细菌性羽毛粕酵产物
羽毛溶成物作为饲料蛋白质的评估
羽毛占成鸡体重的5～7％；现代化的鸡只屠宰厂中所产生之羽毛量相当庞大；根据USDA之统计；1987年，单就美国北卡罗来纳州所产生之羽毛即超过10万吨。
羽檄主由角蛋白(Keratin)所组成；我们亦可自爬 类的爪及甲胄(armor)及哺乳类的角、皮、毛、指甲等发现之(Fraser, 1969)。此种角蛋白为一不溶性纤维蛋白质(insouble fibrous pwtein)；无数地；它是脊椎动物自水中生活形态发展到陆地的主要利器。羽毛粉所含之蛋白质约85～90％(papadopoulos et al, 1986)，由於饲料成本占鸡只生产成本的大部分，故研究以羽毛粉来替代较昂贵的蛋白质单味原料；降低饲养成本，是相当吸引人的方法。但长久以来其在饲料配方中利用的相当有限；因羽毛粉蛋白质不易为鸡只及家畜所消化利用。此种消化率差，乃由於角蛋白分子内胱胺酸双硫键高度键结，氢键和厌水性端交互作用所导致，且自动物体本身也缺乏此种蛋白质分解酵素。
除消化率差之问题外；羽毛粉若占鸡只饲料蛋白质组成分的20～25％时，甲硫胺酸、离胺酸、组胺酸和色胺酸均缺乏。故饲粮中欲成功的利用羽毛粉蛋白质；乃须要正确地添加限制性胺基酸。再者，羽毛粉加工方法亦影响羽毛粉的营养价值与营养特性。最常应用之羽毛粉加工方法为morris及Balloun (1973,ab)的方法，可将羽毛加工成粉末状羽毛，此法乃是羽毛在50psi，热蒸气处理一小时；期间须间断地搅动。此法之缺点为：1.热敏感性胺基酸受蒸汽所分解。2.所得之羽毛粉消化率较低。由於上述之缺点；所以发展出一种新式的羽毛加工方法以替代之。此种即为羽毛的生物性处理法。由此法制成之羽毛粉较经济且营养价值亦较前者为佳。William及Shih, 1989分离出一种可以消化鸡粪之微生物；其具有角蛋白鶤(Keratinase)之活性；此一细菌经同定为Bacillus licheniformis (PWD-1菌株)；将之使用在羽毛处理方法中，可产生大量之游离胺基酸和 鶹(William et al, 1990)。此种经细菌粕酵後之产物称之为羽毛溶成物(feather-lysate)，制造之流程图本於图一。
羽毛经由脱毛获得後一小时内以温水加以清洗乾净并将之置於60℃循环热气的烘箱中，乾燥72小时。在接种菌株增殖前，羽毛先以锤碎机粉碎并以120℃，15psi，15～20分钟之高压灭菌处理。取上述经增殖後；含有活菌之培养液2升；加上500公克(乾基计)经锤碎机粉碎的羽毛粉，即以羽毛粉1份：培养液4份，置於10公升之大玻璃瓶中。若为嗜氧性培养(aerobic fermontation)者，瓶口则以棉花塞塞住，50℃培养5天，且每8小时间隔时加以搅动1分钟。若以厌气性培养时，除陪养法外其馀步骤相同。先以无氧之氮气通入瓶内30分钟使其内呈无氧状态後，以螺旋盖栓住并以石腊膜(parafiln)封口。经5天培养後，均以125℃，15分钟加热，再以60℃热风乾燥48小时，最後以锤碎机粉碎成1mm大小之细粉，即完成。
表一，为仅经杀菌之羽毛粉，商业性羽毛粉及羽毛溶成物之胺基酸组成分比较。由表三中可以得知羽毛溶成物之总合硫胺基酸(甲硫胺酸＋胱胺酸)之含量为6.83％较商业性羽毛粉的5.36％为高，但较未经处理之羽毛粉为低，此乃因未经处理羽毛粉，其角蛋白未经水解故胱胺酸未被破坏，所以其总合硫胺基酸高，但事实上鸡只对其利用率较羽毛溶成物为低。
表一 Amino acid compositions of untreated feathers (FU), commercial feather meal (CFM), and feather-lysate (FL) |
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| 分 析 项 目 | 未经处理羽毛粉 | 商 业 性羽 毛 粉 | 羽 毛 溶 成 物 |
| ────────── ％ ────────── | |||
| 乾 物
质 粗 蛋 白 丙 胺 酸 精 胺 酸 天门 冬 胺酸 胱 胺 酸 麸 胺 酸 甘 胺 酸 组 胺 酸 异 白 胺 酸 白 胺 酸 离 胺 酸 甲 硫 胺 酸 苯 丙 胺 酸 线 胺 酸 丝 胺 酸 酪 胺 酸 色 胺 酸 缬 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进行羽毛溶成物与其他种羽毛粉的饲养试验，以评估羽毛溶成物之营养价值；使用爱拔益加×爱拔益加之公鸡，试验期为自6～21日龄。日粮处理以玉米－大豆粕所组成为主之基础日粮，粗蛋白为20％；另以一组15％粗蛋白质日粮为负对照组(negative contrel)，而後分别为5％之羽毛溶成物好气处理、厌处理及未经处理羽毛粉取代大豆粉来源的蛋白质。结果见表二。
| 表二 蛋 白 质 取 代 试 验 ， 16 日 龄 之 体 重 (6～21日) ， 饲 料 消 耗 量 、 饲 料 利 用 率 、 及 肝 脏 、 胰 脏 重 量 (21日) | ||||||
| 日 粮 蛋 白 质 来 源 | 蛋 白 质(％) | 增 重 | 饲料消耗量 | 饲料利用率 | 肝 脏 重 量 | 胰 脏 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％)＋未经处理之羽毛粉(5％) 4.玉米(5.16％)＋大豆粉(9.84％)＋好气性处理羽毛粉(5％) 5.玉米(5.16％)＋大豆粉(9.84％)＋厌气性处理羽毛粉(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 |
