新型蛋白源飼料開發與應用

畜牧人小李

國家糧食和物資儲備局科學研究院 首席研究員  李愛科

國家糧食和物資儲備局科學研究院糧食營養領域首席研究員，中國科學院博士生導師。主要從事糧油營養與安全、動物營養與飼料研究開發。長期從事糧油蛋白質資源及乳酸菌開發利用技術研究，參與 10 多本專著編寫。主持的“蛋白質飼料資源開發利用技術及應用”項目獲得 2009 年國家科技進步二等獎，參加的“畜禽氮磷代謝調控及安全型飼料”項目獲得 2008 年國家科技進步二等獎。主持的“飼用抗生素及其替代產品開發利用關鍵技術”獲2011 年大北農科技獎一等獎，主持的“發酵飼料產業化開發利用關鍵技術及應用”獲 2017 年中國糧油學會科技獎一等獎。

一、蛋白質飼料資源概況

1、我國養殖業面臨的突出問題

我國飼料資源尤其優質飼料原料嚴重短缺。糧油飼料資源年需求量達 3.5 億 t 左右，年進口達 1 億 t 以上，大豆和魚粉進口量居世界第一，嚴重影響了飼料業和養殖業的發展！

2、現有蛋白飼料資源尤其是棉籽粕、菜籽粕沒有得到有效利用

我國有大量的雜粕資源，棉籽粕、菜籽粕年產量為1 300 萬 t，其他雜粕超過 800 萬 t，總量占世界第一。其他可開發的蛋白資源，如水產、畜禽、輕工下腳料等種類很多，但是飼用效價低。由于近些年豆粕價格略低，因此應用豆粕比較多，雜粕等蛋白資源未得到有效利用。

3、餅粕飼料原料的營養特性

餅粕類飼料原料的營養特性見表 1。應該注意的是，含有的抗營養因子及內源毒素較多，如果不經過有效地處理，應用起來會存在較多問題。

4、餅粕飼料原料應用的限制因素

餅粕飼料原料的應用存在一些限制因素：有效能量低、消化利用率低、蛋白質含量變異大、氨基酸組成不理想、棉菜粕纖維含量較高。此外，含有較多的內源毒素和抗營養因子，比如游離棉酚、硫甙及分解產物、胰蛋白酶抑制因子、抗原蛋白、植物凝集素、胃脹氣因子、植酸、單寧等。

5、解決途徑

我國如此大量的雜粕資源，解決雜粕的應用問題具有重要意義。解決途徑有 ：①物理脫毒法。具有暫時性、脫毒率低、破壞營養成分的缺點 ；②化學脫毒法。具有化學殘留，而且范圍小、成本高；③酶解法。酶解具有專一性，鈍化效果不一致 ；④培育新品種。比如雙低菜粕等 ；⑤微生物發酵法。脫毒率高，明顯改善營養品質 ；⑥與制油工藝相匹配的脫毒方法。制油的同時脫除毒素，不影響制油生產。

二、傳統工藝餅粕營養價值改善技術

糧食部門一直在從事通過工藝技術改善餅粕營養價值的研究。從糧油飼料原料營養 ( 飼用價值 ) 提高及品質 ( 外觀色澤等 ) 改善入手，改變傳統工藝，建立畜、禽、水產動物的低 ( 無 ) 豆粕日糧新技術，減少大豆進口。“蛋白質飼料資源開發利用技術及應用”項目曾榮獲 2009 年國家科技進步二等獎。

棉籽、菜籽首先脫皮脫殼，進行仁殼分離，經過了幾十年的改進，這個工藝已經非常先進，脫皮的菜籽粕已經投向市場，并且改進了傳統的制油工藝，增加了脫毒工藝，從而提升雜粕的營養價值。

菜籽顆粒很小，傳統制油工藝中脫皮、脫殼難度均非常大，造成粗纖維含量很高，達 14% 以上，使菜籽餅粕的粗蛋白質只有 30%~37%，明顯低于豆餅 ( 粕 ) ；菜粕的能值也很低，噁唑烷硫酮 (OZT)、異硫氰酸酯 (ITC) 及腈類等物質含量高 ；菜籽餅粕由于含皮殼多，造成顏色發黑，嚴重影響其在工業化飼料中的商業價值，降低了菜粕的使用比例 ；菜籽全籽中 90% 以上的植酸、色素、單寧、皂素等抗營養因子都存在于種皮之中，能顯著降低營養物質利用率及適口性。

