养与饲料研究所分离鉴定的贝莱斯芽孢杆菌CL-4对豆粕进行固态发酵ꎬ通过对发酵前后豆粕中营养成分㊁大豆抗原蛋白㊁酶活力㊁活菌数㊁抗菌活性及表观形态等指标的测定ꎬ评价贝莱斯芽孢杆菌CL-4固态发酵豆粕营养品质的提升效果ꎮ结果表明:贝莱斯芽孢杆菌CL-4在大豆抗原蛋白筛选平板上显示出较大直径的水解圈ꎬ具有降解大豆抗原蛋白的能力ꎮ固态发酵24h显著提高了豆粕营养品质和功能代谢产物ꎬ具有更高浓度的酸溶蛋白㊁钙㊁灰分和总磷含量ꎬ其中粗蛋白含量由46.78%增加到51.28%ꎬ总氨基酸含量由41.72%显著提高至48.14%ꎻ半纤维素含量从19.92%下降到13.23%ꎬ纤维素含量由7.41%降低到5.85%ꎻ大豆球蛋白和β-伴球蛋白的降解率可达84.91%和80.95%ꎮ综上ꎬ贝莱斯芽孢杆菌CL-4作为发酵豆粕的新型菌种资源ꎬ可有效降解豆粕中抗营养因子ꎬ提高豆粕营养品质和饲料效率ꎮ关键词:贝莱斯芽孢杆菌ꎻ固态发酵ꎻ豆粕ꎻ营养品质中图分类号:S816.6㊀㊀文献标识号:A㊀㊀文章编号:1001-4942(2023)09-0087-07EffectsofSolidStateFermentationwithBacillusvelezensisCL ̄4onNutritionalQualityofSoybeanMealQuZihuiꎬLiuXinꎬZhengLinꎬWeiBingdongꎬYanXiaogangꎬYuWeiꎬChenLongꎬLangHongyan(InstituteofAnimalNutritionandFeedꎬJilinAcademyofAgriculturalSciencesꎬGongzhulingꎬ136100ꎬChina)Abstract㊀InthisexperimentꎬBacillusvelezensisCL ̄4isolatedandidentifiedbytheAnimalNutritionandFeedResearchInstituteofJilinAcademyofAgriculturalScienceswasusedforsolidfermentationofsoy ̄beanmeal.Thenutrientcompositionsꎬsoybeanantigenproteinꎬenzymeactivityꎬviablebacteriacountꎬanti ̄bacterialactivityandapparentformofsoybeanmealweredeterminedbeforeandafterfermentationinordertoevaluatethenutritionalqualityimprovementeffectofsolidstatefermentationwithB.velezensisCL ̄4.There ̄sultsshowedthatB.velezensisCL ̄4showedalargediameterhydrolyticringonthesoybeanantigenproteinscreeningplateꎬwhichhadtheabilitytodegradesoybeanantigenprotein.Thenutritionalqualityandfunction ̄almetabolitesofsoybeanmealweresignificantlyimprovedby24hsolidfermentationꎬandthecontentsofacid ̄solubleproteinꎬcalciumꎬashandtotalphosphoruswerehigher.Thecrudeproteincontentincreasedfrom46.78%to51.28%ꎬandthetotalaminoacidcontentincreasedfrom41.72%to48.14%.Hemicellulosecon ̄tentdecreasedfrom19.92%to13.23%ꎬandcellulosecontentdecreasedfrom7.41%to5.85%.Thedegrada ̄tionratesofsoybeanglycininandβ ̄conglycinincouldreach84.91%and80.95%ꎬrespectively.Inconclu ̄sionꎬB.velezensisCL ̄4ꎬasanewstrainresourceforfermentationofsoybeanmealꎬcouldeffectivelydegradeanti ̄nutritionfactorsinsoybeanmealꎬandimprovethenutritionalqualityandfeedefficiencyofsoybeanmeal.Keywords㊀BacillusvelezensisꎻSolidstatefermentationꎻSoybeanmealꎻNutritionalquality㊀㊀豆粕是食品和饲料领域常见的优质植物性蛋白来源ꎮ豆粕中主要的抗原蛋白是大豆球蛋白和β-伴球蛋白ꎬ分别占豆粕总蛋白的30%和40%左右[1]ꎮ当幼龄仔猪摄入这类蛋白质时ꎬ会引起过敏ꎬ导致吸收不良综合征㊁生长抑制和腹泻ꎮ此外ꎬ豆粕中还含有非淀粉多糖ꎬ主要由纤维素㊁半纤维素和果胶组成ꎬ被证实是导致断奶仔猪肠道疾病的诱因[2]ꎮ发酵豆粕通过添加有益微生物ꎬ如少孢根霉(Rhizopusoligosporus)㊁米曲霉(Asper ̄gillusoryzae)㊁短乳杆菌(Lactobacillusbrevis)或枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)ꎬ可以有效去除部分对动物有害的抗营养因子ꎬ从而改善豆粕营养品质ꎬ提高动物消化利用率[3-5]ꎮ贝莱斯芽孢杆菌(Bacillusvelezensis)作为芽孢杆菌中新划分的一个种ꎬ于2016年与B.meth ̄ylotrophicus㊁B.amyloliquefacienssubsp.plantarum㊁B.oryzicola重新归类并命名为B.velezensis[6]ꎮ有关B.velezensis的研究集中于生物防治和促进植物生长等方面[7-8]ꎮ贝莱斯芽孢杆菌于2020年被列入欧盟安全资格认定(QPS)推荐的生物制剂列表中ꎬ可作为新型发酵饲料菌种[9]ꎬ有关B.velezensis在畜禽应用的报道逐渐增多[10]ꎬ主要集中在饲料霉菌毒素[玉米赤霉烯酮(zearalenoneꎬZEN)和黄曲霉毒素B1(AFB1)]脱毒[11]和水产益生菌方面[12]ꎮ本研究团队主要开展有关B.velezensis在木质纤维素利用方面的研究ꎬ前期成功分离并鉴定一株来自鸡盲肠内容物的B.velezensisCL-4ꎬ具有富产木质纤维素酶优势ꎬ同时具有抑制病原细菌和真菌的能力ꎬ对动物安全无毒ꎬ具有良好的益生特性[13]ꎮ现已完成了该菌株的全基因组测序ꎬ并成功用于发酵玉米胚芽粕ꎬ获得授权发明专利«一株禽源贝莱斯芽孢杆菌CL-4及其应用»(专利号:202110109964.X)ꎮ豆粕常用发酵菌多为枯草芽孢杆菌[2]㊁酿酒酵母菌[14]㊁植物乳杆菌[15]等ꎬ仅有少数文献报道了贝莱斯芽孢杆菌发酵豆粕的应用[16]ꎮ因此ꎬ本研究利用B.velezensisCL-4发酵豆粕ꎬ探究发酵前后豆粕中抗营养因子㊁营养成分㊁微生物㊁酶活力以及表观形态等变化ꎬ旨在为生物蛋白饲料提供新型优良菌种ꎬ为进一步改善发酵豆粕营养品质提供理论依据和数据支撑ꎮ1㊀材料与方法1.1㊀试验材料1.1.1㊀菌株和发酵原料㊀菌种贝莱斯芽孢杆菌(B.velezensis)CL-4分离自肉鸡盲肠内容物ꎬ病原指示菌为金黄色葡萄球菌ATCC25923㊁大肠埃希菌ATCC25922ꎬ均由吉林省农业科学院动物营养与饲料研究所保存ꎬ豆粕购自吉林省公主岭禾丰牧业有限责任公司ꎮ1.1.2㊀主要试剂和仪器㊀DNS试剂㊁LB培养基㊁大豆球蛋白和β-伴球蛋白ELISA试剂盒购自北京龙科方舟生物工程技术有限公司ꎬ植物蛋白提取试剂盒购自南京凯基生物有限公司ꎮ控摇床ꎬ恒温培养箱ꎬ高压灭菌锅ꎬ超净工作台ꎮ1.2㊀试验方法1.2.1㊀豆粕抗原蛋白平板制备及菌株降解能力测定㊀抗原蛋白培养基的制备:称取5g豆粕ꎬ磨碎后过60目筛ꎬ加入pH8.5的Tris-HCl缓冲液75mLꎬ30~50ħ㊁200r/min振荡1hꎬ9000r/min离心40minꎬ沉淀再浸提一次ꎬ合并两次上清液ꎮ向上清液中加入NaHSO3至0.01mol/Lꎬ用2mol/LHCl调pH至6.4ꎬ4ħ沉淀过夜ꎮ于6500r/min㊁4ħ离心30minꎬ得到大豆球蛋白沉淀ꎮ上清液加NaCl至0.25mol/Lꎬ调pH至4.0~6.0ꎬ室温搅拌30minꎬ9000r/min㊁4