菌糠發(fā)酵飼料及其在家禽中的應用

張安榮 ， 陳志敏 ， 常文環(huán)， 劉國華， 蔡輝益，2， 鄭愛娟*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料生物技術重點開放實驗室，北京 100081；2.生物飼料開發(fā)國家工程研究中心，北京 100081）

隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了數(shù)量龐大的食用菌菌糠（劉昆麗，2019）。中國食用菌產(chǎn)量由2000年的664萬噸升至2016年的3596萬噸，是世界第一大食用菌生產(chǎn)國，占世界食用菌總產(chǎn)量的 75%以上（楊國良，2018；羅小芳等，2017）。食用菌生產(chǎn)過程中，培養(yǎng)基的生物學效率只有10% ～ 40%（衛(wèi)智濤等，2010；吳學謙等，2002），所以每栽培1 kg食用菌會產(chǎn)生2.4～9 kg菌糠，僅2016年至少產(chǎn)生8690萬t食用菌菌糠。不能被轉(zhuǎn)化利用的食用菌菌糠不僅造成資源浪費，而且會嚴重污染生態(tài)環(huán)境。我國一直面臨著飼料資源匱乏、農(nóng)作物價格持續(xù)上漲等問題。威脅著畜牧行業(yè)的發(fā)展前景（呂新業(yè)等，2013）。所以充分開發(fā)菌糠類生物資源，合理利用微生物發(fā)酵技術將食用菌菌糠轉(zhuǎn)化為動物可消化利用的飼料，既能改善飼料資源匱乏的問題，也能緩解大量食用菌菌糠對環(huán)境的壓力，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的多級利用和可持續(xù)發(fā)展。

1 菌糠的特性

1.1 菌糠的來源 在食用菌栽培過程中，培養(yǎng)基中通常添加木屑、水稻秸稈、玉米秸稈、玉米芯、棉籽殼等高纖維農(nóng)副產(chǎn)物，以及醋糟、酒糟、造紙廠廢液等工業(yè)下腳料，采摘食用菌后培養(yǎng)基中剩余的廢棄物稱之為食用菌菌糠或菌渣（張變英等，2016；吳瓊等，2003）。菌糠包括培養(yǎng)基原料殘渣和菌體遺留物。培養(yǎng)基原料一部分用來菌體合成，一部分用來維持菌體呼吸代謝，一部分則以新的形式存在于菌糠中（楊和川等，2018；王德漢等，2007）。目前國內(nèi)各個地區(qū)栽培的食用菌菌種不同，其選用的培養(yǎng)基原料也各有不同。東北地區(qū)主要以木屑、農(nóng)作物副產(chǎn)品（秸稈等）作為培養(yǎng)基原料；河北、山東等地主要以玉米芯、棉籽殼、木屑還有少量的麥麩等培養(yǎng)食用菌；長江三角洲地區(qū)主要以稻草、牛糞為主料培養(yǎng)食用菌（衛(wèi)智濤等，2010）。

1.2 菌糠飼料的營養(yǎng)價值 菌糠原料多為秸稈、木屑、麩皮等高纖維農(nóng)作物副產(chǎn)物，因其營養(yǎng)價值低、適口性差、消化吸收率低，飼用價值不高。但是，食用菌能夠?qū)⒃现械睦w維素、半纖維素和木質(zhì)素生物降解成菌類多糖、有機酸和菌體蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)。此外，菌糠原料本身含有豐富的鈣、磷、灰分以及一些微量元素，因此菌糠原料在原有物質(zhì)的基礎上，經(jīng)過微生物發(fā)酵能使其營養(yǎng)價值得到改善，適口性與飼用性能也能得到提升。不同種類菌糠原料栽培前后養(yǎng)分變化程度不同 （陳鑫珠等，2019；魏濤，2018），表 1 為四種常見菌糠及其原料營養(yǎng)成分之間的變化。以醋糟、棉籽殼為原料的菌糠粗纖維含量分別下降7.3%和8.5%（李志香等，2003）。玉米芯菌糠中的粗蛋白質(zhì)含量比玉米芯原料提高3.54%，粗纖維含量下降16.55%；水稻秸稈菌糠的粗蛋白質(zhì)含量提升4.11%，粗纖維含量下降51.33%，粗灰分含量升高26.05%（高立鵬等，2017；張變英等，2016；馮偉林等，2012）。