國外如加拿大、瑞典等對“雙低”油菜籽的深加工都采用了脫皮等工藝，但這類設備價格昂貴、機型較大，并不適應我國幾千家傳統制油企業。

通過國家“九五”科技攻關，菜籽脫皮裝置脫皮率達90%，仁中含殼小于 5%，殼中含仁小于 1%，達到在日處理 100 t 菜籽油廠進行配套應用，菜籽粕粗蛋白質含量達到40%~44%。國家糧食局科學研究院等單位通過國家“八五”及“九五”科技攻關，開發了通過制油工藝脫除菜籽餅粕中有毒有害物質的新方法，使菜粕中硫甙含量降到 0.42% 以下，腈含量 <150 mg/kg，接近國外“雙低”菜籽粕的質量標準，同時制油工藝及餅粕質量不受化學脫毒劑影響。

表4  新型菜籽粕營養成分

三、發酵酶解植物蛋白飼料資源研究進展

并非所有的糧油加工工藝都能生產出優質的餅粕，尤其是對加熱不敏感的抗營養因子，在低溫的制油工藝中是解決不了問題的，另外有些抗營養因子在高溫下也難以被破壞，需要通過其他途徑來解決，生物技術就是一種有效的途徑。

1、糧油飼料資源營養價值益生菌改善技術

益生菌可以通過營養調控和功能提升營養物質的利用效率以及動物腸道健康。近年來，益生菌的抗逆性、功能穩定化和效果評價研究取得很大的進展，促進了抗生素減量技術應用。

農業部第 1126 號公告《飼料添加劑品種目錄》規定可以使用的微生物飼料添加劑有 16 種，美國在飼料中允許使用的微生物種類有 46 種。

2、益生菌發酵改善糧油資源營養價值

發酵飼料開發首先就是菌種的問題，目前菌種方面還是存在許多問題，如何保證菌種的安全性、有效性還需要我們后續做很多工作。在優良菌種的基礎上，再經過液態發酵、固態發酵或者多菌種的協同發酵以及低溫發酵等工藝，形成產品。由我們主持的 2017 年中國糧油學會科技獎一等獎項目——發酵飼料產業化開發利用關鍵技術及應用，建立了多菌種協同發酵、全程無高溫的液 - 固發酵酶解飼料新工藝。結合國家高技術產業化示范工程、農業部農業技術試驗示范項目，進行系統的低毒、低抗營養因子、高蛋白質含量的優質發酵飼料產業化技術。

01、發酵飼料產業化開發利用關鍵技術

在新菌種資源方面，建立了菌種高通量篩選方法和菌種資源庫 (2 000 多種 )，獲得可定向降解游離棉酚、ITC 和OZT 和大豆抗原蛋白等的系列高效菌種 ( 航天選育乳酸菌 4株、芽孢菌 5 株、酵母菌 4 株、絲狀真菌 6 株等 )。在新工藝方面，建立了多菌種協同發酵、全程無高溫的液 - 固發酵酶解餅粕飼料新工藝。結合國家高技術產業化示范工程、農業部農業技術試驗示范項目，進行系統的低毒、低抗營養因子、高蛋白質含量的優質發酵飼料產業化技術。開發了一系列高活性、高品質的新型發酵飼料原料產品。

01、新型發酵棉籽蛋白

發酵棉粕如果做得好，游離棉酚可以達到 200~400 mg/kg，降低 70% 左右。目前，在新疆低溫生產的棉粕中游離棉酚含量甚至高于國家標準，非常有必要通過發酵的方法來降低游離棉酚含量。

另外，通過發酵還可以提高棉粕的小肽含量以及氨基酸的消化率。

02、新型發酵菜粕

發酵菜粕真蛋白、小肽分別提高11%、88%，噁唑烷硫酮和異硫氰酸酯、植酸、單寧含量分別下降了 96.20%、83.13%、36.36% 和 19.13%。

03、發酵豆粕

不同工藝處理發酵豆粕的各項指標變化很大，發酵豆粕的抗原蛋白含量可下降 90% 以上，并且會提高小肽含量。我們和山東農業大學合作試驗，用 7% 的小肽含量比較高的發酵豆粕替代 4% 的血漿蛋白完全可以實現，不僅能替代，而且還可以提高豬的采食量。

04、發酵戊聚糖漿

使小麥淀粉加工副產物戊聚糖漿1.6% 的難消化戊聚糖轉化成含量 2.02 mg/mL 的功能性低聚木糖。產品中低聚木糖含量 21.3%，主要由木二糖、木三糖、木四糖組成 ( 占 63%)。

