生物發(fā)酵飼料在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

黃 強(qiáng)，朱秋鳳，孫亞楠，高全利，岳隆耀，邵彩梅

（遼寧禾豐牧業(yè)股份有限公司，遼寧沈陽 110000）

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和城市規(guī)模的擴(kuò)大，畜牧業(yè)發(fā)展所需的飼料資源和發(fā)展空間嚴(yán)重不足，畜牧業(yè)發(fā)展受到制約。2017年，全國(guó)年末生豬存欄量為43 325萬頭，出欄量為68 861萬頭，而生豬養(yǎng)殖是典型的耗糧型畜牧生產(chǎn)[1]，如何利用生物技術(shù)和飼料工藝手段來提高現(xiàn)有飼料資源的利用效率、開發(fā)新的飼料資源，以緩解飼料資源緊缺，是當(dāng)前我國(guó)畜牧業(yè)亟需解決的首要問題。生物發(fā)酵飼料可以通過有益微生物的自身代謝、降解或轉(zhuǎn)化飼料原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，產(chǎn)生更易被消化吸收且無殘留的飼料，大大提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及利用率，同時(shí)生物發(fā)酵飼料中的有益微生物具有調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道的微生物區(qū)系、增強(qiáng)免疫力和促生長(zhǎng)等作用[2-4]。生物發(fā)酵飼料作為新型無抗飼料，還具有原料多樣化、無抗生素殘留、綠色環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，是有效解決動(dòng)物性食品安全問題的重要途徑。

1 生物發(fā)酵飼料的定義及分類

生物發(fā)酵飼料是指在可控條件下，利用一些有益微生物按照一定的發(fā)酵工藝流程將飼料（單一飼料或全價(jià)配合飼料）和輔料混合發(fā)酵，使得飼料中的部分蛋白質(zhì)、脂肪和多糖等大分子物質(zhì)被降解或轉(zhuǎn)化為可溶性多肽、有機(jī)酸和酶等小分子物質(zhì)，從而形成營(yíng)養(yǎng)豐富、活菌含量高、適口性好的生物發(fā)酵飼料[5]。

生物發(fā)酵飼料根據(jù)微生物種類、設(shè)備工藝等設(shè)定不同分類。按微生物好氧程度差異可分為好氧性發(fā)酵飼料和厭氧性發(fā)酵飼料；按發(fā)酵劑種類差異可分為酶制劑發(fā)酵飼料、微生物制劑發(fā)酵飼料和菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料；按發(fā)酵設(shè)備差異可分為密閉式發(fā)酵飼料、敞口式發(fā)酵飼料、淺盤式發(fā)酵飼料和深層式發(fā)酵飼料；按發(fā)酵產(chǎn)品類型差異可分為發(fā)酵原料、發(fā)酵全價(jià)配合飼料和發(fā)酵濃縮飼料；按發(fā)酵工藝差異可分為固體發(fā)酵飼料、液體發(fā)酵飼料和復(fù)合發(fā)酵飼料[6-7]。其中，復(fù)合發(fā)酵飼料是指飼料由液態(tài)發(fā)酵后，再經(jīng)固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)生的一種低pH、品質(zhì)更穩(wěn)定、抑菌效果更明顯、更易被動(dòng)物采食、消化和吸收的飼料形式。

2 生物發(fā)酵飼料的作用機(jī)理

目前，生物發(fā)酵飼料的常用菌種是芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌和霉菌等4類[8-10]。其中，枯草芽孢桿菌對(duì)大豆中抗原蛋白具有較強(qiáng)的降解效果，乳酸菌產(chǎn)生的有機(jī)酸、細(xì)菌素等代謝產(chǎn)物能有效殺死飼料中的有害微生物（如大腸桿菌和沙門氏菌）和改善飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，酵母菌能降解大豆中的水蘇糖和棉子糖，霉菌能產(chǎn)生豐富的酶類，如植酸酶、淀粉酶、蛋白酶、果膠酶和纖維素酶等。