ħ离心30minꎬ上清液稀释2倍ꎬ调pH至4.8ꎬ6500r/min离心20min得到β-伴球蛋白沉淀ꎮ将所有沉淀溶于ddH2Oꎬ调pH至5.5~6.5ꎬ加入1.5%(w/v)琼脂ꎬ115ħ灭菌20minꎮ抗原蛋白平板制备:在灭菌培养皿中加入15mL抗原蛋白培养基ꎬ待冷却后再加入营养培养基(蛋白胨10g/L㊁牛肉膏3g/L㊁氯化钠5g/L㊁琼脂20g/Lꎬ121ħ高压灭菌15min)15mLꎬ冷却至凝固ꎬ待培养基表面无明显水迹后ꎬ将已灭菌的牛津杯置于试验平板中ꎬ轻轻加压ꎬ使其与培养皿接触无空隙ꎬ4ħ保存备用ꎮ菌株降解豆粕抗原蛋白能力测定:根据88㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀Wongputtisin等[17]的方法制备候选菌株B.velezensisCL-4粗上清液ꎬ过0.22μm微孔滤膜ꎮ取100μL粗上清液加入抗原蛋白筛选平板的牛津杯中培养24hꎬ以添加100μL生理盐水为对照ꎮ若菌株对抗原蛋白有降解作用ꎬ即可见到水解圈ꎮ根据水解圈直径与牛津杯孔径比值测定B.velezensisCL-4的豆粕抗原蛋白降解能力ꎮ1.2.2㊀发酵豆粕的制备㊀将B.velezensisCL-4在37ħ液体LB培养基中培养12h以备固态发酵ꎮ将豆粕121ħ高压灭菌处理20minꎬ称取灭菌后的豆粕100g于500mL烧瓶中ꎬ发酵菌种添加量为107CFU/gꎬ最终含水量为40%ꎬ搅拌均匀后用滤菌呼吸膜封住瓶口于37ħ下发酵24hꎬ然后105ħ㊁30min阻断发酵ꎮ以0.85%无菌生理盐水为对照ꎬ重复3次ꎮ将发酵样品65ħ烘干24hꎬ冷却研磨过60目筛ꎬ用于SDS-PAGE和营养成分分析ꎮ1.2.3㊀pH值和发酵代谢产物相关指标测定㊀准确称取0㊁24h的发酵样品各1.00g溶于9.0mL蒸馏水中ꎬ室温150r/min振荡10minꎬ静置1min后测定pH值ꎻ采用倍比稀释法测定发酵样品中活菌数ꎻ通过DNS法测定纤维素酶㊁木聚糖酶和果胶酶活力ꎬ中性蛋白酶活力测定参考行业标准SB/T10317 1999ꎻ使用琼脂扩散法测定发酵后豆粕的抑菌性ꎬ以金黄色葡萄球菌ATCC25923和大肠埃希菌ATCC25922作为抑菌试验的指示剂ꎮ1.2.4㊀营养成分分析㊀根据AOAC(2005)测定发酵前后豆粕中干物质㊁粗纤维㊁粗蛋白㊁纤维素㊁半纤维素㊁总磷㊁钙和灰分等含量ꎮ根据Ovissipour等[18]的方法测定发酵前后豆粕中酸溶蛋白含量ꎮ采用氨基酸自动分析仪测定发酵前后豆粕中氨基酸含量ꎮ1.2.5㊀豆粕抗原蛋白定量检测㊀利用间接竞争性ELISA法测定发酵前后豆粕中大豆球蛋白和β-伴球蛋白含量ꎬ采用北京龙科方舟试剂盒进行ꎮ1.2.6㊀SDS-PAGE分析㊀根据植物蛋白提取试剂盒说明书提取发酵0㊁12㊁24h豆粕可溶性蛋白ꎬ使用Bio-Rad蛋白定量试剂盒将上清液定量至50μg/mLꎬ分别配制12%分离胶和5%浓缩胶ꎬ采用稳流35mA电泳至蛋白进入分离胶ꎬ然后设定稳流45mA电泳至溴酚蓝离胶底1cmꎬ最后采用考马斯亮蓝染色和脱色液脱色ꎬ直至凝胶背景脱净ꎮ1.2.7㊀扫描电镜观察㊀取发酵前后豆粕样品0.1g包裹于滤纸内ꎬ用2.5%戊二醛4ħ浸泡过夜ꎮ扫描电镜观察倍数分别为1000㊁1500㊁3000ꎮ1.3㊀数据统计与分析使用SPSS软件(24.0)通过Student st-test和单因素方差分析(ANOVA)对数据进行统计分析ꎬ各组间数据显著差异水平设定为P<0.05ꎬ数值表示为平均值ʃ标准差ꎮ2㊀结果与分析2.1㊀B.velezensisCL-4降解豆粕抗原蛋白能力测定如图1所示ꎬB.velezensisCL-4胞外上清液在大豆抗原蛋白筛选板上显示出较大直径水解圈ꎬ而生理盐水对照没有出现水解圈ꎬ初步推断B.velezensisCL-4胞外上清液具有降解大豆抗原蛋白的能力ꎮa和b为生理盐水对照ꎬc和d为B.velezensisCL-4胞外上清液ꎮ图1㊀B.velezensisCL-4降解豆粕抗原蛋白能力2.2㊀豆粕发酵前后营养成分比较分析如表1所示ꎬ与发酵前相比ꎬB.velezensisCL-4固态发酵24h后ꎬ豆粕干物质含量由93.25%ʃ0.36%下降至92.69%ʃ0.32%ꎬ粗蛋白含量由46.78%ʃ0.32%增加到51.28%ʃ0.24%ꎬ酸溶蛋白含量由5.15%ʃ0.04%显著提升至10.74%ʃ0.12%ꎬ钙㊁灰分和总磷含量均有所提高ꎮ粗纤维含量显著降低ꎬ其中半纤维素含量从19.92%ʃ0.11%下降到13.23%ʃ0.09%ꎬ纤维素含量由7.41%ʃ0.05%降低到5.85%ʃ0.08%ꎮ各种氨基酸含量均呈上升趋势ꎬ除精氨酸㊁蛋氨酸㊁丙氨酸㊁酪氨酸和脯氨酸外ꎬ其他必需和非必需氨基酸显著提升(P<0.05)ꎮ与原始豆粕相比ꎬ固态发酵饲料的总氨基酸含量由41.72%ʃ0.40%显著提高至98㊀第9期㊀㊀㊀㊀㊀瞿子惠ꎬ等:贝莱斯芽孢杆菌CL-4固态发酵对豆粕营养品质的影响48.14%ʃ0.14%ꎮ因此ꎬB.velezensisCL-4固态发酵可显著提高豆粕营养品质ꎬ降低粗纤维含量ꎮ㊀㊀表1㊀B.velezensisCL-4发酵前后豆粕营养成分分析%成分原始豆粕发酵豆粕干物质93.25ʃ0.36a92.69ʃ0.32b粗蛋白46.78ʃ0.32b51.28ʃ0.24a酸溶蛋白5.15ʃ0.04b10.74ʃ0.12a粗纤维5.49ʃ0.05a5.12ʃ0.08b纤维素7.41ʃ0.05a5.85ʃ0.08b半纤维素19.92ʃ0.11a13.23ʃ0.09b灰分6.14ʃ0.06b6.68ʃ0.05a钙0.33ʃ0.01b0.36ʃ0.01a总磷0.61ʃ0.01b0.72ʃ0.01a必需氨基酸精氨酸3.19ʃ0.03a3.23ʃ0.02a组氨酸1.07ʃ0.02b1.27ʃ0.01a异亮氨酸1.99ʃ0.05b2.25ʃ0.01a亮氨酸3.62ʃ0.04b4.03ʃ0.03a赖氨酸2.54ʃ0.02b2.88ʃ0.01a蛋氨酸0.26ʃ0.01a0.32ʃ0.03a苯丙氨酸2.09ʃ0.02b2.42ʃ0.02a苏氨酸1.76ʃ0.03b2.00ʃ0.01a缬氨酸2.13ʃ0.07b2.52ʃ0.03a非必需氨基酸天冬氨酸5.14ʃ0.01b5.65ʃ0.03a丝氨酸2.18ʃ0.02b2.45ʃ0.01a谷氨酸7.79ʃ0.01b9.43ʃ0.06a甘氨酸1.94ʃ0.04b2.29ʃ0.01a丙氨酸1.98ʃ0.04a2.03ʃ0.02a半胱氨酸0.41ʃ0.01b0.53ʃ0.01a酪氨酸1.21ʃ0.02a1.38ʃ0.01a脯氨酸2.33ʃ0.03a2.47ʃ0.02a总氨基酸含量41.72ʃ0.40b48.14ʃ0.14a㊀㊀注:同行数据肩标不同大㊁小写字母分别表示差异极显著(P<0.01)㊁显著(P<0.05)ꎬ下同ꎮ2.3㊀发酵豆粕抗菌活性图2显示ꎬ与未发酵豆粕的上清液相比ꎬ固态发酵24h后的豆粕上清液在MH固体培养基上对金黄色葡萄球菌ATCC25923和大肠埃希菌ATCC25922具有明显的抑菌圈ꎮ因此ꎬB.velezen ̄sisCL-4固态发酵豆粕具有一定的抗菌活性ꎮ2.4㊀发酵豆粕pH值㊁活菌数及酶活力变化由表2可知ꎬ与发酵前相比ꎬB.velezensisCL-4固态发酵豆粕的活菌数从(8.13ʃ0.04)logCFU/g显著增加到(10.28ʃ0.29)logCFU/gꎻpH值从6.64ʃ0.02小幅增加到7.01ʃ0.05ꎻ纤维素酶活力由(7.57ʃ0.41)U/g提升至(18.73ʃ1.67)U/gꎬ木聚糖酶活力由(7.21ʃ0.48)U/g提升至(23.92ʃ1.48)U/gꎬ果胶酶活力由(5.52ʃ0.38)U/g上升至(14.05ʃ2.71)U/gꎬβ-甘露聚糖酶活力由(6.52ʃ0.12)U/g提升至(17.64ʃ0.84)U/gꎬ中性蛋白酶活力由(7.90ʃ0.74)U/g提升至(235.93ʃ10.19)U/gꎬ各种酶活力均显著提高ꎮ1㊁2㊁3为B.velezensisCL-4胞外上清液重复ꎮ图2㊀B.velezensisCL-4固态发酵豆粕的抗菌活性㊀㊀表2㊀B.velezensisCL-4发酵豆粕pH值㊁活菌数及酶活力变化项目原始豆粕发酵豆粕pH值6.64ʃ0.02a7.01ʃ0.05a活菌数/(logCFU/g)8.13ʃ0.04b10.28ʃ0.29a纤维素酶活力/(U/g)7.57ʃ0.41b18.73ʃ1.67a木聚糖酶活力/(U/g)7.21ʃ0.48b23.92ʃ1.48a果胶酶活力/(U/g)5.52ʃ0.38b14.05ʃ2.71a中性蛋白酶活力/(U/g)7.90ʃ0.74B235.93ʃ10.19Aβ-甘露聚糖酶活力/(U/g)6.52ʃ0.12b17.64ʃ0.84a2.5㊀发酵豆粕抗原蛋白