畜禽飼用微生物發(fā)酵飼料的應用研究進展

◆作者：楊榮 王華朗 韓垂旺 朱雙紅 宋增廷 張旭娟

◆單位：1.廣東恒興飼料實業(yè)股份有限公司，廣東湛江524000；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南水產(chǎn)與畜禽飼料重點實驗室廣東湛江524000

過去幾十年里，我國的養(yǎng)殖行業(yè)呈現(xiàn)規(guī)模化、集約化的發(fā)展。抗生素作為飼料添加劑的使用，在規(guī)模集約化的養(yǎng)殖環(huán)境中發(fā)揮著巨大作用。然而，近些年來，抗生素的藥物殘留問題及其危害日益突出，這一問題在國內(nèi)及國際上都引起了人們的密切關注。2014年，WTO、世界動物衛(wèi)生組織（OIE）和聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）聯(lián)合召開討論了有關抗生素使用及耐藥性問題。同時，2006年1月起，歐盟全面實施畜禽飼料中禁止添加抗生素的措施。目前，我國就關于抗生素的使用也展開了激烈探討和重要發(fā)聲，抗生素作為添加劑在飼料中使用的歷史，已然接近尾聲。微生物發(fā)酵飼料作為“無抗”時代應運而生的新型產(chǎn)品，不僅可以防治動物疾病和促進動物生長，而且可以顯著改善生態(tài)環(huán)境，具有積極的經(jīng)濟效益和環(huán)保價值（陶蕾等，2015），已經(jīng)成為當今動物營養(yǎng)研究熱點，同時也成為了未來綠色飼料發(fā)展的重要方向之一（梁娜等，2014）。目前，微生物發(fā)酵飼料在動物養(yǎng)殖及飼料行業(yè)得到廣泛應用，也實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

1 微生物發(fā)酵飼料

發(fā)酵飼料是指在人工控制的條件下，微生物通過自身的代謝作用，將植物性、動物性以及礦物性原料中的抗營養(yǎng)因子進行分解或轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生更能被畜禽采食、消化吸收、無毒害作用的生物飼料原料（鄒志恒等，2009；林標聲等，2010）。

近10年來，發(fā)酵工業(yè)大范圍建立（孫俊良等，1997）。其有效成分涵蓋易吸收的有益微生物菌體蛋白、活性益生菌（酵母菌、芽孢桿菌、霉菌和酸菌）、有機酸、酶類、生物活性小肽和氨基酸等。微生物發(fā)酵飼料的應用主要包括有：①利用微生物發(fā)酵飼料原料，提高其消化吸收率，延長貯存時間，變廢為寶，解毒脫毒；②利用現(xiàn)代微生物發(fā)酵技術(shù)，積累有用的和特殊的中間代謝產(chǎn)物，生成酶制劑、氨基酸、抗生素和維生素等；③培養(yǎng)繁殖飼用的微生物體，用以制備活菌制劑、微生態(tài)制劑和益生菌等。

2 微生物發(fā)酵飼料的常見菌種

發(fā)酵飼料的有益微生物菌種較多，本文主要介紹乳酸菌、酵母菌、梭菌及芽孢桿菌，這些菌種是目前微生物發(fā)酵飼料應用較多的菌種，也是近年來微生態(tài)制劑領域的研究熱點。

2.1 乳酸菌

乳酸菌在醫(yī)藥、食品和畜牧業(yè)中被廣泛應用，是應用最早、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)生大量乳酸的細菌的總稱（國春艷等，2006）。適應厭氧或兼性厭氧環(huán)境，抗酸能力強，可以在pH值4.5以下的條件生存。乳酸桿菌、鏈球菌（腸球菌）及雙歧桿菌、片球菌等是被用于生產(chǎn)微生物飼料添加劑的主要乳酸菌菌種。乳酸菌發(fā)酵飼料有益于促進飼料營養(yǎng)的消化利用，降解飼料原料中的毒素，飼喂畜禽動物后，還可以促進動物體生長，調(diào)節(jié)動物腸道健康，增強動物免疫，以及改善飼養(yǎng)環(huán)境（王曉偉等，2015），國內(nèi)外有大量研究文獻證實，乳酸菌對人類和動物的保健與療效顯著。據(jù)報道，乳酸菌固態(tài)發(fā)酵酶通過提高豆粕、菜粕和棉粕中蛋白含量，可以降低pH值，降解抗營養(yǎng)因子，從而改善飼料的品質(zhì)（魏炳棟等，2014）?？傊?，乳酸菌有益于提高飼料的品質(zhì)，進而提升動物對飼料的利用率，與傳統(tǒng)的抗生素和化學添加劑相比，具有零污染、安全高效等優(yōu)點。

