随着畜牧业的发展,能量饲料原料和蛋白质饲料原料需求随之攀升。受土地资源的限制,玉米和大豆等饲料用粮供应短缺,在国际贸易不确定性加剧与国内资源禀赋不足的背景下,这一问题愈发突出,已成为制约畜牧业发展的重要因素[1-2]。米糠是稻谷加工成大米过程中所产生的副产品,在我国尤其是南方水稻产区资源极其丰富,年产量超过1 600万t。米糠提炼出米糠油后,可得到脱脂米糠。作为非常规的饲料资源,米糠和脱脂米糠在畜禽特别是单胃动物饲粮中的应用效果不佳。通过物理以及生物的手段对其进行饲料资源优质化转化,提升饲用营养价值,从而在畜禽饲粮中部分替代玉米和豆粕,这一举措具有重要意义[3-4]。本文对米糠和脱脂米糠作为饲料原料的营养特性、品质缺陷及应用现状,以及通过物理和生物转化的方法进行饲料优质化转化的研究现状进行了综述,旨在为缓解蛋白质和能量饲料原料紧张、提高米糠和脱脂米糠的饲用附加值提供参考依据。
1 米糠、脱脂米糠的饲用营养特性
米糠是稻谷加工过程中产生的主要副产物,占稻谷总重量的6%~8%,由果皮、种皮、珠心层、糊粉层以及胚组成[5]。米糠集中了稻谷中大部分营养素,包括蛋白质、脂肪和膳食纤维(DF)[6],营养物质较为丰富,粗蛋白质和粗脂肪含量远高于常规能量饲料玉米,是一种潜在的优质植物性能量饲料资源。米糠与玉米营养成分含量的比较见表1。米糠中含有多种能提高动物抗氧化能力的生物活性成分,如阿魏酸、γ-谷维素、植物甾醇等[7]。同时,米糠中还含有丰富的B族维生素,以及磷、镁、钾、铁、锌等矿物元素[8]。不过,全脂米糠中存在一定的抗营养因子,其中胰蛋白酶抑制因子会影响动物对蛋白质的消化吸收,植酸会影响钙、磷等矿物元素的吸收[9];此外,米糠油脂含量极高,容易被自身含有的高活性脂肪酶水解和其他氧化酶氧化,释放出游离的不饱和脂肪酸,造成米糠酸价提高而导致酸败[10],给贮藏带来了极大的困难。尤其在温度较高或湿度较大的贮藏和加工环境中,氧化酸败、水解酸败和微生物酸败同时发生,极易产生丙二醛、酮和烷氧自由基等多种对畜禽健康有害的氧化产物[11],导致新鲜的未处理的米糠的保质期通常只有5 d左右[12]。米糠虽然能值较高,但含有胰蛋白酶抑制因子、植酸等抗营养因子,且具有极其容易酸败、不耐储存的特性,导致其在饲料生产中直接作为饲料原料应用的规模极小。因此,实现米糠规模饲用的关键,在于消除胰蛋白酶抑制因子并防止米糠的氧化、酸败。
表1 米糠与玉米的营养成分含量对比Table 1 Comparison of nutrient contents between rice bran and corn % |
| 品种 Varieties | 粗蛋 白质 Crude protein | 粗脂肪 Crude fat | 淀粉 Starch | 粗纤维 Crude fiber | 粗灰分 Crude ash | 无氮浸出物 Nitrogen-free extract | 钙 Calcium | 总磷 Total phosphorus | 有效磷 Available phosphorus |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 玉米Corn | 9.3 | 3.7 | 65.4 | 2.2 | 1.3 | 69.5 | 0.01 | 0.33 | 0.11 |
| 米糠Rice bran | 14.5 | 15.5 | 27.4 | 6.8 | 7.6 | 45.6 | 0.05 | 2.37 | 0.35 |
| 脱脂米糠 Defatted rice bran | 15.1 | 2.0 | 25.0 | 7.5 | 8.8 | 53.6 | 0.15 | 1.82 | 0.25 |
