菜籽粕(rapeseed meal,RSM)是油菜籽分离油脂后的副产品,每年产量约700万t[1]。菜籽粕是一种优质的饲用蛋白源,含有35~45%粗蛋白,氨基酸组成均衡[2];矿物质元素丰富,铁、锰、锌、硒含量分别是大豆粕的3.53倍、2.94倍、1.45倍、2.67倍[3];维生素含量较高,维生素E、烟酸、胆碱含量分别是大豆粕的17.41倍、5.21倍、2.34倍[3]。但菜籽粕中含有硫苷、植酸、单宁、芥子碱、粗纤维等抗营养因子,影响其适口性和动物对营养的吸收和利用,限制其作为饲料在动物日粮中的高效利用[4-6]。微生物发酵技术可以降解原料中的抗营养因子,将蛋白质降解为小分子肽和氨基酸,同时生成大量益生菌、有机酸等,改善饲料的适口性、提高营养物质消化率及利用率,有益于动物肠道健康和增强动物免疫力[7-9]。文章综述各种饲用益生菌发酵菜籽粕降解抗营养因子的研究,以期为益生菌发酵菜籽粕技术的开发利用提供参考。1单一菌种益生菌发酵菜籽粕微生物发酵饲料中应用较多的益生菌有乳酸菌、芽孢杆菌、曲霉菌、酵母菌等,但由于菜籽粕与其他发酵原料的物理性质、化学成分的差异,在菌种的选择上和发酵工艺以及发酵效果的评价上有所差异。1.1乳酸菌乳酸菌发酵能产生短链脂肪酸,迅速降低环境pH值控制病原微生物的生长,将其应用于发酵菜籽粕展现出良好的去除抗营养因子能力。植物乳杆菌是常用的菜籽粕发酵菌株,对菜籽粕中硫苷及其降解产物异硫氰酸酯和噁唑烷硫酮具有较好的降解效果。王晓凡等[10]采用植物乳杆菌发酵菜籽粕,可降解56.42%的硫甙。徐鑫等[11]利用植物乳杆菌发酵菜籽粕对硫甙的降解率达到56.42%。邱良伟等[12]发现,植物乳杆菌可以去除菜籽粕中55.52%硫苷、35.99%异硫氰酸酯和67.81%噁唑烷硫酮。吴正可等[13]发现,菜籽粕经嗜酸乳杆菌发酵后有浓郁的酸香味,硫苷含量降低23.69%。方洁等[14]报道,保加利亚乳杆菌发酵菜籽粕能有效降解菜籽粕中硫苷、异硫氰酸酯、植酸和芥子碱。1.2芽孢杆菌芽孢杆菌具有耐高温、易培养、生命力强等特点,能够分泌蛋白酶、纤维素酶等分解饲料中无法吸收的物质或者抗营养因子,产生多种活性代谢产物[15]。枯草芽孢杆菌发酵饲料可以显著增强动物免疫力,降低动物的发病率和死亡率[16]。因此,枯草芽孢杆菌在菜籽粕发酵饲料中研究和应用广泛。红外透射光谱结合区间偏最小二乘法可以快速检测固态发酵菜籽粕中枯草芽孢杆菌[17]。吴逸飞等[18]在菜籽粕中加入枯草芽孢杆菌发酵后,硫苷降解率达到60.89%。蒋边等[19]应用枯草芽孢杆菌发酵菜籽粕,硫苷和植酸降解率分别为62.14%、31.58%。李莉娜等[20]分析枯草芽孢杆菌发酵菜籽粕效果,发现发酵菜籽粕比未发酵菜籽粕的硫苷含量低10.68%。徐鑫等[11]开展发酵菜籽粕益生菌的筛选及应用,获得一株具有较好脱毒能力的枯草芽孢杆菌,对硫苷、单宁、植酸、粗纤维均具有一定的降解能力。地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌应用于菜籽粕的发酵,也能显著降低硫苷和单宁的含量[21]。1.3曲霉在发酵菜籽粕中,黑曲霉展现较好的脱毒能力,尤其是对植酸和单宁的降解能力。邱良伟等[12]应用黑曲霉发酵菜籽粕,发现硫苷、异硫氰酸酯和噁唑烷硫酮含量分别降低47.96%、70.22%、61.62%。黑曲霉M-6在以加入葡萄糖、尿素、金属离子的菜籽粕为基料发酵后,植酸、单宁含量分别下降77.58%、78.79%[22]。李莉娜等[20]研究发现,黑曲霉发酵菜籽粕可有效降解单宁,与未发酵菜籽粕相比降低3.84%。Tie等[23]报道,黑曲霉发酵固态菜籽粕后,菜籽粕中硫苷和植酸得到一定程度的去除。Shi等[24]分析黑曲霉发酵菜籽粕产物,发现黑曲霉在发酵过程中会分泌糖化酶、植酸酶等15种酶,菜籽粕中性洗涤纤维、硫苷、异硫氰酸酯、噁唑烷硫酮、植酸的含量显著下降,降解率分别为13.47%、43.07%、55.64%、44.68%、86.09%。研究表明,用黑曲霉发酵菜籽粕饲喂猪可以提高猪的生产性能和营养物质的消化能力[25]。1.4酵母菌酵母菌能够提高发酵原料的蛋白质含量,具有转化非蛋白氮的能力,能够降解菜籽粕中的抗营养因子。周浩宇等[26]应用酿酒酵母发酵菜籽粕,发现酿酒酵母能去除菜籽粕中55.41%芥子碱。李莉娜等[20]对酿酒酵母发酵菜籽粕进行理化分析,发现发酵后酿酒酵母的有益活菌数高达3.85×107 CFU/g,同时单宁和硫苷得到一定程度的降解。方洁等[14]采用啤酒酵母发酵菜籽粕,发现菜籽粕中硫苷、异硫氰酸酯、植酸、芥子碱均得到降解,啤酒酵母对植酸的去除能力突出,降解率达到71.39%。