1 多肽飼料的概述
1.1 多肽飼料
我國蛋白質資源不足，每年都要大量進口植物蛋白類如大豆及其粕類和動物蛋白如魚粉等[1].據(jù)預計，在2010年、2020年、2030年我國將用于生產飼料的糧食約占總量的38%、43%、50%,蛋白飼料缺口仍然將有3000萬噸以上[2].因而極需開發(fā)新的蛋白質源，生產出更多的蛋白飼料。
蛋白質被動物攝取后，經(jīng)腸道多種蛋白水解酶的作用，不是僅以氨基酸的形式吸收的，更多的是以小肽的形式被直接吸收。而且，二肽和三肽的吸收速度比同組成的氨基酸要快。其中，某些小肽不僅具有營養(yǎng)功能，而且具有多種生理功能，這是肽理論研究和實踐應用中的重大突破[3].此研制的發(fā)酵法生產棕櫚仁粕多肽飼料將是新一代蛋白飼料，其蛋白質經(jīng)過水解后是以具有生理功能的、超吸收的多肽形式存在。
1.2 利用生物技術增加蛋白質和多肽的新資源
為了將大量的棕櫚仁粕（palm kernel cake,簡稱PKC,下同）利用成為可廣泛應用的多肽飼料，是將其粗大纖維變成動物可食用的纖維，增加其適口性。其次，通過發(fā)酵增加產品中單細胞蛋白質，開辟了蛋白質來源新途徑，不與人類爭資源。第三，利用微生物發(fā)酵生長中產生的蛋白質水解酶將蛋白質水解為多肽，最終研制出具有生物活性的多肽飼料產品。利用組合發(fā)酵棕櫚仁粕后干料的蛋白質含量為35%～40%.多肽分子量為1000～2000道爾頓的組分。也可以利用植物的根、莖、葉等纖維基質和使用受限制的植物粕經(jīng)組合菌發(fā)酵生產出高含量蛋白質和多肽的飼料。因而，生物技術在生產高蛋白質飼料中將大有可為，越來越顯示它的強大生命力。
2 棕櫚仁粕多肽飼料
2.1 科學利用棕櫚仁粕，走綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟模式
棕櫚仁粕中含有粗蛋白15%～20%,蛋氨酸0.312%、賴氨酸0.528%、蘇氨酸0.526%、色氨酸0.12%、精氨酸2.064%、組氨酸0.264%、胱氨酸0.228%、纈氨酸0.84%、苯丙氨酸0.624%;粗脂肪11.13%、粗纖維18.90%、水分9.80%、粗灰分4.68%、鈣0.15%、磷0.41%、總能17.15MJ/kg、無氮浸出物64.8%等一般動物生長所必須的所有營養(yǎng)物質。但棕櫚仁粕只以少量飼喂反芻動物，且適口性差。通過微生物發(fā)酵的方法首先降低其粗纖維含量增加適口性；其次將其蛋白含量提高到30%以上；第三，將植物蛋白轉化為菌體蛋白，改善其氨基酸組成，更加符合動物蛋白質生理模式，從而增加蛋白質的消化吸收和利用率，有利于動物的生長需要。
隨著全球棕櫚油產能的增大，其副產物棕櫚仁粕的產量不斷的增加，馬來西亞2006年的棕櫚仁粕產量就已達220萬噸，其周邊國家如印尼、泰國等近幾年大力擴大油棕櫚種植面積，棕櫚仁粕產量幾乎與馬來西亞相當[4].長期以來，如何科學有效處理棕櫚仁粕一直困擾著棕櫚油生產國和企業(yè)，如今，棕櫚仁粕的產量達到歷史最高水平，更加劇了棕櫚仁粕對生態(tài)環(huán)境的污染�！栋l(fā)酵法生產棕櫚仁粕多肽飼料的研制》項目就致力于棕櫚仁粕的綜合利用，為棕櫚仁粕尋找到了一條有效的、綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的利用途徑。既能減輕或消除由現(xiàn)有處理棕櫚仁粕方法所造成的環(huán)境污染，又能帶來巨大的社會經(jīng)濟效益。
2.2 產品特色
