細菌性羽毛醱酵產物
羽毛溶成物作為飼料蛋白質的評估
羽毛佔成雞體重的5∼7％；現代化的雞隻屠宰廠中所產生之羽毛量相當龐大；根據USDA之統計；1987年，單就美國北卡羅來納州所產生之羽毛即超過10萬噸。
羽檄主由角蛋白(Keratin)所組成；我們亦可自爬蟲類的爪及甲冑(armor)及哺乳類的角、皮、毛、指甲等發現之(Fraser, 1969)。此種角蛋白為一不溶性纖維蛋白質(insouble fibrous pwtein)；無數地；它是脊椎動物自水中生活形態發展到陸地的主要利器。羽毛粉所含之蛋白質約85∼90％(papadopoulos et al, 1986)，由於飼料成本佔雞隻生產成本的大部分，故研究以羽毛粉來替代較昂貴的蛋白質單味原料；降低飼養成本，是相當吸引人的方法。但長久以來其在飼料配方中利用的相當有限；因羽毛粉蛋白質不易為雞隻及家畜所消化利用。此種消化率差，乃由於角蛋白分子內胱胺酸雙硫鍵高度鍵結，氫鍵和厭水性端交互作用所導致，且自動物體本身也缺乏此種蛋白質分解酵素。
除消化率差之問題外；羽毛粉若佔雞隻飼料蛋白質組成分的20∼25％時，甲硫胺酸、離胺酸、組胺酸和色胺酸均缺乏。故飼糧中欲成功的利用羽毛粉蛋白質；乃須要正確地添加限制性胺基酸。再者，羽毛粉加工方法亦影響羽毛粉的營養價值與營養特性。最常應用之羽毛粉加工方法為morris及Balloun (1973,ab)的方法，可將羽毛加工成粉末狀羽毛，此法乃是羽毛在50psi，熱蒸氣處理一小時；期間須間斷地攪動。此法之缺點為：1.熱敏感性胺基酸受蒸汽所分解。2.所得之羽毛粉消化率較低。由於上述之缺點；所以發展出一種新式的羽毛加工方法以替代之。此種即為羽毛的生物性處理法。由此法製成之羽毛粉較經濟且營養價值亦較前者為佳。William及Shih, 1989分離出一種可以消化雞糞之微生物；其具有角蛋白鋛(Keratinase)之活性；此一細菌經同定為Bacillus licheniformis (PWD-1菌株)；將之使用在羽毛處理方法中，可產生大量之游離胺基酸和胜𡌅(William et al, 1990)。此種經細菌醱酵後之產物稱之為羽毛溶成物(feather-lysate)，製造之流程圖本於圖一。
羽毛經由脫毛獲得後一小時內以溫水加以清洗乾淨並將之置於60℃循環熱氣的烘箱中，乾燥72小時。在接種菌株增殖前，羽毛先以鎚碎機粉碎並以120℃，15psi，15∼20分鐘之高壓滅菌處理。取上述經增殖後；含有活菌之培養液2升；加上500公克(乾基計)經鎚碎機粉碎的羽毛粉，即以羽毛粉1份：培養液4份，置於10公升之大玻璃瓶中。若為嗜氧性培養(aerobic fermontation)者，瓶口則以棉花塞塞住，50℃培養5天，且每8小時間隔時加以攪動1分鐘。若以厭氣性培養時，除陪養法外其餘步驟相同。先以無氧之氮氣通入瓶內30分鐘使其內呈無氧狀態後，以螺旋蓋栓住並以石臘膜(parafiln)封口。經5天培養後，均以125℃，15分鐘加熱，再以60℃熱風乾燥48小時，最後以鎚碎機粉碎成1mm大小之細粉，即完成。
表一，為僅經殺菌之羽毛粉，商業性羽毛粉及羽毛溶成物之胺基酸組成分比較。由表三中可以得知羽毛溶成物之總合硫胺基酸(甲硫胺酸＋胱胺酸)之含量為6.83％較商業性羽毛粉的5.36％為高，但較未經處理之羽毛粉為低，此乃因未經處理羽毛粉，其角蛋白未經水解故胱胺酸未被破壞，所以其總合硫胺基酸高，但事實上雞隻對其利用率較羽毛溶成物為低。
表一 Amino acid compositions of untreated feathers (FU), commercial feather meal (CFM), and feather-lysate (FL) |
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| 分 析 項 目 | 未經處理羽毛粉 | 商 業 性羽 毛 粉 | 羽 毛 溶 成 物 |
| ────────── ％ ────────── | |||
