用现代生物发酵法生产大豆肽蛋白饲料

用现代生物发酵法生产大豆肽蛋白饲料摘要：本文介绍了大豆肽生产的酶解法与微生物发酵法，提出了要将大豆肽广泛应用于畜牧业还需深入探讨的2个问题，即影响大豆肽功能发挥的因素及其潜在毒性。

在此基础上，重点介绍了现代生物发酵法生产大豆肽蛋白饲料的理论创新，其要点为：与化学合成法、基因表达法和DNA重组技术理论不同之处在于无须对所产肽的种类与组成进行辨认、确定，混合肽作为一个整体不可分割地发挥功能作用。

在本文的最后部分介绍了现代生物发酵法生产大豆肽蛋白饲料的好氧与厌氧组合发酵工艺。

关键词：微生物发酵；组合工艺；大豆肽；理论创新生产小肽的主要方法有化学合成法、基因表达法、DNA重组技术以及蛋白质酶解法。

化学合成法就是把精细化工生产的氨基酸人工嫁接成单肽，此法主要用于生产高活性的药理级小肽，其缺点是副产品多、成本高、效率低、产品需分离提纯，而且生产过程中大量使用的有毒溶剂不仅会污染环境，而且有损人体健康，与现代绿色化学的要求距离较大。

基因表达法是从动物，如从牛、猪胸腺和人的组织及血液中分离或提取合成，此类产品如胸腺肽、胸腺五肽、白细胞介素I、白细胞介素II、白细胞介素III、免疫球蛋白、人血清白蛋白、干扰素、脑活素、肿瘤细胞坏死因子、表皮生长因子等，此法在过去的一定时期发挥了一定的作用，但用此法获得的肽成本较高，副作用较大。

DNA重组技术，目前仅限于大分子活性多肽和蛋白质的生产。

该法的缺点有二：首先，小分子基因片段操作、表达与检测均存在着不少困难，且不易筛选到高效表达的菌株以及菌株的产量较低；其次，消费者对用该法生产的肽的安全性存有疑虑。

因此，DNA重组技术广泛用于生产小肽尚需时日。

酶解法分为直接酶解法和生物发酵法。

直接酶解法由于使用高价格的酶而提高了小肽的生产成本，因而限制了其在饲料行业中的应用；生物发酵法则采用现代生物发酵工程技术，通过发酵过程中微生物分泌的酶将基料（如豆粕）中的部分蛋白酶解为小肽，它具有原料来源广泛、反应条件温和、生产成本低、环保等优点，该法由于把蛋白酶的发酵生产与小肽的酶解生产有机地结合在一起，降低了小肽的生产成本，应用前景较好，是生产饲用小肽的最佳选择。

1·大豆肽的酶法生产1.1大豆肽生产的直接酶解法直接酶解法就是对豆粕进行直接酶解，主要用于大豆肽的液态生产。

该法具有产品安全性高、生产条件温和、水解易控制、可定位生产特定的大豆肽等优点。

缺点是：首先，蛋白质水解过程中产生的苦味、臭味无法完全控制，尤其是大规模生产中，降低和脱除水解过程中的苦味和臭味的成本较高；其次，大豆蛋白利用率不高；第三，用于水解的酶制剂仅限于食品工业中少数几种微生物蛋白酶、动物蛋白酶和植物蛋白酶，酶解产肽率相对较低且成本较高，单一或混合使用均无法彻底消除水解过程中产生的苦味和臭味，此外筛选到分解苦味的蛋白酶亦较困难、导致肽酶价格和脱苦成本增加；第四，直接酶解法由于没有微生物的参与改造，所产生的肽类大多带有苦味，适口性差，无法完全去除豆粕中的抗营养因子。

用我国传统的直接饲养方法给幼龄动物饲喂酶解法所产的大豆肽，弊端和隐患很多，如造成幼畜营养性腹泻、过敏性腹泻，消化率低，饲料的转化效率降低等。

1.2大豆肽生产的微生物发酵法近年来微生物发酵法广泛应用于大豆肽的生产，因其把蛋白酶的发酵生产和大豆肽的酶解生产结合在一起，所以降低了大豆肽的生产成本。

微生物发酵法生产大豆肽主要利用的是发酵菌株的产酶及酶解能力，目前应用较广的微生物主要是米曲霉、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、粪链球菌、放线菌、黑曲霉与酵母菌等，并由它们组成复合菌系。

