生物飼料研究應(yīng)用進(jìn)展

簡(jiǎn)志銀， 劉 鏡， 張曉可， 夏 林

(1. 貴陽(yáng)金滿船飼料有限公司，貴州貴陽(yáng)550014； 2. 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，貴州貴陽(yáng)550005；3. 貴陽(yáng)市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州貴陽(yáng)550081)

生物飼料是指使用農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《飼料原料目錄》《飼料添加劑品種目錄》等國(guó)家相關(guān)法規(guī)允許使用的飼料原料和添加劑，通過(guò)發(fā)酵工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和基因工程等生物工程技術(shù)開發(fā)的飼料產(chǎn)品總稱，包括發(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等[1]。根據(jù)原料組成、菌種或酶制劑組成、原料干物質(zhì)的主要營(yíng)養(yǎng)特性，可將生物飼料分為發(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4個(gè)主類、10個(gè)亞類、17個(gè)次亞類、50個(gè)小類和112個(gè)產(chǎn)品類別[2]。生物飼料可降低飼料中抗?fàn)I養(yǎng)因子對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生的不利影響，提高飼料利用率，有效促進(jìn)農(nóng)副資源飼料化與高效利用，減少抗生素等藥物添加劑的使用，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能，因此開發(fā)綠色、環(huán)保、高效的生物飼料對(duì)降低飼料成本、減排環(huán)保以及緩解大豆等蛋白質(zhì)飼料供需矛盾具有重要意義。近年來(lái)生物飼料的開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)已成為飼料行業(yè)研究的熱點(diǎn)，現(xiàn)將生物飼料的研究應(yīng)用情況概述如下，供同行參考。

1 生物飼料的作用機(jī)理

1.1 改善畜禽胃腸道微生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境生物飼料含有大量的乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、乳酸鏈球菌等多種有益菌，畜禽采食后有益菌群產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機(jī)酸，降低消化道內(nèi)pH值，還可以產(chǎn)生細(xì)菌素、乳酸鏈球菌肽、過(guò)氧化氫、溶菌酶等多種功能性物質(zhì)，抑制沙門氏菌、綠膿桿菌、大腸桿菌等病原菌的生長(zhǎng)，從而改善畜禽胃腸道微生態(tài)環(huán)境。飼喂生物發(fā)酵飼料可促進(jìn)畜禽對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)的消化、吸收和利用，有助于減少畜禽糞便中氮、磷的排放，還可抑制和清理腐敗菌，減少氨、生物胺、糞臭素、硫化氫等有害物質(zhì)的產(chǎn)生和排放，減少圈舍內(nèi)污染物的含量，達(dá)到減少污染和凈化環(huán)境的目的。陳玉龍等[3]研究發(fā)現(xiàn)，添加發(fā)酵豆粕替代普通豆粕可極顯著降低(26.09%)保育豬舍內(nèi)的氨氣的體積分?jǐn)?shù)，為保育豬的健康生長(zhǎng)提供適宜的環(huán)境。史慧玲等[4]研究了不同益生菌復(fù)合添加對(duì)保育豬糞污中氮、磷排放的影響，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌、枯草芽孢桿菌與釀酒酵母菌三菌復(fù)合飼喂可使保育仔豬糞便中氮、磷、粗纖維的表觀消化率分別提高39.00%、71.46%、32.51%，飼料的消化率顯著提高，糞便中氮、磷含量顯著減少，從而降低畜禽糞便對(duì)環(huán)境的污染。

