菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料的特點及其在畜牧養(yǎng)殖上的應(yīng)用

李 爽， 王海燕， 劉 瓊，張廣民，唐守營， 蔡輝益

（1.北京挑戰(zhàn)生物技術(shù)有限公司，北京 100081；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所、生物飼料開發(fā)國家工程研究中心，北京100081）

無抗、非瘟、環(huán)保、飼料原料緊缺、食品安全等多重壓力對我國飼料行業(yè)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時，傳統(tǒng)的玉米-豆粕型飼料日糧配方和養(yǎng)殖管理技術(shù)陷入瓶頸，造成畜牧行業(yè)發(fā)展嚴(yán)重受限，亟需新的技術(shù)、產(chǎn)品和模式來帶動行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，在眾多的挑戰(zhàn)和選擇中，生物飼料應(yīng)運而生。

2018年，生物飼料領(lǐng)域第一個團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)——《生物飼料產(chǎn)品分類》（T/CSWSL001-2018）發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)將生物飼料分為發(fā)酵飼料、酶解飼料、菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料和生物飼料添加劑四個主類，第一次明晰了菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料的概念和技術(shù)理念。菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料采取的生產(chǎn)工藝，結(jié)合了微生物發(fā)酵飼料與酶解飼料兩種生物飼料的工藝特點，充分發(fā)揮了酶制劑和微生物的協(xié)同作用，是一種全新的生產(chǎn)工藝。與傳統(tǒng)的酶解、微生物發(fā)酵相比，菌酶協(xié)同的發(fā)酵方式在發(fā)酵效率、發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量上有著顯著的優(yōu)勢，尤其是在地源性發(fā)酵飼料的生產(chǎn)上，發(fā)揮著重要的作用。菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料融合了微生物、酶制劑以及發(fā)酵飼料的綜合元素，其快速發(fā)展必將給傳統(tǒng)的生物飼料添加劑行業(yè)、發(fā)酵飼料行業(yè)和原有的傳統(tǒng)飼料行業(yè)帶來沖擊。

1 酶解飼料、發(fā)酵飼料、菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料的特點

1.1 酶解飼料 酶解飼料是利用酶的作用，在人為控制的環(huán)境條件下，將飼料原料中的大分子物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)。

酶解飼料的優(yōu)點：（1）作用直接、降解程度高、養(yǎng)分損耗低、易于動物吸收；（2）生產(chǎn)工藝可控、機(jī)理明確、周期短，有效地規(guī)避了生物發(fā)酵飼料中可能存在的違規(guī)菌種添加、次級代謝產(chǎn)物危害等安全性問題。目前，市場上已有的該類飼料產(chǎn)品，其產(chǎn)品大分子物質(zhì)降解程度高，抗?fàn)I養(yǎng)因子含量極低。以某公司大豆蛋白飼料為例，其抗原蛋白幾乎不能檢出，產(chǎn)品形式以干粉為主，產(chǎn)品穩(wěn)定，不易發(fā)霉，使用方案以替代魚粉為主。

酶解飼料的缺點：（1）基于飼料原料的復(fù)雜性以及酶的專一性，目前的酶解飼料基本局限在以豆粕為主的單一原料上，并且在酶和設(shè)備的選擇上，以及酶解工藝控制上對生產(chǎn)者提出了極高的要求，處理不當(dāng)會對產(chǎn)品品質(zhì)造成很大的影響。如酶解豆粕易產(chǎn)生苦味肽類的物質(zhì)，影響動物的采食。因此，好的酶解飼料很少，能做好酶解飼料的企業(yè)更少。（2）酶解飼料在整個工藝中沒有益生菌的參與，為了避免生產(chǎn)過程中污染雜菌，必須控制酶解時間，其手段包括原料滅菌、提高酶解溫度、增大酶的加入量、提高物料水分等。同時，為了保證產(chǎn)品能長期保存，酶解后的原料必須干燥，這也大大增加了酶解飼料的生產(chǎn)成本，增加了用戶的使用成本，限制了其用戶群體的規(guī)模。（3）酶解飼料缺乏微生物的代謝過程，僅在一定程度上起到了分解大分子和降解有害物質(zhì)的目的，缺乏益生菌及其代謝所產(chǎn)生的益生元，綜合應(yīng)用效果往往劣于優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵飼料。

