飼 料 預(yù) 消 化 技 術(shù) 的 研 究 進(jìn) 展

喬鵬飛 楊 寧 曹 恒 陸文清*

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料工業(yè)中心，北京100193；

2. 遼寧康普利德生物科技有限公司，遼寧鐵嶺112000；3.沈陽(yáng)市康普利德生物科技有限公司，遼寧沈陽(yáng)110000）

飼料資源短缺是長(zhǎng)期限制我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，提高飼料的利用效率和減少飼料的浪費(fèi)有利于促進(jìn)我國(guó)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，2018 年4 月20 日農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了關(guān)于開展獸用抗菌藥使用減量化行動(dòng)試點(diǎn)工作的通知，藥物飼料添加劑將在2020 年全部退出畜牧行業(yè)，這加速了飼料領(lǐng)域減抗、禁抗步伐[1]；另外，龐大的畜禽養(yǎng)殖量帶來(lái)的環(huán)境負(fù)擔(dān)問(wèn)題愈顯突出，發(fā)展循環(huán)低碳養(yǎng)殖已經(jīng)刻不容緩。我國(guó)畜牧行業(yè)面臨的種種問(wèn)題都要求我們尋找一種綠色、環(huán)保的養(yǎng)殖方式來(lái)滿足高效養(yǎng)殖和節(jié)能減排的要求。

飼料預(yù)消化技術(shù)[2-3]是一種對(duì)飼料進(jìn)行特定前消化處理的新型飼料加工技術(shù)，可以減少飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量，增加畜禽對(duì)飼料的消化吸收，提高飼料的轉(zhuǎn)化效率，減少畜禽后腸段中有害微生物對(duì)飼料的發(fā)酵作用，減少排泄物的含量；在一定程度上可以緩解新生畜禽因胃腸道功能不全而引起的應(yīng)激，原料的預(yù)消化也是減少抗生素使用的重要途徑，這是在傳統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域之外開辟了一個(gè)新的營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域[4]。因此，本文就飼料預(yù)消化技術(shù)的種類、對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響以及在畜牧業(yè)中的應(yīng)用展開綜述，并對(duì)未來(lái)的飼料加工領(lǐng)域和畜牧業(yè)提供理論基礎(chǔ)。

1 飼料預(yù)消化技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)

飼料預(yù)消化技術(shù)是指為了提高飼料原料的利用率，在動(dòng)物體外，根據(jù)不同原料的具體特性模擬動(dòng)物的消化過(guò)程，進(jìn)行特定前消化處理的新型飼料加工技術(shù)。經(jīng)過(guò)預(yù)消化處理后，能降解原料中的一部分大分子物質(zhì)，消除或降解大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子和有毒有害物質(zhì)，提高可消化養(yǎng)分的含量[5]。

2 飼料預(yù)消化技術(shù)的分類、工藝流程及其對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響

2.1 飼料預(yù)消化技術(shù)的分類和工藝流程

飼料預(yù)消化技術(shù)包括物理預(yù)消化技術(shù)、化學(xué)預(yù)消化技術(shù)和生物預(yù)消化技術(shù)三種，每種預(yù)消化技術(shù)的方式和工藝流程有所不同。飼料物理預(yù)消化技術(shù)主要是通過(guò)水、熱力、機(jī)械等物理作用對(duì)飼料原料進(jìn)行預(yù)處理，如對(duì)飼料原料進(jìn)行切短、微粉、去雜、蒸汽制粒、膨化、蒸煮、微波加熱等處理。膨化是通過(guò)單螺桿擠壓式膨化機(jī)或雙螺桿擠壓式膨化機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能對(duì)飼料原料進(jìn)行預(yù)消化的方式，膨化時(shí)的溫度和壓力則可以根據(jù)原料的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整；蒸煮是通過(guò)蒸、煮等較低溫度（100～200 ℃）的加熱方式對(duì)飼料原料進(jìn)行預(yù)消化，即杜絕了病原微生物的危害，也完整地保留了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，極易被畜禽吸收和消化；微波加熱則是利用微波的能量特征，對(duì)飼料原料進(jìn)行加熱的過(guò)程，可根據(jù)不同飼料原料的具體特性對(duì)微波的波長(zhǎng)和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，微波加熱因具有受熱均勻、速度快等優(yōu)點(diǎn)而在飼料行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

