秸稈飼料發(fā)酵添加劑研究概況

王秀飛　劉海燕　王彥靖　楊大?！Ⅸi

摘要：本文介紹了秸稈飼料發(fā)酵劑和中藥飼料添加劑的研究現(xiàn)狀，提出秸稈飼料發(fā)酵劑與中藥添加劑存在的一些問題，并展望了飼料添加劑的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：秸稈飼料；發(fā)酵；中草藥添加劑

中圖分類號： S816.6；TQ920 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.20.058

秸稈飼料發(fā)酵研究對是微生物及飼料添加劑處理秸稈青（黃）貯和微貯的研究。農(nóng)作物秸稈是具有巨大潛力而未被充分開發(fā)利用的資源，將其發(fā)酵用做飼糧，對畜牧業(yè)具有積極的意義。利用微生物處理秸稈可以提高秸稈的營養(yǎng)價值，減少對環(huán)境造成污染。半個多世紀(jì)以來，相關(guān)部門進(jìn)行了不斷地探索，取得了相當(dāng)進(jìn)展，但能在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的微生物處理技術(shù)很少，而微生物處理秸稈關(guān)鍵就是添加劑的處理和研究。應(yīng)用添加劑的主要目的是保證乳酸菌繁殖條件，從而促進(jìn)秸稈青（黃）發(fā)酵過程良好，完善青（黃）貯品質(zhì)。此外，添加劑還被用來減少發(fā)酵損失和提高有氧穩(wěn)定性。

理想的青（黃）貯添加劑，必須增加干物質(zhì)（養(yǎng)分）的保存量，提高動物的生產(chǎn)性能（乳，增重，體況，繁殖），或減少貯存和取料時的發(fā)熱和霉變。目前，國內(nèi)外的研究主要集中在發(fā)酵促進(jìn)型添加劑（包括添加乳酸菌、纖維素酶以及菌酶協(xié)同處理）。

1 秸稈飼料發(fā)酵劑與中草藥添加劑研究現(xiàn)狀

1.1 發(fā)酵促進(jìn)型添加劑研究現(xiàn)狀

發(fā)酵促進(jìn)劑主要是促進(jìn)乳酸菌的發(fā)酵，達(dá)到保鮮貯藏的目的，主要包括乳酸菌制劑、酶制劑和糖制劑。目前常用的優(yōu)良乳酸菌制劑有植物乳桿菌、腸道球菌、戊糖片球菌等。秸稈發(fā)酵中起初大多是單菌接種，例如接種同型發(fā)酵乳桿菌Lactobacillus.plantarum[1-2]或L.casei[3]，異型發(fā)酵乳桿菌如L.buchneri或L.bre-vis[1-3]，或者將兩者簡單結(jié)合[2]。單純接種L.plantarum雖然可使發(fā)酵飼料最終pH值降低，乳酸含量提高，但對改善其有氧穩(wěn)定性效果不明顯；而單純接種L.buchneri或L.brevis雖提高了有氧穩(wěn)定性，抑制了有氧條件下的有機(jī)質(zhì)損失，但乳酸含量較低，缺乏營養(yǎng)；將2種菌混合發(fā)酵，在一定程度上可以保證營養(yǎng)，提高有氧穩(wěn)定性[2]。若在玉米秸稈黃貯過程中接種乳酸菌可使秸稈的纖維含量由35.3%降低到25.3%，并增加可溶性碳水化合物含量；若同時使用酵母菌，可使粗蛋白質(zhì)含量提高10%[4]。酶制劑添加劑主要是多種細(xì)胞壁分解酶，如淀粉酶、纖維素酶、半纖維素酶等。孫娟娟等[5]研究結(jié)果表明，纖維素酶能夠分解細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物流出，增加青貯飼料中乳酸發(fā)酵所需可溶性糖；王安等[6]的研究結(jié)果表明，添加纖維素酶后，青貯飼料的NDF和ADF含量降低，Selmer-olsen[7]在牧草和紅三葉混合青貯中添加纖維素酶，青貯飼料pH降低，乳酸和水溶性碳水化合物含量增加；呂建敏等[8]實(shí)驗(yàn)表明，纖維素酶可將青貯原料細(xì)胞壁中的結(jié)構(gòu)性多糖降解為單糖，為乳酸菌發(fā)酵提供充足的底物，使pH值迅速降低，抑制有害微生物發(fā)酵，從而更好地保存青貯料；楊永明等發(fā)現(xiàn)，溫度可顯著加強(qiáng)外源纖維復(fù)合酶對黃貯玉米秸稈纖維物質(zhì)的降解效果，40℃時的降解效果優(yōu)于20℃，加大酶量時纖維物質(zhì)的降解效果好[9]。向青貯原料中混合添加菌制劑和酶制劑對降解植物細(xì)胞壁成分有顯著作，同時還可以降低氨態(tài)氮和有害微生物的含量，使青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)得到了明顯的改善[10]；韓繼福[11]等發(fā)現(xiàn)，纖維素酶和復(fù)合乳酸菌對玉米秸稈pH值、組成成分、瘤胃降解無顯著影，但可以提高乳酸含量；固體調(diào)制劑（復(fù)合乳酸菌+酶制劑）和液體調(diào)制劑（益生菌）顯著提高了玉米秸稈快速降解的DM、NDF成分；陳合等利用菌酶共同降解處理玉米秸稈，結(jié)果表明：木質(zhì)素、纖維素、半纖維素的降解率分別達(dá)到67.0%、60.4%、33.0%，秸稈還原糖含量達(dá)0.507%[12]。采用多孔聚酯材料固定里氏木霉菌絲細(xì)胞，將固定化細(xì)胞在生長限制條件下重復(fù)分批培養(yǎng)，使纖維酶的合成與玉米秸稈纖維原料的酶解糖化耦合在一個反應(yīng)器中同時進(jìn)行，在30℃、初始pH值4.8、搖瓶轉(zhuǎn)速150r/min的條件下，連續(xù)重復(fù)進(jìn)行12次分批培養(yǎng)試驗(yàn)。每批玉米秸稈用量為60g/L，培養(yǎng)周期4.5，共54d。培養(yǎng)液中含濾紙酶活力平均0.70IU/m，還原糖26.41g/L，糖化率達(dá)到理論值的89.11。這種菌酶共降解工藝發(fā)揮了酶、菌的相互作用，為玉米秸稈的生物利用提供了一種新途徑?？傮w看，單獨(dú)加入酶或菌都對秸稈的纖維素降解轉(zhuǎn)化有較好的效果，但效果不理想，意義也不大。用酶和菌共同處理秸稈，利用酶和菌的協(xié)同作用，可有效地提高秸稈的利用價值，能夠取得更好的飼喂效果。