目前大部分米糠生产出来后,都会立即进行脱脂处理,提炼出米糠油,因为这一过程具有良好的经济效益。经脱脂加工工艺处理后,米糠不仅能有效解决胰蛋白酶抑制因子的问题,且因提炼米糠油后剩余粗脂肪含量较低,不易发生氧化酸败,保存期得以显著延长;同时,米糠中的营养成分和活性物质得以保留,除粗脂肪外,其余营养成分含量较全脂米糠均有不同程度升高。此外,脱脂米糠中蛋白质过敏性低,所含必需氨基酸种类齐全且比例合理,蛋氨酸和精氨酸含量突出,相对生物学价值高于其他谷物蛋白质[14]。然而,米糠脱脂后,饲用能值降低,变成低热能、高纤维性原料。脱脂米糠中粗脂肪、淀粉等能量物质的含量均处于较低水平,导致其能值低于玉米;蛋白质品质虽不差,但含量只有15%左右,与行业标准20%以上粗蛋白质含量的饲料原料相比差距较大。同时,由于粗脂肪含量的减少,导致脱脂米糠中以非淀粉多糖(NSP)为主的粗纤维相对含量显著增加,这是其作为饲料原料的首要抗营养因子,且该含量远高于玉米。Choct[15]对玉米、米糠和脱脂米糠进行了比较,发现玉米中NSP含量低,且为不溶性多糖,而米糠、脱脂米糠中NSP含量高,其中可溶性多糖占比高(表2)。水溶性NSP(如β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖)会在动物肠道内形成黏性环境,阻碍消化酶与蛋白质、淀粉等营养物质的充分接触而影响营养物质的消化吸收[16]。Huang等[17]通过动物试验研究表明,脱脂米糠的营养价值与其NSP含量呈高度负相关。
脱脂米糠对反刍动物而言,是高性价比的饲料补充料。除蛋白质、淀粉等营养物质外,其含有的粗纤维、植酸磷等也能被瘤胃微生物有效转化,合理利用可提升饲料转化效率、改善反刍动物生产性能。但是,脱脂米糠作为单胃动物饲料原料存在明显的局限性。一方面,戊聚糖(木聚糖)酶解产生的木糖等五碳糖不容易被单胃动物利用,而即使通过在饲粮中添加非淀粉多糖酶来消除或减轻粗纤维的不利影响,也无法有效提高其能值;另一方面,脱脂米糠的用量也受到很大限制,若大量饲喂以戊聚糖和葡聚糖为主的粗纤维含量高的脱脂米糠,会因过量粗纤维吸附肠道水分导致动物便秘,同时大幅加速胃排空,缩短食糜在肠道内的停留时间,从而降低营养物质消化吸收,导致生产性能降低。研究表明,随着动物饲粮中脱脂米糠用量的提高,不仅会导致蛋鸭采食量、产蛋率降低[18],还会造成饲粮自身的猪消化能、代谢能水平降低[19]。从能值数据来看,脱脂米糠的猪代谢能为10.75 MJ/kg,鸡代谢能为8.28 MJ/kg,而玉米的猪代谢能为13.98 MJ/kg,鸡代谢能为13.47 MJ/kg,其能值均低于玉米[13]。作为饲料原料,代谢能值较低,若添加比例较高,需要额外补充油脂以维持配方能量水平,这在一定程度上会增加饲料成本。
表2 米糠、脱脂米糠与玉米的非淀粉多糖含量Table 2 Contents of non-starch polysaccharides in rice bran, defatted rice bran and corn[15] % |
| 品种 Varieties | 总非淀粉多糖 Total NSP | 不溶性非淀粉多糖 Insoluble NSP | 可溶性非淀粉多糖 Soluble NSP | 戊聚糖 Pentosan |
|---|---|---|---|---|
| 玉米Corn | 8.1 | 8.0 | 8.1 | 4.4 |
| 米糠Rice bran | 23.0 | 18.3 | 4.7 | 10.0 |
| 脱脂米糠Defatted rice bran | 25.9 | 19.9 | 6.0 | 10.0 |