其中米曲霉、乳酸菌、枯草芽孢杆菌等能分泌蛋白酶，这些菌种所分泌的蛋白酶在微环境下将不易消化的大豆大分子蛋白质切成数段的小分子，成为大豆多肽，其肽产物的分子量分布大多在3 000Da以上，分子量较大。

这样生产的大豆肽无苦味，同时伴有酯香味。

值得特别一提的是核心菌种米曲霉，其菌丝由多细胞组成，是一类产复合酶的菌株，除产蛋白酶外，还可产淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、植酸酶等。

在淀粉酶的作用下，将原料中的直链、支链淀粉降解为糊精及各种低分子糖类，如麦芽糖、葡萄糖等。

微生物发酵法的优点：第一，能较好地去除蛋白原料中的抗营养因子，生产成本低；第二，在微生物发酵过程中加入的乳酸菌、酵母菌、米曲霉、枯草芽孢杆菌等，还可产生3%左右乳酸和发酵香味，具有酸化剂的作用，有利于提高动物采食量，改善动物胃肠道的微环境；第三，含有益生芽孢杆菌的微生物发酵饲用小肽产品用于水产料，还可以改善水质，优化水产动物的生产环境，减少抗生素的应用和疾病的发生。

根据发酵基质的状态，微生物发酵法又分为液态发酵法与固态发酵法。

由于液态发酵法会产生大量的废液，且生产规模越大，废液越多、污染越重。

现多采用固态发酵法，该法节水、节能，无废液，为清洁生产技术。

随着固态发酵技术的改进和完善，固态发酵不仅可应用于液态生产所不能实现的流程，而且可以弥补液态生产的不足与缺陷。

应用现代生物固态发酵技术不仅能实现大规模生产，而且其投资规模和生产成本要比液态法低得多，更重要的是很少有污染废物产生，在饲料加工业中将发挥越来越重要的作用。

2·微生物固态发酵法与直接酶解法生产大豆肽的比较微生物固态发酵法和直接酶解法是目前生产饲用大豆肽的主要方法，从本质上讲，其原理都一样，都是通过蛋白酶的水解作用进行生产，但微生物固态发酵法具有更多的优点。

2.1通过控制微生物的代谢和发酵条件可生产分子量不等的肽通过控制微生物的代谢和发酵条件可生产分子量不等的大豆小肽。

发酵过程中，产生的游离氨基酸被微生物再次吸收利用，对微生物的代谢不会产生负反馈抑制作用。

采用该方法获得的大豆蛋白混合肽含量可达60％以上。

2.2去除豆粕中的抗营养因子豆粕中的抗营养因子有胰蛋白酶抑制剂、植酸、大豆凝集素、低聚糖、脂肪氧化酶、大豆抗原蛋白（致敏因子）及致甲状腺肿素等。

抗营养因子对日粮组分的消化、吸收、代谢以及动物的健康和生产性能都会产生不良影响。

经微生物固态发酵处理的豆粕，其各种抗营养因子均被有效去除。

2.3生产成本低廉微生物固态发酵法生产大豆肽的低成本优势,不仅体现在将蛋白酶的发酵生产与大豆肽的酶解生产结合在一起，从而降低大豆肽的生产成本，而且体现在将大豆蛋白的水解与大豆肽的脱苦两步合二为一。

这是因为微生物固态发酵豆粕时所产生的蛋白酶，在将大豆蛋白水解成大豆肽的过程中，会特异性地切断疏水性多肽末端的两种疏水性氨基酸，从而降低多肽溶液的苦味。

2.4生产的大豆肽无苦味、异味，口感好微生物固态发酵法生产大豆肽是通过微生物的代谢作用，使得小肽之间、小肽与氨基酸之间发生移接、重排，从而对某些苦味肽基团和疏水性氨基酸末端进行修饰和重组。

这样不仅改变了大豆蛋白质固有的氨基酸序列，清除了抗营养因子并赋予大豆肽一些生物活性功能，而且无苦味、异味，口感好，克服了直接酶解法生产的大豆多肽生物活性低、苦味浓和口感差等缺点。

3·大豆肽要在畜牧业中全面推广应用尚需探讨的问题目前，饲用大豆肽的生产仍处于研究和试制阶段，在国内还没形成大规模的商业生产。

现阶段在畜禽养殖中推广应用这一高科技产品还需就如下2个问题进行深入系统地研究。

3.1对影响大豆肽功能的因素进行深层次研究虽然目前的多数研究证实大豆肽能提高畜禽水产动物的生长速度，改善饲料的利用率，但对影响大豆肽吸收和利用的众多因素知之甚少。