2.2 酵母菌

酵母是一類真核微生物，一般泛指能將糖發(fā)酵成酒精和CO2的各種單細胞真菌，在厭氧和好氧環(huán)境下均可生長，強耐酸、耐熱性能，不易被膽汁殺死，不受一般抗生素影響?？梢岳脧U渣生產(chǎn)蛋白飼料（潘康成等，2006）。飼料酵母含有豐富的粗蛋白、氨基酸、維生素以及多種有益于動物的消化酶類（α-淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶、半纖維素酶等），對營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用起著積極作用（陳平潔等，1999；鄧露芳等，2007；Duc 等，2004）。同時，酵母菌適口性佳，可刺激采食，增強動物免疫，促進生長，提高繁殖能力，是天然的綠色飼料添加劑；價格低廉，經(jīng)濟價值高，市場需求量大，具有廣闊的應用發(fā)展前景（趙川東等，2014）。楊旭等（2008）發(fā)現(xiàn)，酵母發(fā)酵可以有效改善豆粕氨基酸的組成比例，蛋氨酸、蘇氨酸和賴氨酸的含量分別比發(fā)酵前提高了 56.41%、17.01%和16.28%，實際必需氨基酸含量也提高了6.58%，進而提高了豆粕蛋白品質(zhì)及其飼用價值。Wlliams等（1991）報道，給雜交肉牛供給酵母培養(yǎng)物，提高了飼料利用率。據(jù)報道，在泌乳牛與生長牛、水牛、綿羊與山羊日糧中添加酵母菌培養(yǎng)物，產(chǎn)奶量提高6.8%～17.4%（Belibasakis等，1996）。姜丹等（2011）選用用酵母菌固態(tài)發(fā)酵豆粕，粗蛋白含量提高了15.84%，胰蛋白酶抑制因子含量和植酸含量分別降低了58.27%和80.11%。但是，酵母微生物發(fā)酵制劑不能抑制病原菌，不具有分泌乳酸的能力，穩(wěn)定性和繁殖力差。

2.3 梭菌

目前國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)的主要腸道益生梭菌有三種，分別是酪酸梭菌（Clostridium butyricum）（李雄彪等，2008）、普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）（Suau等，2001）和耳蝸型梭菌（Clostridium cocleatum）（Boureau等，1993）等。研究最多的就是酪酸梭菌和普拉梭菌。有早期報道顯示，有益菌酪酸梭菌（又名丁酸梭狀芽孢桿菌、丁酸梭菌或丁酸菌）是日本宮入近治博士在糞便里分離得到的，因此，又名宮入菌（李雄彪等，2008），可發(fā)酵產(chǎn)丁酸，顯著降低腸道酸堿度（王藝宙等，2015），有效促進腸道內(nèi)雙歧桿菌等生長，抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及沙門氏菌等腸道有害菌生長繁殖，從而維持腸道菌群的平衡。同時，還可以作為營養(yǎng)物質(zhì)促進腸上皮細胞修復，受損腸黏膜的快速恢復，進而達到抗?jié)?、消炎的作用（王月娥等?013；張玲等，2013）。最后，其代謝產(chǎn)物維生素B和維生素K也可以促進機體的生長（萬盛華等，2007）。同時，有益菌普拉梭菌是健康成年人腸道微生物群中最豐富的細菌。有研究證明，在進行手術(shù)的克羅恩患者回腸中，發(fā)現(xiàn)低水平的普拉梭菌可能與術(shù)后復發(fā)高風險有關，體內(nèi)、體外均可以觀察到普拉梭菌的消炎效果（Sokol等，2008）。目前投入市場上應用于微生態(tài)制劑的主要是酪酸梭菌，很少有將普拉梭菌制成微生態(tài)制劑，但也有研究報道，口服普拉梭菌可以增強腸道健康，預防、緩解腸道疾病。Foditsch等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，犢?？诜绽缶兄诟纳颇c胃健康，促進生長。

