發(fā)酵麩皮的功能及在動物飼料中的應(yīng)用

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　　近年來，隨著人們對食品營養(yǎng)及高質(zhì)量食品的關(guān)注，小麥麩皮逐漸進(jìn)入食品保健品領(lǐng)域。但由于其粗纖維及不溶性膳食纖維含量高，影響口感，同時容易被嘔吐毒素污染等原因，限制了其在食品及飼料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　我國小麥麩皮資源豐富， 每年大約有兩千多萬噸的麩皮副產(chǎn)品，可通過物理方式改變其特性，也可通過生物方法進(jìn)行發(fā)酵處理后提高其附加價值以充分合理利用這些資源。同時隨著飼料中促生長類抗生素的逐漸禁用，開發(fā)營養(yǎng)平衡、綠色保健飼料成為一種趨勢。生物發(fā)酵方式的價值及理念逐漸被認(rèn)可，如發(fā)酵豆粕作為優(yōu)質(zhì)蛋白原料，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，而發(fā)酵麩皮目前在動物飼料中應(yīng)用較少，其應(yīng)有的價值被低估。本文主要綜述了麩皮發(fā)酵常用菌種及發(fā)酵麩皮的功能特點(diǎn)，為其在動物飼料中的應(yīng)用提供參考。

　　1麩皮的理化特點(diǎn)

　　將小麥提取胚和胚乳后的殘留物統(tǒng)歸為麩皮，主要由皮層和糊粉層組成，約占小麥籽粒的22%~25%。麩皮中蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等含量較胚乳豐富，可以開發(fā)為麥麩膳食纖維乳酸飲料，提取谷氨酸、多糖、丙酮、丁醇等。同時小麥麩皮中也富含膳食纖維、葉酸、維生素B、多酚類物質(zhì)。酚類化合物和活性多糖為麩皮的兩大類生理活性物質(zhì)，活性多糖主要為小麥膳食纖維等，可以調(diào)節(jié)斷奶仔豬腸道菌群結(jié)構(gòu)；而酚類物質(zhì)主要包括酚酸、類黃酮及木酚素等，具有抗氧化的功能。此外，麩皮中氨基酸平衡，但有較高含量的粗纖維及抗?fàn)I養(yǎng)因子，容易受嘔吐毒素等污染。麩皮成分也因小麥品種、品質(zhì)、制粉工藝條件、面粉出率的不同而有所差異。麩皮及發(fā)酵麩皮的主要營養(yǎng)成分見表1。

　　2麩皮發(fā)酵

　　麩皮通過微生物的發(fā)酵可以改變纖維的結(jié)構(gòu)， 降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，提高蛋白質(zhì)含量及消化率，可部分替代蛋白飼料，是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白飼料原料。

　　2.1 發(fā)酵菌種

　　常用于麩皮發(fā)酵的微生物主要有乳酸菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、霉菌等。乳酸菌是一類能利用碳水化合物產(chǎn)生乳酸的革蘭氏陽性厭氧菌。根據(jù)乳酸菌的代謝方式可將其分為同型發(fā)酵乳酸菌和異型發(fā)酵乳酸菌。同型發(fā)酵乳酸菌的代謝產(chǎn)物是乳酸；異型發(fā)酵乳酸菌的代謝產(chǎn)物是乳酸、乙酸及二氧化碳。枯草芽孢桿菌是好氧型、能產(chǎn)芽孢的革蘭氏陽性菌，廣泛分布于自然界中，對人畜無毒無害， 并具有廣譜的抗菌作用。而酵母菌是一類以芽殖為主的兼性厭氧型單細(xì)胞真菌，在無氧時，酵母菌可以利用底物糖類產(chǎn)生酒精等代謝產(chǎn)物；在有氧時，其可以進(jìn)行有氧發(fā)酵代謝，將有機(jī)物徹底氧化成二氧化碳和水。霉菌是絲狀真菌的統(tǒng)稱，常用于發(fā)酵的霉菌包括黑曲霉、米根霉等，以孢子的形式進(jìn)行無性或有性繁殖，是發(fā)酵工業(yè)和食品加工工業(yè)的重要菌種。

　　2.2 發(fā)酵方式

　　在發(fā)酵過程中，根據(jù)選擇的菌種數(shù)量， 可以分為單菌發(fā)酵和混菌發(fā)酵2 種方式。單菌發(fā)酵主要是指純的單一菌種進(jìn)行發(fā)酵，混菌發(fā)酵是指采用2 種或多種微生物的協(xié)同作用共同完成某發(fā)酵過程的一種新型發(fā)酵技術(shù)。目前由于單一菌種的微生態(tài)制劑作用效果的限制，越來越多人將目光轉(zhuǎn)向了多菌種復(fù)合發(fā)酵的研究。這是因為混菌發(fā)酵可以產(chǎn)生復(fù)雜的酶系，從而彌補(bǔ)單一菌種產(chǎn)酶系不豐富的缺點(diǎn)。