1.2 提高畜禽機(jī)體的免疫功能研究發(fā)現(xiàn)，飼料發(fā)酵后可有效提高飼料中有益微生物菌群的數(shù)量，使更多的有益微生物進(jìn)入畜禽腸道形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，迅速定植并成為優(yōu)勢(shì)菌群。如：乳酸菌可通過(guò)產(chǎn)生大量乳酸、乙酸降低腸道pH值，促進(jìn)腸道絨毛的生長(zhǎng)，擴(kuò)大小腸的吸收面積，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用并產(chǎn)生黏附物質(zhì)，增強(qiáng)腸道屏障作用，限制致病菌在腸道黏膜上皮細(xì)胞的黏附和生長(zhǎng)，從而減少腸道內(nèi)有害菌的數(shù)量，維持腸道生態(tài)平衡，降低畜禽的腹瀉率[5，7]。發(fā)酵飼料中的益生菌及代謝活性物質(zhì)作為非特異性免疫調(diào)節(jié)因子，可以刺激畜禽腸道免疫器官發(fā)育，激活腸道的免疫機(jī)制，提高畜禽機(jī)體的細(xì)胞免疫和體液免疫能力，提高畜禽血液中免疫球蛋白的含量，及時(shí)消滅侵入體內(nèi)的致病菌，提高畜禽對(duì)疾病的抵抗力，減少疾病的發(fā)生[8]。

1.3 提高飼料利用率和畜禽的生產(chǎn)性能飼料經(jīng)發(fā)酵后可產(chǎn)生多種不飽和脂肪酸和芳香酸，具有特殊的芳香味和良好的適口性，可顯著提高畜禽的采食量。同時(shí)生物飼料在畜禽體內(nèi)代謝后可產(chǎn)生蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、植酸酶、B族維生素、氨基酸以及多種促生長(zhǎng)因子，可促進(jìn)畜禽的生長(zhǎng)發(fā)育，提高畜禽對(duì)飼料的利用率[9]。另外生物發(fā)酵飼料可在畜禽的腸道內(nèi)形成由致密性膜菌群組成的生物屏障，防止有害物質(zhì)和廢物的吸收。研究發(fā)現(xiàn)，生豬日糧中添加發(fā)酵飼料可提高仔豬、生長(zhǎng)豬、育肥豬的日增重和采食量，降低料重比和發(fā)病率，提高養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益[10，11]；肉雞日糧中添加混合菌種固態(tài)發(fā)酵的餅粕飼料可提高消化道(十二指腸、空腸、回腸和盲腸)中蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的活性，顯著提高肉雞的生長(zhǎng)性能和屠宰性能，降低料重比[12，13]；奶牛日糧中添加益生菌發(fā)酵飼料可提高泌乳奶牛的產(chǎn)奶量和飼料養(yǎng)分的表觀消化率，改善乳品質(zhì)[14]。

2 生物發(fā)酵飼料的研究與應(yīng)用

2.1 生產(chǎn)發(fā)酵飼料的菌種發(fā)酵飼料菌種的優(yōu)劣是保證發(fā)酵飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵因素，菌種需具有可分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等消化酶，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收；產(chǎn)生維生素和菌體蛋白，提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；增強(qiáng)動(dòng)物的免疫機(jī)能，提高抗病力等功效[15]。用于發(fā)酵飼料生產(chǎn)的菌種主要有乳酸菌、芽孢菌、酵母菌和部分霉菌。生產(chǎn)中使用的乳酸菌的發(fā)酵產(chǎn)物可使物料迅速酸化，抑制梭菌等有害菌的生長(zhǎng)，分為同型乳酸菌、專性異型乳酸菌、兼性乳酸菌、雙歧桿菌[16]；使用的芽孢菌和酵母菌在發(fā)酵過(guò)程中可以消耗培養(yǎng)體系中的氧氣，為乳酸菌生長(zhǎng)創(chuàng)造厭氧環(huán)境，芽孢菌包括蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等[17]；酵母菌包括熱帶假絲酵母、產(chǎn)朊假絲酵母、啤酒酵母、紅酵母等[18]；生產(chǎn)中使用的霉菌能產(chǎn)生豐富的酶類(如纖維素酶、淀粉酶、果膠酶、蛋白酶、植酸酶等)，可用廉價(jià)的粗蛋白原料作為發(fā)酵底物，生產(chǎn)高活性的蛋白飼料[19]。