2多菌种益生菌联合发酵菜籽粕不同的菌株在发酵饲料过程中会分泌不同的酶,产生不同的代谢产物。几种益生菌复配在一起联合发酵的效果会优于单菌发酵,所以发酵菜籽粕多采用多菌种联合发酵。但是不同的菌种有不同的特性,在进行联合发酵前应充分了解菌种的特性如对氧的需求、代谢途径、生长条件,同时考虑发酵的目的,选择不同的菌种和采用不同的菌种比例以及发酵工艺进行菜籽粕的发酵。2.1两菌联合发酵菜籽粕将植物乳杆菌与黑曲霉配合,以菜籽粕:玉米:麸皮(8∶1∶1)为底物发酵,发现底物硫苷、异硫氰酸酯、噁唑烷硫酮含量分别降低75.16%、64.00%、81.00%、82.00%[12]。采用德氏乳酸杆菌和枯草芽孢杆菌联合发酵菜籽粕,发现菜籽粕中硫甙降解率达94.62%[27]。周晓容等[28]应用短乳杆菌和短小芽孢杆菌固态发酵菜籽粕和麦麸混合物(7∶3),发现整体脱毒效果较好,中性洗涤纤维、异硫氰酸酯和噁唑烷硫酮的降解率分别达到5.21%、92.20%和100.00%,单宁和植酸含量分别降低35.81%和24.22%。帖余等[29]将黑曲霉与类食品乳杆菌联合发酵处理菜籽粕,发现菜籽粕总酸含量大幅度提高,硫苷含量从23.09 μmol/g下降至12.65 μmol/g。2.2三菌联合发酵菜籽粕通常乳酸菌在厌氧或兼性厌氧条件下生长,酵母菌和枯草芽孢杆菌为好氧微生物,三种菌联合发酵菜籽粕有时会采用好氧与厌氧相结合的分步发酵工艺[30]。吴正可等[31]对嗜酸乳杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母混菌发酵菜籽粕进行工艺优化,发现硫甙和粗纤维素含量分别降低48.78%和4.29%。采用纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母联合发酵菜籽粕,发现硫甙、中性洗涤纤维的降解率可达94.63%、24.17%[32],对总酚和芥子碱降解率为70.72%和80.06%,其中芥子碱的降解率相比于单菌发酵提高44.49%[26]。孙林等[33]研究不同混菌发酵组合,发现最佳发酵菜籽粕的菌种组合为植物乳酸菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌,发酵后得到高蛋白、多肽、低毒的菜籽粕饲料。有研究表明,将植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、米曲霉进行混菌发酵,硫苷降解率可达91.36%[10]。刘平等[34]添加一定量麸皮的菜籽粕为发酵原料研究不同组合的益生菌发酵菜籽粕,发现最佳菌种组合为黑曲霉、植物乳酸菌、酿酒酵母,菜籽粕中单宁降解率达到94.38%(干基)。Wang等[35]发现,地衣芽孢杆菌、产朊假丝酵母、乳杆菌三菌联合发酵可以提升菜籽粕感官特性、生物活性等,硫甙含量从75.6 μmol/g下降至11.3 μmol/g,达到国际认可的双低菜粕硫甙含量的标准(30 μmol/g)。2.3多菌种联合发酵菜籽粕发酵过程中菌株越多,菌株之间的协同关系越复杂。有研究发现,采用枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、粪链球菌、黑曲霉混合发酵菜籽粕,发酵后菜籽粕中有益活菌较高,硫苷、单宁含量降低[20]。方洁等[14]应用黑曲霉、啤酒酵母、枯草芽孢杆菌、保加利亚乳杆菌联合发酵菜籽粕,采用模糊综合评价方式对发酵菜籽粕进行评价,发现混菌分两步发酵菜籽粕效果优于混菌一次发酵,混菌发酵优于单菌发酵。应用枯草芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌四菌联合发酵菜籽粕,发现植酸、纤维素、单宁降解率分别达到93.74%、36.59%和14.75%[36]。兰时乐等[37]将枯草芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、侧胞芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和丁酸梭状芽孢杆菌与酿酒酵母复配,发酵菜籽粕53 h后硫苷降解率为94.85%。3结论益生菌发酵能够有效地对菜籽粕进行脱毒,降解抗营养因子,改善菜籽粕的品质,提高饲用价值。进一步筛选用于菜籽粕发酵的优良益生菌菌种、优化发酵工艺、提高菌种之间的协同能力、深入研究发酵机理、建立评价发酵菜籽粕的安全性体系及配套相应标准对畜牧业及水产业的健康养殖具有推动作用。
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