菌酶协同发酵蛋白质饲料及在畜禽生产上应用的研究进展

随着畜牧业向集约化、规模化、现代化的方向快 速发展，对配合饲料的需求量越来越大，导致对优质蛋白质饲料原料的需求量越来越大。目前，蛋白质饲料的成本占据了饲料配制总成本的35%以上，并且蛋白质饲料的品质受多种因素影响，如抗营养因子的存在和氨基酸的不平衡等[1]，如何高效利用蛋白质饲料是目前迫切需要解决的问题。菌酶协同发酵技术是一种在饲料发酵过程中，根据不同发酵底物和不同微生物的特性，添加额外的纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、蛋白酶等，或者在酶解饲料的过程中加入一定量的芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌、米曲霉等进行协同发酵的一种技术。这种技术可以有效改善蛋白质饲料品质[2]，并且菌酶协同发酵蛋白质饲料可以改善动物肠道微生物平衡，提高畜禽的免疫力[3]。因此，将菌酶协同技术应用于蛋白质发酵过程，对于改善蛋白质品质、提高畜禽生产性能具有重要意义。本文概述了菌酶协同技术，并综述了菌酶协同发酵蛋白质饲料和菌酶协同技术在动物生产中的研究与应用，以期为我国蛋白质饲料的开发与利用提供参考。

目前，在微生物发酵蛋白质饲料的过程中往往会出现酵解效果不显著、达不到动物营养需求的状况，而菌酶协同发酵技术主要通过降解抗营养因子[4]、改善氨基酸不平衡状况、提高适口性、降解蛋白质为小肽[5]，进而提高蛋白质饲料品质，对饲料进行更加充分的改良。此外，通过微生物和酶的共同处理，可以使豆粕及其副产物中的总酚及总黄酮类物质含量显著增加，这些物质有着很强的抗氧化性，可作为人和动物功能性食品的一部分[6]，在畜禽生产过程中，使用菌酶协同发酵蛋白质饲料可以促进畜禽的生长、提高免疫因子含量、改善肠道形态等[7]，不同的菌与不同的酶制剂发酵会产生不同的改善效果，因此利用菌酶协同发酵蛋白质饲料有着广阔的应用前景。

多种酶类可以用于蛋白质饲料的菌酶协同发酵，用以增强风味、减少抗营养因子、提高消化率等，酶类主要为蛋白酶，用于分解蛋白质饲料中的蛋白质，提高畜禽对蛋白质的利用率。在饲喂肉鸡时，使用蛋白酶和益生菌共同发酵的豆粕，被证明效果优于单一菌类发酵及单一酶类发酵[6]，Su 等[8]研究发现，蛋白酶和益生菌联合使用可以进一步提高发酵豆粕中的活菌数、大豆蛋白降解率和乳酸水平，降低pH 和糖含量，并且对金色葡萄球菌和大肠埃希氏杆菌表现出抗菌性。也有其他增加特定功能肽含量的蛋白酶，如枯草芽孢杆菌和嗜热菌蛋白酶协同作用于豆粕，可以增加血管紧张素转换酶的含量[9]。一些其他种类的酶也被用于蛋白质饲料的发酵过程中，比如纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶、木聚糖酶、β-葡萄糖苷酶等。Ohara等[10]使用α-淀粉酶和β-葡萄糖苷酶以豆粕或棉籽粕为底物研究它们的协同或颉颃作用，结果发现，在发酵72 h 和96 h 时α-淀粉酶和β-葡萄糖苷酶的活性最高。Wiseman 等[11]使用木聚糖酶发酵干酒糟及其可溶物（DDGS），发现在仔猪日粮中添加25%的发酵DDGS 并不会影响仔猪整体的生长性能。Goodarzi等[12]使用果胶酶和枯草芽孢杆菌发酵豌豆，可以改变豌豆的营养成分比例，使氨基酸变得更加平衡。

不同种类的酶与不同种类的菌之间的协同方式有所不同，例如以甜高粱为底物，经过胰酶和有机酸处理后，嗜热梭菌在发酵中获得了大量的丁酸作为底物，进而提高了发酵效果[13]。在油料作物中，经过物理和化学诱变刺激菌株和蛋白酶的活性后，经过芽孢杆菌和蛋白酶的协同作用提高了樟脑籽油的提取率[14]。在发酵过程中添加酶可以提高微生物对底物的利用效率，例如纤维素酶水解粗纤维产生的单糖可以为益生菌合成蛋白质提供能量[15]，玉米芯在经过水解酶和糖化酶的作用后，可以由大肠杆菌发酵得到生物乙醇[16]，枯草芽孢杆菌可以利用阿拉伯木聚糖酶水解麦麸产生的阿拉伯糖寡糖，并产生脂肪酸。不同的酶制剂与菌种协同作用结果大不相同，对不同的蛋白质饲料精确使用酶制剂可以提高酵解效率。