2.4 芽孢桿菌

芽孢桿菌（Bacillus genus）是好氧或兼氧厭氧型革蘭氏陽性菌菌屬，可以產(chǎn)生芽孢子，耐高溫、耐酸與耐鹽，可以抵抗各種殺菌劑，可以在各種自然環(huán)境中分離得到?？梢援a(chǎn)生大量B族維生素、蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等多種代謝產(chǎn)物；進入腸道后需要消耗大量氧氣，以維持腸道的厭氧環(huán)境，抑制需氧型致病菌的生長繁殖，進而調(diào)節(jié)動物腸道的菌群平衡。因此，芽孢桿菌可以促進動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、提高動物的飼料利用率、抵抗疾病，并促進動物生長。陳潔梅等（2011）選用芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵豆粕，粗蛋白含量提高了3.5%，TCA-N含量提高了36.4%，大豆肽含量提高了27.7%，乳酸含量提高了4.0%，游離氨基酸含量提高了87.08mg/g。電泳分析后發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后的大豆抗原已經(jīng)完全被降解，大分子蛋白質(zhì)基本被降解為10kD以下的小肽，主要抗營養(yǎng)因子的降解率均達90%以上。肉雞日糧中添加枯草芽孢桿菌B7，結(jié)果發(fā)現(xiàn)顯著提高了肉雞的生長性能和免疫功能（林顯華等，2013）。芽孢桿菌作為飼料用微生物的發(fā)酵菌種，具有很好的發(fā)展應用前景。

3 微生物發(fā)酵飼料的應用現(xiàn)狀

3.1 利用微生物發(fā)酵飼料，改善飼料的適口性，促進采食

動物采食量是影響其生產(chǎn)性能與養(yǎng)殖效益的重要因素。因此，如何提高動物采食量越來越受到人們重視。發(fā)酵飼料發(fā)酵過程中產(chǎn)生的大量乳酸，使得發(fā)酵飼料產(chǎn)生了酸香味，可以改善飼料適口性，刺激動物采食。微生物發(fā)酵可以去除菜籽粕中的硫甙、異硫氰酸酯、單寧和植酸等抗營養(yǎng)因子（王曉凡，2012；付敏，2013；羅振福，2010），這些抗營養(yǎng)因子是影響動物采食的主要因素。因此，微生物發(fā)酵飼料可以促進動物采食量的增加。

3.2 利用微生物發(fā)酵飼料產(chǎn)有益因子，提高飼料養(yǎng)分利用率，促進動物生長

促生長微生物發(fā)酵飼料飼喂動物后，可以產(chǎn)生一些具有特殊生理活性的小肽，參與機體生理活動，促進氨基酸和礦物質(zhì)吸收，提高蛋白質(zhì)的合成率，促進動物的生長，改善飼料風味，提高飼料適口性，從而促進動物生長。陳如水等（2014）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)。張勇剛等（2013）報道益生菌發(fā)酵飼料可以提高豬的采食量、飼料養(yǎng)分的消化利用率以及仔豬的存活率，改善豬肉品質(zhì)，延長豬肉品貨架期，預防疾病和增強免疫力的作用。同時，飼料原料經(jīng)過微生物發(fā)酵后，原先的蛋白質(zhì)、纖維素及淀粉等大分子有機物被降解為動物較易吸收的單糖、雙糖等低聚糖以及小分子氨基酸物質(zhì)，進一步，產(chǎn)生的大量營養(yǎng)豐富的微生物菌體蛋白及其代謝產(chǎn)物（氨基酸、有機酸、酶類物質(zhì)、醛以及特殊糖類物質(zhì)等），也豐富了營養(yǎng)。這些作用是傳統(tǒng)的飼料加工所不能具有的加工作用。發(fā)酵后產(chǎn)生的有機酸有利于促進礦物質(zhì)的吸收利用。另外，益生菌繁殖時產(chǎn)生的各種酶類物質(zhì)（蛋白酶與淀粉酶、脂肪分解酶、果膠酶與葡聚糖酶等），也有利于促進動物對飼料養(yǎng)分的消化利用（許志華等，2008）。