綜上，基于酶解飼料的生產(chǎn)技術(shù)特點、原料處理的單一性、較高的生產(chǎn)成本以及產(chǎn)品性能的欠缺，其應(yīng)用領(lǐng)域、模式推廣受到很大的制約，未來的發(fā)展仍然會以高端產(chǎn)品為主。隨著發(fā)酵飼料技術(shù)的進(jìn)步和模式的快速擴(kuò)張，酶解飼料在生物飼料中所占的比例將會被逐漸壓縮。

1.2 發(fā)酵飼料 發(fā)酵飼料（不包含菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料）是通過益生菌在生長過程中產(chǎn)生的水解酶發(fā)揮作用，將飼料原料中的大分子物質(zhì)部分分解，此外在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量有機(jī)酸及風(fēng)味物質(zhì)，其對于改善飼料原料的適口性，調(diào)節(jié)動物腸道菌群平衡具有積極作用（童申靈，2018）。其生產(chǎn)工藝按照使用微生物的類型，可劃分為好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵兩類；按照水分含量多少，可劃分為固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵兩類。

發(fā)酵飼料的優(yōu)點：（1）發(fā)酵過程中，益生菌分泌了豐富的代謝產(chǎn)物，如氨基酸、有機(jī)酸、微生物蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)以及蝦青素等功能性物質(zhì)，提高了動物的采食量、飼料的消化利用率，增強(qiáng)了動物的免疫力，減少了糞污和氨氣等有害物質(zhì)的產(chǎn)生和排放。（2）以厭氧工藝為主的發(fā)酵飼料，原料廣泛、工藝簡單、設(shè)備投資小、料損小、能耗低，養(yǎng)殖端現(xiàn)象級的應(yīng)用效果顯著，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和用戶的使用成本低，生產(chǎn)模式和產(chǎn)品便于推廣。國內(nèi)大部分中小發(fā)酵企業(yè)和地源性發(fā)酵飼料企業(yè)采用的都是厭氧發(fā)酵工藝。

發(fā)酵飼料的缺點：（1）厭氧發(fā)酵的益生菌普遍存在水解酶的分泌量不足、活力不高、種類不全的問題，導(dǎo)致發(fā)酵飼料中大分子物質(zhì)降解效果差、發(fā)酵速度慢、發(fā)酵周期長。（2）好氧發(fā)酵工藝存在控溫難度大、料損大、易染霉菌、物料黏度大、能耗高、設(shè)備投資大等問題，因增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，產(chǎn)品售價高、利潤低，市場推廣較為艱難。（3）發(fā)酵菌株之間的拮抗作用，限制了益生菌使用的種類，尤其是以芽孢菌和曲霉菌為主的好氧菌同以乳酸菌為主的厭氧菌復(fù)合時，存在嚴(yán)重的拮抗作用?；诎l(fā)酵飼料所存在的問題，以發(fā)酵豆粕為代表的采用好氧發(fā)酵工藝的發(fā)酵飼料生產(chǎn)企業(yè)和以地源原料發(fā)酵為代表的采用厭氧發(fā)酵的發(fā)酵飼料生產(chǎn)企業(yè)，大都將生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)向了菌酶協(xié)同的厭氧發(fā)酵工藝。

1.3 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料是指在發(fā)酵飼料的制備過程中，添加益生菌和酶制劑，通過益生菌與酶制劑的協(xié)同作用，最大化地降解飼料原料中的大分子物質(zhì)，同時在發(fā)酵過程中產(chǎn)生了有機(jī)酸及大量代謝產(chǎn)物。根據(jù)菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料的原料組分可分為，菌酶協(xié)同發(fā)酵單一飼料原料和菌酶協(xié)同發(fā)酵混合飼料原料，發(fā)酵豆粕就屬于應(yīng)用菌酶協(xié)同發(fā)酵的單一飼料原料；根據(jù)菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料的工藝可分為，菌酶協(xié)同耗氧發(fā)酵工藝和菌酶協(xié)同厭氧發(fā)酵工藝；根據(jù)菌酶添加工序，可分為菌酶同步發(fā)酵工藝和菌酶異步發(fā)酵工藝。