3.1 黑曲霉

黑曲霉属于曲霉属真菌，广泛存在于粮食、土壤中，对外界环境的适应力极强，可以产生纤维素酶、木聚糖酶、蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、果胶酶等多种胞外酶，还可以产生多种有机酸、次生代谢产物等[17]。我国常在蛋白质饲料中添加麸曲培养物进行酵解，用于改善乳猪、幼猪因消化道不健全导致的蛋白质消化能力差引起的腹泻，或直接在饲料中加入添加一定比例黑曲霉进行固态发酵生产蛋白质饲料，可以用于提高仔猪的平均日增重和饲料转化效率[18]。但在酵解蛋白质饲料及粗饲料的过程中，受黑曲霉产酶效果低或者黑曲霉发酵与酶解过程中最适条件差异的影响[19]，黑曲霉对饲料中蛋白质酵解不够充分，在酵解的过程中额外添加酶可以提高蛋白质酵解的效果。Tie 等[20]研究发现，酶解过程的温度远高于发酵过程（分别为45 ℃和30 ℃），于是分为两步对菜籽粕进行酵解，第一步在适合黑曲霉发酵的条件下进行，第二步使用黑曲霉产生的内源酶对菜籽粕进行酶解，两步法显著降低了菜籽粕中硫代葡萄糖苷和植酸的含量，大大提高了小肽的含量。叶国栋等[21]研究发现，使用黑曲霉与碱性蛋白酶协同酵解可以提高菜籽粕中的抗氧化肽含量，在黑曲霉与碱性蛋白酶1∶1 协同发酵的情况下，菜籽粕呈现最佳多肽抗氧化活性，但抗氧化多肽活性显著低于其他菌酶协同发酵组，如枯草芽孢杆菌-碱性蛋白酶组、米曲霉-碱性蛋白酶组，因此针对不同发酵目的应当选用适当的微生物制剂。

3.2 植物乳杆菌

植物乳杆菌是一种广泛存在于果蔬、发酵产品、肠道中的革兰氏阴性杆菌，其代谢产物有乳酸、细菌素、过氧化氢等[22]，在饲料发酵过程中可以产生多种蛋白水解酶、纤维素酶、半纤维素酶，常用于蛋白质饲料发酵过程中降低饲料的pH，发挥抑菌效果，进而延长饲料的保质期，其产生的多种降解蛋白质的必须酶类也可以改善蛋白质饲料品质[23]。Su等[8]使用植物乳杆菌和蛋白酶发酵豆粕，发现豆粕中细菌的活菌数、大豆蛋白降解率和乳酸水平显著提高，并且对金色葡萄球菌和大肠埃希氏菌也表现出抗菌活性。在菌酶协同发酵蛋白质饲料时有多种因素影响蛋白质饲料的品质，如发酵时间、温度、接种量、酶添加量等，研究发现，在昆虫蛋白饲料的生产过程中，添加植物乳杆菌及蛋白酶进行协同发酵可以提高蛋白质中的多肽含量。唐杏雨等[24]使用菌酶协同发酵黑水虻幼虫，植物乳杆菌和芽孢杆菌的最佳发酵条件为混合接种量2.0%、发酵温度39 ℃、发酵时间62 h，此时多肽含量增加最多，为163.53%。值得关注的是黑水虻作为一种动物蛋白，其氨基酸组成和数量相对于植物蛋白存在差异，菌酶协同效应也会有所不同。

3.3 枯草芽孢杆菌

枯草芽孢杆菌是一种广泛存在于土壤、废弃有机物中的革兰氏阳性菌，因其易在枯草浸汁中繁殖而得名，其抑菌性及对肠道微生物的平衡作用在过去的一段时间里得到了较为广泛的研究[25]。枯草芽孢杆菌可以产生多种蛋白酶，用于蛋白质饲料发酵过程中平衡氨基酸含量、改善蛋白质品质[26]。目前已知有多种芽孢杆菌在发酵中发挥重要作用[27]，其中一些在发酵蛋白质饲料时是优势菌种[28]，并且发酵时通常是在碱性条件下产生内切酶来水解植物源蛋白，释放游离氨基酸和短肽，进而提高蛋白质品质。Gopikrishna 等[29]筛选出一株芽孢杆菌，发现其发酵效果可以替代商用蛋白酶。Cheng等[4]添加枯草芽孢杆菌与蛋白水解酶共同对大豆进行固态发酵，结果显著改善了蛋白质品质，降低了抗营养因子含量，并且在枯草芽孢杆菌和蛋白水解酶联合使用时，小肽含量相比曲霉处理有较大提高，但枯草芽孢杆菌相比曲霉是否有更高的产酶能力仍有待研究，Goodarzi 等[30]使用果胶酶、蛋白酶、枯草芽孢杆菌共同发酵营养价值较低的单一蛋白质饲料，发现饲料中的氨基酸比例变得更加平衡。对于一些蛋白质质量较差的蛋白质饲料（如羽毛粉），添加枯草芽孢杆菌和蛋白酶可以更好地改善其品质。Ramakrishna 等[31]从家禽垃圾场中筛选出一株可以产生角蛋白酶的芽孢杆菌，在优化后的条件下发酵羽毛粉，发现发酵产物中色氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸含量均显著提高，显示其具有潜在的饲料用途。