由于稻谷品种不同、产地的气候存在差异以及稻谷加工过程中对大米品质的要求不同,导致生产出的副产物米糠在营养成分上存在较大差异。张文彦等[20]检测发现,云南紫米米糠和红米米糠的粗蛋白质含量分别为15.02%和14.96%,均高于普通籼稻谷米糠的13.84%。陈宣名等[21]对全脂米糠的研究发现,从不同稻谷产区收集的30种全脂米糠样品中,粗蛋白质含量最高为13.93%,最低为9.08%;粗脂肪含量最高为19.99%,最低为10.81%;此外,粗纤维含量最高为13.51%,最低为5.31%,主要营养成分含量差异显著。Huang等[22]通过检测我国不同省份来源的脱脂米糠,发现其粗蛋白质含量为15.87%~18.48%、粗灰分含量为9.99%~14.34%,主要营养成分含量同样存在较大差异。Shi等[23]研究发现,利用同一品种稻谷来加工大米,采用粗加工获得的米糠,其粗蛋白质、粗脂肪含量明显高于精细加工的米糠。
2 米糠、脱脂米糠在畜禽生产上应用现状
虽然,米糠和脱脂米糠的营养价值缺陷和存在的抗营养因子会影响饲养效果,但单胃动物本身对其中的抗营养因子有一定的耐受性,生产中可通过适量在饲粮中添加酶制剂、抗氧化剂等添加剂的方法改善这一情况。研究表明,特定动物以及特定的生长阶段在饲粮中适量添加米糠或脱脂米糠不会影响动物的生产性能,但由于喂养环境、日龄以及饲粮的差异,不同研究往往出现不一致的结果。郝帅帅[24]在育肥母猪饲粮中添加34.8%的米糠,发现采食量虽然降低,但对日增重、屠宰性能、肉质指标无显著影响,还可以改善皮下脂肪酸组成;而袁华根等[25]研究发现,在生长猪饲粮中,随着米糠添加量的增加,干物质、能量、氮、纤维、钙表观消化率显著线性升高,但磷表观消化率显著线性降低。此外,冯定远等[26]认为,由于能值不高,脱脂米糠不适宜在肉鸡饲粮中添加,但对蛋鸡、种鸡的影响相对较小;在育肥猪饲粮中脱脂米糠用量宜控制在20%以下。另外,在添加了米糠、脱脂米糠的饲粮中同时添加酶制剂可进一步提升营养物质吸收效率,维护肠道健康,进而改善畜禽的生产性能。米糠中的木聚糖、β-葡聚糖等NSP以及植酸等抗营养因子,可在相应酶制剂作用下发生降解,从而有效降低肠道中食糜的黏度,提高动物肠道对饲粮中营养物质的消化与利用。例如,Gallardo等[27]研究发现,在肉鸡饲粮中添加30%米糠的同时添加木聚糖酶、β-葡聚糖酶等非淀粉多糖酶和植酸酶可提高饲粮中氨基酸、氮和能量的利用率。目前,关于在猪、鸡等单胃动物饲粮中添加不同水平米糠与脱脂米糠,并通过引入外源酶制剂、抗氧化剂等饲料添加剂以提高其饲用价值的研究,己有较多报道,具体见表3。
表3 部分饲用米糠资源在猪、鸡上的应用情况Table 3 Partial application of feed rice bran resources in pigs and chickens |
| 编号 No. | 试验动物 Experimental animals | 饲粮处理 Diet treatments | 试验结果 Experimental results | 参考文献 References |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 断奶仔猪 | 30%米糠 | 必需氨基酸的表观回肠消化值降低39%, 标准回肠消化值降低17%;添加非淀粉多糖酶和 植酸酶可提高米糠氨基酸消化率 | Trindade等[28] |
| 2 | 育肥猪 | 10%、20%、 30%米糠 | 提高料重比,不影响胴体或肌肉质量, 但会提高猪体脂中多不饱和脂肪酸的含量 | Casas等[29] |
| 3 | 育肥苏淮阉公猪 | 14%、 28%脱脂米糠 | 日增重无显著差异;提高血清和肝脏氧化还原 相关酶的活性,抑制B类清道夫受体Ⅰ型 (SR-BⅠ)和低密度脂蛋白受体(LDLR)的 表达,导致血液胆固醇清除受阻 | 高芳芳等[30] |
