超声辅助发酵与微囊化技术提升玉米蛋白粉-米糠混合物营养品质及生物活性稳定性

为解决农业副产物玉米蛋白粉(CGM)和米糠(RB)利用率低、营养品质差的问题，研究人员采用超声辅助发酵技术结合Aspergillus oryzae AOX和Lactobacillus helveticus LHS共培养体系，显著提升了玉米蛋白粉-米糠混合物(CRM)的蛋白质降解率（TCASP增加3.32倍）和抗氧化成分含量（类胡萝卜素提升10.91倍），并通过聚多巴胺/壳聚糖-阿拉伯胶微囊化(P-C-FCRM)实现95.47%的包封率，体外消化实验显示其降解率较未包埋组降低65.8%。该研究为农业副产物高值化利用提供了创新策略。

　　

全球粮食加工每年产生大量玉米蛋白粉(CGM)和米糠(RB)等副产物，这些材料富含蛋白质和生物活性成分，但存在溶解性差、抗营养因子含量高、纤维结构致密等问题，传统处理方式以焚烧或填埋为主，既污染环境又浪费资源。玉米蛋白粉虽然含60%蛋白质，但缺乏必需氨基酸；米糠年产量达3000万吨，却因植酸和胰蛋白酶抑制剂等限制其应用。如何将这些低值副产物转化为高附加值功能性饲料，成为农业可持续发展的重要课题。

针对这一挑战，吉林农业大学动物科学技术学院的研究团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表了一项创新研究。他们设计了一套整合超声技术、微生物发酵和微囊化的生物工艺：首先利用超声空化效应（20 kHz，100 W/L）促进Aspergillus oryzae AOX和Lactobacillus helveticus LHS对CRM的协同降解，随后采用聚多巴胺/壳聚糖-阿拉伯胶复合壁材进行微囊化封装。研究通过扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、体外模拟消化模型和雏鸡体内实验等多元手段，系统评估了该工艺对产物营养特性和肠道靶向性的影响。

关键实验技术

研究采用脉冲超声(5 s开/5 s关)辅助固态发酵，通过SDS-PAGE和氨基酸分析仪监测蛋白质降解；以β-胡萝卜素为标志物计算微囊包封率；运用Illumina MiSeq平台进行16S rRNA测序分析肠道菌群；采用分子对接模拟短链脂肪酸与紧密连接蛋白的相互作用。

微生物与理化特性

超声处理使乳酸含量提升14.46倍(pH降至4.05)，有效抑制杂菌生长。SDS-PAGE显示15-55 kDa的玉米醇溶蛋白(zein)完全降解，游离氨基酸(FAAs)和还原糖分别增加1.42倍和11.87倍。扫描电镜观察到发酵后物料孔隙率显著增加，EDS检测显示氮元素含量从32.86%升至38.17%。

抗氧化性能提升

发酵后类胡萝卜素含量激增10.91倍，总酚和黄酮分别提高3.2倍和2.8倍。DPPH和ABTS自由基清除能力分别达到未处理组的4.3倍和3.7倍，FRAP值提升5.1倍。

微囊化特性

当CRM与壁材比例为1:2时，微囊粒径22.91±5.76 μm，包封率达95.47%。4℃储存5周后，包埋组类胡萝卜素保留率较未包埋组高68.5%，半衰期(t_1/2)延长3.2倍。

体内外消化特性

体外胃肠消化实验中，未包埋FCRM降解率达59.17%，而P-C-FCRM仅20.31%。雏鸡饲喂实验显示，P-C-FCRM组平均日增重(ADG)提高18.7%，空肠绒毛高度/隐窝深度比值(V/C)增加2.1倍。16S rRNA测序揭示其肠道Firmicutes门占比达99.17%，Lactobacillus相对丰度提升6.3倍，丁酸等短链脂肪酸(SCFAs)含量显著升高。

分子机制

分子对接证实丁酸与紧密连接蛋白ZO-1的结合能为-5.8 kcal/mol，形成3个氢键，这与Western blot检测到的ZO-1和Occludin表达上调相吻合。

这项研究开创性地将物理场强化、微生物转化和递送系统三大技术融合，建立了农业副产物增值转化的标准化工艺。超声辅助发酵解决了传统工艺效率低、代谢物产量不足的瓶颈；聚多巴胺/壳聚糖-阿拉伯胶微囊体系突破了活性成分胃肠稳定性差的限制；而肠道菌群-SCFAs-屏障功能轴的阐明，为功能性饲料开发提供了理论依据。该技术路线具有工业化放大潜力，对缓解饲料蛋白资源短缺、实现农业循环经济具有重要实践价值。未来研究可进一步优化超声能耗参数，开发低成本壁材替代方案，推动该技术的大规模应用。