3.4 酿酒酵母

酿酒酵母属于酵母菌，是一种兼性厌氧菌，酵母细胞壁富含β-葡聚糖和甘露聚糖，可以增强免疫系统功能并保护宿主减少受霉菌毒素的损害[32]，并且可以产生多种消化酶（如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等），在饲料生产方面得到了广泛的研究[33]。在酿酒酵母发酵蛋白质饲料的过程中添加酶制剂，可以减少饲料中的抗营养因子，改善饲养动物的胃肠道环境，提高机体免疫力[34]，并且有研究表明，在家禽饲粮中添加酿酒酵母有替代抗生素的效果[35]。Chuang 等[36]使用酵母菌和植酸共同发酵麸皮饲料，有效解决了植酸影响动物对营养物质的吸收和利用，并且提高了赖氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸和苏氨酸等氨基酸的消化率。王博瑶[37]报道，使用酿酒酵母、芽孢杆菌、中性蛋白酶作为添加剂对豆粕进行发酵生产小肽饲料，结果表明，在最佳条件时，小肽含量从11.40 mg/g 提高到199.65 mg/g；粗蛋白含量从47.62%提高到56.72%。使用菌酶协同发酵饲料可以有效改善饲料的蛋白质品质，平衡好菌种接种量和酶制剂添加量比例，或优化发酵工艺可以更好地提高蛋白质饲料的品质。

4.1 菌酶协同在猪生产中的应用

微生物制剂可以应用于猪的各个生长阶段，用于改善生长性能及增强免疫力[38]。仔猪断奶时消化饲料的能力非常有限，免疫系统缺乏固有的疾病抵抗力，直到5～6 周龄[39]。断奶压力通常伴随着腹泻、感染甚至死亡，因为在此阶段，仔猪缺少必要的免疫功能[40]。目前我国使用的猪饲料以玉米、豆粕、麦麸等为主要原料，同时配合维生素、矿物质等添加剂，在全面禁抗以前还会在日粮中添加抗生素等来保障猪的生产性能，但2020年7月国家全面禁止在饲粮中添加抗生素，为了代替抗生素的使用，众多学者对菌酶协同在猪生产上的应用展开了详细的研究，目前有研究结果表明，菌酶协同发酵饲料可以在一定程度上代替抗生素的使用，有提高断奶仔猪生长性能和抗腹泻的效果，并且可以有效降低饲养成本[41]。目前，菌酶协同发酵饲料的相关研究已经取得成效，并且在猪生长育肥阶段的应用已经得到了养殖场的认可，张宗源等[42]成功研发了一种菌酶协同饲料添加剂，郭忠贵等[43]成功研发了一种菌酶协同发酵饲料，都可以显著提高肥育猪生长特性并可以改善其健康状况。目前，菌酶制剂主要应用在生长肥育猪和仔猪上，对其他阶段的猪研究相对较少。妊娠后期及泌乳期母猪肠道菌群会发生紊乱，针对此时期研发菌酶协同制剂可以开拓发酵饲料更广阔的应用领域。