生物發(fā)酵飼料在發(fā)酵初期，以兼性好氧微生物（酵母菌）的生長(zhǎng)代謝為主，并且快速消耗氧氣，產(chǎn)生少量乙醇和乳酸（圖1），同時(shí)飼料的pH下降到5.6以下，從而為兼性好氧微生物（芽孢桿菌）和厭氧微生物（乳酸菌）的生長(zhǎng)繁殖提供了有利條件；隨著乳酸菌的生長(zhǎng)代謝，乳酸產(chǎn)量不斷增加，飼料pH繼續(xù)下降，而酵母菌的生長(zhǎng)代謝開始減弱（圖2），飼料中的一些抗?fàn)I養(yǎng)因子（如大豆抗原蛋白、胰蛋白酶抑制因子和非淀粉多糖等）被降解和轉(zhuǎn)化，一些大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、脂肪和多糖等）不斷被分解，同時(shí)一些多肽、游離氨基酸、維生素和有機(jī)酸的產(chǎn)量不斷增加，飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到很大提高[11-13]。另外，發(fā)酵過程中產(chǎn)生的多種消化酶（如植酸酶、果膠酶和纖維素酶等）可以與機(jī)體內(nèi)的消化酶相互協(xié)同，進(jìn)一步提高動(dòng)物對(duì)飼料中蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物的消化吸收率[14]。發(fā)酵接近成熟期，飼料中乳酸菌占絕對(duì)主導(dǎo)，酵母菌和芽孢桿菌數(shù)量趨于穩(wěn)定，形成一個(gè)復(fù)雜而平衡的具備多種功能的微生態(tài)系統(tǒng)。發(fā)酵后所產(chǎn)生的一些乳酸、多糖類、芳香烴和醇類等物質(zhì)使得飼料具有多種香味、酸味和甜味，可以改善飼料的適口性，并能顯著增加動(dòng)物的采食量[15-16]。此外，有益微生物在腸道內(nèi)生長(zhǎng)繁殖，可以產(chǎn)生大量的生物活性物質(zhì)（如寡糖、活性肽和未知促生長(zhǎng)因子等），對(duì)改善動(dòng)物腸道的微生物區(qū)系、抑制病原菌的生長(zhǎng)、促進(jìn)動(dòng)物的健康和延長(zhǎng)動(dòng)物的壽命等方面都起著重要作用[15, 17]。

圖1 生物發(fā)酵飼料菌種協(xié)同作用的示意圖 [13]

圖2 微生物發(fā)酵過程中有益微生物數(shù)量及體系pH變化[13]

生物發(fā)酵飼料可以選用雜糧、雜粕和農(nóng)副產(chǎn)品的下腳料等非常規(guī)飼料作為發(fā)酵底物，充分利用飼料資源，不僅能改善飼料原料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[13]，還能降低飼料成本并提高養(yǎng)殖效益[18]。生物發(fā)酵飼料還可以抑制腸道內(nèi)腐敗菌，減少氨氣、硫化氫、生物胺和吲哚等有害物質(zhì)的含量，從而降低糞臭污染、減少蚊蠅數(shù)量和改善養(yǎng)殖場(chǎng)及其周圍環(huán)境。

3 生物發(fā)酵飼料在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 生物發(fā)酵飼料在母豬上的應(yīng)用 在母豬日糧中添加生物發(fā)酵飼料可以改善母豬的繁殖性能，保證斷奶仔豬的健康生長(zhǎng)。Wang等[11]試驗(yàn)表明，在哺乳母豬日糧中用10%～15%的發(fā)酵豆粕替代豆粕，可以顯著增加哺乳母豬的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，明顯提高血清中催乳素水平和抗氧化能力，且斷奶仔豬數(shù)和仔豬斷奶成活率分別提高26.17%～28.07%和10.28%～21.98%。趙會(huì)英等[19]研究證實(shí)，在母豬妊娠后期飼喂添加10%的生物發(fā)酵飼料可以使仔豬出生重提高0.31%、弱仔率降低1.85%、經(jīng)濟(jì)效益增加34.65元/頭。李志云等[20]用發(fā)酵全價(jià)配合飼料飼喂后備母豬和經(jīng)產(chǎn)母豬，發(fā)現(xiàn)后備母豬的胎平均產(chǎn)仔數(shù)和仔豬平均出生重分別增加10.71%和30.50%，而經(jīng)產(chǎn)母豬的平均發(fā)情率、胎平均產(chǎn)仔數(shù)和仔豬平均出生重分別增加6.7%、21.03%和28.41%。熊立寅等[21]研究也發(fā)現(xiàn)，在妊娠期和哺乳期的母豬日糧中全程添加5%～10%的生物發(fā)酵飼料能夠增加母豬采食量、改善母豬機(jī)體的免疫機(jī)能和促進(jìn)生長(zhǎng)激素的分泌，且初生窩活仔重、斷奶仔豬數(shù)、斷奶窩重和斷奶成活率分別提高18.20%～25.10%、19.65%～21.03%、34.86%～38.59% 和8.33%～10.62%。

