菌酶协同发酵饲料的应用研究进展

1.2 发酵和酶解作用及菌酶协同发酵机制

在发酵过程中，微生物能够产生酶来酶解底物中的大分子物质，降低抗营养因子的抗原性，并通过产生有机酸和抑菌物质发挥其抑菌活性，维持动物肠道稳态，还能改善饲料的适口性，从而提高动物的生产性能。但微生物发酵饲料存在菌株性能不稳定、耐受性低、不易保存的问题。酶解法能够特异性酶解底物和底物中的抗营养因子，在短时间内破坏植物细胞壁，从而节省能量并促进营养物质的消化吸收，提高动物的生产性能，但酶解后会促使饲料产生苦涩味道，影响口感，且存在耐热性差、成本较高、酶解不彻底等问题。在协同发酵体系中，酶能够加速底物的分解，通过调节乳酸的生成和pH的变化影响微生物的发酵效率。菌种能够降解底物并为酶解反应提供分解后的小分子物质，加快酶解反应进程，部分微生物还能够生成相应功能酶，与体系内酶发挥协同作用，共同促进底物酵解过程。近几年的研究表明，菌酶协同发酵不仅可将饲料中抗营养因子水解的更加彻底，缩短发酵周期，并且更有利于提高微生物的发酵效率，使发酵后的饲料存留大量益生菌，被家畜食用后可维持肠道稳态。

菌酶协同作用是微生物参与的生命活动过程和酶参与的生物化学过程的有机结合，在协同过程中涉及到多种基质、菌株和酶，菌株类型和发酵参数的改变均会对酶活产生影响。龚剑明等利用黄孢原毛平革菌、香菇菌、虫拟蜡菌、槭射脉革菌4种真菌分别接种油菜秸秆，发现香菇菌处理组锰过氧化物酶活性显著高于其他3组。Li等采用纤维素酶和酵母菌，分别在26、28、30、32、34℃下同步糖化发酵法制备饮料，发现在34℃下纤维素酶活性最高，对纤维素分解的促进作用最强，饮料中酒精浓度最高。赵华等研究发现，影响木薯渣发酵系统中羧甲基纤维素酶活的因素依次为发酵时间、初始pH、发酵温度、料水比。此外，菌种和酶之间还存在着双向影响关系，如菌种影响酶发挥最大活性时的pH，而酶又以通过改变pH影响菌种发酵。Da Silva等研究发现，木霉菌生产的壳聚糖酶在pH为5.0时表现出最大活性，而康氏木霉菌所产的壳聚糖酶在pH为5.5时活性最大。Nadeau等研究证明，纤维素水解酶能够加快可溶性碳水化合物的转化效率，减少降低发酵体系pH的时间，进而促进乳酸菌发酵，提高青贮饲料的发酵效率。可见，只有合理考虑微生物和功能酶的合理配伍问题，通过试验将发酵体系中的菌株和酶进行筛选，找到最佳的配比并不断优化发酵条件，才有望实现发酵效率最大化。刘显琦研究发现，在用枯草芽孢杆菌和胃蛋白酶协同发酵制备低抗原性豆粕过程中，得到最佳的发酵条件为发酵时间17.52 h、酶解时间88.2 min、酶添加量0.825%，此时豆粕中大豆球蛋白和户伴大豆球蛋白抗原性在6~12 h的降解速率最高，这可能与枯草芽孢杆菌的生长曲线有关。毛银等在选取产酸和分解蛋白能力较强的植物乳杆菌DY6为发酵菌种后，对比了酸性蛋白酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶分解大分子蛋白的能力，最终选取植物乳杆菌DY6和中性蛋白酶为处理菌酶协同发酵豆粕饲料的菌酶组合，且发现体系中小肽含量随菌液接种量和加酶量的上升而提高，在菌液接种量为5%、加酶量为1 250 U/g时趋于稳定。需要注意的是，发酵菌株的选择和种类差异直接影响了菌酶协同体系中最终酵解工艺的选择。

2 菌酶协同发酵效果

2.1 提高发酵效率，缩短发酵周期在发酵体系中添加相应的水解酶有利于提高产物的产量并缩短发酵时间，且酶解反应能够促进有益菌增殖，改善微生物发酵效果。刘江英等研究发现，在益生菌混合发酵体系中添加0.2、 0.4、0.8 g/kg的酸性蛋白酶，发现不同剂量水平的酸性蛋白酶均能够加快发酵进程，缩短发酵周期，即在相同时间内，体系内芽孢杆菌和乳酸菌繁殖数量较空白组明显增加，其中乳酸菌最高可增加11.74%。Su等研究表明，与益生菌具有协同作用的外源蛋白酶能够在2d内提升近1 CFU发酵豆粕中有益菌的存活率，并且加速大豆蛋白的降解率。微生物和功能酶之间的协同作用也是提高发酵效率的重要因素。Nadeau等研究证明，纤维素水解酶能够作为发酵体系的激活剂，可促进纤维降解和乳酸菌发酵，与对照组相比可降低青贮饲料中17%半纤维素，提高青贮饲料的发酵效率。

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