1.2中草藥飼料添加劑研究現(xiàn)狀

中草藥添加劑是具有中國特色的綠色添加劑，它以傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學(xué)理論作為依據(jù)，輔以動物生理和動物營養(yǎng)等科學(xué)理論技術(shù)，通過一定的加工工藝而制成的飼料添加劑[13]。中草藥作為飼料添加劑具有營養(yǎng)性和藥物性的作用，其本質(zhì)就是利用微生物在生長代謝過程中所產(chǎn)生的酶，對外源性中草藥底物進(jìn)行結(jié)構(gòu)的修飾和轉(zhuǎn)化[14]。中草藥通過微生物的發(fā)酵作用之后，中草藥細(xì)胞壁被破使有效物質(zhì)溶出，從而提高了有效活性物質(zhì)的濃度[15]，原有不能被直接利用的有效活性大分子物質(zhì)被分解成相對分子量較小的物質(zhì)，并且中草藥自身的有效成分和活性物質(zhì)都能夠得到最大限度的提取；發(fā)酵后的藥物容易被動物體收快，較完整，最大程度提高藥效，并降低藥的使用量。例如，大豆異黃酮主要以9種異黃酮糖苷和3種相應(yīng)的配糖體組成，經(jīng)過腸道微生物的作用，大部分糖苷被脫離并釋放出游離式的二羥基異黃酮和三羥基異黃酮，這兩種異黃酮可以被機(jī)體有效的吸收[16]。另外，微生物利用生物轉(zhuǎn)化體系的分解作用，可以將中草藥中的有毒物質(zhì)進(jìn)行分解或者進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾轉(zhuǎn)化為新的成分，從而在一定程度上降低了藥物的毒副作用[17]。韓春楊等[18]采用HPLC來檢測由黃芪、黨參、茯、山楂、麥芽和白術(shù)組成中藥制劑在經(jīng)微生物發(fā)酵前后主要成分的變化情況，并通過動物試驗(yàn)（飼喂肉雞）驗(yàn)證效果。其試驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合制劑經(jīng)過微生物發(fā)酵后，有些成分的含量增加了1～4倍，且主要成分也發(fā)生了改變；中草藥發(fā)酵制劑組肉雞的新城疫抗體效價、免疫器官指數(shù)、血液中RBC均顯著高于未發(fā)酵制劑組，同時明顯提高了飼料利用率。由此可見，微生物具有較強(qiáng)的生物轉(zhuǎn)化能力，可將中草藥中含有的毒性成分轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)或降低，使毒性中草藥的用藥量控制在安全范圍內(nèi)，而不影響其療效。劉鵬等通過加入中草藥飼料添加劑（特色菊芋）的飼料飼喂生豬的試驗(yàn)，母豬產(chǎn)仔率和仔豬成活率提高5%～10%，日增重提高10%，縮短出欄時間5天左右，檢測鮮味氨基酸、脂肪酸均比對照提高顯著。袁政委[19]等研究發(fā)現(xiàn)，由當(dāng)歸、山楂、丹參、黃芪、馬齒莧、等11味中草藥組成的添加劑，可以改善獺兔肉中脂肪酸、氨基酸含量，提高肌肉營養(yǎng)價值和肉質(zhì)的風(fēng)味。endprint