3.2 生物發(fā)酵飼料在仔豬上的應(yīng)用 生物發(fā)酵飼料飼喂仔豬可以明顯促進(jìn)飼料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、提高仔豬的生長(zhǎng)性能、降低腹瀉率和改善腸道健康。大量研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加發(fā)酵豆粕可以促進(jìn)仔豬的腸道發(fā)育，顯著改善仔豬的生長(zhǎng)性能和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率，尤其是蛋白質(zhì)的消化率，其中以天冬氨酸和甘氨酸的表觀回腸消化率和標(biāo)準(zhǔn)回腸消化率的升高更為顯著[22-24]。胡新旭等[25]研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組（含抗生素）相比，20%無抗發(fā)酵飼料組斷奶仔豬的平均日增重提高6.37%、耗料增重比降低5.54%和腹瀉率降低63.63%，同時(shí)糞便乳酸菌數(shù)量顯著增加、大腸桿菌數(shù)量顯著降低。李泳寧等[26]研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，斷奶仔豬日糧中添加1.0%的生物發(fā)酵飼料組的平均日增重、直腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量分別提高15.69%、11.83%和15.24%，腹瀉率、耗料增重比和直腸內(nèi)容物pH分別降低66.65%、12.89%和2.86%，而且對(duì)直腸中大腸桿菌的生長(zhǎng)繁殖起到一定的抑制作用。

3.3 生物發(fā)酵飼料在生長(zhǎng)育肥豬上的應(yīng)用 生長(zhǎng)育肥期是豬只體重增長(zhǎng)最快的階段，該階段的飼養(yǎng)成績(jī)直接關(guān)系到養(yǎng)殖者的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也與豬肉品質(zhì)和風(fēng)味息息相關(guān)。眾多研究證實(shí)，飼喂生物發(fā)酵飼料具有提高生長(zhǎng)育肥豬的生長(zhǎng)速度、促進(jìn)飼料的消化吸收、增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能和抗氧化能力、減少腹瀉、改善腸道健康以及提高豬肉品質(zhì)的效果。周紅妹[27]研究結(jié)果表明，用底物為全價(jià)配合飼料的發(fā)酵飼料飼喂育肥豬的效果更優(yōu)于底物為玉米豆粕飼料的發(fā)酵飼料，并且顯著提高育肥豬的平均日增重、降低飼養(yǎng)成本、提高機(jī)體抗氧化能力、降低細(xì)胞受損傷程度和增強(qiáng)機(jī)體免疫力。李志云等[20]研究發(fā)現(xiàn)，用發(fā)酵全價(jià)配合飼料飼喂中豬和大豬可以使其平均日增重分別提高23.66%和20.18%，耗料增重比分別下降6.43%和3.77%。周映華等[28]研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，20%無抗生物發(fā)酵飼料組的平均日增重和平均日采食量分別提高10.89%和5.86%，耗料增重降低4.38%，飼料中粗蛋白質(zhì)和粗纖維的表觀消化率分別提高4.66%和7.47%，同時(shí)顯著增加生長(zhǎng)育肥階段中期和后期糞便中的乳酸菌數(shù)量，減少糞便中大腸桿菌和沙門氏菌數(shù)量。張娜娜等[29]研究結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，日糧添加15%的發(fā)酵飼料桑粉能使豬平均日增重和肌內(nèi)脂肪含量分別提高2.51%和17.82%，平均背膘厚度和肌肉剪切力分別降低4.59%和9.86%，同時(shí)背最長(zhǎng)肌的肌內(nèi)飽和脂肪酸含量顯著降低，而不飽和脂肪酸含量有升高的趨勢(shì)。肌內(nèi)脂肪是豬肉品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一，直接影響著豬肉品質(zhì)，包括嫩度、風(fēng)味和多汁性。生物發(fā)酵飼料正是通過提高豬背最長(zhǎng)肌的肌內(nèi)脂肪含量，增加脂肪沉積，從而改善豬肉的風(fēng)味和嫩度。Ahmed等[30]研究還發(fā)現(xiàn)，生物發(fā)酵中草藥飼料可以通過增加背最長(zhǎng)肌的瘦肉率和肌內(nèi)n-3多不飽和脂肪酸含量、降低膽固醇和過氧化脂質(zhì)含量，從而改善豬肉品質(zhì)，延長(zhǎng)貨架期。另外，用生物發(fā)酵飼料飼喂生長(zhǎng)育肥豬可以使豬群的排糞量顯著減少，圈舍氨氣味和蚊蠅數(shù)量也顯著減少，糞便松軟，豬只發(fā)病率尤其是腹瀉和呼吸道疾病明顯降低，養(yǎng)殖效益得到明顯提高[31]。

4 應(yīng)用生物發(fā)酵飼料的注意問題

目前，生物發(fā)酵飼料在市場(chǎng)上有很廣闊的發(fā)展空間，使用效果也已經(jīng)得到養(yǎng)殖者的廣泛認(rèn)可，但生物發(fā)酵飼料在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用中仍存在諸多問題，應(yīng)引起高度重視。