降解效果SDS-PAGE分析结果(图3)显示ꎬ在24h发酵过程中ꎬ豆粕分子量大于35kDa的蛋白亚基逐步降解ꎬ而15~24kDa的蛋白含量逐渐提高ꎮ大豆抗原蛋白亚基中的β-伴球蛋白亚基(α和αᶄ)分子量在70~100kDa左右ꎬ发酵12h基本降解ꎬ1㊁2㊁3分别代表发酵0㊁12㊁24hꎮ图3㊀B.velezensisCL-4发酵豆粕可溶性蛋白分子量变化09㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀而β-伴球蛋白βᶄ亚基分子量为60kDa左右ꎬ于24h被降解ꎮ因此ꎬB.velezensisCL-4固态发酵可将豆粕中大分子抗原蛋白降解成小分子肽类ꎮELISA定量检测结果(表3)显示ꎬ与发酵前相比ꎬB.velezensisCL-4固态发酵24h后ꎬ豆粕中大豆球蛋白含量由(176.14ʃ3.15)mg/g降低至(26.58ʃ1.22)mg/gꎬ降解率可达84.91%ꎻβ-伴球蛋白含量由(134.66ʃ2.24)mg/g下降至(25.65ʃ0.75)mg/gꎬ降解率可达80.95%ꎮ表明B.velezensisCL-4固态发酵可显著降低豆粕中大豆球蛋白和β-伴球蛋白含量ꎮ2.6㊀发酵过程中豆粕表观形态变化扫描电镜观察结果(图4)显示ꎬ发酵前豆粕结构紧凑㊁表面光滑ꎮB.velezensisCL-4固态发酵24h后ꎬ豆粕的块状结构被大量分解ꎬ呈现出碎片㊁破裂和多纤维素结构ꎬ表明B.velezensisCL-4固态发酵可明显改变豆粕表观形态ꎬ有效降解木质纤维素ꎮ㊀㊀表3㊀B.velezensisCL-4发酵豆粕抗原蛋白的降解效果项目大豆球蛋白含量/(mg/g)降解率/%β-伴球蛋白含量/(mg/g)降解率/%原始豆粕176.14ʃ3.15a134.66ʃ2.24a发酵豆粕26.58ʃ1.22b84.9125.65ʃ0.75b80.95㊀㊀注:同列数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05)ꎮA~C分别代表原始豆粕放大1000㊁1500㊁3000倍ꎻD~F分别代表发酵24h豆粕放大1000㊁1500㊁3000倍ꎮ图4㊀B.velezensisCL-4发酵过程中豆粕形态变化3㊀讨论与结论豆粕来源广泛且营养丰富ꎬ是动物饲料中主要的植物源性蛋白资源ꎮ然而ꎬ豆粕中含有多种抗营养因子ꎬ限制了其在幼龄动物日粮中的广泛应用[17]ꎮ研究表明微生物发酵可以部分降解豆粕中抗营养因子ꎬ从而改善其营养品质[19-20]ꎮ本研究中ꎬ抗原蛋白平板法测定验证了新型菌种B.velezensisCL-4可降解豆粕抗原蛋白ꎬB.velezensisCL-4固态发酵24h后ꎬ豆粕中大豆球蛋白和β-伴球蛋白的降解率可分别达84.91%和80.95%ꎮ由于原料在发酵前已经灭菌且发酵过程也是无菌的ꎬ不涉及外源或天然微生物影响ꎬ因而B.velezensisCL-4在豆粕发酵过程中发挥主要作用ꎮSDS-PAGE测定的豆粕可溶性蛋白分子量变化与酶联免疫吸附法测定的大豆球蛋白和β-伴球蛋白在发酵过程中的降解趋势一致ꎮ此前研究也在B.velezensisCL-4全基因组序列中检测到丝氨酸蛋白酶㊁氨基肽酶㊁金属蛋白酶等多种蛋白水解酶的基因[13]ꎮ在酶活力检测中也发现ꎬB.velezensisCL-4中性蛋白酶活性显著提高ꎬ有效分解豆粕中抗原蛋白ꎮWang等[4]采用两段发酵法通过枯草芽孢杆菌CW4和粪肠球菌CWEF发酵豆粕和玉米混合底物ꎬ营养价值显著提高ꎮYao等[21]发现枯草芽孢杆菌N-11厌氧发酵豆粕可增加酸溶蛋白(ASP)含量ꎬ最高达到13.48%ꎬ大19㊀第9期㊀㊀㊀㊀㊀瞿子惠ꎬ等:贝莱斯芽孢杆菌CL-4固态发酵对豆粕营养品质的影响豆球蛋白和β-伴球蛋白分别降低82.38%和88.32%ꎮShi等[2]发现在玉米-豆粕混合饲料中接种枯草芽孢杆菌B.subtilis和屎肠杆菌E.faeci ̄umꎬ大豆球蛋白和β-伴球蛋白的降解率分别为86.12%和77.53%ꎮ以上研究与本试验结果一致ꎬ在后续研究中还需要通过2DE电泳和蛋白质组学对发酵产物中的蛋白质作进一步研究ꎮ本研究中ꎬB.velezensisCL-4固态发酵豆粕与原始豆粕相比含有更高含量的粗蛋白和氨基酸含量ꎬ与前人的报道一致[3ꎬ22]ꎮ发酵过程中干物质的损失也可能导致粗蛋白和氨基酸的增加[23]ꎮB.velezensisCL-4可显著提高豆粕中酸溶蛋白含量主要是由于在发酵过程中ꎬ豆粕抗原蛋白或其他蛋白水解形成小分子肽和游离氨基酸[24]ꎮ本研究中ꎬB.velezensisCL-4发酵豆粕对金黄色葡萄球菌ATCC25923和大肠埃希菌ATCC25922具有一定抑制能力ꎬ可部分替代饲料中的抗生素ꎮ本研究中ꎬ与原始豆粕相比ꎬ发酵豆粕中纤维素和半纤维素降解率分别为21.05%和33.58%ꎮ在豆粕发酵过程中几种非淀粉多糖降解酶(纤维素酶㊁木聚糖酶㊁β-甘露聚糖酶和果胶酶)的活力均显著上升ꎮ扫描电镜观察发现与原始豆粕相比ꎬ发酵豆粕表面结构呈现开裂和多孔结构ꎬ说明其中木质纤维素组分可能被部分降解ꎬ而这与非淀粉多糖降解酶密切相关ꎮ此外ꎬ随着纤维素和半纤维素的降解ꎬ豆粕中蛋白组分更容易被B.velezensisCL-4分泌的蛋白酶所分解ꎬ因此发酵豆粕可能会具有更高的养分消化率ꎮ目前生物发酵饲料常用的发酵菌种为芽孢杆菌㊁乳酸菌以及酵母菌ꎮ中国生物饲料产业创新战略联盟最新发布并实施的«发酵饲料技术通则»中明确指出发酵饲料菌种只允许添加饲料添加剂品种目录(2013年)规定的相应菌种ꎬ可用菌种约为35种ꎬ而欧盟食品安全局(EFSA)可利用的菌种数量可达80余种[25]ꎮ因而ꎬ新型发酵菌种的研发和应用急需开展ꎮ贝莱斯芽孢杆菌菌株通常从土壤㊁植物根际㊁河流㊁动物肠道和发酵食品等来源分离获得[26]ꎬ其相关研究集中于生物防治和促进植物生长等方面[27-28]ꎮ贝莱斯芽孢杆菌已于2020年被列入欧盟安全资格认定(QPS)推荐的生物制剂列表中ꎬ可作为新型发酵饲料菌种[29]ꎮ全基因组学分析发现B.velezensisCL-4有大量编码木质纤维素降解酶的基因ꎬ其发酵产生的碳水化合物酯酶㊁果胶酸裂解酶和碳水化合物结合模块(CBMs)也可能影响纤维素和半纤维素降解[13]ꎮ此外ꎬ在GH1-13[30]㊁FZB42[8]㊁ZY ̄1 ̄1[31]㊁LS69[32]和UCMB5113[33]等B.velezensis基因组中均发现参与降解纤维素和半纤维素的酶基因ꎮ但有关将B.velezensis应用于动物饲料益生菌和生物发酵饲料中的报道仍然较少ꎮ本研究通过高产蛋白酶和木质纤维素降解酶的B.velezensisCL ̄4发酵豆粕ꎬ可降解豆粕中抗营养因子(大豆抗原蛋白㊁纤维素和半纤维素)ꎬ显著改变了原始豆粕的营养特性ꎬ提高了营养品质和功能代谢物(活菌数㊁酶活力以及抑菌活性)ꎬ可作为新型发酵豆粕菌种ꎬ具有广阔的应用前景ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[1]㊀MaruyamaNꎬSatoRꎬWadaYꎬetal.Structurephysicochemi ̄calfunctionrelationshipsofsoybeanbeta ̄conglycininconstitu ̄entsubunits[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistryꎬ2000ꎬ48(2):576-580.[2]㊀ShiCYꎬZhangYꎬLuZQꎬetal.Bacillussubtilissolidstatefermentationofcornsoybeanmealmixedfeedwithandforde ̄gradingantinutritionalfactorsandenhancingnutritionalvalue[J].JournalofAnimalScienceandBiotechnologyꎬ2017ꎬ8(4):50-52.[3]㊀FengJꎬLiuXꎬXuZRꎬetal.Effectoffermentedsoybeanmealonintestinalmorphologyanddigestiveenzymeactivitiesinweanedpiglets[J].DigestiveDiseasesandSciencesꎬ2007ꎬ52(8):1845-1850.[4]㊀WangCꎬShiCYꎬSuWFꎬetal.Dynamicsofthephysico ̄chemicalcharacteristicsꎬmicrobiotaꎬandmetabolicfunctionsofsoybeanmealandcornmixedsubstratesduringtwostagesol 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豆粕中抗营养因子及其消除方法摘要:大豆是重要的植物蛋白质和油脂来源,具有极高的营养价值,在畜禽饲料中得到广泛应用。
