液態(tài)發(fā)酵飼料及其對豬腸道菌群和生長性能影響的研究進(jìn)展

劉 宇，王 爽，李 陽，王 巖，侯美如，尹珺伊，秦平偉，陳楠楠，史同瑞*，朱戰(zhàn)波*

（1.黑龍江省獸醫(yī)科學(xué)研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

液態(tài)發(fā)酵飼料及其對豬腸道菌群和生長性能影響的研究進(jìn)展

劉 宇1,2，王 爽1，李 陽1，王 巖1，侯美如1，尹珺伊1，秦平偉1，陳楠楠1，史同瑞1*，朱戰(zhàn)波2*

（1.黑龍江省獸醫(yī)科學(xué)研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

液態(tài)發(fā)酵飼料可調(diào)節(jié)胃腸道菌群平衡、改善消化功能，提高豬只生長性能，是飼用抗生素潛在替代品之一，具有廣泛的應(yīng)用價值與推廣前景。文內(nèi)通過綜述液態(tài)發(fā)酵飼料的生產(chǎn)工藝、品質(zhì)影響因素、及其對豬胃腸道pH、菌群和生長性能的影響，以期為液態(tài)發(fā)酵飼料的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與應(yīng)用提供參考。

液態(tài)發(fā)酵飼料；抗生素；菌群平衡；生長性能

液態(tài)發(fā)酵飼料是指將飼料原料與水按一定比例（1∶1.5～1∶4）混合，經(jīng)充分發(fā)酵后形成穩(wěn)定狀態(tài)的液態(tài)飼料［1］。液態(tài)發(fā)酵飼料主要分為全價液態(tài)發(fā)酵飼料和谷物液態(tài)發(fā)酵飼料。全價液態(tài)發(fā)酵飼料生產(chǎn)工藝簡單，但存在營養(yǎng)物質(zhì)的損失，如維生素和氨基酸，尤其是飼料中添加的合成氨基酸［2］。一些學(xué)者提倡應(yīng)用谷物液態(tài)發(fā)酵飼料替代全價液態(tài)發(fā)酵飼料。谷物液態(tài)發(fā)酵飼料是將谷物作為發(fā)酵底物，發(fā)酵成熟后再與其他營養(yǎng)成分復(fù)配，制備全價配方飼料，避免了發(fā)酵過程中營養(yǎng)物質(zhì)的損失。此外，純谷物底物相對全價飼料緩沖力更低，發(fā)酵過程更迅速［3］。

飼料原料中的天然益生菌，如乳酸菌和酵母菌，可發(fā)酵產(chǎn)生乳酸、乙酸和乙醇，降低液態(tài)發(fā)酵飼料pH，抑制病原微生物增殖［4］。優(yōu)質(zhì)的液態(tài)發(fā)酵飼料不僅可以改善豬只生長性能，還能通過降低豬胃液pH，抑制腸道病原菌增殖，如大腸桿菌和沙門氏菌［5］，降低腹瀉發(fā)病率?，F(xiàn)今，濫用抗生素已導(dǎo)致了諸多食品安全問題，歐盟已禁止將飼用抗生素作為豬生長促進(jìn)劑，液態(tài)發(fā)酵飼料作為飼用抗生素潛在替代品之一，日益受到人們的關(guān)注。

1 液態(tài)發(fā)酵飼料生產(chǎn)工藝

液態(tài)發(fā)酵飼料生產(chǎn)工藝主要分為自然發(fā)酵和人工接種益生菌發(fā)酵。自然發(fā)酵是指利用飼料原料中天然存在的乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵。飼料原料和水混合后，發(fā)酵進(jìn)程開始，在發(fā)酵初期乳酸菌數(shù)量較少，有機(jī)酸含量較低，pH較高，好氧菌大量增殖并耗盡氧氣。之后逐漸進(jìn)入發(fā)酵穩(wěn)定期，乳酸菌大量增殖，有機(jī)酸含量增高，pH降低，好氧菌減少或消失。自然發(fā)酵工藝簡單，但發(fā)酵周期較長［6］，飼料原料不可徹底滅菌。此外，自然發(fā)酵過程中可能產(chǎn)生大量醋酸和生物胺，影響液態(tài)發(fā)酵飼料適口性。