厌气性细菌处理之羽毛溶成物其16日期间之体增重显着较好气性处理及未经细菌处理之羽毛粉为佳，(P＜0.05)。日粮3(未经细菌处理羽毛粉)其体增重甚较仅含15％蛋白质的日粮2为差。饲粮消耗量5组间均无显着差异；肝重、胰重亦无差异存在。饲料利用率方面，日粮5较日粮3有较佳之饲料利用率。由表二中试验所得知B. lichoniformis PWD－1在厌气性条件下所产生之粕酵产物较好气性粕酵为佳；此与William and Shih, 1989；William et al, 1990)所发现在厌气性培养基中发酵所产生之可溶性胺基酸浓度高於好气性粕酵状态者。可能是因有氧气存在时，由角蛋白分解之胺基酸快速地被异化掉(Catabolizes)，而在厌气状态时，胺基酸和 鶹的代谢之速度较慢因此逐渐被累积起来。故厌气性粕酵具有较佳之营养价值。日粮4中羽毛粉提供总蛋白质之25％，当与日粮1比较时生长反应较差，但饲料消耗量方面均相同，此一现象可能之原因有胺基酸缺乏，拮抗作用或不平衡，是在厌气性状态下微生物代谢羽毛粉蛋白质所致。或在羽毛处理过程中所产生毒性物卖或胺基酸代谢物所致。日粮3中使用未经粕酵羽毛粉所引起之生长反应变差可能因抑制胃蛋白鶤於筋胃和肠道之作用，而使玉米和黄豆蛋白质的正常消化减少。
生长曲线试验－由试验一中已知羽毛溶成物之饲养价值优於商业性羽毛粉及好气性羽毛溶成物。乃进一步探讨日粮为玉米－大豆粕、厌气性羽毛溶成物、未经处理羽毛粉或商业性羽毛粉所提供之蛋白质对鸡只生长反应的比较。试验日粮为以基础日粮额外溶加大豆粉，使粗蛋白质达13％，16％，19％。羽毛粉溶成物，一般商业羽毛粉，未经处理羽毛粉(Autoclave only)分别添加3％及6％使其粗蛋白质分别达到13％及16％，试验期为16天。
结果，以线性回归图示。饲与玉米－大豆粉蛋白质日粮之鸡只体增重随大豆粉之增加而呈直线性(linearly)增加。经回归分析之结果显示，鸡只喂以羽毛溶成物与喂以大豆粉者均具有相同的生长反应(Growth Yesponse)，而且羽毛溶成物较未经处理羽毛粉及一般商业羽毛粉有较佳之生长反应。表三为生长曲线试验中体增重，饲料消耗量和饲料利用效率之结果。喂以3％未经处理羽毛粉组，显示在增重方面仅和基础日粮组相同，当添加至6％时生长反应即改善，但饲料利用效率仍差(2.76)。饲与3％羽毛溶成物或3％黄豆粉，两组间之饲料利用效率仅有些许差异(250US 2.35g／g)。由此可知羽毛溶成物营养价值约相同於大豆粉蛋白质，且较佳於商业用羽毛粉，可能是厌气性粕酵处理，其可消化产物有较高之回收率所致。欲达此一最终产物，我们可藉由先在有氧状态下将B. licheniformis PWD-1增殖到约每ml培养液中含107细胞，再接种於羽毛粉中而达成。如此，角蛋白鶤或负羽毛生物降解的酵素系统均存於培养液中，与细胞有关和细胞外酵素，两者均将存在。且在厌气性条件下，细菌乃不至於增殖过快，自羽毛中释出之胺基酸被细菌所利用量即减少。粕酵累积之产物也易为鸡只所消化吸收。
| 表三 生长曲线试验中16天之体增重、饲料消耗量和饲料利用效率 | |||||
| 日 粮 | 蛋 白 质 来 源 | 蛋白质 | 增 重 | 饲料消耗量 | 饲料利用效率 |
基础日粮 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ |
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.所有鸡只均喂与肉鸡初期饲粮(23％蛋白质)於开始的5日龄。10种日粮处理，每处理4重复，每重复8只鸡；鸡只绝食6小时後开始15天的试验。所有数值代表32只鸡平均。 2.SBM：大豆粉；CFM：商业用羽毛粉；FL：羽毛溶成物；FU；未经处理之羽毛粉(仅经高温处理)。 |
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利用粕酵处理之羽毛粉质地(Texture)较热蒸气水解羽毛粉为细致。Papadopulos et al, 1985依Sibbald测定TME(真代谢能)之方法测知，当羽毛粉经蒸气处理时间(30，50及70分钟)增加时，鸡只对羽毛粉中胺基酸消化率(TAAD)下降。此外其他之研究发现当蛋白质经过剧烈加热後会产生交叉连结反应(Crosslinking reaction)；且有胺基酸之衍生物产生。诸如，Lysinoalanine，Lanthionine和ε-(γ-glutamy l-L-Lysine)，导致羽毛粉之生物价降低。另外，一般商业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热杀死之细胞，细菌细胞可能会提供某些必须性胺基酸或其他 鶹类之生长因子(Peptide gmoth factor)，但因在生产流程中必须控细菌数，据计算细菌细胞所占最终产物的0.008％以下。
饲料营养杂志(10~17)－郑永祥、詹德芳．九一年十期
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