2.2 發(fā)酵飼料資源的開發(fā)與應(yīng)用我國(guó)餅粕類資源十分豐富，主要有大豆餅粕、菜籽餅粕、棉籽餅粕、花生粕、芝麻餅粕、油茶餅粕、葵花籽餅粕、亞麻籽餅粕等。餅粕類飼料原料均富含植物蛋白，但抗?fàn)I養(yǎng)因子含量也較高，蛋白質(zhì)和氨基酸消化利用率低，導(dǎo)致其在飼料中的添加量較低(一般低于8%)[20]。采用生物發(fā)酵技術(shù)可分解餅粕類飼料原料中的淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)，產(chǎn)生更多的單糖、游離氨基酸、多肽等更易吸收的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，提高畜禽消化吸收；在微生物代謝過(guò)程中可產(chǎn)生有機(jī)酸、益生元、維生素、激素等促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)的物質(zhì)；能有效去除餅粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，產(chǎn)生豐富的功能活性物質(zhì)，提高餅粕的飼用價(jià)值。

2.2.1 發(fā)酵豆粕大豆粕是大豆經(jīng)浸出制油后的副產(chǎn)物，營(yíng)養(yǎng)豐富，但大豆含有胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素等多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，直接攝入會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物胰腺腫大、過(guò)敏反應(yīng)、生長(zhǎng)緩慢以及不良生理反應(yīng)。發(fā)酵豆粕是豆粕經(jīng)過(guò)生物發(fā)酵的產(chǎn)物，是目前研究最為深入的1種生物飼料，是以優(yōu)質(zhì)豆粕為主要原料，通過(guò)接種微生物發(fā)酵，顯著降低豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，并產(chǎn)生益生菌、寡肽、谷氨酸、乳酸、維生素等活性物質(zhì)。袁正武等[21]研究表明，枯草芽孢桿菌、釀酒酵母菌、乳酸菌的添加比例分別為0.3%、0.2%、0.1%，蛋白酶添加量為0.2%，菌種活化時(shí)間為0.5 h，發(fā)酵的初始水分為38%，溫度保持在30～42 ℃時(shí)，發(fā)酵豆粕的理化指標(biāo)最優(yōu)，其中小肽含量可達(dá)20%以上，乳酸含量可達(dá)3.5%以上，并且質(zhì)量穩(wěn)定。陳玉龍等[22]用發(fā)酵豆粕替代普通豆粕可顯著降低保育豬的料重比和腹瀉率(P<0.05)，極顯著降低豬舍內(nèi)的氨氣濃度(P<0.01)。周玲玲等[23]研究高活性大豆異黃酮發(fā)酵豆粕對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)發(fā)育、抗氧化功能和肝功能的影響表明，在斷奶仔豬日糧中，以高活性大豆異黃酮發(fā)酵豆粕替代8%普通豆粕的飼喂效果最佳。史玉寧等[24]采用米曲霉、釀酒酵母混合發(fā)酵豆粕表明，在水分為45%，米曲霉、釀酒酵母接種量分別為0.5%、4%，同時(shí)添加0.1%酶制劑的條件下發(fā)酵效果最佳，發(fā)酵豆粕的粗蛋白質(zhì)含量提高了21.27%。

2.2.2 發(fā)酵菜籽餅粕菜籽餅粕是1種高蛋白飼料，其粗蛋白含量為35%～40%、消化能10.46～12.55 MJ/kg、鈣0.61%、磷0.95%，還含有鐵、銅、錳、硒等微量元素和多種維生素，但含有硫苷、植酸、單寧、芥子堿、皂素等抗?fàn)I養(yǎng)因子，制約了其在飼料中的使用。菜籽餅粕發(fā)酵后可有效降低菜籽餅粕中的粗纖維、硫苷、異硫氰酸酯和植酸水平。邱良偉等[25]研究了植物乳桿菌和黑曲霉復(fù)合微生物固態(tài)發(fā)酵對(duì)菜籽粕脫毒效果及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響，結(jié)果表明復(fù)合微生物固態(tài)發(fā)酵可顯著降低菜籽粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，混和菌種發(fā)酵的效果優(yōu)于單菌種發(fā)酵。發(fā)酵后菜籽粕的粗蛋白質(zhì)含量提高6.57%，小肽含量提高88.76%，粗纖維含量降低11.31%，抗?fàn)I養(yǎng)因子異硫氰酸酯含量降低64.00%，噁唑烷硫酮含量降低81.82%，硫苷含量降低75.16%，總氨基酸含量提高11.59%。