飼料化學(xué)預(yù)消化技術(shù)是一種利用酸、堿等化學(xué)試劑來(lái)處理飼料原料的預(yù)消化方式，包括堿化處理、氨化處理、氧化處理等幾種方式。對(duì)飼料原料進(jìn)行化學(xué)預(yù)消化時(shí)，首先對(duì)飼料原料進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的物理處理（如對(duì)谷物原料進(jìn)行粉碎、對(duì)秸稈等粗飼料進(jìn)行切碎），然后向飼料原料噴灑一定質(zhì)量和濃度的石灰水、氫氧化鈉溶液、氨水等化學(xué)試劑，化學(xué)試劑的質(zhì)量和濃度取決于飼料原料的種類和質(zhì)量，使其與飼料原料充分混合均勻，然后將其在密閉條件下處理5～7 d，最后通過(guò)漂洗、晾曬即可飼喂畜禽。

飼料生物預(yù)消化技術(shù)是通過(guò)酶解或微生物發(fā)酵技術(shù)來(lái)處理飼料原料的。飼料原料酶解預(yù)消化包括將原料除雜、粉碎、按照預(yù)定比例配料、調(diào)整水分含量并添加酶制劑等幾個(gè)過(guò)程，將飼料原料與酶制劑均勻后，在第一調(diào)質(zhì)器中進(jìn)行第一次調(diào)質(zhì)處理，再保質(zhì)進(jìn)一步熟化預(yù)定時(shí)間后，在第二調(diào)質(zhì)器中進(jìn)行第二次調(diào)質(zhì)處理，然后冷卻、干燥得到成品。對(duì)飼料原料進(jìn)行微生物發(fā)酵時(shí)，首先將糖蜜、水、飼料原料按照一定比例充分混合均勻，使其含水量達(dá)到40%左右，然后噴灑一定數(shù)量的釀酒酵母菌、乳酸菌和枯草芽孢桿菌，充分混合均勻后分裝在含有單向閥的呼吸袋中進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵5～7 d，發(fā)酵結(jié)束后即可飼喂畜禽或在65 ℃的流式干燥床上干燥72 h。

2.2 物理預(yù)消化技術(shù)及其對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響

飼料物理預(yù)消化技術(shù)使飼料原料的物理性狀發(fā)生改變，減少咀嚼的壓力，提高飼料的適口性[6]，同時(shí)可以使淀粉和蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)變性，破壞飼料原料中大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子的活性，增加消化酶的接觸面積和作用效率，提高飼料的利用率。如表1 所示，馬榮正等[7]研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)膨化預(yù)處理，大豆中水分和粗纖維含量明顯降低，改變了飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和動(dòng)物的適口性，提高飼料的利用率。

表1 飼料預(yù)消化技術(shù)對(duì)飼料原料營(yíng)養(yǎng)成分的影響(%)

2.3 化學(xué)預(yù)消化技術(shù)及其對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響

飼料化學(xué)預(yù)消化技術(shù)可以破壞原料中的結(jié)晶區(qū)，增大原料的孔隙率和表面積，從而增加纖維素酶的可及性和酶解轉(zhuǎn)化率[18]，提高飼料的適口性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[19]；同時(shí)，也可破壞多糖與木質(zhì)素之間的醚鍵，分解纖維素和半纖維素?；瘜W(xué)預(yù)消化技術(shù)在粗飼料中應(yīng)用較多，如對(duì)秸稈進(jìn)行氨化處理、堿化處理以及氧化處理。