05、真菌毒素污染控制技術

淀粉加工副產物經發酵后，AFB 1 含量降低了 56.6%，ZEN 含量降低了 64.5%，DON含量降低了 29.4%。

02、內源毒素及抗營養因子快速檢測技術

發酵飼料涉及到的另一個關鍵問題就是檢測問題，需要能夠快速檢測真菌含量和有毒有害物質含量。對此，我們開發了主要內源毒素及抗營養因子的低成本現場快速檢測技術，包括游離棉酚酶聯免疫試劑盒、大豆胰蛋白酶抑制因子、凝集素檢測試紙條，以特定的單克隆抗體和多重膠體金免疫層析

技術建立了真菌毒素檢測試紙條，可同時對谷物樣品中20 種真菌毒素進行現場檢測和快速初篩，技術靈敏度達0.2~10 μg/kg。此外，還建立了發酵飼料質量評價指標，主持、參加噁唑烷硫酮、異硫氰酸酯檢測、飼料級棉籽蛋白、花生餅 ( 粕 )、糞腸球菌、屎腸球菌等 8 個國家標準、行業標準的制修訂。

03、發酵飼料自動化成套裝備及生產工藝

針對發酵飼料長期難以實現規模化、自動化生產，造成產品質量變異大、穩定性差，產業發展幾十年停滯不前的“瓶頸”難題，我們結合前期小試、中試工藝參數研究，開發了成套的產業化工藝裝備。開發了單臺年處理量 1 萬 ~12 萬 t 的發酵飼料裝備生產線，發酵系統的自動化控制系統、安全保障控制系統以及配套的工藝裝備。設計、開發、建設了 10 m 圓盤厭氧生物發酵裝置和16 m圓盤好氧發酵裝置各2 套，實現智能化控制，批次發酵產能分別達到300 t(厭氧發酵)、120 t( 好氧發酵)。該套系統是國內批次產能最大的固態發酵裝置，屬國內首套(泰安生力源生物工程有限公司建設完成)。

3、小麥酶解蛋白

小麥蛋白又稱小麥面筋蛋白或谷朊粉，是小麥淀粉加工的副產物，其蛋白質含量在 70%~80%，無抗營養因子，是優質的植物性蛋白源。

小麥蛋白含有較多的谷氨酰胺 (Gln)，小麥是已知植物中谷氨酰胺含量最高的糧食作物，谷氨酰胺為條件性必需氨基酸，在動物生產上有明顯的效用。

谷氨酰胺是生理狀態下小腸的主要供能物質，對維持腸道和免疫系統正常結構、形態和功能非常重要，尤其對幼齡哺乳動物的生長發育至關重要 ；谷氨酰胺還通過各種途徑參與機體生物大分子的合成，調節機體酸堿平衡，發揮抗氧化、抗疲勞、抗應激等生物功能，是豬乳中含量最豐富的游離氨基酸，并在維持早期斷奶仔豬腸道結構和功能方面起著重要的作用 (Wu，1994 ；Wu，1996)。

谷氨酰胺在酸性、加熱等條件下不穩定，而含有谷氨酰胺的小肽穩定性非常好，并且功能與谷氨酰胺基本相同。

小肽類添加劑是一類綠色營養型飼料添加劑，具有特殊生物活性并可促進動物生長和健康。由小麥蛋白水解生產的小肽飼料添加劑，兼有小肽添加劑和谷氨酰胺的特點。

我國每年有大量的小麥蛋白低價出口，但又高價進口酶解后的小麥蛋白產品用于斷奶仔豬的教槽料和保育料。添加 2% 小麥水解蛋白試驗組與對照組斷奶仔豬相比 ( 在斷奶仔豬飼料中的應用研究 )，平均凈增重高 2.7 kg，平均日增重高 96.4 g，平均日采食量高 60.6 g，料肉比低 0.29，死淘率為 0。

4、酶法提油技術

我國小油種油料資源豐富、營養價值高；傳統的浸出、壓榨工藝在小油種油料中應用局限性顯著；新提油技術 ( 水酶法提油，以酶降解油料細胞 )。同步制取油和油籽原料中的蛋白質、低聚糖等，提高工藝整體經濟效益，綠色提油。

設備投入少，安全性高，能耗低；毛油質量好，精煉成本低，精煉損失少。

（根據李愛科研究員在無血漿蛋白日糧系統解決方案研討會同名報告整理）

來源：飼料技術匯