　　2.3 發(fā)酵影響因素

　　麩皮發(fā)酵過程中主要受到培養(yǎng)溫度、外源氮的水平、培養(yǎng)發(fā)酵液的初始pH、發(fā)酵的時間、發(fā)酵液中菌種的接種數(shù)量等因素的影響。因為不同微生物生長所需的適宜溫度、pH 不盡相同， 且對菌的接種數(shù)量有要求，在一定的接種量范圍內(nèi)， 增大接種量可使菌體數(shù)快速增長，增加發(fā)酵中的活菌數(shù)，縮短發(fā)酵周期；但如果接種量太大，培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)不能滿足菌體生長需要，進(jìn)而會限制菌體的生長，使發(fā)酵后的活菌數(shù)減少。

　　2.4 發(fā)酵效果

　　乳酸菌應(yīng)用于發(fā)酵麩皮可以產(chǎn)生乳酸等有機(jī)酸，從而降低發(fā)酵體系的pH，抑制雜菌的生長，同時也可以產(chǎn)生呈味氨基酸，使得發(fā)酵麩皮具有特殊的酸香味，刺激動物食欲，促進(jìn)動物采食， 提高增重。此外，使用乳酸菌發(fā)酵也可以降低麩皮中抗?fàn)I養(yǎng)因子植酸等的含量，而增加阿拉伯木聚糖（Arabinoxylans，AX）和酚酸的含量，提高小麥麩皮的抗氧化活性。

　　枯草芽孢桿菌在生長代謝過程中能產(chǎn)生蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶等多種酶，這些酶可以將麩皮中的大分子蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等降解為容易被動物消化吸收的小肽、氨基酸、低聚糖及游離脂肪酸等，既可以增加飼料的可消化性及營養(yǎng)性，也可以消除麩皮中植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子。同時枯草芽孢桿菌可以產(chǎn)生耐熱抗逆性強(qiáng)的芽孢，在高溫制粒及動物的胃腸道中能夠存活，從而競爭性地抑制腸道有害菌的生長，維護(hù)動物腸道健康。

　　酵母菌也可以分泌多種酶，且其代謝產(chǎn)物富含B 族維生素，不僅對動物的健康生長具有重要意義，也可以增加麩皮可溶性阿拉伯木聚糖（SAX）、多酚含量及降低植酸含量。此外，小麥麩皮經(jīng)酵母菌發(fā)酵后， 發(fā)酵酸度和成分也有顯著變化，并可以提高其營養(yǎng)價值。Moore 等研究表明，用酵母菌固態(tài)發(fā)酵麩皮可以提高11%~12% 的蛋白含量，但對麩皮纖維組成沒有顯著改變。王立克等研究表明，酵母菌發(fā)酵后，麩皮粗蛋白較發(fā)酵前提高了119.59%，乙醇浸提物含量提高了73.68%，賴氨酸含量高，維生素和酶含量豐富。

　　在發(fā)酵體系中添加霉菌類，主要是利用霉菌（如里氏木霉）具有高產(chǎn)蛋白酶、淀粉酶及纖維素酶等特點(diǎn)，從而降解發(fā)酵底物中的蛋白質(zhì)及纖維素等成分， 提高發(fā)酵麩皮的營養(yǎng)特性及適口性。同時發(fā)酵麩皮中豐富的酶系也解決了動物內(nèi)源酶分泌不足的問題，并且提高了動物腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。陳洪偉等利用酵母菌與高產(chǎn)纖維素酶活菌株黑曲霉之間的協(xié)同效應(yīng)，以麩皮為底物，混菌固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，結(jié)果表明發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量為25.26%，比麩皮發(fā)酵前提高了33.93%。麩皮發(fā)酵過程對其主要營養(yǎng)物質(zhì)及功能的改善具有重要作用（表2）。

　　3發(fā)酵麩皮的功能及特點(diǎn)

　　麩皮在經(jīng)過微生物發(fā)酵后，不僅降低了抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，而且增加了低聚木糖及一些生物活性物質(zhì)，同時小麥麩皮的發(fā)酵能夠產(chǎn)生重要的風(fēng)味化合物，從而使其風(fēng)味及理化性質(zhì)得到顯著改善。此外，發(fā)酵麩皮具有很多功能及特點(diǎn)，例如抗氧化功能、富含可溶性膳食纖維及低聚木糖、有機(jī)酸、有益菌及未知生長因子等。