2.2.3 發(fā)酵棉籽粕棉籽粕在我國(guó)粕類飼料中的利用量?jī)H次于豆粕，但因棉籽粕中含有游離棉酚，動(dòng)物采食后會(huì)對(duì)生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖產(chǎn)生不良影響，限制了其在畜禽飼糧中的大量使用。王曉玲等[26]利用枯草芽孢桿菌與釀酒酵母對(duì)棉籽粕進(jìn)行混和菌種固態(tài)發(fā)酵，在30 ℃發(fā)酵48 h后，游離棉酚去除率達(dá)48.5%，粗蛋白質(zhì)含量增加19%，必需氨基酸含量增加28.4%。馮江鑫[27]利用枯草芽孢桿菌發(fā)酵的棉籽粕進(jìn)行黃羽肉雞飼養(yǎng)試驗(yàn)，發(fā)酵棉籽粕在飼料中的添加比例為5%消化吸收較好，可獲得最佳的飼料轉(zhuǎn)化率和日增重。魏尊[28]利用嗜酸乳桿菌發(fā)酵的棉籽粕進(jìn)行蛋雞飼養(yǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明發(fā)酵棉粕替代蛋雞日糧中10%豆粕經(jīng)濟(jì)效益最佳，同時(shí)可獲得較好的生產(chǎn)性能、蛋品質(zhì)及血液生化指標(biāo)。Wang Y W等[29]用發(fā)酵棉籽粕進(jìn)行肉雞飼養(yǎng)試驗(yàn)，結(jié)果在日糧中添加8%發(fā)酵棉籽粕可顯著提高肉雞的日增重、血清免疫水平和抗氧化水平、盲腸乳酸菌數(shù)量等。

2.2.4 發(fā)酵花生餅粕花生餅粕是花生仁經(jīng)壓榨、浸出油脂后的產(chǎn)品，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，但極易受黃曲霉菌的污染而產(chǎn)生黃曲霉毒素，對(duì)畜禽的肝臟和生產(chǎn)性能影響很大。通過(guò)微生物發(fā)酵花生餅粕可有效降低黃曲霉毒素、抗原成分、胰蛋白酶抑制因子等有毒有害物質(zhì)，同時(shí)在發(fā)酵過(guò)程中還可產(chǎn)生大量的益生菌、寡肽、乳酸及未知生長(zhǎng)因子等有益成分，提高畜禽機(jī)體免疫力，抑制消化道疾病的發(fā)生，促進(jìn)生長(zhǎng)，提高成活率，還可改善飼料風(fēng)味及品質(zhì)，提高其在畜禽體內(nèi)的消化吸收率[30]。

2.2.5 發(fā)酵稻谷、小麥等加工副產(chǎn)物我國(guó)糠麩產(chǎn)量巨大，糠麩含有豐富的礦物質(zhì)，還有多種活性物質(zhì)，直接利用消化吸收率較低，不僅造成資源浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。小麥麩的粗蛋白、粗纖維含量較高，但吸水性較強(qiáng)，易霉變，易被嘔吐毒素污染；米糠的粗蛋白、粗脂肪含量較高，但易發(fā)生霉?。缓邴滬?、燕麥麩、高粱糠的粗纖維含量較高?？符燁愶暳辖?jīng)霉菌、酵母、乳酸菌、芽孢桿菌等微生物發(fā)酵后，可顯著降低其中的抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，將無(wú)法利用和利用率低的成分分解為易消化的小分子物質(zhì)，提高糠麩類飼料的蛋白質(zhì)含量和消化率[31]。楊晉青等[32]利用發(fā)酵小麥麩進(jìn)行仔豬飼養(yǎng)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)酵小麥麩替代仔豬日糧中9%普通小麥麩可顯著提高仔豬的采食量、平均日增重，降低料重比、腹瀉率和死淘率，有效改善仔豬的膚色。王偉偉等[33]用酵母菌(CGMCC2.119)發(fā)酵玉米加工副產(chǎn)物，結(jié)果在初始pH值為7.42、發(fā)酵時(shí)間60 h、接種量7.93%時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)物中酵母菌數(shù)達(dá)1.90億個(gè)/g，發(fā)酵效果最佳。典姣姣等[34]利用黑曲霉、枯草芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌混合發(fā)酵噴漿玉米皮生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料，結(jié)果當(dāng)發(fā)酵初始條件為pH值6.0、含水量75%、接種量15%、發(fā)酵溫度32 ℃、發(fā)酵時(shí)間72 h時(shí)，可以提高發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量(8.29%)。