| 乾 物 質 粗 蛋 白 丙 胺 酸 精 胺 酸 天門 冬 胺酸 胱 胺 酸 麩 胺 酸 甘 胺 酸 組 胺 酸 異 白 胺 酸 白 胺 酸 離 胺 酸 甲 硫 胺 酸 苯 丙 胺 酸 線 胺 酸 絲 胺 酸 酪 胺 酸 色 胺 酸 纈 胺 酸 |
97.12 93.75 4.24 7.86 6.67 6.75 11.75 7.10 0.63 5.18 8.13 2.16 0.46 4.83 11.70 5.02 2.51 0.61 7.62 |
96.54 88.16 4.01 6.75 5.83 4.83 9.61 6.65 0.65 4.30 7.11 2.10 0.53 4.17 9.77 4.21 2.14 0.57 6.41 |
96.85 89.26 3.82 7.14 7.82 6.16 9.88 6.18 0.38 4.67 7.23 1.47 0.67 4.37 10.78 4.28 2.07 0.67 7.22 |
Willam et al, 1991進行羽毛溶成物與其他種羽毛粉的飼養試驗，以評估羽毛溶成物之營養價值；使用愛拔益加×愛拔益加之公雞，試驗期為自6∼21日齡。日糧處理以玉米－大豆粕所組成為主之基礎日糧，粗蛋白為20％；另以一組15％粗蛋白質日糧為負對照組(negative contrel)，而後分別為5％之羽毛溶成物好氣處理、厭處理及未經處理羽毛粉取代大豆粉來源的蛋白質。結果見表二。
| 表二 蛋 白 質 取 代 試 驗 ， 16 日 齡 之 體 重 (6∼21日) ， 飼 料 消 耗 量 、 飼 料 利 用 率 、 及 肝 臟 、 胰 臟 重 量 (21日) | ||||||
| 日 糧 蛋 白 質 來 源 | 蛋 白 質(％) | 增 重 | 飼料消耗量 | 飼料利用率 | 肝 臟 重 量 | 胰 臟 重 量 |
| 1.玉米(5.16％)＋大豆粉(14.84％) 2.玉米(5.16％)＋大豆粉(9.84％) 3.玉米(5.16％)＋大豆粉(9.84％)＋未經處理之羽毛粉(5％) 4.玉米(5.16％)＋大豆粉(9.84％)＋好氣性處理羽毛粉(5％) 5.玉米(5.16％)＋大豆粉(9.84％)＋厭氣性處理羽毛粉(5％) |
20 15 20 20 20 |
447±9a 396±8c 352±7d 393±8c 420±9b |
740±30 750±20 690±10 740±10 730± |
1.66±.07c 1.90±.10a 1.96±.30a 1.87±.04ab 1.73±.04bc |
15.4±.5 14.0±.4 14.0±.4 14.4±.4 14.4±.4 |
1.8±.1 1.7±.1 1.7±.1 1.8±.1 1.9±.1 |
厭氣性細菌處理之羽毛溶成物其16日期間之體增重顯著較好氣性處理及未經細菌處理之羽毛粉為佳，(P＜0.05)。日糧3(未經細菌處理羽毛粉)其體增重甚較僅含15％蛋白質的日糧2為差。飼糧消耗量5組間均無顯著差異；肝重、胰重亦無差異存在。飼料利用率方面，日糧5較日糧3有較佳之飼料利用率。由表二中試驗所得知B. lichoniformis PWD－1在厭氣性條件下所產生之醱酵產物較好氣性醱酵為佳；此與William and Shih, 1989；William et al, 1990)所發現在厭氣性培養基中發酵所產生之可溶性胺基酸濃度高於好氣性醱酵狀態者。可能是因有氧氣存在時，由角蛋白分解之胺基酸快速地被異化掉(Catabolizes)，而在厭氣狀態時，胺基酸和胜𡌅的代謝之速度較慢因此逐漸被累積起來。故厭氣性醱酵具有較佳之營養價值。日糧4中羽毛粉提供總蛋白質之25％，當與日糧1比較時生長反應較差，但飼料消耗量方面均相同，此一現象可能之原因有胺基酸缺乏，拮抗作用或不平衡，是在厭氣性狀態下微生物代謝羽毛粉蛋白質所致。或在羽毛處理過程中所產生毒性物賣或胺基酸代謝物所致。日糧3中使用未經醱酵羽毛粉所引起之生長反應變差可能因抑制胃蛋白鋛於筋胃和腸道之作用，而使玉米和黃豆蛋白質的正常消化減少。