　　3.1 發(fā)酵麩皮的抗氧化功能

　　由于麩皮本身含有阿魏酸，但正常情況下主要與纖維素結(jié)合形成酯鍵，不能發(fā)揮作用，通過微生物發(fā)酵能使麥麩結(jié)構(gòu)由密質(zhì)的交聯(lián)結(jié)構(gòu)變得疏松，使酚酸得以游離，提高了發(fā)酵麥麩中總酚和阿魏酸的含量，進(jìn)而能很好地清除氧自由基并促進(jìn)抗氧化能力的提高。孫盈乾采用固態(tài)發(fā)酵法對紫麥麩皮中酚酸釋放和抗氧化活性的研究結(jié)果表明，固態(tài)發(fā)酵麩皮的總酚含量達(dá)到463 mg GAE/g 麩皮，酚酸含量達(dá)到2 084.56 μg/g 麩皮。而用高活性的干酵母發(fā)酵大麥麩皮，發(fā)酵液中多酚的含量隨著發(fā)酵時間的增加呈明顯的上升趨勢，發(fā)酵6 d 時其含量達(dá)到420.4 μg GAE/mL，表現(xiàn)出良好的抗氧化性能。此外，納豆芽孢桿菌發(fā)酵麩皮的體外試驗結(jié)果表明，麩皮發(fā)酵液較未發(fā)酵麩皮水提液表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗氧化活性，其抑制豬油氧化效果與維生素E 接近。

　　3.2 發(fā)酵麩皮富含可溶性膳食纖維與低聚木糖

　　膳食纖維（Dietary Fiber，DF）具有潤便、治療肥胖、調(diào)節(jié)血糖、降低血膽固醇水平、預(yù)防高血壓等作用， 主要由可溶性膳食纖維（Soluble Dietary Fiber， SDF） 和不可溶性膳食纖維（Insoluble Dietary Fiber，IDF）構(gòu)成。IDF 在體內(nèi)主要起到機(jī)械蠕動的作用，并且可以增加豬腸道食糜的黏度，降低動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收；SDF 可以促進(jìn)后腸有益菌的增殖，在微生物的作用下產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFA）， 促進(jìn)機(jī)體能量的代謝吸收，降血脂、降血壓，提高機(jī)體免疫力及抗炎等作用。而麩皮中SDF 含量比較低，通過物理或者生物的方式加工可以提高其含量，能更好地應(yīng)用于食品及飼料中。在菌種選擇上，有以單菌進(jìn)行的發(fā)酵，也有混菌發(fā)酵的研究。例如以普通麩皮為原料，選取黑曲霉、納豆芽孢桿菌、釀酒酵母和糞鏈球菌進(jìn)行混菌固態(tài)發(fā)酵后，麩皮中粗纖維含量由10.5% 降低為5.32%。也有以米根霉為發(fā)酵菌種，通過優(yōu)化培養(yǎng)條件，液態(tài)和固態(tài)發(fā)酵SDF 得率分別為9.71% 和8.48%，且可溶性蛋白及總蛋白含量在發(fā)酵過程中總體呈現(xiàn)的增加趨勢。吳學(xué)鳳等研究了小麥麩皮膳食纖維的發(fā)酵制備方法，在篩選的混菌發(fā)酵條件下，SDF 含量達(dá)11.74%，提高了86.94%，符合高品質(zhì)膳食纖維的指標(biāo)要求。

　　3.3 發(fā)酵麩皮具有豐富的有機(jī)酸

　　麩皮在經(jīng)過微生物的發(fā)酵后可以產(chǎn)生對機(jī)體有益的有機(jī)酸，對于調(diào)節(jié)機(jī)體腸道pH、促進(jìn)有益菌增殖等作用明顯。同時發(fā)酵處理也提高了小麥麩皮的經(jīng)濟(jì)附加價值。在食品加工領(lǐng)域，以麩皮為原料，通過根霉菌發(fā)酵， 實(shí)現(xiàn)其高效生物轉(zhuǎn)化制備富馬酸；以干酪乳桿菌ET-8 為發(fā)酵菌株，小麥麩皮為發(fā)酵原料生產(chǎn)乳酸，并且通過預(yù)處理與培養(yǎng)發(fā)酵條件優(yōu)化等可以提高產(chǎn)酸量；通過在黑麥麩皮中添加α - 淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶和纖維素酶等，可提高產(chǎn)L- 乳酸的水平。這主要是利用α - 淀粉酶、酸性蛋白酶、纖維素酶將麩皮水解成能被乳桿菌利用的單糖，然后由乳桿菌發(fā)酵可以獲取L- 乳酸。因此，選用合適的菌種及酶，以麩皮為底物發(fā)酵產(chǎn)生各種有機(jī)酸是可行的

