微生物發(fā)酵飼料在畜禽養(yǎng)殖中的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用

陶 蕾，周玉巖，趙鳳舞，逯佩鳳，梁劍平，陳世恩(.廣東海納川藥業(yè)股份有限公司，廣州廣東5855;.蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州70000;.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，蘭州甘肅70050;4.西北民族大學(xué)，甘肅蘭州7000)

近年來，在畜禽、反芻動(dòng)物和水產(chǎn)動(dòng)物規(guī)?；?、集約化養(yǎng)殖過程中，在飼料中長(zhǎng)期連續(xù)使用添加抗生素已造成動(dòng)物體的抗藥性，促使對(duì)人類有害的病原菌產(chǎn)生抗藥性，進(jìn)而影響到人類公共衛(wèi)生與安全。目前，國(guó)家規(guī)定了許多藥物飼料添加劑的限制使用，特別是抗生素的限制使用，促進(jìn)了非藥物飼料添加劑的發(fā)展和廣泛使用，微生物發(fā)酵飼料行業(yè)得到了發(fā)展，因其所具備的多種優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)引起世界飼料行業(yè)的重視，并且已經(jīng)開始了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。利用微生物生產(chǎn)的飼料蛋白、酶制劑、氨基酸、維生素、抗生素和益生菌微生物制劑等飼料產(chǎn)品的使用使發(fā)酵工程技術(shù)在飼料工業(yè)中得到了更廣泛的應(yīng)用，可以彌補(bǔ)常規(guī)飼料中容易缺乏的氨基酸，而且能使其他粗飼料原料營(yíng)養(yǎng)成份迅速轉(zhuǎn)化，達(dá)到增強(qiáng)消化吸收與利用的效果。微生物發(fā)酵飼料可以防治動(dòng)物疾病，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，改善生態(tài)環(huán)境，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和積極的環(huán)保意義［1－3］。

1 微生物發(fā)酵飼料

1.1 定義 微生物發(fā)酵飼料是指在人為可控制的條件下，以植物性農(nóng)副產(chǎn)品為主要原料，通過1種或多種有益復(fù)合微生物的發(fā)酵作用，降解部分多糖、蛋白質(zhì)、脂肪，消除抗?fàn)I養(yǎng)因子和積累有益的代謝產(chǎn)物等大分子物質(zhì)，生成有機(jī)酸和可溶性多肽等小分子物質(zhì)，形成營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性好和活菌含量高的生物飼料［4］。

1.2 作用 通過微生物發(fā)酵飼料產(chǎn)生促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的有益成分，提高飼料消化率，增加適口性，延長(zhǎng)儲(chǔ)存時(shí)間，將有毒粕類轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒、低毒的優(yōu)質(zhì)飼料，提高氮利用率，減少畜禽養(yǎng)殖過程中環(huán)境污染，降低糞便中氮污染，抑制病原微生物滋生，積累小肽和乳酸等有益代謝產(chǎn)物，大幅減少或完全替代抗生素的使用。江浩軍等［5］對(duì)豆粕進(jìn)行發(fā)酵后發(fā)現(xiàn)對(duì)照組平均日增重為250 g，試驗(yàn)組平均日增重為269 g，試驗(yàn)組比對(duì)照組提高7.6%;對(duì)照組料重比為1.79∶1，而試驗(yàn)組料重比1.65∶1，試驗(yàn)組比對(duì)照組下降了7.8%，差異顯著(P ＜0.05)。試驗(yàn)組腹瀉率顯著低于對(duì)照組;2組仔豬腹瀉都在試驗(yàn)開始2周內(nèi)較多，尤以斷奶后3～5 d為高峰期。試驗(yàn)期對(duì)照組仔豬死亡3頭，死亡率為6%，試驗(yàn)組死亡1頭，死亡率為2%，試驗(yàn)組死亡率顯著低于對(duì)照組。李旋亮等［6］研究表明發(fā)酵飼料可以改善斷奶仔豬腸黏膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)，有助于減少仔豬腹瀉和增強(qiáng)仔豬對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力。林標(biāo)聲等［7］研究發(fā)現(xiàn)飼用微生物發(fā)酵飼料組比常規(guī)飼料組平均日增重提高了5.56%，而料重比降低3.53%。此外，試驗(yàn)組糞便中有益菌群數(shù)量增加，pH下降，與對(duì)照組差異顯著(P＜0.05)。微生物發(fā)酵飼料可以代替抗生素添加飼料，并可起到促進(jìn)仔豬健康生長(zhǎng)的功效。胡新旭等［8］研究表明無抗發(fā)酵飼料能夠提高生長(zhǎng)育肥豬的生產(chǎn)性能，增強(qiáng)免疫能力，提高屠宰豬肉品質(zhì)。王德培等［9］研究發(fā)現(xiàn)飼喂微生物發(fā)酵飼料組的奶牛產(chǎn)奶量較對(duì)照組提高了0.85 kg/d(P＜0.05)，乳脂率提高了0.17%(P ＜0.05)，乳蛋白含量提高了 4.1%(P ＜0.05)，全乳固體提高了0.4%(P ＜0.05)。

