《食品研究与开发》封面文章：枯草芽孢杆菌固态发酵虾头制剂对小鼠生长与肠道菌群影响研究
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前言
作为海洋牧场中的海珍品之一
虾
营养丰富、滋味鲜美，广受消费者欢迎
虾加工和食用过程会产生大量的虾头、虾壳等副产物，约占原料的45%~70%。这些虾加工副产物富含甲壳素、蛋白质、磷脂和虾青素等营养物质，虾头与虾壳相比，其蛋白质、游离氨基酸、脂肪和游离脂肪酸含量较高，而灰分、甲壳素含量较低，因此虾头是虾加工副产物中最具营养价值的一部分，但其中甲壳素、蛋白质、钙质和脂质等成分结合紧密并且含盐量高，直接作为饲料动物难以充分吸收利用，只有小部分被干燥后才可作为低质饲料使用，而大部分被直接丢弃。虾副产物的直接丢弃不但造成大量的资源浪费，还会造成严重的环境污染隐患。因此，虾副产物的高值化利用，是充分开发虾类资源，实现我国虾产业绿色健康发展的重要研究方向。
固态发酵是一种将固态基质中的营养物质加以利用的发酵转化手段，非常适合应用于对虾副产物的高值化加工，同时枯草芽孢杆菌是芽孢杆菌属的一种，能产生耐干燥、耐热、抗紫外线和有机溶剂的孢子，具有很强的环境适应能力，并且列于我国农业部颁发的《饲料添加剂品种目录（2013）》中，可在动物饲料中使用。枯草芽孢杆菌无致病性，且具有广谱的对抗病原体的活性，可以分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶等多种酶类，在发酵过程中可对虾头中的蛋白质、脂质等成分进行高效水解，有助于其营养物质的释放和被利用。同时，枯草芽孢杆菌作为饲料添加剂使用时，还可发挥肠道定植、与其他微生物竞争排斥、特定代谢物的产生和免疫系统的刺激等功能活性。
有调查显示，我国宠物行业市场规模近3000亿，消费热点聚焦在宠物饲料与用品上。而宠物饲料不同于传统饲料注重转化率和料肉比，其更注重适口性、风味、营养均衡和高消化率。宠物市场的消费者在饲喂宠物时往往缺乏对宠物饲料营养均衡的正确理解，容易盲目地进行自由搭配，额外为宠物提供能量棒、肉罐头等食物，导致宠物出现消化不良或营养过剩等问题。同时市场上绿色天然、营养均衡、适口性好的宠物饲料添加剂较少，而通过益生菌固态发酵虾头，既可以利用虾头中丰富的营养，又能够同时发挥益生菌的功效，可作为一种绿色天然的宠物饲料添加剂使用。
基于以上虾产业发展和宠物饲料添加剂市场需求，该研究以虾头为主要原料，通过枯草芽孢杆菌进行固态发酵转化，并将发酵产物进行小鼠饲喂实验，探究其对小鼠生长性能和肠道菌群的影响来验证枯草芽孢杆菌固态发酵虾头制剂产品的饲喂效果，为其在宠物饲料添加剂中的应用提供理论依据和技术支撑。
过程
01
各实验组小鼠体重、采食量、体脂率的变化
02
各实验组小鼠胸腺指数、脾脏指数
03
04
种水平上的物种相对丰度的柱形图
05
各实验组 NMDS 分析
结论
该研究表明，在小鼠标准维持日粮中额外添加0.1%枯草芽孢杆菌发酵虾头制剂与额外添加0.1%虾头组的小鼠相比，可显著降低饲喂小鼠的体脂率62.9%，与饲喂维持日粮相比可提升小鼠的脾脏指数35.7%，同时小鼠肠道中罗伊氏乳杆菌、约氏乳杆菌等有益微生物相对丰度增加。枯草芽孢杆菌发酵虾头制剂具有降低体脂、提高免疫力和维持肠道益生菌群平衡的效果，具有在高端宠物饲料添加剂领域的应用潜力。该研究对提升虾头的使用价值，促进虾加工副产物的高值化加工利用具有一定的借鉴意义。
中国海洋大学食品科学与工程学院，海洋食品酶学与生化工程实验室团队基于固态发酵虾副产物技术，成功制备了高生物量的枯草芽孢杆菌制剂，并进行了小鼠饲喂实验，验证了其肠道益生活性。相关研究成果《枯草芽孢杆菌固态发酵虾头制剂对小鼠生长与肠道菌群影响研究》发表于《食品研究与开发》2022年7期191-198页，用枯草芽孢杆菌对虾头进行发酵转化，探究枯草芽孢杆菌固态发酵虾头制剂对小鼠生长指标和肠道菌群的影响。将小鼠分为维持饲料对照组（NC）、维持饲料+0.1%未发酵虾头对照组（MC）和维持饲料+0.1%发酵虾头制剂干预组（MH），进行8周饲喂实验。实验结果显示，未发酵与发酵虾头均具有诱食性，MC组与NC组相比体脂率增加，而MH组较NC组体脂率则显著降低62.9%，同时MH组脾脏指数也显著提高35.7%；与NC组相比，MC、MH组肠道菌群中罗伊氏乳杆菌、约氏乳杆菌等有益微生物相对丰度增加，且MH组的益生效果更好。结果分析表明，虾头具有诱食性，直接饲喂未发酵虾头会增加小鼠的体脂率，但饲喂枯草芽孢杆菌发酵虾头制剂则可显著降低小鼠的体脂率，同时维持日粮中添加0.1%发酵虾头制剂具有增加小鼠肠道内乳酸菌等有益微生物相对丰度和提高小鼠免疫力的效果。
第一作者：潘朝阳（1996—），男，硕士研究生，研究方向：海洋生物资源与生化工程。
通信作者：孙建安（1984—），男，中国海洋大学食品科学与工程学院副教授、硕士研究生导师，山东省海洋食品生物制造工程技术研究中心副主任。主要从事海洋生物资源的高值化生物转化开发利用研究，主持与参加国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金、山东省重点研发计划项目等科研项目10余项，以第一或通讯作者在SCI期刊发表论文10余篇，参与申请发明专利20余项，相关科研成果参与获得教育部技术发明二等奖、海洋工程科学技术二等奖和青岛市科技进步一等奖各1项。担任中国农业生物化学与分子生物学会青年委员会委员、山东省食品科学技术学会理事和山东省生物发酵产业协会理事等多个学术兼职。
项目资助：
上述研究工作得到了国家重点研发计划（2020YFD0900205）、泰山学者青年专家项目（tsqn201812020）、国家虾蟹产业技术体系建设（CARS-48）以及青岛市科技惠民示范引导专项（20-3-4-28-nsh）项目的资助。
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END
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