但大豆中的抗营养因子限制了大豆及其制品在畜禽饲料中的利用水平。
因此,人们对大豆抗营养因子的钝化方法进行研究。
本文简要地介绍了几种主要的大豆抗营养因子,并对使大豆抗营养因子失活的方法和发酵豆粕的营养特性进行了综述,为发酵豆粕在畜禽饲料中的广泛应用提供依据。
关键词:发酵豆粕,大豆抗营养因子,钝化二十世纪九十年代以来,在英国疯牛病危机之后,引发了人们对畜禽饲料中动物来源蛋白质安全性的担忧,世界各国纷纷禁止动物源蛋白质在饲料中使用,由此相应地增加了对高质量植物蛋白的需求量。
这意味着能够提供优质蛋白质的大豆和大豆蛋白制品必将在今后的畜禽饲料配制中扮演更加重要的角色。
然而,大豆中含有的抗营养因子降低了养分的有效性,限制了其在动物饲料中的使用。
因此,通过育种、加工和营养等手段来降低大豆及其制品中抗营养因子的含量,提高养分的利用率一直是营养学家们工作的重点。
豆粕是大豆经浸提或预压浸提制油工艺的副产物,为植物性蛋白质饲料的主要来源之一,占畜禽蛋白质饲料原料用量的百分之六十以上。
大豆榨油过程中的热处理可以有效地灭活大豆中的胰蛋白酶抑制因子和大豆凝集素等抗营养因子,但生产中对热处理必须进行严格控制:加热不足不能完全灭活抗营养因子,而加热过度,有可能因发生美拉德反应而降低养分的可利用率,使得豆粕的营养特性发生很大的变化(Helena等,2003),与传统的豆粕相比,发酵豆粕在营养成分含量、氨基酸有效性和抗营养因子去除率等方面均有很大提高。
发酵豆粕是采用独特的菌种和发酵工艺,利用微生物发酵过程中分泌的蛋白酶使大豆蛋白被分解成小分子蛋白和小肽分子,游离氨基酸和UGF(未知生长因子)等物质,同时能消减抗营养因子的一些作用,使其易被幼龄动物消化吸收。
因此,发酵豆粕作为功能性饲料蛋白质而受到广泛关注。
大量的研究将发酵大豆蛋白和豆粕对于早期断奶仔猪的饲养效果进行比较(Cho等,2007),表明发酵过程中的酶解作用使发酵豆粕中含有较高比例的小肽(Hong等,2004)以及降低了发酵豆粕中的抗营养因子含量(Reddy和Pierson,1994)。
豆粕发酵后抗营养因子发生哪些变化豆粕和鱼粉是重要的植物性和动物性蛋白饲料来源。
我国作为养殖大国,酵素饲料稀缺胺基酸问题日益严峻。
2021年大豆进口量比2021年提高14.4%。
近年来,随着发酵技术的不断深入,发现豆粕经发酵后不仅可以发酵提高其蛋白质发展水平,而且还能改善其适口性,提高其他营养价值和消化利用率等。
因此,本文就豆粕发酵后抗营养因子的变化以及其在畜禽生产中的应用作以综述。
豆粕发酵后抗营养因子发生焦炭哪些差异1.豆粕中的抗营养因子抗营养因子(ANF)是植物种子新陈代谢代谢产生的一些物质,能破坏或阻碍营养物质的消化利用,并对动物健康和生长性能产生不良影响。
豆粕中抗营养因子及其抗营养作用见表1。
由表1可知,焦炭虽然营养价值丰富,但含有较多抗营养因子,主要有非蛋白类抗营养因子(如植酸、低聚糖等)和蛋白类抗营养因子(如胰蛋白酶抑制因子、大豆抗原蛋白、脲酶等),有着不同的营养因子具有不同的强效营养作用。
2.发酵处理豆粕后抗营养因子的处理事件变化豆粕中抗因子营养成分因子的消除方法有物理方法、化学方法、生物化学方法和微生物发酵方法。
前3种方法都存在一定很强的缺点如成本高、破坏营养物质、周期长、难以推广等。
微生物发酵豆粕是指利用一种或多种对豆粕进行发酵处理,经过相应的干燥、粉碎等制成产品。
发酵豆粕核酸后抗营养因子的变化六义2。
由表2可知,发酵能降低部分或者全都抗营养物质的含量,同时还能够降低蛋白质含量,改善适口性等。
不同菌种发酵产生的效果不同,应筛选熔点合适的单一菌种发酵降低某一种抗营养因子的含量,然后通过多菌种联合压榨,并且还要充分考虑多菌种发酵时菌种的相互关系(协同作用、拮抗作用等),以降低豆粕中全部抗营养因子的含量。
3.发酵豆粕在工业生产畜禽生产中的应用拿来发酵的微生物种类繁多,发酵豆粕在畜禽生产中的应用安全性,而且具有提高畜牧生产性能、提高免疫力等作用。
3.1家畜Wang等用乳酸菌焦炭发酵豆粕饲喂仔猪,结果表明,发酵豆粕提高了巴氏的生长性能,并提升肠黏膜的绒毛高度不断提高和绒毛高度/隐窝深度值、肠道中乳酸菌数,提高了大肠杆菌数,是仔猪优质蛋白质来源。