2 微生物發(fā)酵飼料主要的發(fā)酵菌種

2.1 選擇發(fā)酵菌種的原則 微生物發(fā)酵飼料的菌種必須符合安全原則，不能危害環(huán)境固有的生態(tài)平衡(特別是某些基因工程菌種);不能產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì);菌體本身具有很好的生長(zhǎng)代謝活力，合成小肽和有機(jī)酸等小分子物質(zhì)，能在培養(yǎng)基中迅速生長(zhǎng)，能有效降解大分子和抗?fàn)I養(yǎng)因子。菌種能保護(hù)和加強(qiáng)動(dòng)物體菌群的正平衡?？梢酝ㄟ^2種方式來達(dá)到目標(biāo):發(fā)酵飼料的生產(chǎn)菌種本身就是從飼養(yǎng)的目標(biāo)動(dòng)物消化道中分離出來的有益菌［10］或者我國(guó)農(nóng)業(yè)部2013年12月發(fā)布的第1126號(hào)公告《飼料添加劑品種目錄》的菌種。

2.2 主要的發(fā)酵菌種 美國(guó)已批準(zhǔn)40多種微生物用于飼料微生物添加劑生產(chǎn)，我國(guó)農(nóng)業(yè)部于1999年公布允許使用飼料級(jí)微生物添加劑和酶制劑的微生物菌種名單［11］。目前，市場(chǎng)上用于飼料發(fā)酵的益生菌種類主要是乳酸菌、芽孢桿菌、酵母和霉菌。