生長曲線試驗－由試驗一中已知羽毛溶成物之飼養價值優於商業性羽毛粉及好氣性羽毛溶成物。乃進一步探討日糧為玉米－大豆粕、厭氣性羽毛溶成物、未經處理羽毛粉或商業性羽毛粉所提供之蛋白質對雞隻生長反應的比較。試驗日糧為以基礎日糧額外溶加大豆粉，使粗蛋白質達13％，16％，19％。羽毛粉溶成物，一般商業羽毛粉，未經處理羽毛粉(Autoclave only)分別添加3％及6％使其粗蛋白質分別達到13％及16％，試驗期為16天。
結果，以線性迴歸圖示。飼與玉米－大豆粉蛋白質日糧之雞隻體增重隨大豆粉之增加而呈直線性(linearly)增加。經迴歸分析之結果顯示，雞隻餵以羽毛溶成物與餵以大豆粉者均具有相同的生長反應(Growth Yesponse)，而且羽毛溶成物較未經處理羽毛粉及一般商業羽毛粉有較佳之生長反應。表三為生長曲線試驗中體增重，飼料消耗量和飼料利用效率之結果。餵以3％未經處理羽毛粉組，顯示在增重方面僅和基礎日糧組相同，當添加至6％時生長反應即改善，但飼料利用效率仍差(2.76)。飼與3％羽毛溶成物或3％黃豆粉，兩組間之飼料利用效率僅有些許差異(250US 2.35g／g)。由此可知羽毛溶成物營養價值約相同於大豆粉蛋白質，且較佳於商業用羽毛粉，可能是厭氣性醱酵處理，其可消化產物有較高之回收率所致。欲達此一最終產物，我們可藉由先在有氧狀態下將B. licheniformis PWD-1增殖到約每ml培養液中含107細胞，再接種於羽毛粉中而達成。如此，角蛋白鋛或負羽毛生物降解的酵素系統均存於培養液中，與細胞有關和細胞外酵素，兩者均將存在。且在厭氣性條件下，細菌乃不至於增殖過快，自羽毛中釋出之胺基酸被細菌所利用量即減少。醱酵累積之產物也易為雞隻所消化吸收。
| 表三 生長曲線試驗中16天之體增重、飼料消耗量和飼料利用效率 | |||||
| 日 糧 | 蛋 白 質 來 源 | 蛋白質 | 增 重 | 飼料消耗量 | 飼料利用效率 |
基礎日糧 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ |
玉米(5％)＋大豆粉(5％) SBM (3％) SBM (6％) SBM (9％) CFM (3％) CFM (3％) FL (3％) FL (6％) FU (3％) FL (6％) |
10 13 16 19 13 16 13 16 13 16 |
263±9 357±11 430±9 499±12 325±12 362±10 363±6 412±10 266±9 326±10 |
.90 .84 .84 .80 .83 .83 .91 .93 .95 .90 |
3.42 2.35 1.95 1.60 2.62 2.31 2.50 2.26 3.57 2.76 |
| 1.所有雞隻均餵與肉雞初期飼糧(23％蛋白質)於開始的5日齡。10種日糧處理，每處理4重複，每重複8隻雞；雞隻絕食6小時後開始15天的試驗。所有數值代表32隻雞平均。 2.SBM：大豆粉；CFM：商業用羽毛粉；FL：羽毛溶成物；FU；未經處理之羽毛粉(僅經高溫處理)。 |
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利用醱酵處理之羽毛粉質地(Texture)較熱蒸氣水解羽毛粉為細緻。Papadopulos et al, 1985依Sibbald測定TME(真代謝能)之方法測知，當羽毛粉經蒸氣處理時間(30，50及70分鐘)增加時，雞隻對羽毛粉中胺基酸消化率(TAAD)下降。此外其他之研究發現當蛋白質經過劇烈加熱後會產生交叉連結反應(Crosslinking reaction)；且有胺基酸之衍生物產生。諸如，Lysinoalanine，Lanthionine和ε-(γ-glutamy l-L-Lysine)，導致羽毛粉之生物價降低。另外，一般商業使用之羽毛粉均缺乏限制性胺基酸，而羽毛溶成物中含有被加熱殺死之細胞，細菌細胞可能會提供某些必須性胺基酸或其他胜𡌅類之生長因子(Peptide gmoth factor)，但因在生產流程中必須控細菌數，據計算細菌細胞所佔最終產物的0.008％以下。
飼料營養雜誌(10~17)－鄭永祥、詹德芳．九一年十期
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