2.2.6 發(fā)酵非常規(guī)飼料資源多數(shù)非常規(guī)飼料原料含有抗?fàn)I養(yǎng)因子，且適口性差，通常較少使用，需要加工后才能利用。朱新強(qiáng)等[35]利用固態(tài)發(fā)酵豆渣、葡萄渣和蘋果渣生產(chǎn)復(fù)合蛋白飼料，結(jié)果當(dāng)發(fā)酵飼料的pH值為6.2，粗蛋白質(zhì)、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維含量分別為 11.25%、28.43%、24.68%，發(fā)酵效果最佳，可以顯著提高飼料的飼用價(jià)值。羅文等[36]利用釀酒酵母、黑曲霉、里氏木霉混合發(fā)酵豆渣和蘋果渣復(fù)合蛋白飼料，結(jié)果當(dāng)發(fā)酵溫度為30 ℃、含水量70%、接種量1%、發(fā)酵時(shí)間48 h時(shí)，可以提高發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量。

3 生物發(fā)酵飼料存在的問(wèn)題

3.1 發(fā)酵設(shè)備和工藝落后目前生產(chǎn)發(fā)酵飼料的廠家多為小型飼料廠，對(duì)微生物知識(shí)和發(fā)酵工藝了解較少，缺少專業(yè)人員和先進(jìn)的發(fā)酵設(shè)備，生產(chǎn)條件和衛(wèi)生管理差，飼料的安全生產(chǎn)存在極大隱患。

3.2 發(fā)酵效果不穩(wěn)定用于發(fā)酵飼料生產(chǎn)的菌株性能不穩(wěn)定，耐受性低，菌種的數(shù)量和活性在培養(yǎng)、保存、分裝、發(fā)酵過(guò)程中均會(huì)受到影響，很難獲得穩(wěn)定的效果。菌種組合、發(fā)酵底物、生產(chǎn)條件等因素都會(huì)影響發(fā)酵飼料的質(zhì)量。需要根據(jù)不同動(dòng)物種類、不同生產(chǎn)水平等因素研發(fā)不同種類的微生物發(fā)酵飼料，明確每一類產(chǎn)品的使用對(duì)象和應(yīng)用條件。

3.3 缺少產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)生物發(fā)酵飼料在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，其主要成分及對(duì)畜禽的作用機(jī)理還有待深入研究，對(duì)微生物發(fā)酵飼料的品質(zhì)很難有統(tǒng)一的鑒定標(biāo)準(zhǔn)。目前對(duì)發(fā)酵飼料的檢測(cè)方法單一，多憑借氣味、顏色、形態(tài)判斷產(chǎn)品質(zhì)量和性能，很難保證飼料質(zhì)量的穩(wěn)定性。發(fā)酵過(guò)程中對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制可以有效保證發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量，但目前這方面的監(jiān)控技術(shù)還不成熟。

4 小結(jié)

生物飼料在畜禽養(yǎng)殖中進(jìn)一步大范圍應(yīng)用，并作為抗生素和蛋白飼料的替代品，可以大大降低飼養(yǎng)動(dòng)物的藥源性疾病，改善動(dòng)物整體健康狀況，生產(chǎn)出無(wú)抗生素殘留的優(yōu)質(zhì)畜禽產(chǎn)品，滿足人們對(duì)綠色健康食品的迫切需求。隨著相關(guān)研究的深入，生物飼料的生產(chǎn)及應(yīng)用將更加規(guī)范、高效、安全，在飼料行業(yè)中具有廣闊的發(fā)展前景。