秸稈的堿化處理主要包括氫氧化鈉處理法、石灰處理法、氫氧化鈉和石灰共同處理法三種。堿化處理通過(guò)皂化反應(yīng)使木質(zhì)素膨脹，形成多孔結(jié)構(gòu)，促進(jìn)消化酶對(duì)其降解[20]；堿化也可以削弱纖維素和半纖維素之間的氫鍵，斷裂半纖維素和木質(zhì)素間的酯鍵，改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，提高了采食量和利用率；同時(shí)，為胃腸道內(nèi)分解纖維素的微生物創(chuàng)造出更適宜的生長(zhǎng)繁殖條件。例如，Chaudhry 等[21]研究結(jié)果表明，用8%的NaOH 溶液處理小麥秸稈，顯著降低了小麥秸稈中半纖維素和中性洗滌纖維的含量，顯著提高了綿羊瘤胃中有機(jī)物的降解率。

秸稈氨化是在秸稈中加入一定比例的氨水、尿素等溶液進(jìn)行處理，提高反芻動(dòng)物對(duì)秸稈的消化率和秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。氨化處理時(shí)，粗飼料中的有機(jī)物與氨發(fā)生分解反應(yīng)，破壞了木質(zhì)素與多糖之間的酯鍵，為瘤胃微生物生長(zhǎng)提供氮源，改善了適口性，提高了秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。Flachowsky 等[22]研究表明，經(jīng)過(guò)尿素處理后顯著提高了麥秸中粗蛋白質(zhì)含量和家畜的采食量以及生長(zhǎng)速度，有機(jī)物平均消化率提高了13.98%。Oji等[23]研究結(jié)果表明，用3%尿素和3%氨水對(duì)玉米秸稈進(jìn)行氨化處理，顯著提高了玉米秸稈的粗蛋白、氨態(tài)氮和可溶性氮的含量，顯著降低了中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量，顯著提高了玉米秸稈的體外干物質(zhì)降解率。

氧化處理是指用過(guò)氧化氫、二氧化硫、臭氧和次氯酸鈉等氧化劑來(lái)處理秸稈，可以破壞木質(zhì)素分子間的共價(jià)鍵，增加纖維素酶和細(xì)胞壁的接觸面積，從而提高其消化率。例如，Ben 等[24]研究結(jié)果表明，在70 ℃條件下，用0.35%的SO2處理麥秸72 h，麥秸中木質(zhì)素和纖維素含量顯著降低，同時(shí)顯著提高了綿羊的采食量和日增重。

酸處理是指用稀釋的酸來(lái)處理飼料，溶解飼料中的木質(zhì)纖維素，將其水解為單體、醛糖和其它揮發(fā)性產(chǎn)物[25]，提高纖維素的利用率。酸處理被認(rèn)為是一項(xiàng)將纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇比較有前景的工藝，并且這項(xiàng)工藝已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，如玉米秸稈[26-27]、小麥秸稈[28]和稻草[29]。

2.4 生物預(yù)消化技術(shù)及其對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響

飼料生物預(yù)消化技術(shù)包括兩種，一種是在飼料中直接添加酶制劑來(lái)進(jìn)行預(yù)消化，另一種是利用微生物發(fā)酵技術(shù)對(duì)飼料進(jìn)行預(yù)消化，從而將大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解為易被動(dòng)物體吸收的小分子物質(zhì)，緩解新生畜禽的消化壓力。

在飼料中添加一些酶制劑可以消除一部分抗?fàn)I養(yǎng)因子[30]，同時(shí)添加酶制劑可以彌補(bǔ)新生畜禽體內(nèi)某些酶的缺乏[31]，將大分子蛋白質(zhì)分解成活性小分子肽和氨基酸等易被消化吸收的物質(zhì)，加快營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，提高飼料的利用率，降低飼料的生產(chǎn)成本，提高畜禽的生產(chǎn)性能，減少環(huán)境污染；同時(shí)還可以使畜禽腸道的菌群得到一定程度地完善，提高機(jī)體的免疫機(jī)能。目前在動(dòng)物飼料中添加的酶制劑主要分為兩大類，一類是動(dòng)物消化道可以分泌的內(nèi)源性消化酶，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，另一類為動(dòng)物體不能產(chǎn)生的外源性消化酶，如植酸酶、非淀粉多糖酶等[32]。如表1所示，Boroojeni 等[9]研究結(jié)果表明，酶解處理可以顯著降低豌豆中粗脂肪和粗纖維的含量，同時(shí)增加豌豆中粗蛋白質(zhì)的含量，改善飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