菌酶協(xié)同發(fā)酵已成為目前應(yīng)用最為廣泛的發(fā)酵飼料生產(chǎn)方式，但目前的理論研究仍然停留在初級階段，缺乏深層次的機(jī)理研究，在復(fù)雜原料的處理方面，缺乏穩(wěn)定的效果和完善的應(yīng)用方案。此外，以濕基發(fā)酵飼料為主的菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在生產(chǎn)應(yīng)用上存在染霉和物料分散不均勻兩方面問題，導(dǎo)致濕基發(fā)酵料無法進(jìn)入筒倉和飼喂料線，這在一定程度上限制了其在飼料廠和養(yǎng)殖端的應(yīng)用。

2 發(fā)酵飼料對生物飼料添加劑的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

從市場的反饋來看，在大多數(shù)情況下，發(fā)酵飼料在養(yǎng)殖端的綜合應(yīng)用效果要明顯優(yōu)于單純的酶制劑或微生態(tài)產(chǎn)品，良好的應(yīng)用效果增強(qiáng)了養(yǎng)殖終端和飼料企業(yè)使用和發(fā)展發(fā)酵飼料的信心。目前，絕大部分飼料集團(tuán)和中型飼料企業(yè)都在加快發(fā)酵飼料的產(chǎn)品開發(fā)和市場布局，大部分養(yǎng)殖集團(tuán)和規(guī)?；B(yǎng)殖廠也已經(jīng)開始應(yīng)用發(fā)酵飼料。原有的酶制劑和微生態(tài)制劑企業(yè)沉淀了菌和酶兩項發(fā)酵飼料生產(chǎn)的核心技術(shù)，如果運籌得當(dāng)，積極響應(yīng)，將在發(fā)酵飼料的發(fā)展中占得先機(jī)。

菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料由于兼顧了菌、酶以及發(fā)酵的元素，隨著濕基發(fā)酵飼料應(yīng)用技術(shù)的成熟，必然會降低直接在飼料中添加的酶和菌的比例。在未來幾年內(nèi)，在傳統(tǒng)飼料中直接添加的酶和菌的市場份額將會出現(xiàn)萎縮。但這并不意味著酶和菌的使用量會大幅縮減，只是其存在形式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，將原先在飼料中添加轉(zhuǎn)為在發(fā)酵飼料中添加。無論是發(fā)酵單一原料還是復(fù)合原料，尤其是在地源性原料的開發(fā)和利用方面，為了保證原料的處理效果，酶制劑在發(fā)酵飼料中的添加比例要遠(yuǎn)高于在傳統(tǒng)飼料中的添加比例，添加種類也會越來越豐富。因此，隨著菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料的推廣，飼用酶制劑的整體市場份額將會增大，酶制劑企業(yè)將會迎來新的增長點。微生態(tài)制劑生產(chǎn)企業(yè)也同樣會借助這一發(fā)展趨勢，迎來新的增長點。但是隨著菌種現(xiàn)場活化技術(shù)的成熟和推廣，微生態(tài)制劑在發(fā)酵飼料中的用量會逐漸縮減，其增長幅度將遠(yuǎn)低于酶制劑，加之發(fā)酵飼料的應(yīng)用所帶來的飼料中直接添加量的大幅減少，整個市場空間將會被逐漸壓縮。

