发酵豆粕开发与营养价值

发酵豆粕的开发与营养价值王建华中国农业科学院饲料研究所二○○六年八月十六—十七日黄山目录1，中国畜牧业和饲料工业现状——速度快，规模大2，饲料工业发展面临关键问题－饲料原料日益短缺3，我国饲料蛋白原料的市场分析4，全球大豆消费分布5，豆粕在饲养业中的利用比例6，豆粕营养特性7，豆粕抗营养因子8，豆粕发酵与发酵豆粕9，豆粕发酵复杂性问题与前瞻中国畜牧业和饲料工业发展现状2005年全国:肉类总产量为7650万吨，同比增长5.6％；奶类产量为2845万吨，同比增长20％；禽蛋产量为2860万吨，同比增长5％；饲料工业总产量1.03亿吨，同比增长6.6％,首次突破亿吨，世界第二饲料工业总产值为2800亿元，同比增长8-9%。目前我国饲料蛋白占工业化饲料总产值约1/3约1000亿元，其中约2/3靠进口约700亿元1980－2005中国工业饲料产品及肉、蛋、奶类产量走势（单位:百万吨）从我国肉类产量的增长趋势看，对饲料的需求将继续增加。0204060801001201980198519901995200020012002200320042005饲料工业肉类蛋类奶类饲料工业发展面临关键问题——饲料蛋白原料日益短缺•我国是世界上最大的养殖生产国之一，同时也是世界上饲料原料特别是蛋白质原料的需求大国。•饲料粮主要是玉米原料再加鱼粉、豆粕及各种微量元素配制而成。•占饲料比重很大的蛋白质、能量饲料接近或超过70%，•我国饲料工业生产中蛋白质饲料资源的严重不足已成为事实，对国际原料市场有很深的依赖性，已使我国配合饲料的生产成本居高不下，价格波动使生产企业处于亏损的边缘，抑制了饲料工业发展。•饲料蛋白作为第一大和第一重要原料是制约中国畜牧业发展的第一大权重因子，主控权受制于国外，因此饲料蛋白成为我国畜牧业发展的第一大原料供给瓶径，和食物供给安全瓶径，具有重要的国计民生和国民经济意义，更具有重要的国家安全意义。我国饲料蛋白原料的市场分析动物性蛋白原料：鱼粉、肉骨粉、羽毛粉、血粉及其它动物性蛋白资源•从生产与消费的历史数据中可以看出:近年我国饲料生产中的鱼粉、肉骨粉的需求长期依赖国际市场，国内生产供应不足。鱼粉、肉骨粉使用量没有发生大幅的上升，其主要的影响因素有几个方面：•（1）全球性鱼类资源短缺。鱼粉生产的鱼类资源日趋紧缺，资源保护与鱼粉市场需求的矛盾日益突出，使生产成本、贸易成本不断上升。鱼粉价格的上涨直接影响到饲料产品的生产成本，尽管鱼粉被行业内人士认为是最优质的蛋白原料，但受其价格影响，鱼粉在饲料中的使用比例还是趋于下降；•（2）动物营养基础科学研究的进步与发展。饲料配方设计中技术参数的变化，从粗蛋白演变为氨基酸的需求平衡等实用技术的应用到植物性蛋白+合成必需氨基酸的添加替代动物性蛋白，使动物性蛋白饲料的需求危机得到了一定的缓解；•（3）生产技术进步。如生物技术的发展以及酶制剂在饲料原料生产加工中的广泛应用等，使原来不能被动物吸收利用的畜产品下脚料，经过转化变为可被动物有效吸收的动物性蛋白原料资源，如血浆蛋白粉、水解羽毛粉等。•2005年进口鱼粉车船板的平均价格为6088元/吨，比2004年同期高3.47%，比2003年同期高15.55%。第四季度进口鱼粉车船板的平均价格为6071元/吨，比2004年同期高9.40%，比2003年同期高9.55%。•资料来源：东方艾格咨讯我国植物性饲料蛋白原料市场需求•我国饲料工业的发展，对植物性蛋白原料需求不断增加，上世纪80年代末未被广泛使用的杂粕如菜籽粕、棉粕由肥田变为可被动物利用的植物性蛋白原料，直接提高了饼粕类使用价值。•从历年饼粕生产变化看出杂粕供应量总量相对稳定并没大的变化。豆粕需求不断上升。饲料中豆粕的消费一直是饼粕消费的主体，造成豆粕消费快速增长的主要因素有以下几个方面：（1）饲料生产总量持续增长的需求；（2）豆粕生产工艺的不断改进，豆粕的产品质量趋于稳定，加之豆粕的营养研究和配套使用技术日的趋完善。美国大豆协会锲而不舍的推广豆粕配套使用技术，使不同饲料产品中豆粕’’(应用得到不断扩展。