微生物發(fā)酵飼料不僅使部分抗?fàn)I養(yǎng)因子分解，而且可以把飼料中大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解為大量易于消化的小分子物質(zhì)[33]，還能產(chǎn)生特殊的香味，提高畜禽的采食量。另外，發(fā)酵飼料中含有大量的益生菌[34]，可以維持畜禽腸道菌群平衡，促進(jìn)腸道分泌免疫球蛋白，進(jìn)而增強(qiáng)機(jī)體免疫功能[35]；如微生物發(fā)酵可以降低豆粕中的胰蛋白酶抑制因子和植酸的含量[36-37]。如表2所示，目前常用乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢桿菌和霉菌這幾種菌按照不同的比例對(duì)飼料原料或全價(jià)飼料進(jìn)行微生物發(fā)酵預(yù)消化處理，消除飼料中有毒有害物質(zhì)和大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子，改善飼料的適口性，增加飼料中菌體蛋白質(zhì)的含量，降低飼料中粗纖維的含量，增加飼料中粗蛋白質(zhì)的含量。如表1 所示，Ashayerizadeh 等[10]的研究結(jié)果表明，微生物發(fā)酵可以顯著提高菜籽粕中粗蛋白質(zhì)的含量，同時(shí)顯著降低菜籽粕中粗纖維的含量；總之，利用生物預(yù)消化技術(shù)來(lái)處理飼料會(huì)降低飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量，改變飼料的可消化性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，提高飼料的利用率。

3 飼料預(yù)消化技術(shù)在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用

3.1 飼料預(yù)消化技術(shù)在豬生產(chǎn)上的應(yīng)用

飼料預(yù)消化技術(shù)在豬飼料生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。飼料預(yù)消化處理技術(shù)可以將飼料中的大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解為更容易被豬消化、吸收的小分子物質(zhì)，降低斷奶仔豬的消化負(fù)擔(dān)，緩解因消化酶分泌不足而帶來(lái)的種種問(wèn)題，減少斷奶應(yīng)激；飼料預(yù)消化處理技術(shù)可以消除大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子，降低植物蛋白的抗原性，同時(shí)為豬提供小肽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低豬的腹瀉率，提高豬的生長(zhǎng)性能，降低飼料成本；飼料預(yù)消化處理技術(shù)可以改善飼料的適口性，提高豬的采食量，減少藥物添加劑的使用量；另外，飼料預(yù)消化處理技術(shù)可以減少或替代抗生素的使用。Dong 等[46]研究結(jié)果表明，通過(guò)復(fù)合酶制劑在體外進(jìn)行酶解預(yù)處理能去除豆粕中的抗原蛋白，可以顯著提高斷奶仔豬的采食量和日增重，并且可以提高飼料的利用率，這可能是由于復(fù)合酶制劑在體外能將大分子的抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成易吸收的小分子物質(zhì)，促進(jìn)仔豬對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，從而改善生長(zhǎng)性能。Zhang 等[47]研究結(jié)果表明，在日糧中添加8.84%發(fā)酵豆粕可以顯著提高斷奶仔豬的采食量和日增重；一方面，豆粕經(jīng)過(guò)發(fā)酵處理后可消除大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子，降低抗原蛋白的含量，將其轉(zhuǎn)化為小肽等易于吸收的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，增加菌體蛋白的含量，減少對(duì)腸道的應(yīng)激，另一方面，發(fā)酵豆粕中大量的益生菌定植在腸道中維持腸道健康，促進(jìn)腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，同時(shí)，抑制有害菌在畜禽腸道的定植，保持腸道菌群的多樣性。如表3 所示，飼料中添加經(jīng)過(guò)預(yù)消化處理技術(shù)的飼料添加劑可改善斷奶仔豬和生長(zhǎng)育肥豬的平均日增重和采食量。