人工接種益生菌發(fā)酵是指在發(fā)酵底物中人工接種特定的益生菌菌種，加快發(fā)酵進(jìn)程。用于接種的益生菌應(yīng)具備高產(chǎn)乳酸和抑制病原菌增殖的能力［7］。因此優(yōu)良發(fā)酵菌種的篩選與生物學(xué)特性研究尤為關(guān)鍵。Missotte等［8］從豬腸道和液態(tài)發(fā)酵飼料樣品中分離到146株益生菌，對其發(fā)酵產(chǎn)酸和抑制沙門氏菌能力進(jìn)行了研究。篩選到了3株適用于液態(tài)發(fā)酵飼料的菌株，分別為約氏乳桿菌、唾液乳桿菌和植物乳桿菌。Kiyoshi等［9］選用植物乳桿菌作為液態(tài)發(fā)酵菌株，接種后18 h，pH降低至3.93，乳酸含量237.4 mmo1/L，乙酸含量32.0 mmo1/L，乳酸菌數(shù)達(dá)到109CFU/g，大腸桿菌未檢出。

2 液態(tài)發(fā)酵飼料品質(zhì)及其影響因素

優(yōu)質(zhì)的液體發(fā)酵飼料pH應(yīng)低于4.5，乳酸菌活菌數(shù)高于109CFU/mL，乳酸含量高于150 mmo1/ L，乙酸和乙醇濃度分別低于40 mmo1/ L和 0.8 mmo1/ L［4］。此外，Brooks［10］研究表明，液態(tài)發(fā)酵飼料的乳酸濃度應(yīng)高于100 mmo1/ L，從而減少腸道病原菌數(shù)量，提高小豬采食量，日增重和飼料效率。

影響發(fā)酵液體飼料品質(zhì)的因素主要包括發(fā)酵微生物和發(fā)酵工藝［11］。在發(fā)酵微生物方面，植物乳桿菌和戊糖片球菌是常見的發(fā)酵用乳酸菌種。此外，無論是天然乳酸菌還是接種乳酸菌，活菌數(shù)決定了乳酸產(chǎn)生的速度和產(chǎn)量。乳酸生成地越快，pH降低越快，抑制致病性菌增殖越快。在發(fā)酵工藝方面，發(fā)酵溫度可影響液態(tài)發(fā)酵飼料品質(zhì)。Jensen等［12］研究表明，發(fā)酵溫度為20 ℃，即可保證液態(tài)發(fā)酵正常進(jìn)行，且大腸桿菌菌數(shù)不會超過103CFU/g，進(jìn)一步提高發(fā)酵溫度不會顯著改善液態(tài)發(fā)酵飼料的品質(zhì)。然而，Bea1等［13］研究表明，與20 ℃的發(fā)酵溫度相比，發(fā)酵溫度為30 ℃時，液態(tài)發(fā)酵飼料中鼠傷寒沙門氏菌的增殖更快被抑制。30 ℃的發(fā)酵溫度更利于乳酸產(chǎn)生，使pH迅速下降至4.5以下。此外，飼料原料與水的比例應(yīng)控制在1∶1.5～1∶4范圍內(nèi)，而豬用液態(tài)發(fā)酵飼料中飼料原料與水的常用比例為1∶2或1∶3［14］。

3 液態(tài)發(fā)酵飼料對豬胃腸道pH的影響

胃酸形成的天然屏障可抑制或殺死腸道病原菌，然而斷奶階段仔豬胃酸分泌量低［15］，易受腸道病原菌的侵襲。液態(tài)發(fā)酵飼料可降低胃液pH，從而降低仔豬腹瀉發(fā)病率。Canibe and Jensen［16］研究表明，飼喂液態(tài)發(fā)酵飼料組豬只，其胃內(nèi)pH為4.0，顯著低于飼喂干飼料組豬只。Radecki等［17］研究表明，液態(tài)發(fā)酵飼料可使胃液pH降低，提高胃蛋白水解能力。然而，與飼喂干飼料仔豬相比，飼喂液態(tài)發(fā)酵飼料的仔豬，小腸內(nèi)pH更高［18］，這可能由于液態(tài)發(fā)酵飼料的pH較低，且乳酸含量高，刺激胰液大量分泌所致。

4 液態(tài)發(fā)酵飼料對豬腸道菌群的影響

液態(tài)發(fā)酵飼料可調(diào)節(jié)豬腸道菌群平衡，尤其是提高胃和小腸內(nèi)乳酸菌菌數(shù)。斷奶階段仔豬飼喂液態(tài)發(fā)酵飼料，可使腸道內(nèi)乳酸菌比例高于大腸桿菌，而飼喂干飼料的仔豬則相反［19］。此外，腸道中酵母菌數(shù)量顯著增加，酵母菌可將腸道病原菌黏附于自身表面，阻止其黏附于腸道上皮細(xì)胞。與飼喂干飼料的母豬相比，飼喂液態(tài)發(fā)酵飼料的母豬，其仔豬糞便中大腸桿菌菌數(shù)更低，乳酸菌菌數(shù)更高［20］。