微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的研究进展近年来,国内饲用蛋白源短缺、饲料成本增加、利润降低等现状严重制约着我国畜牧业的发展,豆粕因含有丰富的营养成分成为重要的植物蛋白源。
但是,因含有抗营养因子制约了动物对豆粕中营养物质的吸收和利用,为了改善这一状况,利用微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的研究已成为国内外研究的热点。
文章概括了目前微生物发酵豆粕产活性大豆肽饲料的特点、生产及应用的研究进展。
1豆粕和微生物发酵豆粕面对中国畜牧业和饲料工业发展速度快、规模大的现状,为了减少我国饲料工业对鱼粉等昂贵动物蛋白源的依赖,开发、研制出更廉价易得的蛋白源产品来满足动物对饲料蛋白营养的需要至关重要。
大豆粕中因含有丰富的营养成分成为一种重要的植物蛋白源,豆粕中的大豆蛋白含量在43.0%~55.0%之间,多数为水溶性蛋白,除蛋白质外还含有其他丰富的营养物质,是鱼类和单胃动物良好的日粮蛋白源。
但是,豆粕中因含有的蛋白酶抑制剂(Protease Inhibitors)、脲酶(Urease)、大豆原蛋白(Antigen Protein)、大豆低聚糖(Soybean Oligosaccharides) 、植物凝集素(Soybean Agglutinin,SBA)及植酸(Phytic Acid)等成分,影响了动物机体对豆粕中营养物质的充分利用,不但阻碍了动物肠道对豆粕中营养成分的消化、吸收和利用,而且严重地危害了动物机体的健康生长。
目前,为了有效提高豆粕的蛋白利用率和营养价值,应用微生物发酵技术处理豆粕的研究成为热点。
经研究表明,微生物发酵豆粕不但可以有效地去除豆粕中的植物凝集素、脲酶、蛋白酶抑制剂等抗营养因子,而且能够使抗原蛋白的含量明显降低,同时增加了游离氨基酸、活性大豆肽等营养物质的含量,提高了豆粕的应用价值的同时使饲料具有较好的动物适口性。
微生物发酵豆粕是国内近年来发展起来的,利用微生物发酵技术处理豆粕使其含有高活性大豆肽的一种新型的植物蛋白源饲料,其早在欧洲形成产业化,近年来从台湾省传到大陆后逐渐兴起。
发酵豆粕应用报告一、引言豆粕是从大豆中提取出的一种饲料原料,富含蛋白质、能量以及多种维生素和矿物质。
然而,由于其特殊的成分和营养结构,豆粕在饲料中的应用仍然存在一些问题。
为了改善豆粕的饲料价值,近年来对其进行发酵处理,以提高其营养价值和降低抗营养因子的含量,已被广泛研究和应用。
本报告旨在综述和分析发酵豆粕的应用研究,并探讨其在饲料中的潜在应用价值。
二、发酵豆粕的制备方法及机制1.发酵豆粕的制备方法发酵豆粕的制备方法主要包括微生物法、酶法和物理法。
微生物法是利用菌种对豆粕中的抗营养因子和非生物可利用成分进行分解和转化。
常用的菌种包括酵母菌、乳酸菌、霉菌等。
酶法是通过添加食用酶制剂,利用其对豆粕中的蛋白质、糖类等进行降解和转化。
物理法主要是通过热处理或压榨等方式对豆粕进行改性处理,改变其结构和性质。
2.发酵豆粕的作用机制发酵豆粕的作用机制主要体现在以下几个方面:(1)降低抗营养因子的含量:豆粕中含有多种抗营养因子,如非淀粉多糖、酚类化合物以及胰蛋白酶抑制剂等。
发酵处理能够降解这些抗营养因子,提高豆粕的消化利用率。
(2)提高蛋白质的生物利用率:发酵豆粕可以使其中的蛋白质发生水解和转化,生成更容易被动物消化吸收的小肽和氨基酸。
(3)改善饲料口感和食欲:发酵豆粕中产生的有机酸和挥发性物质可以改善饲料的口感,增加动物的食欲,提高饲料摄入量。
三、发酵豆粕在饲料中的应用研究1.发酵豆粕在猪饲料中的应用研究研究表明,将发酵豆粕作为猪饲料中的替代品可以提高猪对蛋白质的利用率,降低饲料的粪便氮排放。
同时,发酵豆粕还可以改善猪饲料的口感,增加猪的食欲和饲料摄入量,促进猪的生长发育。
2.发酵豆粕在鸡饲料中的应用研究研究发现,将发酵豆粕作为鸡饲料中的替代品可以提高鸡对蛋白质和能量的利用率,降低饲料的代谢能消耗。
此外,发酵豆粕还可以降低鸡饲料中的丙酸盐含量,改善肠道环境,减少鸡的肠道病原菌数量。
四、发酵豆粕的潜在应用价值与前景发酵豆粕通过改善抗营养因子的消化利用、提高蛋白质的生物利用率和改善饲料口感等途径,可以有效提高其在饲料中的营养价值和利用效果。