　　3.4 發(fā)酵麩皮富含有益菌

　　發(fā)酵麩皮中含有大量的有益菌，如乳酸菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌等，可以在機(jī)體腸道內(nèi)與大腸桿菌及沙門氏菌等有害菌競爭腸道的結(jié)合位點(diǎn)，阻止有害菌的定植，形成腸道的微生物屏障，維持機(jī)體健康。以普通麩皮為原料， 選取黑曲霉、納豆芽孢桿菌、釀酒酵母和糞鏈球菌進(jìn)行混菌固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果表明發(fā)酵麩皮中有益菌總數(shù)達(dá)109 個/g 干物料。任科潤等采用麩皮等為主要原料，采用乳酸菌和酵母菌進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，植物乳桿菌L.casei Zhang p8 菌數(shù)可達(dá)39.8×108CFU/g， 酵母菌S1 菌數(shù)可達(dá)17.1×108CFU/g。同時大量有益菌的存在使得麩皮發(fā)酵過程中會產(chǎn)生豐富細(xì)菌代謝產(chǎn)物，如礦物質(zhì)、維生素、小肽、酶、核苷酸、未知生長因子（UGF）等。

　　4發(fā)酵麩皮在動物飼料中的應(yīng)用

　　發(fā)酵麩皮在動物飼料中的應(yīng)用研究報道較少， 但已有的研究均表明發(fā)酵麩皮應(yīng)用于動物飼料具有良好的效果。

　　➢劉春雪等研究表明，用發(fā)酵麩皮等量替代基礎(chǔ)日糧中5% 的麩皮可以有效提高育肥豬生長性能，改善肉品質(zhì)。

　　➢利用麩皮發(fā)酵飼料代替麩皮飼喂的育肥豬日采食量增加了3.7%，耗料增重比下降了4.3%，同時日增重提高了8.2%。

　　➢曹香林等進(jìn)行草魚的離體消化試驗研究，即通過對不同比例枯草芽孢桿菌、酵母菌及乳酸菌固態(tài)發(fā)酵組合的研究，篩選出麩皮發(fā)酵的最優(yōu)條件，結(jié)果顯示最優(yōu)組發(fā)酵麩皮的粗蛋白質(zhì)提高了56.56%，且發(fā)酵麩皮的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)消化率和氨基酸生成量較發(fā)酵前也有明顯的提高。

　　➢此外，Eang 等使用10% 的發(fā)酵麩皮替代玉米飼喂肉雞，結(jié)果表明，由真菌發(fā)酵的麥麩可以增加木質(zhì)纖維素分解酶活性和提高肉雞表達(dá)抗氧化的能力。麩皮發(fā)酵后作為酵母菌飼料， 可以提高畜禽蛋白質(zhì)含量，在家禽上的應(yīng)用表明， 產(chǎn)蛋率可以提高20% 左右。

　　5發(fā)酵麩皮應(yīng)用于動物飼料存在的問題

　　發(fā)酵麩皮作為生物發(fā)酵飼料原料，首先要保證所用發(fā)酵菌種的安全性，菌種的安全是保證動物健康及食品安全的基礎(chǔ)。其次，要進(jìn)行發(fā)酵麩皮在動物上的營養(yǎng)價值評估。例如豬雞的消化代謝能、氨基酸的生物利用率等基礎(chǔ)研究，擁有這些基礎(chǔ)參數(shù)， 發(fā)酵麩皮在飼料配方中的應(yīng)用才具有意義。最后， 要建立發(fā)酵麩皮的標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以客觀地評估與應(yīng)用，為其在動物飼料中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。解決了以上問題，通過選擇合適的微生物菌種及組合， 發(fā)酵降解和轉(zhuǎn)化小麥麩皮中的粗纖維素、蛋白質(zhì)及抗?fàn)I養(yǎng)因子及霉菌毒素等，制備具有抗氧化功能、富含高品質(zhì)膳食纖維及低聚木糖、有機(jī)酸、益生菌的生物保健飼料，對促進(jìn)動物健康生長及提高麩皮附加價值具有重要的意義。（參考文獻(xiàn)略）

　　作者：夏超篤
　　本文首發(fā)自中國畜牧雜志微信公眾號 “zgxmzz”，經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載。

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