表2 微生物預(yù)消化處理過(guò)程常用的菌種

表3 經(jīng)預(yù)消化技術(shù)處理的飼料添加劑對(duì)豬生長(zhǎng)性能的影響

表4 經(jīng)預(yù)消化技術(shù)處理的飼料添加劑對(duì)雞生長(zhǎng)性能的影響

3.2 飼料預(yù)消化技術(shù)在家禽生產(chǎn)上的應(yīng)用

飼料預(yù)消化技術(shù)在家禽上的應(yīng)用主要表現(xiàn)在對(duì)肉雞的采食量、日增重和蛋雞的產(chǎn)蛋率和蛋品質(zhì)的影響，在家禽日糧中添加經(jīng)過(guò)預(yù)消化技術(shù)處理的飼料添加劑可以明顯改善家禽的生長(zhǎng)性能。Jahanian等[12]研究結(jié)果表明，與未膨化豆粕相比，在日糧中添加30.55%膨化豆粕可以顯著提高1 日齡肉雞的平均日增重和日采食量，同時(shí)還具有改善雞肉品質(zhì)的趨勢(shì)，顯著提高雞肉中氨基酸的含量，這是由于豆粕經(jīng)過(guò)膨化處理后可以消除大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高飼料中蛋白質(zhì)和淀粉的消化率，從而提高了肉雞的采食量和飼料利用率；另一方面，豆粕膨化處理后產(chǎn)生獨(dú)特的香味，具有誘食的效果。Popiela 等[58]研究結(jié)果表明，在24周齡褐殼蛋雞的日糧中添加5.00%膨化莧菜谷物，可以顯著提高蛋雞的采食量和產(chǎn)蛋率，具有改善蛋殼質(zhì)量和提高雞蛋營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的趨勢(shì)。如表4所示，飼料中添加經(jīng)過(guò)膨化、酶解、生物發(fā)酵等預(yù)消化處理的飼料添加劑可改善肉雞和蛋雞的生長(zhǎng)性能。

4 小結(jié)與展望

利用飼料預(yù)消化技術(shù)可以消除飼料中大部分有毒有害物質(zhì)和抗?fàn)I養(yǎng)因子，減少飼料中抗原對(duì)畜禽胃腸道的應(yīng)激，提高畜禽對(duì)飼料的利用率，同時(shí)，利用飼料預(yù)消化技術(shù)可以減少飼料中抗生素和重金屬的使用量，既能夠減少環(huán)境污染，又可以把糞便發(fā)酵之后來(lái)生產(chǎn)有機(jī)肥再使用到土地中，形成種養(yǎng)結(jié)合的綠色、可持續(xù)發(fā)展的模式；另一方面，利用飼料預(yù)消化技術(shù)可以開發(fā)利用非常規(guī)飼料資源，提高各種秸稈的利用率，降低秸稈焚燒，同時(shí)又可充分利用棉籽粕、菜籽粕等其它植物性蛋白飼料，緩解我國(guó)飼料資源短缺的現(xiàn)狀。

飼料預(yù)消化技術(shù)是低抗、無(wú)抗飼養(yǎng)和個(gè)性化特色畜產(chǎn)品市場(chǎng)需求增加的必然結(jié)果。利用利用飼料預(yù)消化技術(shù)可以開發(fā)安全、健康、高效和環(huán)保型飼料產(chǎn)品，適應(yīng)養(yǎng)殖業(yè)市場(chǎng)需求，提高畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，能夠挖掘畜禽的遺傳潛力，提高畜禽的生長(zhǎng)速度。因此，飼料預(yù)消化技術(shù)在畜牧行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景，它是飼料工業(yè)未來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。