表1 四種常見菌糠與其原料的營養(yǎng)成分對比%

2 菌糠發(fā)酵飼料

2.1 發(fā)酵菌糠 一般菌糠發(fā)酵飼料制作工藝流程為：（1）挑選干凈、菌絲潔白的菌糠進行粉碎，攪拌、高溫滅菌、過篩、冷卻；（2）在適宜的條件下將菌株活化，將活化后的菌株數(shù)量控制在1×109CFU/g以上，接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵菌糠；（3）將發(fā)酵菌株和發(fā)酵緩沖劑接種到已滅菌的菌糠中進行密封發(fā)酵；（4）將發(fā)酵完成的菌糠攤開晾曬、干燥，最終得到菌糠發(fā)酵飼料（趙祎等，2016；孟梅娟等，2016；李志濤等，2015）。在菌糠發(fā)酵飼料的制作過程中，試驗步驟、操作大同小異，但不同菌糠營養(yǎng)成分存在差異，發(fā)酵目的不同導致發(fā)酵菌種類、溫度、pH也各不相同，多菌種共同發(fā)酵時，接種次序、時間、比例等因素也會影響發(fā)酵效果（Thomas等，2013）。

2.2 常見菌糠發(fā)酵菌株

2.2.1 黑曲霉 黑曲霉是能夠產(chǎn)生蛋白酶、纖維素酶、檸檬酸、葡萄糖酸等有助于改善發(fā)酵飼料營養(yǎng)價值的大型真菌。黑曲霉在20～55℃都能生存，但不同溫度下生理功能會受到影響，溫度過高容易破壞生物大分子的生化結(jié)構，導致失活，溫度過低酶活性受到限制。有報道稱在36℃黑曲霉分泌單寧酶的活性最高，菌體蛋白產(chǎn)量最多 （朱飛等，2018）。湯小鵬等（2014）發(fā)現(xiàn)在 36℃用黑曲霉發(fā)酵木薯渣，羧甲基纖維素酶CMcase活性和粗蛋白質(zhì)含量最高，發(fā)酵效果最好。所以黑曲霉的適宜發(fā)酵溫度在36℃左右。

2.2.2 乳酸菌 乳酸菌是一類能夠利用碳水化合物產(chǎn)生乳酸的革蘭氏陽性菌的總稱，發(fā)酵固態(tài)飼料時可將大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、多糖、脂肪等降解為小分子物質(zhì)，有利于動物體吸收利用。其代謝主要是糖酵解和磷酸戊糖途徑。在發(fā)酵過程中，產(chǎn)生乳酸使發(fā)酵物pH下降，抑制其他有害菌的生理活動，進而減少底物營養(yǎng)物質(zhì)流失 （李慧芬等，2018）。 Oboh （2006） 利用釀酒酵母菌（Saccharomycescerevisiae）、 德 式 乳 桿 菌 （Lactobacillus delbrukii）和棒狀乳桿菌 （Lactobacilluscoryneformis）發(fā)酵得到的木薯皮蛋白質(zhì)含量顯著升高13.3%，氰化物和植酸鹽含量分別顯著降低38.4、253.9mg/100g。

2.2.3 酵母菌 酵母菌是兼性厭氧型真菌，分布廣泛，穩(wěn)定無致癌性，應用于發(fā)酵工藝中已有幾千年的歷史。石偉（2008）發(fā)現(xiàn)在青貯飼料中添加酵母菌能夠提高飼料中干物質(zhì)的含量，并且改善飼料的適口性。已有研究證明，利用酵母菌混菌發(fā)酵菌糠無論從感官還是營養(yǎng)成分上都得到了良好的改善（鄭有坤等，2013；Yang 等，2004）。