| 4 | 苏淮育肥猪 | 7%、14%、21%、 28%脱脂米糠 | 对生长性能无显著影响,且适度 添加能改善猪肉品质 | 韩萍萍等[31] |
| 5 | 阉公猪 | 29%脱脂米糠 | 提高中性洗涤纤维和酸性 洗涤纤维的消化率 | Huang等[32] |
| 6 | 妊娠母猪与 后备母猪 | 40%全脂米糠或 脱脂米糠 | 全脂米糠相较于脱脂米糠因粗脂肪含量高, 能量价值更高,适合作为高能量饲料 原料应用于母猪饲粮 | Casas等[33] |
| 7 | 生长猪 | 7%脱脂米糠 | 肠道形态无显著差异,肠道双歧 杆菌数量增加,大肠杆菌数量减少 | Wang等[34] |
| 8 | 蛋鸡 | 15%、25%米糠 | 25%米糠饲粮添加植酸酶组的鸡蛋和蛋黄重量 最高;添加植酸酶提高了蛋壳重量和厚度, 减少了磷和钙排泄 | Habibollahi等[35] |
| 9 | 肉鸡 | 10%、20%米糠 | 添加米糠超过20%会显著减轻体重;添加 米糠10%以上即可能对饲料转化率和 胫骨灰分造成不利影响 | Gallinger等[36] |
| 10 | 肉鸡 | 15%、30%米糠 | 回肠消化率和干物质、氮、能量和 氮校正能量、回肠消化能、代谢能和 氮校正代谢能的全肠道利用率呈线性降低 | Zhang等[37] |
| 11 | 雏鸡 | 25%脱脂米糠 | 添加植酸酶和木聚糖酶,胫骨钙、 磷和锰含量得到改善 | Pumin[38] |
3 饲用米糠资源优质化转化的研究进展
米糠存在含有胰蛋白酶抑制因子、植酸含量高和脂肪氧化酸败的问题,脱脂米糠则有能值低、粗纤维含量高的缺陷。这些在营养学上的不足限制了其在动物生产中的应用,导致米糠、脱脂米糠在全价配合饲料中,特别是单胃动物的饲料配方设计中,常常受到冷落而造成极大的资源浪费。近年来,国内外研究者对米糠资源的饲料化优质转化进行了大量研究,主要分为物理处理法和生物转化法。相较于高温、高压条件下的物理方法,酶解以及微生物发酵等生物转化方法条件温和且能显著提高米糠的营养物质及活性成分的含量,是较有效的处理方法。
3.1 物理处理法
物理处理法是通过外部力量破环米糠、脱脂米糠中粗纤维等营养成分的结构完整性,有助于其中功能性成分的溶出,同时可以减小其粒径、增加可溶性,使其更容易被动物消化利用。蒸汽爆破、超微粉碎、挤压膨化和微波辐射等方法是较为普遍的物理处理方法。
3.1.1 蒸汽爆破
蒸汽爆破也称为汽爆,其原理是将高压蒸汽渗进植物组织内部,蒸汽内能转化为机械能并作用于生物质组织细胞层间,使原料按目的分解。作为一种物理处理方法,蒸汽爆破法成本相对较低、无污染。蒸汽爆破处理使纤维的紧密结构松散,一些与纤维结合的物质解聚,同时高分子质量的多糖部分降解,可溶性膳食纤维(SDF)含量增加[39],有利于酶的进一步分解。Tian等[40]的研究表明,采用蒸汽爆破处理,蒸汽压力为0.4 MPa时米糠SDF含量显著增加,较对照组提高了95.3%,同时还增强了抗氧化性能。Ma等[41]通过蒸汽爆破对黑米糠进行改性处理,结果表明,此技术可以促使不溶性膳食纤维(IDF)向SDF转化,显著降低SDF的分子质量。此外,那治国等[42]也采用蒸汽闪爆技术来处理脱脂米糠,研究发现,该技术能有效增强高温脱脂米糠中蛋白质的溶解性。蒸汽闪爆处理通过破坏蛋白质的原有结构,导致蛋白质分子的热稳定性和表面疏水性等理化性质发生显著变化,使得高温脱脂米糠的氮溶解指数得到显著提升,从而增加了脱脂米糠中蛋白质的溶解性。
3.1.2 超微粉碎