發(fā)酵飼料要解決的問題主要有三個：（1）提升飼料原料的消化效率。（2）脫毒，去除抗?fàn)I養(yǎng)因子。（3）益生菌的增殖并產(chǎn)生益生元。因此，菌和酶的加入一定是有目的性的，但實際應(yīng)用中菌和菌、菌和酶、酶和酶之間既存在協(xié)同也存在拮抗。一些功能性的酶制劑會受到微生物代謝產(chǎn)物的抑制和破壞，需要單獨加入，因此功能性的酶制劑將會繼續(xù)在傳統(tǒng)飼料中添加。釋放養(yǎng)分型的酶制劑的單獨銷售模式將逐步被發(fā)酵飼料所帶來的原料預(yù)處理技術(shù)所淘汰。

就國內(nèi)的競爭態(tài)勢而言，隨著飼料廠和養(yǎng)殖端對發(fā)酵飼料認(rèn)知的逐漸深入，技術(shù)門檻較低的發(fā)酵飼料所產(chǎn)生的高毛利，最多可以維持2～3年，在此期間發(fā)酵劑和發(fā)酵飼料的小作坊會遍地叢生，低端發(fā)酵飼料及其配套菌劑產(chǎn)品會進(jìn)入紅海，行業(yè)步入微利時代。因此，發(fā)酵飼料的生產(chǎn)企業(yè)，要專注這1～2年的擴(kuò)張期，快速發(fā)展，占領(lǐng)渠道和市場，打造品牌和聲譽。另外也要著手開發(fā)有技術(shù)壁壘、功能性、效果穩(wěn)定的發(fā)酵劑或發(fā)酵飼料產(chǎn)品，以維持市場的穩(wěn)定，為后續(xù)的發(fā)展蓄力。

預(yù)期在未來的3～5年，發(fā)酵飼料的生產(chǎn)規(guī)模有望達(dá)到1000萬～2000萬t/年，按照每噸發(fā)酵飼料添加1～2 kg酶制劑，添加100 g發(fā)酵菌劑進(jìn)行計算，未來幾年發(fā)酵飼料中酶制劑的添加量將達(dá)到2萬～4萬t，微生態(tài)制劑的添加量將達(dá)到2000～4000 t，發(fā)酵飼料中酶制劑的添加量將占國內(nèi)整個飼用酶制劑市場的20%～40%。這將為傳統(tǒng)的酶制劑行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇。非功能性的酶制劑和在發(fā)酵飼料中穩(wěn)定的功能性酶制劑產(chǎn)品的銷售，將由酶制劑產(chǎn)品的銷售轉(zhuǎn)為發(fā)酵劑產(chǎn)品的銷售。

3 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在畜牧養(yǎng)殖上的應(yīng)用

3.1 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在仔豬養(yǎng)殖上的應(yīng)用菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料因其能夠?qū)暳显现械拇蠓肿游镔|(zhì)充分降解，有效去除原料中的抗原蛋白或者毒性因子，目前被廣泛應(yīng)用于仔豬飼料中。張煜等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，與添加抗生素的對照組相比，在仔豬飼料中添加10%的發(fā)酵飼料有利于提高采食量和日增重，對仔豬的料肉比和腹瀉率無顯著影響。鄧琳等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵飼料能提高仔豬生長性能和抗氧化能力，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，同時能有效減少飼料中抗生素的使用。Zhu等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬日糧中添加發(fā)酵豆粕，可有效改善其腸道微生態(tài)環(huán)境，大腸桿菌和結(jié)腸細(xì)菌顯著減少，有效提高仔豬免疫功能，改善其健康狀況。Zhang等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬日糧中添加10%玉米豆粕混合發(fā)酵飼料可顯著改善仔豬的腸道形態(tài)、消化功能和腸道菌群，減少仔豬日糧中抗生素的使用。

3.2 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在肉雞養(yǎng)殖上的應(yīng)用研究表明，與無抗日糧相比，發(fā)酵飼料能夠有效地促進(jìn)肉雞的生長，提高肉雞的生長性能；與含抗日糧相比，發(fā)酵飼料能夠明顯提升肉雞的免疫指標(biāo)及健康程度（吝常華等，2017）。李龍等（2019）研究表明，在肉雞日糧中添加10%和15%的發(fā)酵全價飼料能提高肉雞的平均日增重，養(yǎng)分消化率和盲腸中乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量，降低料肉比和盲腸中大腸桿菌和沙門氏菌數(shù)量。MirniLamid等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞飼糧中添加5%的發(fā)酵米糠粕，可降低肉雞膽固醇、高密度脂蛋白和甘油三酯含量。Sugiharto（2019）等研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞日糧中添加20%的發(fā)酵木薯渣可顯著降低肉雞腹脂含量，提高其十二指腸絨毛高度。