如豆粕在肉鸡、蛋鸡、肉猪、水产养殖的饲料中替代鱼粉添加等技术，使豆粕的使用量不断扩大；（3）动物性蛋白资源日益短缺，价格居高不下，使其使用量受限，促使植物性蛋白原料需求的扩大；（4）杂粕的供应不足，供应总量有限。•2005年豆粕平均出厂价格为2522.4元/吨，比2004年同期低10.87%，比2003年同期高11.17%；第四季度豆粕平均出厂价格为2399.1元/吨，比2004年同期低2.94%，比2003年同期低12.83%。（资料来源：国家粮油信息中心）2006年鱼粉价格持续上涨，豆粕价格持续下调，发酵豆粕发展契机—1，营养问题与解决方案：2，营养科学与发酵技术：3，世界潮流与中国特色：4，供给安全与GMO扩张：5，产业发展与商业机会：世界大豆产量一直上升，当前全球大豆主产区为美国、巴西、阿根廷和中国，据USDA数据2005/06年度全球大豆总产2.21亿吨，这四个国家总产达1.92亿吨，占全球92％。从2000年1.76亿吨增到2005年2.21亿吨，增幅达25.8%。与全球平均5%的年增长率相当。（数据来源：USDA）•全球大豆需求：随着全球经济的发随着全球经济的发展、人口的增长以及畜牧业、榨油业、加工业等发展，近年来的消费需求获得了迅猛的增长，从最近十年的全球大豆消费情况来看，全球消费量年平均呈5％的幅度递增，按照美国农业部的预测，2005/06年度，全球大豆的消费总量将达到22.1613亿吨。全球大豆消费（04/05年度）•近年大豆库存呈稳步上升势头，据美农业部统计，2003/04年度全球大豆期末库存3518万吨，04/05年度期末库存4209万吨，预计05/06年度为4675万吨。美国库存水平由2004/05年度的695万吨，增至05/06年度的1102万吨，巴西和阿根廷则分别由上年度的1400万吨和1364万吨，升至1584万吨和1439万吨。•以目前大豆21.6％的库存消费比看，仍处于高位，对大豆的价格构成很大压力。•相对于出口国的集中，进口国比较分散，中国是最大的进口国，占世界总进口量40%左右，其他日本、台湾、泰国、韩国、中东也是主要大豆进口国。中国月进口量对价格的短期波动影响较大。•从豆粕供求情况看，饲料行业持续稳步增长(2005年产量突破1亿t）,使我国豆粕需求一直保持增长态势，而豆粕供给量也保持逐年增长。•据国家粮油信息中心预估，05/06年度中国豆粕生产量2593.5万t，高于04/05年度的2436万t。但低于美国农业部预测的2750万t和由世界预测的2720万t。预计05/06年度豆粕消费量达到2500万t，低于美国农业部和油世界作出的2683万t和2670万吨的预测水平。我国养殖业消费豆粕的比重：•猪料用豆粕比例约29%，肉禽料约30%，蛋禽料约22%，合计52％；从数据可看出禽流感和口蹄疫的爆发对豆粕消费的重大影响。•05年我国养殖业和饲料业的外因，年初青海侯鸟感染禽流感、口蹄疫于华北、华东地区的爆发、四川人感染猪链球菌死亡、10月11月几乎星火燎原的禽流感疫情，这都抑止了猪肉和禽肉的消费。这种被抑止了的消费，总有爆发之时。豆粕在饲养业中的利用比例豆粕的营养特性•大豆粕是大豆经浸提脱油后的碎片状或粗粉状的副产品，是目前使用最多、最广泛的植物性蛋白质饲料原料•氨基酸•豆粕是一种优质植物蛋白源，含粗蛋白约43%，必需AA含量高、组成合理。Lys2.5－3.0％（是生长肥育猪营养需要量的2倍，是蛋鸡营养需要量的4倍）；色氨酸0.6－0.7％；胱氨酸0.5－0.8％，蛋氨酸0.5－0.7％，蛋氨酸＋胱氨酸是蛋鸡营养需要量1倍以上；Lys+Arg比例恰当（100:130），与大量玉米和少量鱼粉配伍，特别适于家禽营养需要；其他如组氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸等含量也都在畜禽营养需要量之上。•粗纤维主要来自豆皮，无氮浸出物主要是二糖、三糖、四糖，淀粉含量低。