超微粉碎是指利用机器或者流体动力的途径将0.5~5.0 mm的物料颗粒粉碎至微米甚至纳米级的处理技术。脱脂米糠中含有高达30%以上纤维物质,在超微粉碎的强作用力下,纤维素、半纤维素等具有晶状结构的大分子物质转化成具有水溶性聚合物特性成分。李伦等[43]采用超微粉碎技术对脱脂米糠进行处理,结果表明,超微粉碎可以改善DF的理化性质且大大提高了SDF的含量且SDF的粒径明显减小。卫子颜等[44]研究表明,米糠经超微粉碎处理后,其多酚提取物含量均显著增加。与粗粉相比,粒径为85.7 μm的微粉,其多酚提取物含量增加2.30%;粒径为14.9 μm的微粉,多酚提取物含量则增加5.21%,且2种微粉的抗氧化活性均显著提高。Yin等[45]采用体外消化模型模拟米糠中营养物质的释放过程,结果显示微粉化处理后,米糠的酚类、类黄酮、γ-谷维酮及矿物质(钾、镁、锌和铁)的可释放性得到改善。
3.1.3 挤压膨化
挤压膨化是一种现代的饲料加工方法,经过高温、高压、高剪切力等综合处理,饲料原料可实现品质特性的改善,如热敏性抗营养因子失活、脂质氧化程度降低等,在农副产品的深加工领域具有良好的应用前景。徐树来[46]使用双螺杆挤压机对脱脂米糠进行挤压改性加工,由于脱脂米糠DF含量高且加工过程中挤压作用受其他成分影响小,结果显著提高了米糠中SDF的含量和膨胀力,从而改善了脱脂米糠的营养价值和生理功效。Liu等[47]使用单螺杆挤压机对脱脂米糠进行饲料加工,结果发现,挤压加工所得的挤出脱脂米糠改善了猪整个消化道中大部分营养物质和NSP组分的消化。此外,Herfel等[48]研究发现,在断奶仔猪饲粮中添加10%的膨化米糠,可有效提升仔猪的饲料效率并改善其生产性能,同时仔猪结肠双歧杆菌数量呈增加趋势,表明膨化米糠具有益生特性。Zhang等[49]研究表明,生长猪饲喂经挤压加工处理的米糠后,其消化能和代谢能值显著提高,总能、有机物、粗蛋白质及部分氨基酸的全肠道表观消化率也显著提升。
3.1.4 微波辐射
作为一种新兴的物理改性方法,微波辐射凭借其独特优势被广泛应用,其原理是利用高强度微波场对含有一定含水率的目标物质进行瞬时辐射处理。微波作为电磁波,可使物质内部的极性分子产生高频偶极旋转,通过分子摩擦生热实现快速升温。当物质内部水分瞬时汽化时,产生的压力可导致细胞结构破裂,从而释放大量活性成分[50]。谢靓[51]通过微波辐射技术对脱脂米糠进行改性处理,结果表明,微波辐射改性显著影响了SDF的质量分数,同时改善了DF的空间结构,提高了DF的功能特性和抗氧化能力。Sansuwan等[52]研究发现,饲喂含经微波辐射后米糠饲料的罗非鱼,其生长性能和饲料利用效率得到改善,同时提高了碳水化合物和蛋白质的消化率。
3.2 生物转化法
生物转化法包括酶解、微生物发酵等,在微生物、酶或共同的作用下,可定向降解抗营养因子、提高饲料适口性和营养物质的消化率。
3.2.1 酶解法
酶解是一种非常直接的生物处理手段,其核心是通过针对性添加特定酶制剂,如分解植酸的植酸酶、分解NSP的木聚糖酶和葡聚糖酶等非淀粉多糖酶,进行体外预消化过程。体外酶解时,将酶解反应设在酶的最佳作用温度和pH条件下进行,催化转化效率极高,与喂养时加相同的酶的转化效率差异极大。米糠中的植酸是单胃动物的重要抗营养因子之一[53],动物自身缺乏内源性降解植酸的消化酶,加热等物理处理方法同样难以对其造成破坏。通过添加植酸酶降解植酸,消除植酸在动物消化道的不良影响,是一种有效的方法。Almeida等[54]研究表明,在含米糠的饲粮中添加高水平植酸酶,猪全肠道磷消化率从仅10.3%增加至33.1%。而与饲粮中直接添加植酸酶相比,体外酶解效率更高。杨华等[55]用植酸酶体外酶解脱脂米糠,试验结果表明,脱脂米糠中的植酸分解率达到94%以上,85%均转化为肌醇。NSP是脱脂米糠中最主要的抗营养因子,含量可达25%~30%[56],不能被动物体内分泌的酶消化利用,对其他营养物质还具有稀释和阻碍其吸收的作用[57]。宣丽等[58]研究了体外酶解预消化技术在脱脂米糠NSP降解过程中的作用效果,试验结果表明,经木聚糖酶、纤维素酶、植酸酶复合酶预消化处理后,脱脂米糠中还原糖含量提高了7 531%,肌醇含量提高了1 620%,粗纤维的降解率为21.3%,植酸降解率为99.9%。因此,酶解在显著降解脱脂米糠中抗营养因子的同时还提高了其营养价值。