4.2 菌酶协同在家禽生产上的应用

饲喂发酵饲料可以提高畜禽生长性能、采食量及产品的质量等[44]，但在发酵过程中只添加菌种进行发酵，或者只添加酶类进行酶解存在饲料改善效果不理想的情况，Li 等[45]分别使用微生物发酵、酶解以及菌酶协同发酵菜籽粕，并且添加在黄羽肉鸡的日粮中，结果表明，菌酶协同发酵处理组的小肽含量为50.4%，高于微生物发酵组（24.1%）和酶解处理组（35.5%），并且改善了肉鸡的抗氧化功能与生产性能，可见单独酶解或发酵均存在不足，而利用菌酶协同发酵技术可以有效改善这种情况。Chuang 等[36]在肉鸡日粮中添加酿酒酵母和植酸酶发酵麸皮产物，可以显著降低肉鸡回肠食糜中产气荚膜梭菌的数量，并且可以显著降低白细胞介素-1β、诱导型一氧化氮合酶、干扰素-γ 相关炎症基因在外周血单核细胞中的表达。Cheng 等[4]研究发现，添加蛋白酶和枯草芽孢杆菌协同发酵大豆日粮，可以增加肉鸡的采食量，减少大豆抗原对肉鸡免疫应答的影响，但是与对照组相比并未有明显的增重效果，这与Goodarzi 等[12]的研究结果并不一致，原因可能是由于菌种、肉鸡种类及所添加酶类的差异所导致的，也可能是添加的菌产生了额外的能量效应从而干扰了代谢。

4.3 菌酶协同在反刍动物上的应用

随着我国人民生活水平的不断提高，人们对牛肉、羊肉、牛奶等高品质畜产品的需求不断增多，目前我国的苜蓿、黑麦草等优质草料产品供应日益紧张，许多养殖场会选择进口国外的优质牧草，但是价格较高[46]。我国的高纤维农副产物非常丰富，是反刍动物可以利用的一些非常规饲料，但是相对苜蓿、黑麦草等优质草料而言营养价值较低，如果可以提高农副产物的饲喂价值、解决农副产品的利用问题，那么可以大大降低反刍动物生产成本并且减少对环境的碳排放量。使用菌酶协同发酵饲料可以解决农副产品利用率低、抗营养因子含量高等问题，Chen 等[47]使用乳酸菌与纤维素酶对紫花苜蓿青贮进行复合接种发酵，测定体外瘤胃降解率，结果表明，菌酶复合接种组提高了蛋白质的水解率，降低了干物质含量，并且提高了瘤胃短链脂肪酸的浓度和微生物蛋白质产量。刘兴琳等[48]在荷斯坦牛的基础日粮中添加含有酵母菌和枯草芽孢杆菌的微生态制剂和含有木聚糖酶、纤维素酶、葡聚糖酶的复方酶制剂，发现可以降低奶犊牛的料重比、牛鲜粪的粗蛋白含量，从而提高犊牛生长性能。目前研究发现，在使用菌酶协同发酵日粮时可能会出现所加酶抑制菌分泌酶或所加酶分解菌分泌酶的情况，而改善生产工艺可以在一定程度上避免类似情况的发生，并且可以降低生产成本和减少环境污染。李婉等[49]通过改善饲料发酵过程发明了一种适用反刍动物的菌酶协同发酵饲料制备方法，可有效利用酒精废糟液，减少酒精废糟液对环境的污染和浪费，并且提高了菌酶协同发酵饲料应用于反刍动物时的转化效率。反刍动物拥有最复杂的胃肠道微生物发酵系统，其中瘤胃作为一个天然发酵罐，纤维日粮的发酵水平直接影响反刍动物的生长性能，虽然我国的高纤维农副产品非常丰富，但是在实际生产过程中利用率较低，使用菌酶协同发酵可以提高农副产品的利用率。目前，在生产过程中菌酶协同的发酵成本及发酵效果仍有很大的提升空间，如何优化生产工艺和提高菌酶协同效率是一个重要问题。

使用菌酶协同处理饲料相比使用微生物、酶制剂单因素发酵饲料可以更好地提高饲料的价值。在饲料方面，菌酶协同酵解蛋白质饲料的主要作用为降低抗营养因子、使氨基酸更加平衡、提高蛋白质利用率，但目前缺少深入研究菌酶协同发酵饲料的具体机制，未来应就菌酶协同酵解饲料的机制展开研究。在动物生产应用方面，目前许多研究表明，使用菌酶协同发酵饲料可以提高畜禽的屠宰率、净重，改善肠道菌群结构，增强免疫力，并且针对这些特性已经研发出许多有效果的饲料应用到动物生产中，但也有一些试验表明，菌酶协同发酵饲料对动物的生产性能没有显著影响，这可能是由于菌种、酶类及环境的差异导致的。值得关注的是如何根据畜禽在不同生长时期的营养需要、肠道微生物组成情况、菌酶之间的协同/颉颃作用等选择效果更佳的酶制剂和菌种组合，并确定具体的添加比例。此外，酶制剂的价格普遍偏高，生产过程中难以确定菌及酶的最佳组合方式，增加了生产成本，如何优化生产工艺，减少制作饲料过程中的损失，提高生产效率，也是需要关注的问题。

参考文献及更多内容详见：

饲料工业，2024，45（11）：6-11

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