3.3 利用微生物發(fā)酵飼料維護腸道微生態(tài)平衡，增強動物機體免疫力

一般情況下，動物腸道內(nèi)的微生物菌群相互依存，保持著一種動態(tài)平衡。這種平衡狀態(tài)決定了動物的腸道健康。當某種優(yōu)勢菌群出現(xiàn)變化，動物腸道內(nèi)的原本的微生物菌群平衡狀態(tài)就會被打破，動物的免疫力就會受到破壞，進而容易發(fā)生各種疾病甚至死亡。李旋亮（2017）研究得出，發(fā)酵飼料可改善斷奶仔豬腸道菌群結(jié)構(gòu)，有助于減少仔豬腹瀉和增強仔豬對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力。陳鮮鑫等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，飼喂乳酸菌發(fā)酵液體飼料的生長育肥豬，日增重顯著提高，料重比顯著降低，糞中的乳酸菌水平顯著提高，大腸桿菌和沙門氏菌的水平顯著降低（P＜0.05）。李維炯等（2003）研究證明，飼料發(fā)酵4d后，pH值由7.0下降到5.0以下，成為了酸化飼料，有利于保持動物胃腸道酸性環(huán)境，不僅減少有害微生物的作用和對養(yǎng)分的消耗，而且明顯降低消化道疾病，尤其是腹瀉率顯著降低。張日俊等（2003）研究表明，添加益生菌0.1%能顯著提高肉雞T和B淋巴細胞活力和血清抗體水平（P＜0.05）。多數(shù)情況下微生物的代謝產(chǎn)物也可降低飼料中毒素含量，使得動物體免疫及抗病能力提高，減少腸道疾病的發(fā)生，促進機體健康生長。

3.4 利用微生物發(fā)酵飼料降解飼料中的抗營養(yǎng)因子和有毒物質(zhì)

飼料原料生產(chǎn)使用過程中含有天然有害成分（如蓖麻堿、棉酚等），往往會因為加工不當、動物攝食過量，對動物的生長和健康產(chǎn)生不利影響。我國現(xiàn)階段蛋白類飼料資源較為缺乏，而相對豐富的雜粕類利用率低。因此，人們在實際生產(chǎn)中，試圖通過各種方法來生產(chǎn)脫毒棉粕、脫毒蓖麻粕等，以替代部分豆粕，提高雜粕在畜禽日糧中的使用量。

通過發(fā)酵處理的棉粕，可以降低游離態(tài)棉酚含量，提高蛋白利用率，改善棉粕的品質(zhì)。諸葛斌等（2011）利用混合菌發(fā)酵棉粕，發(fā)現(xiàn)其小肽含量和體外消化率分別提高至18.36%和88.59%，同時顯著提高其蛋白質(zhì)含量（P＜0.05）。喬曉艷等（2013）選用熱帶假絲酵母、干酪乳桿菌發(fā)酵處理棉粕，棉酚脫毒率至48.1%，小肽含量和氨基酸含量分別提高10.97%和10.81%，另外植酸降低了1.54%。夏蓬勃等（2009）選用蠟狀芽孢桿菌發(fā)酵處理棉粕，蛋白質(zhì)提高了3.79%，游離態(tài)棉酚脫毒率提高了53.4%。金紅春等（2011）選用復合芽孢桿菌發(fā)酵處理棉粕，游離態(tài)棉酚清除率達96.52%。菜粕含有的單寧、芥酸、硫苷、植酸和芥子堿等抗營養(yǎng)因子，因而嚴重限制了其在飼料中的應用，所以發(fā)酵處理菜籽粕脫毒得到了廣泛應用。王剛等（2011）采用混合固態(tài)發(fā)酵處理菜籽粕，使得其硫甙消除率達53.4%，粗蛋白和菜籽肽分別提高了5.58%和8.1%，蛋白質(zhì)的體外消化率提高了1.94%。陸豫等（2007）選用固體混菌發(fā)酵菜粕，硫甙消除率達97%。孫林等（2009）選用乳酸菌、枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌和酪酸梭狀芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵菜粕，硫苷消除率達85.19%，粗蛋白含量提高了4.37%。