3 菌糠及菌糠發(fā)酵飼料在家禽生產(chǎn)中的應用

菌糠主要由玉米芯、麩皮、木屑等高木質(zhì)纖維素原料組成，具有膳食纖維和非淀粉多糖豐富、價格低廉等特點，但肉雞沒有足夠的內(nèi)源木質(zhì)纖維素降解酶，所以利用微生物固態(tài)發(fā)酵的方式對菌糠中木質(zhì)纖維素進行降解、破壞，可提高肉雞腸道對纖維多糖原料的利用率（Wanzenb?Ock 等，2017；Yuan 等，2017；Leo等，2012）。 韓鵬偉等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，用6%發(fā)酵杏鮑菇菌糠代替肉雞飼糧中玉米，飼養(yǎng)前期的經(jīng)濟效益高于飼養(yǎng)后期，能顯著增加整個飼養(yǎng)階段肉雞的平均日增重、降低肉料比。Feng等（2020）通過利用產(chǎn)生木聚糖酶的蠟狀芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵麩皮，替代飼糧中5%玉米飼喂肉雞，發(fā)現(xiàn)其對肉雞生長性能未產(chǎn)生不利影響，但增加了肉雞空腸淀粉酶活性和腸道菌群豐富度。由于發(fā)酵食用菌菌糠相關研究較少，缺乏相關研究之間結(jié)果比較，有待進一步研究。張書良等（2016）以4：1和3：2的比例將玉米粉和杏鮑菇菌糠混合飼喂肉鵝，結(jié)果顯示日增重分別顯著提高37.84%和27.50%，混合比例3：2時經(jīng)濟效益最好。也有研究表明，杏鮑菇菌糠添加比例越高其經(jīng)濟效益越好 （杜學振等，2016）?；A飼糧中添加5 g/kg茶樹菇菌糠多糖提取物能夠顯著提高肉雞免疫能力，其中溶菌酶C濃度和總抗氧化能力分別顯著提高22.4%和49.2%（連永權等，2016）。閆昭明等（2018）在雞飼糧中用金針菇菌糠替換基礎日糧中玉米和豆粕，結(jié)果顯示肌肉紅度顯著降低，雞肉必需氨基酸和風味氨基酸的含量極顯著提高。鄒知明等（2013）試驗發(fā)現(xiàn)，在肉鴨飼養(yǎng)前期飼糧中添加20%平菇發(fā)酵菌糠可極顯著降低雛鴨的生長性能、日采食量；在肉鴨生長后期，添加20%發(fā)酵菌糠再配以2%的植物精油能顯著提高肉鴨的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，這可能是因為肉鴨在不同生長時期對粗纖維的消化能力不同和植物精油的協(xié)同改善作用，導致生長性能和日采食量在前期、后期出現(xiàn)差異。

表2 幾種菌糠的適宜發(fā)酵條件

4 總結(jié)與展望

如今畜牧業(yè)面臨飼料資源短缺、玉米-豆粕型飼料的高依賴性、全面禁抗等問題與變革，飼料資源的開發(fā)利用、傳統(tǒng)型飼料向發(fā)酵飼料的轉(zhuǎn)變需要加快前進步伐。許多試驗已經(jīng)證明菌糠可以替代部分玉米、麩皮等能量型飼料，因此菌糠發(fā)酵飼料的發(fā)展前景開闊。然而由于菌糠易發(fā)霉變質(zhì)，粗纖維含量高，可利用代謝能偏低，所以利用生物發(fā)酵手段能降低其作為家禽飼料的不足，微生物能發(fā)掘菌糠飼料的潛在價值。目前對于菌糠開發(fā)作家禽飼料的限制是地源性菌糠原料差異較大，很難建立起系統(tǒng)的微生物發(fā)酵系統(tǒng)，并且由于菌糠中多為木質(zhì)纖維素，單一菌種很難完成較好的發(fā)酵效果，所以多菌混菌和菌酶協(xié)同發(fā)酵菌糠值得深入研究。