發(fā)酵法生產棕櫚粕多肽飼料是以預處理后的PKC為唯一碳源，通過高產纖維素酶的絲狀真菌、蛋白質含量為50%以上的釀酒酵母[5]和高產蛋白酶的枯草芽孢桿菌的組合發(fā)酵，使產品中的粗纖維含量降低、纖維長度變短、蛋白質含量增加，不但增加了營養(yǎng)，而且提高適口性。尤其是產品中的蛋白質由發(fā)酵中的微生物產生的蛋白酶水解為有活性的多肽。眾所周知，活性多肽是一類易被動物機體吸收和發(fā)揮功能的物質，因而是一種高定位的全發(fā)酵的多肽飼料。
《發(fā)酵法生產棕櫚仁粕多肽飼料的研制》項目是一項填補世界棕櫚仁粕利用技術的空白，具有自主知識產權和重大的創(chuàng)新性；以價格低廉的PKC為原料，經(jīng)過微生物發(fā)酵轉變成高附加值、高營養(yǎng)的多肽飼料，成本低、回報高、適用廣、具有廣闊的市場前景。特別是蛋白質被水解成活性多肽后，動物極易吸收、生物利用率高、生物效價高，具有調節(jié)免疫、防病抗病等作用。
2.3 產品研制
2.3.1 高產纖維素酶菌株的分離、篩選
2.3.1.1 分離
從國內外采集的土樣、腐爛的樹枝葉、堆積的棕櫚仁粕等70個樣品中，經(jīng)過5種不同的培養(yǎng)基分離及鑒別染色處理，獲得142株絲狀真菌。
2.3.1.2 初篩
經(jīng)CMC-Na-剛果紅法、PKC-剛果紅法和濾紙條利用法從142株菌種選出19株有效菌，菌株編號為：3-CMC-②、213-B、623-2、911、1011-1、1042-2、1633、2111、2122-2、2221-P、2616、4341、4632、6612、6922、7022、13001和13005.再經(jīng)過不同配比的培養(yǎng)基篩選出產纖維素酶活性較高的213-B、623-2、912-2、1042-2、1633、2221-P、6612、6922和13005共9株菌進入下一輪篩選。
2.3.1.3復篩 將9株菌經(jīng)以PKC為原料的液體搖瓶培養(yǎng)，檢測其CMC酶活和FPA酶活，從中選出1042-2、2221-P和13005三株高產纖維素酶菌株。其酶活結果如表1.
表1 1042-2、2221-P和13005液體產酶試驗結果
菌 株 濾紙酶活 CMC酶活
（μg/ml.min-1） （μg/ml.min-1）
1042-2 140.3 2660.0
2221-P 58.7 1747.0
13005 57.7 1063.3
2.3.2 高產纖維素酶菌株的生物學特性
形態(tài)學特征：①13005為我公司所保藏的里氏木霉，菌絲白色、匍匐生長；產綠色孢子，隨著培養(yǎng)時間的延長，孢子顏色由淺綠色變?yōu)槟G色。②10042-2菌絲白色，氣生菌絲直立生長、菌絲短而細；孢子較小，呈棕色，易脫落。③2221-P菌絲白色，氣生菌絲直立生長、菌絲短而粗；孢子較大，呈黑色，易脫落。
2.3.3 固態(tài)發(fā)酵
2.3.3.1淺盤式發(fā)酵試驗 以預處理后的PKC作為主要基料，并添加部分營養(yǎng)成分配制成固體培養(yǎng)基，滅菌后，在無菌環(huán)境中按10%的接種量接入1042-2、2221-P和13005于28℃下培養(yǎng)5～9d.測定其纖維素酶活、還原糖含量、氨基氮含量、粗蛋白含量等。其間1042-2在培養(yǎng)8d時其CMC酶活高達24892U,濾紙酶活高達1302U,粗蛋白含量達39.8% .2221-P在培養(yǎng)8d時，其CMC酶活高達23410U,濾紙酶活達1286U,粗蛋白含量高達40.09% .這組數(shù)據(jù)說明在利用PKC作為培養(yǎng)基發(fā)酵，其纖維素酶酶活和粗蛋白含量都達目前的最高水平。