3.3 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的應(yīng)用發(fā)酵飼料能夠減輕水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)污染，可以達(dá)到綠色環(huán)保的效果，因此已在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面廣泛應(yīng)用。發(fā)酵飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的功效主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）提升水產(chǎn)動物體質(zhì)，增強(qiáng)其免疫力。（2）優(yōu)化水質(zhì)環(huán)境，凈化水體。（3）改善飼料適口性，提升飼料轉(zhuǎn)化率 （柳云華，2019）。鐘小群等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵飼料不僅可以提高鯉魚幼魚的飼料利用率，還可以提高其消化功能和非特異性免疫機(jī)能，并且不會對肌肉品質(zhì)造成不良影響。郭坤等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，生物發(fā)酵飼料可以明顯提高克氏原螯蝦生長性能、肌肉品質(zhì)、抗氧化能力和免疫機(jī)能。

4 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料的發(fā)展趨勢

4.1 功能性發(fā)酵菌株的開發(fā) 厭氧菌結(jié)合酶制劑的菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料已成為生物飼料的發(fā)展趨勢，針對厭氧菌存在的水解酶分泌能力弱、代謝產(chǎn)物相對單一的特點，一方面要強(qiáng)化功能性菌株的選育，另外一方面要采用基因工程技術(shù)改造菌株，賦予生產(chǎn)菌株更多的功能性。

4.2 地源性飼料原料酶解數(shù)據(jù)庫的建立 地源性飼料原料的應(yīng)用和發(fā)酵技術(shù)是建立中國特色的飼料配方體系的關(guān)鍵性技術(shù)，由于地源性飼料原料成分的復(fù)雜性，不易被微生物分解，在發(fā)酵過程中需要加入大量特異性的水解酶。因而，需要針對不同飼料原料，尤其是大宗的地源性飼料原料建立酶解數(shù)據(jù)庫，為酶制劑在地源性飼料原料上的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

4.3 液態(tài)飼喂配套的發(fā)酵技術(shù) 液態(tài)飼喂、生物發(fā)酵是解決地源性發(fā)酵飼料應(yīng)用的兩大核心技術(shù)，目前國內(nèi)已有多家企業(yè)開展液體飼喂設(shè)備的開發(fā)，部分養(yǎng)殖企業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用，市場反饋正向效果居多?；谝簯B(tài)飼喂的諸多優(yōu)點，其在豬的飼喂上具有廣闊的市場空間。而發(fā)酵飼料與液態(tài)飼喂系統(tǒng)可以無縫鏈接，通過液態(tài)飼喂可以完美的解決濕基發(fā)酵飼料在養(yǎng)殖端存在染霉和物料分散不均勻的兩大核心問題。因此，隨著液態(tài)飼喂技術(shù)的成熟，與液態(tài)飼喂相配套的發(fā)酵技術(shù)、酶解技術(shù)和發(fā)酵飼料將具有廣闊的市場空間。

4.4 菌酶協(xié)同技術(shù)機(jī)理的深入研究 菌酶協(xié)同技術(shù)機(jī)理研究主要可從以下三個方向入手：（1）研究不同菌株之間的相互作用，如生長速率、拮抗（促進(jìn)）作用、耐受性、定植機(jī)理以及益生作用機(jī)理等。（2）研究酶與酶之間的協(xié)同、拮抗等。（3）益生菌與酶制劑之間的協(xié)同作用，如堿性蛋白酶與芽孢桿菌之間具有協(xié)同效果，酸性蛋白酶與乳酸菌之間存在協(xié)同效果等。