4.1 防止菌種之間發(fā)生拮抗 采用復(fù)合菌種和酶制劑協(xié)同發(fā)酵，可以有效提高發(fā)酵過程中微生物對(duì)飼料中大分子物質(zhì)的降解率，如采用非淀粉多糖酶（包括纖維素酶、甘露糖酶和果膠酶等）與糞腸球菌、枯草芽孢桿菌協(xié)同發(fā)酵，可以進(jìn)一步降解飼料中的大分子蛋白質(zhì)和纖維，產(chǎn)生小分子肽和游離氨基酸，更有利于仔豬對(duì)氨基酸的消化利用，進(jìn)而提高仔豬的生長(zhǎng)性能和健康[19]。 但是不同菌種之間可能存在拮抗作用，例如使用干酪乳桿菌和米曲霉直接混合發(fā)酵豆粕時(shí)，干酪乳桿菌會(huì)抑制米曲霉對(duì)豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的降解作用[32]。

4.2 保證生物發(fā)酵飼料產(chǎn)品的活菌數(shù) 生物發(fā)酵飼料中的活菌質(zhì)量一般不穩(wěn)定，容易失活。因此，要求生物發(fā)酵飼料中必須含有一定量的活菌，才能在其被采食后成為腸道內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌群，抑制致病菌的生長(zhǎng)繁殖。歐盟法律規(guī)定益生素類飼料添加劑中所含活菌數(shù)不得少于1010CFU/g，預(yù)混料中的活菌數(shù)不得少于108CFU/g，全價(jià)配合飼料中的活菌數(shù)不得少于106CFU/g[33]。

4.3 避免或慎重選擇與抗生素配合使用 由于生物發(fā)酵飼料中的有益微生物是活菌，而抗生素具有殺菌抑菌作用，因此，一般情況下二者不可同時(shí)使用。當(dāng)豬群處于患病等特殊情況下，可以允許先用抗生素類藥物進(jìn)行保健治療，然后再飼喂生物發(fā)酵飼料，這樣飼料中的有益微生物可以大量存活，并能快速生長(zhǎng)成為腸道內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌群，起到防病、治病和促生長(zhǎng)的作用。

4.4 生物發(fā)酵飼料的儲(chǔ)存及飼喂配套技術(shù) 生物發(fā)酵飼料的使用效果易受儲(chǔ)存環(huán)境的影響，如在悶熱、潮濕環(huán)境條件下，生物發(fā)酵飼料易發(fā)生霉變，開袋飼料應(yīng)盡快用完，而在陰涼、干燥環(huán)境時(shí)，生物發(fā)酵飼料的放置時(shí)間可以適當(dāng)延長(zhǎng)。同時(shí)，應(yīng)完善飼喂配套技術(shù)，如生物發(fā)酵飼料的真空包裝或?qū)Ｓ眠\(yùn)輸設(shè)備、健全飼養(yǎng)管理制度、豬舍的消毒免疫以及干濕料槽的使用等技術(shù)措施。

4.5 生物發(fā)酵飼料使用的安全性問題 當(dāng)正常微生物區(qū)系平衡被打破后，有益菌微生物有可能在特定情況下變?yōu)椴≡⑸?。有研究者認(rèn)為，較多的乳酸菌菌株含有抗性基因，乳酸菌也可能含有抗生素抗性基因，它們大量進(jìn)入動(dòng)物體腸道中，直接接觸到腸道微生物群落，由此抗性基因可能水平轉(zhuǎn)移到腸道內(nèi)的病原體[34-35]。因此，使用生物發(fā)酵飼料應(yīng)充分考慮到動(dòng)物安全、使用者安全、消費(fèi)者安全和環(huán)境安全，發(fā)酵菌種要經(jīng)過嚴(yán)格的耐藥性和毒理學(xué)檢測(cè)，證明無害后才能廣泛推廣應(yīng)用，以免出現(xiàn)類似于抗生素添加劑的耐藥性和長(zhǎng)期接觸而引起的慢性毒性與致癌性。

5 結(jié)論和展望

生物發(fā)酵飼料作為新型飼料資源和生態(tài)健康型產(chǎn)品，它兼具益生菌、有機(jī)酸、寡糖和酶等的生理功效，現(xiàn)已成為世界各國(guó)在無抗飼養(yǎng)應(yīng)用方面的研究熱點(diǎn)。未來，生物發(fā)酵飼料在緩解飼料資源緊缺、拓寬原料多樣化、降低養(yǎng)殖生產(chǎn)成本、保護(hù)環(huán)境和提高動(dòng)物福利等方面仍會(huì)有更廣泛的應(yīng)用前景，是一種經(jīng)濟(jì)的抗生素替代品，具有很強(qiáng)的時(shí)代性和必然性，這勢(shì)必會(huì)推進(jìn)我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)規(guī)?；⒓s化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的進(jìn)程，也會(huì)促進(jìn)我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)朝綠色、健康、環(huán)保的方向前進(jìn)。