2.2.1 乳酸菌。乳酸菌是應(yīng)用最早、最廣泛的益生菌，是一類能在可利用的碳水化合物發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量乳酸的細(xì)菌的總稱［12］。乳酸菌具有促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收、降低血清膽固醇、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、激活機(jī)體免疫系統(tǒng)、改善食品風(fēng)味和預(yù)防癌癥等多方面的生理功能，利用益生乳酸菌發(fā)酵而成的飼料對(duì)促進(jìn)動(dòng)物的健康生長(zhǎng)具有重要的實(shí)踐意義［13］。乳酸菌在食品、醫(yī)藥和畜牧業(yè)中廣泛應(yīng)用。乳酸菌固態(tài)發(fā)酵酶解能通過提高豆粕、棉籽粕和菜籽粕中粗蛋白質(zhì)含量，降低PH及對(duì)抗?fàn)I養(yǎng)因子的降解，從而達(dá)到改善飼料品質(zhì)的目的［14］。國(guó)內(nèi)外有大量的飼養(yǎng)和臨床試驗(yàn)都證實(shí)，乳酸菌對(duì)人類和動(dòng)物體保健和治療都有較好的療效。楊璐等［15］通過對(duì)發(fā)酵液體飼料的營(yíng)養(yǎng)特性的研究和在對(duì)仔豬生產(chǎn)上的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，可以降低仔豬胃內(nèi)的酸度，增加仔豬的采食量，從而提高其生產(chǎn)性能。同時(shí)，能有效抑制有害細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖，控制仔豬的腹瀉，減少抗生素的使用。乳酸菌可以提高飼料的品質(zhì)，提升家禽對(duì)飼料的利用率，與傳統(tǒng)的抗生素和化學(xué)添加劑相比具有無污染、高效、安全等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2 酵母菌。酵母是一類非絲狀真核微生物，一般泛指能發(fā)酵糖類的各種單細(xì)胞真菌，酵母菌體中含有非常豐富的蛋白質(zhì)、B族維生素、脂肪、糖、酶等多種營(yíng)養(yǎng)成分。飼料酵母因其含有較高的粗蛋白質(zhì)、氨基酸(粗蛋白質(zhì)含量高達(dá)50%)及多種維生素，同時(shí)含有多種動(dòng)物所需的消化酶(α-淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶等)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化利用起著重要作用［16－18］。酒糟可在生產(chǎn)中用作飼料來飼喂動(dòng)物，價(jià)格低廉，對(duì)牛適口性好，在瘤胃中酒糟蛋白降解率較高，補(bǔ)充肉牛育肥快速生長(zhǎng)對(duì)蛋白質(zhì)的需要，在生產(chǎn)中可作為肉牛育肥的蛋白質(zhì)補(bǔ)充料進(jìn)行應(yīng)用［19］。酵母菌富含蛋白質(zhì)和其他代謝產(chǎn)物，在提高動(dòng)物的免疫、生長(zhǎng)和繁殖能力方面具有顯著功效，是天然綠色生物飼料添加劑，價(jià)格低廉并有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，市場(chǎng)需求旺盛，具有很好的應(yīng)用前景［20］。K.Gbelibasakis等試驗(yàn)表明濕啤酒糟替代青貯玉米和大豆粉來改變35% ～39%的瘤胃不可降解蛋白飼喂奶牛，顯著提高了實(shí)際乳產(chǎn)量、4%校正乳產(chǎn)量、乳脂含量、乳總固形物含量和乳脂產(chǎn)量［21］。Wlliams等報(bào)道給雜交肉牛供給酵母培養(yǎng)物能夠提高飼料的利用率。據(jù)報(bào)道，在泌乳牛、生長(zhǎng)牛、水牛、綿羊、山羊日糧中添加酵母菌培養(yǎng)物后，產(chǎn)奶量提高6.8% ～17.4%，平均提高 7.8%［22］。

2.2.3 芽孢桿菌。由于芽孢桿菌能夠產(chǎn)生維生素B1、B2、B6等B族維生素、維生素C、蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等酶以及多種代謝產(chǎn)物;進(jìn)入腸道后消耗大量的氧氣，維持腸道厭氧環(huán)境，抑制需氧致病菌的生長(zhǎng)，維持動(dòng)物腸道的菌群平衡。這些特性對(duì)促進(jìn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)的消化吸收、提高動(dòng)物的飼料轉(zhuǎn)化率、防病和促進(jìn)生長(zhǎng)起到重要作用。陳潔梅等利用芽孢桿菌對(duì)豆粕進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)，發(fā)酵后樣品中粗蛋白含量從50.6%增加到54.1%，TCA-N 含量從2.4%增加到 38.8%，大豆肽含量從1.8%提高到29.5%，乳酸含量從0.7%增加到4.7%，游離氨基酸含量從5.57 mg/g增加到92.65 mg/g。SDS－PAGE電泳分析結(jié)果表明，發(fā)酵后大豆抗原已經(jīng)完全被分解，大分子蛋白質(zhì)基本上都被降解成10 kD以下的小分子肽，各種主要抗?fàn)I養(yǎng)因子的降解率達(dá)90%以上。芽孢桿菌是一種公認(rèn)的安全無毒的革蘭氏陽性菌，對(duì)飼料的降解消化吸收和動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)代謝起到促進(jìn)作用［23］。肉雞日糧中添加枯草芽孢桿菌B7對(duì)其生長(zhǎng)性能及免疫功能影響［24］。因此，飼料微生物的發(fā)酵菌種具有很好的研究意義和發(fā)展前景。