•生物活性物质•除了丰富的蛋白质，豆粕中还含有许多能产生生物效应的活性物质，其种类及功能见表•表豆粕中的生物活性物质种类及功能豆粕的营养特性豆粕抗营养因子•蛋白类抗营养因子•胰蛋白酶抑制因子(TI):大豆中最重要蛋白类抗营养因子。主要存在于大豆籽实的子叶中，尤其以子叶外侧部分含量丰富，约占大豆蛋白6%。•Kunitz(库尼兹)抑制因子（KTI):由181个AA组成，含有2个二硫键，对胰蛋白酶有特异性的抑制作用，每克分子KTI能够钝化1分子的胰蛋白酶。KTI对热、酸和胃酶不稳定。•鲍曼－伯克抑制剂(Bowman－irk,BBI):BBI分子量为8000，由71个AA组成，含7个亚硫键。对胰蛋白酶和糜蛋白酶均能产身抑制作用。对热、酸、碱都比较稳定。•大豆粉中KTI含量高于BBI，分别为1.4％和0.6％。TI对多数动物均可引起生长抑制胰腺肥大和胰腺增生，甚至产生腺瘤。•TI抑制生长的机制普遍认为两种：•一种是TI在肠道与胰蛋白酶和糜蛋白酶结合成稳定的复合物而使酶失活，导致蛋白质消化率下降，外源氮损失；•二是肠道中胰蛋白酶和糜蛋白酶含量下降，反馈性刺激胰腺合成和分泌这两种酶，而这些酶蛋白含有丰富的含硫氨基酸，当其在肠道中与TI形成复合物而从粪中排除时，导致内源氮和含硫氨基酸大量流失。大豆蛋白本来就缺乏含硫氨基酸，所以就更加剧了饲粮中氨基酸的不平衡，从而阻碍动物生长。同位素标记技术证实，内源氮和内源氨基酸损失远远大于外源氮和饲料氨基酸的损失。•TI引起胰腺肥大机理:胰腺分泌亢进引起胰腺代偿性肿大。豆粕抗营养因子豆粕抗营养因子•大豆凝集素（SBA）•SBA是一种能够凝集动物和人红细胞的蛋白质。1951年发现，含4.5％甘露糖和1%氨基葡萄糖的糖蛋白，分子量110000，不耐热，脱脂大豆粕中约含3%SBA。•SBA分子量大，难以完整吸收进入血液，引起红细胞凝集，抑制动物生长，甚至产生其他副作用。Mcallister等发现，口服凝集素产生的副作用可能是由于它与小肠上皮细胞表面的特异受体结合而干扰其正常的防御系统。豆粕非蛋白类抗营养因子•非淀粉多糖(NSP)是植物细胞壁物质主要成分。NSP是植物组织中除了淀粉以外所有CHO的总称，由纤维素、半纤维素、果胶类物质和抗性淀粉四部分组成；前三者由多种单糖和糖醛酸经糖苷键连接而成，大多数有分支结构，常与蛋白质和无机离子等结合，是植物细胞壁主要成分，一般难以被单胃动物自身分泌的消化酶水解。其中一些NSP(主要是β－葡聚糖、阿拉伯木聚糖、果胶、甘露聚糖等）以氢键松散地和纤维素、木质素及蛋白结合，溶于水，称水溶性非淀粉多糖（SNSP)；•SNSP具有明显抗营养作用（Choct等，1990），能在消化道形成粘性食糜，降低饲料脂肪、淀粉和蛋白等养分营养价值（Annison等，1991）•豆类原料中的非淀粉多糖主要是果胶、甘露聚糖和纤维素。玉米－豆粕型日粮中的主要抗营养因子是非淀粉多糖.•植酸：植酸是豆类种子的主要含磷化合物，易与人体所需的微量矿质元素相结合生成难溶的复杂结构，降低人体对矿物质的利用，降低小肠对它的吸收与消化，同时植酸也会使一些酶失去活性。•酚类化合物：酚类化合物是一族结构中含有酚的化合物，广泛存在于植物食品中，大豆中酚类化合物如单宁可以与蛋白质如赖氨酸、甲硫氨酸相结合，使蛋白质的利用率降低。豆粕非蛋白类抗营养因子•胃肠胀气因子：豆类种子容易产生肠胃胀气，这是由于存在棉子糖与水苏糖的缘故。由于肠道中缺乏半乳糖苷酶，人和动物不能消化这些低聚糖，结果这些半乳糖苷进入结肠被细菌发酵产生大量二氧化碳和氢，少量甲烷，从而引起肠道胀气，并导致腹痛、腹泻、肠鸣等。胃肠胀气因子耐高温，但可溶于水和80%的酒精。•脲酶：生大豆中脲酶活性很高。一般说来，脲酶对动物生产性能无影响。但若和尿素等非蛋白氮同时使用，用于饲喂反刍家畜，则可能加速尿素分解而引起氮中毒。脲酶不耐热。豆粕非蛋白类抗营养因子•大豆抗原：大豆蛋白中的抗原有四种：大豆球蛋白（glycinin）、α－、β－和γ－伴大豆球蛋白（conglycini