3.2.2 微生物发酵法
微生物发酵法主要是利用微生物自身生长繁殖分泌的酶系,或结合外加特异性的酶协同降解其中的抗营养成分,同时产生新的具有生物活性的营养物质,从而实现改善质地、提升适口性与可消化性、提升粗蛋白质含量等目的。微生物发酵中,一般采用的微生物有乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、丝状真菌,可以是单菌发酵,也可以是复合菌发酵,还可以外加酶进行菌酶协同发酵。Schmidt等[59]利用米根霉发酵米糠,显著提高了米糠的酚酸含量及其抗氧化性;宋丽丽等[60]利用粪肠球菌、凝结芽孢杆菌和发酵黏液乳杆菌复合微生物发酵脱脂米糠,结果表明,总酚含量提高了43.32%;李孝辉等[61]以乳酸菌发酵调节脱脂米糠酸度,并通过木聚糖酶和酵母菌协同发酵,使脱脂米糠粗蛋白质含量显著提升,达到23%以上。微生物发酵能显著改善米糠、脱脂米糠饲用物理特性、营养特性,具体见表4。
表4 米糠资源的微生物发酵Table 4 Microbial fermentation of rice bran resources |
| 编号 No. | 微生物菌种 Microbial strains | 发酵类型 Types of fermentation | 微生物发酵转化效果 Effects of microbial fermentation transformation | 参考文献 References | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 酱油曲霉 | 单菌发酵 | 显著增强了米糠的抗氧化活性,包括1,1-二苯基- 2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除能力增强以及 抑制酪氨酸酶和弹性蛋白酶的能力提高;发酵过 程中形成了曲酸和释放了酚酸类化合物 | Ritthibut等[62] | |||||
| 2 | 哈茨木霉 | 单菌发酵 | 米糠中粗蛋白质含量由12.7%增至34.2%,粗 纤维含量下降87.1%,粗脂肪含量提升40.3% | Huervana等[63] | |||||
| 3 | 酿酒酵母 | 单菌发酵 | 发酵后米糠中醛的含量从41.37%降低至1.43%, 乙醛、壬醛等异味醛类含量显著降低,改善了风味, 增强了抗氧化活性 | Wang等[64] | |||||
| 4 | 纳豆芽 孢杆菌 | 单菌发酵 | 米糠表面结构由致密变得更加疏松多孔,可溶性 膳食纤维(SDF)含量从2.3%提高到13.2%,总酚 含量和DPPH自由基清除能力显著增加 | Chu等[65] | |||||
| 5 | 植物乳 杆菌EM | 单菌发酵 | 发酵米糠具有显著的降胆固醇和广谱抗菌能力,植 酸含量降低了53%,有效改善了米糠原有的不良风味 | Moon等[66] | |||||
| 6 | 黑曲霉 | 单菌发酵 | 脱脂米糠的膳食纤维(DF)提取率比优化 前提高了29.58% | 闵钟熳等[67] | |||||
| 7 | 米根霉 | 单菌发酵 | 脱脂米糠发酵36 h后总酚含量达到最大值 917.83 mg/100 g;发酵48 h时DPPH自由基 清除能力最高,达到23.76 mg TE/100 g。 | 张慧娟等[68] | |||||
| 8 | 酵母菌 | 单菌发酵 | 脱脂米糠中粗蛋白质和SDF含量升高, 总酚含量升高,植酸含量降低 | 胡中原等[69] | |||||