3 微生物發(fā)酵飼料的作用機(jī)理

3.1 產(chǎn)生有益因子 促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)微生物發(fā)酵飼料中含有大量的有益菌，飼喂動(dòng)物時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些具有特殊生理活性的小肽，參與機(jī)體的生理活動(dòng)，促進(jìn)氨基酸和礦物質(zhì)的吸收，提高蛋白質(zhì)的合成，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，還能改善飼料風(fēng)味和提高飼料適口性，從而提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。陳如水等以發(fā)酵豆粕和發(fā)酵棉粕為主要蛋白原料的育肥豬無抗飼料配方產(chǎn)品與常規(guī)飼料相比，能顯著提高育肥豬末重及平均日增重;每頭豬養(yǎng)殖收入增加78.72元，提高毛利33.98%;能顯著降低豬肉剪切力和滴水損失，提高豬肉氨基酸水平，改善肉品質(zhì)，提高豬肉營(yíng)養(yǎng)［25］。鄭云峰等在斷奶仔豬日糧中分別添加發(fā)酵豆粕8%和20%，均能顯著提高仔豬的日增重、蛋白質(zhì)利用率和飼料轉(zhuǎn)化率［26］。俞曉輝等在斷奶仔豬日糧中用2種大豆發(fā)酵蛋白替代魚粉，結(jié)果表明主要以枯草芽孢桿菌、酵母菌和曲霉菌混合菌為主的大豆發(fā)酵蛋白替代部分魚粉對(duì)斷奶仔豬的生長(zhǎng)具有抑制作用，增加仔豬的腹瀉率;以枯草芽孢桿菌、乳酸菌和酵母菌混合菌為主的大豆發(fā)酵蛋白替代部分魚粉對(duì)仔豬的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，降低仔豬的腹瀉率［27］。孫汝江等研究表明在蛋雞基礎(chǔ)日糧中添加10%微生物發(fā)酵飼料可以顯著提高蛋雞的生產(chǎn)性能與經(jīng)濟(jì)效益［28］。盧珍蘭等［29］研究表明在生長(zhǎng)育肥豬日糧中添加微生物發(fā)酵玉米秸稈飼料能夠滿足育肥豬的生長(zhǎng)需要，當(dāng)其添加量為20%～30%時(shí)能夠降低生長(zhǎng)育肥豬的腹瀉率及死亡率，降低養(yǎng)殖成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，且以添加20%微生物發(fā)酵玉米秸稈飼料的效果最佳。

3.2 提高機(jī)體的免疫性能 微生物發(fā)酵飼料中含有大量的有益菌，可以通過菌體本身或細(xì)胞壁成分刺激并激活宿主免疫細(xì)胞，促進(jìn)吞噬細(xì)胞活力。有益微生物還可以發(fā)揮特異性免疫功能，增強(qiáng)動(dòng)物體內(nèi)B細(xì)胞產(chǎn)生抗體的能力，從而增強(qiáng)畜禽的免疫功能，減少疾病的發(fā)生。張勇剛等報(bào)道益生菌發(fā)酵飼料可以提高豬的采食量、飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率、轉(zhuǎn)化率及其仔豬的存活率，并能改善豬肉的品質(zhì)，延長(zhǎng)肉品貨架期，可以起到防病、治病、增強(qiáng)機(jī)體免疫力的功效。與傳統(tǒng)的抗生素和化學(xué)藥物相比，益生菌發(fā)酵飼料具有無公害、安全、高效、品質(zhì)優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，是新型的、安全的飼養(yǎng)添加劑［30］。