5 液態(tài)發(fā)酵飼料對豬生長性能的影響

優(yōu)質(zhì)的液態(tài)發(fā)酵飼料，乳酸菌為優(yōu)勢菌群，乳酸含量高，具有芳香味，適口性好，不僅能夠刺激豬只采食，還能提高豬日增重和飼料效率。Ki1 and Stein［21］研究表明，液態(tài)發(fā)酵飼料改善了乳豬、斷奶仔豬和育肥豬生長性能，可替代抗生素作為一種飼用生長促進(jìn)劑。與其他飼料相比，液態(tài)發(fā)酵飼料可提高斷奶仔豬和育肥豬增重（22.3%和4.4%）、飼料效率（10.9%和6.9）［12］。此外，妊娠母豬飼喂液態(tài)發(fā)酵飼料，即能形成飽腹感，又能維持胃容積，利于分娩后迅速提高采食量。哺乳母豬飼喂液態(tài)發(fā)酵飼料，可增加其泌乳量［22］。

在改善消化功能方面，液態(tài)發(fā)酵飼料含有多種消化酶，可以改善豬只消化功能，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)吸收。液態(tài)發(fā)酵飼料中的有機(jī)酸可降低豬胃液pH，促進(jìn)胃蛋白酶原轉(zhuǎn)化為胃蛋白酶，減緩胃排空速率，促進(jìn)蛋白質(zhì)消化與吸收。Hong等［23］報道了，飼料原料經(jīng)30～35 ℃液態(tài)發(fā)酵72 h，可提高育肥豬回腸對粗蛋白、粗纖維和中性洗滌纖維消化率，粗蛋白腸道總消化率。Lyberg等［24］研究表明，與干飼料相比，液態(tài)發(fā)酵飼料可顯著改善回腸對有機(jī)質(zhì)、氮和鈣消化。另外，液態(tài)發(fā)酵飼料可顯著提高小腸絨毛高度、絨毛高度與隱窩深度比率，從而提高消化功能。

液態(tài)發(fā)酵還可清除飼料原料中的多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，Chiang等［25］研究表明，以菜籽粕為基礎(chǔ)的豬日糧，經(jīng)液態(tài)發(fā)酵1 d，異硫氰酸酯減少了17%，發(fā)酵3 d，減少了68%。另外，豆粕發(fā)酵96 h后，α-半乳糖苷、肌醇六磷酸酯、胰蛋白酶抑制劑，單寧酸和皂苷濃度均有所降低［26］。

6 展望

發(fā)酵菌種是液體發(fā)酵飼料的核心和關(guān)鍵，直接影響發(fā)酵飼料品質(zhì)和飼喂效果。如乳酸菌含量低或存在不適于發(fā)酵的乳酸菌，導(dǎo)致無法抑制腸道病原菌的增殖。酵母菌過度發(fā)酵導(dǎo)致發(fā)酵飼料適口性和畜禽采食量的降低。研究飼料原料中天然菌群是否適合液態(tài)發(fā)酵，或在發(fā)酵飼料中添加哪些外源益生菌種可促進(jìn)液態(tài)發(fā)酵，是決定液態(tài)發(fā)酵飼料品質(zhì)的關(guān)鍵。

液態(tài)發(fā)酵飼料具備替代飼用抗生素，作為促生長添加劑的潛力。然而，國內(nèi)的液體發(fā)酵飼料生產(chǎn)技術(shù)尚處于探索的階段，應(yīng)用局限于豬飼養(yǎng)。在優(yōu)良菌種選育、發(fā)酵工藝優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)等方面有待于深入研究［27］。國內(nèi)外已開始對飼用抗生素的使用進(jìn)行了限制，人們對食品安全問題愈發(fā)關(guān)注，研發(fā)高品質(zhì)的液態(tài)發(fā)酵飼料替代飼用抗生素，具有推廣可行性。隨著生物飼料發(fā)酵技術(shù)研究的不斷深入，液態(tài)發(fā)酵飼料生產(chǎn)設(shè)備和投料系統(tǒng)的推廣與普及，以及食品加工業(yè)副產(chǎn)品的廣泛利用，液態(tài)發(fā)酵飼料開發(fā)與市場應(yīng)用前景廣闊。

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2016-09-25）

黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目任務(wù)書編號：GC13B406。

黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目任務(wù)書編號：GC13B404。

劉宇（1982-），男，吉林扶余人，碩士，研究方向：獸醫(yī)微生態(tài)研究。

*通訊作者：史同瑞（1965-），男，山東泰安人，研究員，研究方向：家畜微生態(tài)研究。朱戰(zhàn)波（1969-），男，黑龍江大慶人，教授，研究方向：動物傳染病診斷與防治。