2.3.3.2 組合菌種發(fā)酵試驗 為了達到降低木質纖維含量，提高蛋白質含量，并將蛋白質降解為多肽，采用組合菌種發(fā)酵工藝。接入霉菌目的在于降解PKC中的木質纖維含量；接入酵母目的是讓其將培養(yǎng)基中的氮源的轉化為自身的菌體蛋白，從而增加物料的蛋白質含量。接入芽孢桿菌目的是產生大量的蛋白質水解酶，將基料中的蛋白質盡量的分解為小分子多肽，增加產品的營養(yǎng)性、功能性和適口性。目前研究表明，PKC物料的木質纖維含量降低30%以上，粗蛋白含量平均能達到35%以上，其中多肽含量已經(jīng)超過80%,目前正在進一步優(yōu)化培養(yǎng)條件，以便得到各項指標更優(yōu)的產品。
2.3.4 制劑安全性試驗 為了確保發(fā)酵制劑的安全性進行了小鼠急性毒理試驗。
昆明種小白鼠20只，雌雄各半，體重20～22g隨機分成4組，禁食不禁水12h .按8g/kg.dw的量以食用油作為溶劑配制成適當體積的制劑液，一日內完成灌胃，連續(xù)觀察14d,記錄受試小鼠期間的活動、攝食量、體重、糞便、死亡等情況，未死亡小鼠2周后用頸椎脫臼法處死進行尸檢。
整個觀察期間沒有小鼠死亡，20只小鼠活動、精神狀態(tài)、攝食、糞便等正常，兩周后增重均超過10%,最高增重達24% ,可以認為本發(fā)酵制劑安全無毒。
3 小結
3.1棕櫚仁粕的綜合利用狀況
棕櫚仁粕歷來是棕櫚油生產企業(yè)的重大負擔，也是馬來西亞政府極需解決的生態(tài)環(huán)境的重點問題之一。因為棕櫚仁粕中較高的木質纖維含量和適口性較差等，使得其只有極少部分的棕櫚仁粕作為反芻動物的飼料添加劑使用。絕大部分都是燒毀或讓其腐爛作為肥料，這樣不但嚴重浪費資源，而且嚴重污染環(huán)境。為此，相關企事業(yè)科研單位合作，展開了《發(fā)酵法生產棕櫚仁粕多肽飼料的研制》項目研究，并取得可喜的成果。2009年3月24日，《發(fā)酵法生產棕櫚仁粕多肽飼料的研制》項目進行了中期評審，與會專家給予了高度評價，認為該項目具有獨立自主的知識產權和創(chuàng)新性，現(xiàn)階段取得的技術成果達到了國內外先進水平。
3.2 發(fā)酵法生產棕櫚仁粕多肽飼料的可行性
棕櫚仁粕含纖維素、半纖維素、木質素約70%,而且多為粗纖維、大纖維，要將其變成可利用的碳水化合物，首先要將他們分解，為此，采用篩選高產纖維素酶的菌株（1042-2、2221-P兩株）發(fā)酵PKC,使其還原糖增加，分析結果表明纖維素變短、變薄、變小，在不增加外源糖的情況下，釀酒酵母、枯草芽孢桿菌能生長良好，使發(fā)酵產品的蛋白質含量增加30%以上，由于絲狀真菌和枯草芽孢桿菌產生的多種酶系能使蛋白質酶解為多肽（MW5000道爾頓以下）,而使產品成為多肽產品。
3.3 棕櫚仁粕多肽飼料的市場前景
3.3.1 棕櫚仁粕多肽飼料的經(jīng)濟分析 根據(jù)研究預算，每噸棕櫚仁粕多肽飼料的生產成本為2300元/t,目前，我國飼料中蛋白質含量定價為8.00～9.00元/kg蛋白質。如果以蛋白質含量30～40%計，棕櫚仁粕多肽飼料定價為3200～3600元/t飼料。調查發(fā)現(xiàn)，我國市場上的微生物發(fā)酵（包括微生物酶處理）的生物飼料價格范圍為3000～6000元/t.因而，我們生產的棕櫚仁粕多肽飼料的價格很有提升空間。
3.3.2 市場前景
《發(fā)酵法生產棕櫚仁粕多肽飼料的研制》是廢物利用、變廢為寶的社會公益項目，其技術又填補國內外的空白，具有自主知識產權；產品的市場需求巨大，屬于賣方市場，在市場上具有較強的競爭能力。隨著生活水平的不斷提高，畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，國內外蛋白飼料的缺口越來越大；作為多肽飼料的產品相比于植物蛋白飼料具有更高的營養(yǎng)價值，更具功能性。綜觀分析可以預料，發(fā)酵生產棕櫚仁粕多肽飼料具有豐厚的經(jīng)濟效益和重大的生態(tài)環(huán)境、社會效益。