事實(shí)證明，經(jīng)過微生物發(fā)酵的中草藥，可以顯著提升有效成分的含量，調(diào)節(jié)畜禽胃腸道的菌群結(jié)構(gòu)，抑制有害菌的生長，促進(jìn)有益菌的增殖。同時明顯的提高了飼料利用率。中草藥添加劑作為一種可能替代抗生素的健康飼料、綠色飼料添加劑，中草藥已在生產(chǎn)實(shí)踐中表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。中草藥飼料添加劑的開發(fā)利用，會有效提高我國畜牧業(yè)生產(chǎn)水平及產(chǎn)品質(zhì)量，保障畜產(chǎn)品質(zhì)量安全。將有效解決藥物殘留問題，為生產(chǎn)健康、綠色、有機(jī)的高端畜產(chǎn)品提供強(qiáng)力保障，必將推動整個畜牧業(yè)的健康發(fā)展。因此，中草藥是較為適合的飼料添加劑。

2 秸稈飼料發(fā)酵劑與中草藥添加劑存在問題

國內(nèi)外學(xué)者對秸稈飼料化利用研究主要是在改善秸稈的適口性，提高消化率，增加其營養(yǎng)價值等方面進(jìn)行了大量深入的研究和生產(chǎn)實(shí)踐，并取得了很大的進(jìn)展。酶制劑是近年來研究較多的一種黃（青）貯填加劑，主要是纖維素酶，其他還有半纖維素酶，β-葡聚糖酶，植酸酶，果膠酸酶等。目前，所用的生物技術(shù)如酶解法與微生物發(fā)酵法等仍為初級階段，處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，很少進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化，更未走上產(chǎn)業(yè)化的道路。無論是酶菌發(fā)酵劑研制開發(fā)，還是中草藥添加劑用于秸稈飼料，雖然研究的不少，時間也較長；實(shí)驗(yàn)室研究成果較多，能夠應(yīng)用到實(shí)際的不多，大都處研究發(fā)展初級階段。有些研究可重復(fù)性及可操作性不強(qiáng)，還需要大量試驗(yàn)去驗(yàn)證完善，存在很多需要解決問題，但總的發(fā)展趨勢是好的，是向前發(fā)展的。未來秸稈發(fā)酵飼料的發(fā)展趨勢主要是由原來青貯、黃貯向秸稈包膜微貯及顆?；珒r料方向發(fā)展，發(fā)酵添加劑的應(yīng)用也由最初多采用單菌種、單酶制劑發(fā)酵，向多菌種與多酶制劑混合發(fā)酵，效率更高方向發(fā)酵，并且由原來的只提高適口性和利用率，向既提高適口性和利用率，又增強(qiáng)畜禽抗病免疫力及產(chǎn)子率、改善產(chǎn)品品質(zhì)等方面深入。飼料添加劑也由原先在飼料里添加抗生素轉(zhuǎn)為添加中草藥添加劑等原生態(tài)、健康的添加劑為主要方向。

總體看，單獨(dú)加入酶或菌都對秸稈的纖維素降解轉(zhuǎn)化有較好的效果，能夠有效地提高秸稈的利用價值，只是處理秸稈的效果都不太理想，作用與意義不大。雖然中草藥飼料添加劑的應(yīng)用越來越廣泛，但加工工藝粗糙、添加劑量大，缺乏質(zhì)量安全檢測標(biāo)準(zhǔn)，造成了中草藥市場和配方市場的混亂。酶和菌共同處理秸稈，利用酶和菌的相互作用以及中藥的獨(dú)特添加，相信能夠取得更好的效果。

3 結(jié)語

系統(tǒng)集成秸稈飼料添加劑的制做要系統(tǒng)化和集成化。從原料的種植→管理→采收→粗加工→精加工→提取物→配方混合→成品，實(shí)現(xiàn)基地化、農(nóng)場化、產(chǎn)業(yè)化。隨著中草藥成本攀升和資源匱乏等條件的改變，制約了中藥飼料添加劑的使用和推廣。建立相關(guān)的中草藥生產(chǎn)和中草藥飼料添加劑加工基地，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會效益。

生產(chǎn)、飼用安全標(biāo)準(zhǔn)安全化、標(biāo)準(zhǔn)化是秸稈飼料添加劑市場化的前提和重要保證。中草藥含有一定的毒性，通過各種飼喂試驗(yàn)及檢測部門化驗(yàn)檢測優(yōu)化出行業(yè)中草藥添加劑統(tǒng)一的質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)，以便于飼料的工業(yè)化生產(chǎn)。

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作者簡介：王秀飛，本科學(xué)歷，副研究員，研究方向：能源作物開發(fā)及生物質(zhì)資源化利用。

通訊作者：劉鵬，碩士，研究員，研究方向：能源作物開發(fā)及生物質(zhì)資源化利用。endprint