3.5微生物發(fā)酵飼料，為無抗綠色養(yǎng)殖奠定基礎

動物長期使用含有抗生素的飼料，會導致動物機體內(nèi)微生物的耐藥性不斷增加，使得動物本身對疾病的抵抗力越來越差，治療疾病時所需的抗生素劑量也就越來越大。人們食用了含有抗生素殘留的肉、蛋和奶制品后，又會引起人體內(nèi)微生物的抗藥性增加。而微生物發(fā)酵飼料作為新型飼養(yǎng)添加劑，具有綠色、安全和高效的優(yōu)勢，能激發(fā)動物機體自身有益菌種的繁殖增殖，同時抵制有害菌群生長的微生物制品。乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌等多種有益微生物，作為飼料進入動物機體體內(nèi)后，能迅速繁殖，中和腸內(nèi)毒素，抑制有害菌的繁殖生長。有研究報道，在提高日增重方面，改善飼料轉(zhuǎn)化率方面，發(fā)酵飼料與抗生素具有同等效果 （金立明等，2004；荊祎等，2013）。金海林（2017）選用黃芪、黃連等18種中草藥與微生物共發(fā)酵飼喂雞，發(fā)現(xiàn)其對雞大腸桿菌的抑菌效果較好。林標聲（2016）選用益生菌發(fā)酵銀杏葉和桑葉等中草藥，添加劑量為5 g/kg時，仔豬病毒性胃腸炎治療效果顯著。胡新旭等（2013）研究無抗發(fā)酵飼料對斷奶仔豬生長性能、腸道菌群、血液生化指標和免疫性能的影響，結(jié)果顯示無抗發(fā)酵飼料提高了仔豬日均增重、降低了料肉比和腹瀉率，改善了仔豬腸道微生物平衡，增強了免疫能力和消化能力。因此，微生物發(fā)酵飼料可以作為無抗綠色養(yǎng)殖的技術(shù)支撐。

4 現(xiàn)階段微生物發(fā)酵飼料應用中存在問題

4.1 發(fā)酵菌種問題

菌種是發(fā)酵的關鍵所在。目前，我國允許使用的微生物發(fā)酵菌種主要包括乳酸菌、芽孢桿菌、丁酸梭菌、酵母菌等，這些菌種在實際應用中均存在不穩(wěn)定性，耐受性低等問題。

目前，菌種和發(fā)酵飼料的質(zhì)量評價沒有統(tǒng)一的標準，對微生物發(fā)酵飼料的品質(zhì)難以鑒定。另外，由于菌種不穩(wěn)定而提高添加量勢必會升高發(fā)酵飼料生產(chǎn)成本。那么，挑選高效、安全的微生物菌種，是制作微生物發(fā)酵飼料的重中之重。

4.2 微生物發(fā)酵飼料生產(chǎn)問題

生產(chǎn)決定產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，我國多數(shù)發(fā)酵飼料廠缺乏對微生物及其發(fā)酵工藝的了解，生產(chǎn)設備和專業(yè)的技術(shù)人員也非常有限，也沒有形成統(tǒng)一的生產(chǎn)技術(shù)標準和生產(chǎn)管理監(jiān)督制度，生產(chǎn)過程中很容易受到交叉污染，同時檢測以及監(jiān)控條件也較差，安全隱患較大。建立健全的行業(yè)檢測標準和生產(chǎn)方法是今后需要解決的關鍵問題。

4.3 微生物發(fā)酵飼料的使用問題

對微生物發(fā)酵飼料的品質(zhì)評價，目前主要是從應用效果上綜合判斷得出發(fā)酵菌種的作用，對發(fā)酵菌種相互間的協(xié)同作用機制或拮抗作用機理仍不清楚。由于各微生物飼料的菌種組合以及飼喂方法均不同，因此我們應該針對不同種類的動物、動物的不同階段以及不同的飼養(yǎng)方式，選用不同種類的微生物發(fā)酵飼料，那么就需要確保不同產(chǎn)品明確使用對象。

4.4 其他

微生物發(fā)酵飼料效果的研究還處于實驗室階段，而實際生產(chǎn)應用中，貯存和運輸方式等也會影響微生物發(fā)酵飼料的使用效果。

5 展望

微生物發(fā)酵飼料已經(jīng)在畜禽養(yǎng)殖中廣泛使用，微生物發(fā)酵飼料用作替代抗生素，可以大大降低動物的藥源性（來自于飼料）疾病，促進動物健康，生產(chǎn)出無抗生素殘留的綠色畜禽肉產(chǎn)品，滿足人們的“綠色、安全與健康”的肉食品需求。微生物發(fā)酵菌種來源廣，發(fā)酵原料來源豐富，可以利用各種農(nóng)作物稈類、餅粕類（菜籽餅和棉籽餅）、渣粕類（薯渣、腳粉、玉米渣等）、籽實類糠麩類、青貯等物質(zhì)進行發(fā)酵，改善養(yǎng)殖環(huán)境，同時可以充分開發(fā)非常規(guī)飼料資源，緩解我國蛋白類飼料資源缺乏的現(xiàn)狀。微生物發(fā)酵飼料作為“無抗”時代的新型產(chǎn)品，必將會擁有廣闊的應用發(fā)展前景，將會為人民利益的可持續(xù)健康發(fā)展提供強有力的支撐。

參考文獻：（略）