大豆肽的主要成分为小肽，和其他小肽一样，其消化吸收效果将受到动物因素（如动物种类、年龄和生理阶段等）、日粮蛋白质的含量和品质、大豆肽的理化性质和大豆肽的用量等因素的影响。

现在对这些影响大豆肽功能的因素及解决措施，还没有全面系统地进行研究；对其进行全面深入的研究，是大豆肽在饲料中推广应用的前提和保障。

3.2大豆肽的潜在毒性问题大豆与大豆发酵产品在中国已有数千年的食用史，鲜见副作用的报道。

大豆肽在胃肠道消化大豆蛋白的过程中生成，其间释放产生毒性肽的几率甚微，至今未见报道。

但是大豆肽的生产涉及生产工艺及其发酵、酶解用菌种的选择等，过程复杂，为确保绿色安全饲料的生产还是要加强其毒理研究。

4·现代生物固态发酵法生产大豆肽蛋白饲料的理论创新现代生物固态发酵法生产大豆肽蛋白饲料的理论创新关键点在于：在大豆肽所含肽种类的辨认、确定及生理功能的研究上与化学合成法、基因表达法和DNA重组技术法有所不同。

4.1无须对所产肽的种类与组成进行辨认、确定与分离过去的研究认为，一定要确认某个肽是由哪几个氨基酸组成，对所产肽进行辨认、分离等等。

现代生物固态发酵法生产大豆肽蛋白饲料的理论则认为：大豆蛋白质经微生物分泌的酶降解后，不仅保留了原大豆蛋白质的原有成分、营养和功能，而且具有原大豆蛋白或其组成氨基酸所没有的重要的生理机能与独特的生物学功能。

例如，大豆具有抑制胆固醇吸收的功能，而用生物酶对大豆蛋白质进行降解获得的大豆肽就有着比原大豆蛋白质更强的抑制胆固醇吸收的功能，不仅如此，还派生出降压、促进能量代谢、抗氧化等功能。

更为重要的是部分大豆蛋白降解成肽后，吸收的方式也发生改变，使得其吸收速度比原大豆蛋白质更快，因而更容易被动物消化、吸收与利用。

如果一定要从大豆肽中找出究竟是哪些肽在降低胆固醇方面起作用，先把它辨认、搞清楚后再分离出来，不知需要多长时间才能研究出来这种降胆固醇的大豆肽，也不知什么时候才能走向市场。

也许分离出来后，其降低胆固醇的功能降低甚至完全丧失，因为其功能发挥需要多个肽整体协同作用，就象中药将其单个“有效成分”提取后，反而降低甚至丧失了原来的功效一样。

4.2混合肽功能的整体性现代生物固态发酵法生产大豆肽蛋白饲料的理论还认为：生物发酵降解大豆蛋白获得的肽，尽管其生理功能多种多样，但有其整体性。

这种整体性体现在既相互协同、又相互抑制，综合性地发挥诸如保健、治疗等作用。

若将肽按单一生理功能纯化，可能不如不分离纯化的好。

若能确定单一功能肽的生理功能，这固然很好，但单肽有一定的禁忌或选择性，而混合肽对单肽的一些不利作用可进行“中和”或“控制”，达到统一和平衡。

若对某种混合肽进行分离纯化，它的整体功能也就改变或不存在了。

既然如此，将混合肽辨认（分离混合肽里面有多少个肽，这些肽由哪些氨基酸组成）、分离（将同类型的肽分离出来）、纯化（将同类型的肽进行精选、提纯）就没有必要。

现代生物固态发酵生产大豆肽蛋白饲料的可贵之处，就在于蛋白质降解物（即包含小肽在内的大豆多肽、氨基酸等）生理功能的整体性、综合性、中和性、协同性。

这是现代生物固态发酵法生产肽蛋白饲料的理论创新点，具有较强的现实性和独创性，亦是对肽营养理论的发展，更是对动物系统营养学的丰富与补充。

5·现代生物固态发酵法生产大豆肽蛋白饲料的好氧与厌氧组合发酵工艺现代生物固态发酵法生产大豆肽蛋白饲料的工艺为多菌种混合的好氧发酵与厌氧发酵的组合工艺，分成二步：即前期的好氧发酵与后期的厌氧发酵。