3.3 產(chǎn)生有益代謝物 調(diào)節(jié)動(dòng)物體內(nèi)微生態(tài)平衡，微生物發(fā)酵飼料中含大量的有益微生物。李旋亮等通過水拌發(fā)酵組和菌液發(fā)酵組的空腸、盲腸和結(jié)腸的絨毛高度顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)，菌液發(fā)酵組十二指腸和空腸的隱窩深度顯著低于水拌組和對(duì)照組(P＜0.05)，菌液發(fā)酵組十二指腸和空腸的V/C值也顯著高于其他2組(P＜0.05)，水拌發(fā)酵組和菌液發(fā)酵組的空腸、回腸和結(jié)腸的黏膜厚度顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)。發(fā)酵飼料可以改善斷奶仔豬腸黏膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)，有助于減少仔豬腹瀉和增強(qiáng)仔豬對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力［31］。這些益生菌改善了動(dòng)物胃腸道微生物區(qū)系，促進(jìn)了胃腸道中有益菌群繁殖，抑制了有害微生物的繁殖。Forestie等研究發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌可以抑制埃希氏大腸桿菌和沙門氏寒菌等致病菌附著到腸細(xì)胞上，與病原菌發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性頡頏作用，從而限制致病菌在腸道中的數(shù)量［32］。有益菌通過競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用阻止有害微生物在腸黏膜上的附著與繁殖，對(duì)構(gòu)成畜禽腸道內(nèi)微生態(tài)系統(tǒng)的平衡、建立一個(gè)正常且平衡良好的腸道微生物區(qū)系和抵御病原性微生物感染具有十分重要的意義。

4 存在問題

盡管發(fā)酵飼料在現(xiàn)階段養(yǎng)殖業(yè)中已經(jīng)取得很大的成效，但是在其添加與應(yīng)用中仍存在很多問題:微生物發(fā)酵生產(chǎn)菌株的性能不穩(wěn)定，耐受性低;某些活菌制劑不易保存;有益菌群協(xié)同作用機(jī)制或拮抗作用機(jī)理不明確，對(duì)其有效成分缺乏研究，對(duì)微生物發(fā)酵飼料的品質(zhì)難以鑒定。這些問題都阻礙了微生物發(fā)酵飼料的進(jìn)一步發(fā)展。因此，建立完善的行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法十分必要。

發(fā)酵飼料目前尚未形成統(tǒng)一的生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)發(fā)酵飼料廠對(duì)微生物和發(fā)酵工藝了解甚少，生產(chǎn)設(shè)備和專業(yè)人員非常有限;生產(chǎn)過程容易受到污染;檢測(cè)、監(jiān)控條件差;菌種來源復(fù)雜;營(yíng)養(yǎng)水平低等也是制約微生物發(fā)酵菌種的原因之一。

5 展望

微生物發(fā)酵飼料在水產(chǎn)動(dòng)物、家禽、反芻動(dòng)物和豬等畜禽養(yǎng)殖中大范圍應(yīng)用，作為抗生素和蛋白的替代品可以大大降低藥源性(主要來自于飼料)疾病，改善動(dòng)物整體健康狀況，還可以生產(chǎn)出無抗生素殘留的優(yōu)質(zhì)畜禽產(chǎn)品，滿足人們對(duì)綠色健康食品的迫切需求。微生物種類眾多，資源豐富，尤其是可以利用各種農(nóng)作物秸稈、糠、木屑等物質(zhì)，開發(fā)潛力巨大，發(fā)酵原料來源廣泛，減少環(huán)境污染，同時(shí)又變廢為寶，得到價(jià)格低廉、易于生產(chǎn)推廣的產(chǎn)品。它作為一種新興產(chǎn)業(yè)，會(huì)帶來巨大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，在飼料工業(yè)中必將具有廣闊的發(fā)展前景。

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