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固态发酵技术在植物蛋白原料应用简介

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固态发酵技术在植物蛋白原料应用简介

发布日期:2021/5/29 10:31:54 点击:873

豆粕含有大量蛋白质和氨基酸,因此广泛用于禽类饲料中(Sun等,2013b)。但是,豆粕价格波动及产量不足,营养学家不得不寻找其替代品以满足禽类生产需求。随着全球人口的增加,人类对动物蛋白的需求不断增加。因此,需开发目前还未被充分利用的蛋白原料来满足动物生产需求。已有大量试验证明,众多饲料对禽类生产有很高的营养价值。如传统菜籽粕、双低菜籽粕、棉籽粕、棕榈仁饼、羽扇豆粉。但是这些替代物中存在一些抗营养因子,会降低营养素的利用率,导致动物中毒和生长性能下降(Ravindran等,1992)。这些不足阻碍了它们在禽类饲料中的应用。固态发酵技术可改善这些蛋白原料品质。  


固态发酵是一种生物加工技术,在食品、发酵行业有悠长的历史。在亚洲,固态发酵技术已用于生产面包、奶酪、酒曲、味噌、酱油、豆豉、纳豆、腐乳等食品。从上世纪至目前,人类已经利用固态发酵技术生产一些重要的生物化学及增值产品,如氨基酸、酶、有机酸、抗生素、纺织品、生物燃料等。已有综述报道了固态发酵技术在工农业副产物饲养动物中的应用(Ramachandran等,2007;Ajila等,2012)。发酵饲料在养猪业中已使用多年(Canibe等,2012)。添加固态发酵饲料对生长育肥猪生长性能和消化率无任何负面影响(Hu等,2016)。研究者发现在肉鸡日粮中添加固态发酵饲料,改善了肉鸡的生长性能和肠道健康((Alshelmani等,2016,2017a)。众多研究评估了替代蛋白质原料的营养特征,大部分都集中于对禽类的营养价值。但是,关于这些蛋白质原料经过固态发酵技术后的营养组成的报道较少。固态发酵原料的应用,重要的一点就是掌握其营养组成。后续将陆续介绍固态发酵技术对传统菜籽粕、双低菜籽粕、棕榈仁饼、羽扇豆粉。还讨论了日粮添加这些发酵蛋白质对肉鸡生长性能、肠道微生物、肠道结构的影响。


固态发酵

固态发酵是两种主要的发酵技术之一,另一种就是沉浸发酵(或液态发酵)。固态发酵是无游离水的条件下,微生物对底物的发酵。发酵所需要的水分来源于底物所吸收的水分。因此,发酵底物需含有足够支撑微生物生长和代谢的水分(Pandey,1992,2003;Krishna,2005)。固态发酵产物的质量与底物初始水分、颗粒大小、pH、温度、底物组成、发酵系统、灭菌工艺、水活性、接种密度、搅拌、曝气、萃取及下游工序等相关((Renge等,2012)。这些指标对发酵的效果有重要影响,需要慎重选择和设定。


不同种类的微生物均可用于固态发酵。鉴于低水分限制,酵母、丝状真菌在固态发酵条件下可生长良好(Lopez-Perez等,2016)。但是,也有部分试验发现,某些其它细菌也可成功用于固态发酵中(Couto等,2006;Martins等,2011)。现在认为,固态发酵应为发酵微生物提供与其天然生长环境相似的生长条件(Thomas等,2013)。在发酵过程中,微生物通过改变发酵底物的生化特性,产生多种酶。


除酶外,发酵还产生有机酸。黑曲霉、米曲霉、乳酸菌可分别发酵合成柠檬酸、草酸、乳酸(Couto等,2006)。将工农业副产物或残渣通过固态发酵技术加工用于畜禽饲料生产,是非常有价值的。因为这些物质产量较多、人类利用率低、成本低、拥有合适的营养成分及可被微生物利用进行固态发酵(Ajila等,2012)。发酵后这些副产物的价值得到改善,为发酵微生物生长、酶分泌提供碳源和营养素(Farinas,2015)。另外,这些副产物产量大、未被充分利用,很适合固态发酵加工(Singhania等,2009)。


与液态发酵相比,固态发酵具有水需求少、底物成本低、更好地氧循环、资金成本低、产量高、低能耗、水污染少及下游加工更便捷等优势(Singhania等,2009;Mussatto等,2012)。固态发酵操作简便,技术相对简单,更适合在农场应用。固态发酵所产生的酶对温度、pH更加稳定,活性更强(Barrios-Gonzalez,2012)。但是,固态发酵也存在一些不足,如规模化生产难、热堆聚、发酵条件不易控制(水分、温度、底物数量等)及产品纯度不高等(Couto等,2006)。


固态发酵对植物蛋白原料营养素组成的影响

已有研究数据表明,固态发酵可改善植物蛋白的营养组成。特别是,没有出现降低营养成分的报道。大多数文献报道,固态发酵植物蛋白的营养组成与未发酵形式或传统的豆粕的营养组成相似或更佳(Xu等,2011;Tang等,2012 )。固态发酵产物的组成、营养素利用率取决于发酵底物来源和特性、油提取方法、加工储存参数、发酵微生物种类及发酵条件。


固态发酵是一种低成本的生物技术,可提高植物蛋白原料的营养质量,如传统菜籽粕、双低菜籽粕、棉籽粕、棕榈仁饼、羽扇豆粉。研究证明,在肉鸡日粮中添加这些植物蛋白的固态发酵产品,可改善肉鸡的生长性能、消化率、肠道微生物及肠道形态。不同文献报道的固态发酵植物蛋白原料营养组成的不同,说明植物蛋白来源、加工方法、发酵微生物种类、发酵条件均可影响固态发酵产物的营养组成。目前,对固态发酵植物蛋白在肉鸡日粮中应用研究数据较少。后期,还需作更多的研究。