| 9 | 米根霉和 红曲霉 | 混菌发酵 | 米糠中阿魏酸、芥菜酸等多种 酚酸含量显著增加 | Abd Razak等[70] | |||||
| 10 | 泡盛曲霉或 米曲霉 | 单菌发酵 | 米糠中总酚和酚酸含量显著提高;酚酸(如阿魏酸和 原儿茶酸)含量增加,促进了抗氧化活性提升 | Shin等[71] | |||||
| 11 | 酱油曲、酒曲 | 混菌发酵 | 米糠中粗蛋白质含量显著提升, 植酸含量降低,促进SDF生成 | Xie等[72] | |||||
| 12 | 枯草芽孢杆菌、 植物乳杆菌 | 混菌发酵 | 米糠中粗纤维含量降低了7.12%,植酸 含量降低了30.88%,具有酸香味 | 姚文等[73] | |||||
| 13 | 康宁木霉、白地霉、 嗜热链球菌 | 混菌发酵 | 提高脱脂米糠的非蛋白氮(如小肽、 游离氨基酸)等动物可利用蛋白质源的 含量,降低粗纤维含量 | 姚远[74] | |||||
| 14 | 植物乳杆菌和 嗜酸乳杆菌 | 混菌发酵 | 脱脂米糠中可溶性总酚含量提高37.14%, 必需氨基酸含量提高21.23% | 刘磊等[75] | |||||
| 15 | 枯草芽孢杆菌、 地衣芽孢杆菌及 纤维素酶、酸性 蛋白酶等 | 菌酶协同发酵 | 米糠中粗纤维含量降低了15.22%, 不饱和脂肪酸含量降低了51.58%; 粗蛋白质、酸溶蛋白含量分别增加了 19.82%、157.23%。 | 杨继帅等[76] | |||||
| 16 | 酵母菌、乳酸菌及 纤维素酶、木聚糖酶 | 菌酶协同发酵 | 提高脱脂米糠中可溶性多酚含量, 提高生物利用度 | 张慧娟等[77] | |||||
| 17 | 植物乳杆菌CCFM8661 及α-淀粉酶、纤维素酶 | 菌酶协同发酵 | 脱脂米糠中SDF含量提升了10.9%, 促进了蛋白质的溶出 | 王华川等[78] |
微生物以及微生物和酶协同发酵,不仅降低了抗营养因子含量[79]、改善了口感[64]、提高了消化利用率[80],还能够引入有益微生物及其代谢产物,赋予其更高的生物活性与生理功能,进一步突破传统米糠资源的饲用价值瓶颈。Kim等[81]用植物乳杆菌KCTC 1048发酵米糠饲喂海兰(Hy-Line)褐蛋鸡,使产蛋性能提高,蛋黄和血清中胆固醇的含量分别降低了13.44%和25.27%。欧荣娣等[82]在饲粮中添加枯草芽孢杆菌固态发酵米糠,试验结果表明,添加5.0×108和5.0×1010 CFU/kg枯草芽孢杆菌的试验组临武鸭平均日增重分别提高0.72%和0.82%,料重比分别降低0.14%和0.19%,死亡率均降低81.83%。Loh等[83]研究表明,在饲粮中添加植物乳杆菌发酵的米糠,对蛋鸡的生长性能没有影响,但可提高平均蛋重。这些微生物并非只能作为单纯的“发酵工具”,其更是米糠实现饲料功能升级的关键路径。益生菌进入畜禽肠道后可以通过营养物质竞争和分泌抗菌物质(如枯草芽孢杆菌分泌抗菌肽、植物乳杆菌产生乳酸)抑制有害菌的增殖,同时产生的短链脂肪酸、低聚糖等代谢产物进一步优化肠道微环境。Su等[84]利用枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、植物乳杆菌和植酸酶共发酵脱脂米糠,改善了其营养组成、抗氧化能力、免疫功能、肠道菌群与通透性,从而显著提升了育肥猪的生长性能。另外,Kang等[85]的试验表明,在肉鸡饲粮中添加酿酒酵母发酵米糠可改善其生长性能,并降低血清中总胆固醇含量,一定程度上能用于替代阿维拉霉素达到促生长的效果,为畜禽养殖的“减抗替抗”提供了可行路径。
3.3 联合处理法
3.4 米糠资源饲料优质化转化不同方法的特点
