豆粕发酵后蛋白含量提高的“科学原理”

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发酵是一门“古老”的工艺，我国商周时期就出现最早的微生物应用——“酒的酿造”，经过几千年，微生物及其应用已深深地融入人们的生活，如泡菜、大酱、醋和酱油的生产等。然而，直到18世纪法国科学家巴斯德开创微生物基本上研究方法前，“发酵”一直是黑色的“神秘”领域，随着现代科学的迅猛发展，“发酵”也日益“科学”。本文就豆粕发酵的物料变化，就其“营养参数”建议进行初步探讨。

1、 豆粕的碳水化合物组成

豆粕的碳水化合物包括：非淀粉多糖（NSP）、低聚糖和淀粉。不同于常见的粮食作物（玉米和小麦），豆粕的碳水化合物中淀粉含量很低（＜1%），主要由低聚糖和NSP组成。

其中，豆粕的NSP包括：果胶、非纤维素多聚物和纤维。低聚糖则包括：蔗糖（二糖，约5%）、水苏糖（三糖，约4%）、棉子糖（四糖，约1%）和毛蕊花糖（五糖，约0.3%）。

2、豆粕生产加工过程中的物料变化

2.1 乳酸菌厌氧发酵

发酵过程中：一方面，乳酸菌分泌蔗糖酶和半乳糖苷酶等，将8%低聚糖降解为“单糖”，并将“单糖”转化为等量的“乳酸”。但是乳酸菌对NSP分解和利用十分有限；另一方面，添加的外源蛋白酶将“大分子蛋白”降解为“小分子蛋白”，当然因为外源酶的成本和厂家之间的技术能力，实际“菌酶协同”发酵的豆粕产品的抗原降解差异也较大。烘干工艺中：一方面，乳酸在常压下加热分解，浓缩至50%时，部分变成乳酸酐（乳酸熔点18℃，沸点122℃），厂家采用烘干工艺的不同是商品发酵豆粕乳酸含量的差异的重要原因。另一方面，产品损失部分水份（5%）。

因此，采用乳酸菌厌氧发酵工，豆粕的物料变化主要体现在低聚糖和水份的减少（8%+5%）及乳酸的增加（2~5%），物料总损耗约8%和11%，其工艺得率在89~92%（假定最终水份7%）。

2.2 芽孢杆菌好氧发酵

发酵过程中：一方面，分泌大量的碳水化合物酶等，假定也降解约8%的“低聚糖”，但不同是芽孢杆菌发酵过程中碳的转化形式由“乳酸”变成“CO2”。另一方面，芽孢杆菌利用自生分泌的蛋白酶、外肽酶和羧肽酶将“大分子蛋白”转化为“脱苦的寡肽和小肽”。烘干过程中：产品只损失部分水份（5%）。

因此，采用芽孢杆菌好氧发酵工，豆粕的物料变化主要体现在损失了豆粕的物料变化主要体现在低聚糖和水份的减少（8%+5%），物料总损耗约13%，其工艺得率在87%（假定成品水份7%）。

2.3 发酵后菌体蛋白对总蛋白质的贡献

芽孢杆菌发酵豆粕的过程中，利用豆粕的碳源和氮源，菌体增殖到109CFU/g 左右。采用液体发酵生产的纯芽孢杆菌菌粉约1011-12CFU/g，据此计算芽孢杆菌发酵豆粕产品中含有1~10 kg/吨（0.1~1%）的纯芽孢杆菌菌体（菌体蛋白的粗蛋白质含量约为60%）。

因此，发酵中增殖的芽孢杆菌实际上仅能给发酵豆粕产品粗蛋白质含量带来0.06~0.6%的提升，贡献很有限。

2.4 发酵豆粕蛋白质的“物质守恒”原理

通过对豆粕和菌体两方面的物料变化分，发酵前后豆粕的粗蛋白质、NSP（含粗纤维）和粗灰分在总量上基本没有变化。仅低聚糖在发酵豆粕生产过程中以不同形式（乳酸菌发酵以乳酸的形式在烘干过程中，芽孢杆菌发酵以CO2形式在发酵过程中）被损失，所以粗蛋白质、粗灰分和粗纤维的相对含量得到相应提高（与蛋白质含量正相关）。乳酸菌和芽孢杆菌发酵产品预期的浓缩率分别为10%和11.5%。

因此，假定使用46%豆粕（成品水份7%）的前提下，乳酸菌和芽孢杆菌发酵豆粕最终蛋白质将达到50.6%和52.9%。

3、 结论和建议

3.1 发酵豆粕“蛋白质含量”的提升，以豆粕成分的“浓缩”为代价

3.2 豆粕成分的浓缩时，粗灰分和粗纤维含量也不可避免升高

3.3 适度“放宽”粗灰分含量将有利于发酵豆粕蛋白质含量的进一步提升

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