饲用米糠资源优质化转化的物理处理方法虽然能耗较高又不能提高米糠资源的营养成分,但生产相对简单,且不涉及生物安全问题。饲用米糠资源生物转化效率高,特别是微生物发酵以及微生物和酶协同发酵的转化方法。这类方法不仅处理条件温和,无需添加化学助剂以避免引入外来化学物质,还不涉及超声、高压等高能化处理过程,但涉及发酵菌种的生物安全问题,如菌种是否携带耐药性基因等。米糠资源饲料优质化转化不同处理方法的优缺点见表5。
表5 米糠资源饲料优质化转化不同处理方法的特点Table 5 Characteristics of different treatment methods for quality improvement of rice bran resources as feed |
| 处理方法 Treatment methods | 优点 Advantages | 缺点 Disadvantages | 参考文献 References |
|---|---|---|---|
| 蒸汽爆破 Steam explosion | 高效破坏纤维结构,提升功能特性; 高温高压环境可部分降解植酸, 减少其对矿物质吸收的抑制作用 | 高温可能破坏蛋白质、维生素等热敏性 成分;参数控制不当(如压力过高、 时间过长),可能导致纤维过度断裂 | Tian等[40] |
| 超微粉碎 Ultrafine grinding | 增强可溶性膳食纤维(SDF)等营养物的 可消化性,保留天然成分,无化学残留; 工艺简单,可规模化生产 | 能耗较高;粉碎过程中可能产生 热量,导致热敏性成分(如 维生素)损失 | 李伦等[43] |
| 挤压膨化 Extrusion puffing | 高效破坏抗营养因子(如胰蛋白酶抑制剂、 等热敏性抗营养因子)改善SDF、淀粉 和蛋白质的可消化性;杀菌效果显著, 延长产品保质期 | 高温高压可能导致氨基酸 (如赖氨酸)美拉德反应损失, 工艺参数要求严格 | Liu等[47] |
| 微波辐射 Microwave irradiation | 处理时间短(秒级)、效率高,可激发香味物质而 改善适口性,对脂肪酶、过氧化物酶等快速失活; 选择性加热特性避免过高温破坏热敏性物质 (如维生素、不饱和脂肪酸) | 大规模生产时可能存在 温度不均,对设备微波 穿透性要求高 | Sansuwan等[52] |
| 酶解 Enzymatic hydrolysis | 反应条件温和,专一性强,能定向分解大分子 物质(抗营养因子);可保留生物活性成分 | 处理反应时间较长, 水分含量较高 | 杨华等[55] |
| 微生物发酵 Microbial fermentation | 反应条件温和(常温、中性pH);可定向降解 抗营养因子、引入新的营养物质、 提高饲料适口性和消化率 | 处理时间较长,水分含量较高, 涉及生物安全问题 | Huervana等[63] |
| 物理-生物联合处理 Physical-biological combined treatment | 协同效果明显,有效提高消化 特性和营养特性 | 成本高 | 纪婷婷等[87] |
4 小结与展望
米糠及脱脂米糠作为非常规饲料原料,资源丰富且营养成分较为全面,但由于自身饲用营养特性存在缺陷,在畜禽养殖中的应用受到一定的限制。通过物理或生物深加工技术对其进行处理,能够显著改善其品质,将其转化为优质饲料资源。目前,生物转化方法特别是微生物发酵法,被公认为是对米糠优质饲料资源化转化最有发展前景的方法。该方法不仅有利于消除抗营养因子,发酵过程中还会产生功能性的益生菌及有益代谢产物,既能改善质地、提升适口性和可消化性,还能通过菌酶协同将部分粗纤维转化为菌体蛋白以提升粗蛋白质含量,从而提高米糠及脱脂米糠的营养价值和养殖动物的生产性能。随着微生物发酵工程、酶工程技术的发展,可以筛选针对性强、安全性高的微生物菌种、特异性强的单酶或复合酶制剂,通过进一步改进发酵工艺和持续完善菌酶协同发酵技术,来提高米糠及脱脂米糠的饲用价值。