非糧型發(fā)酵飼料的營養(yǎng)價值及其對荷斯坦奶牛的飼喂效果

張曉露，羅莎莎，秦瑞祥，陳學(xué)文，蔡杏華，曹艷紅

(1.廣西優(yōu)比特生物科技有限公司，南寧 530000；2.南寧市甜蜜蜜飼料有限公司，南寧 530000；3.廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南寧 530004; 4.廣西壯族自治區(qū)畜牧研究所，南寧 530001)

隨著我國畜牧養(yǎng)殖行業(yè)的不斷發(fā)展，動物“與人爭糧”的形勢日趨嚴(yán)峻，糧食保障問題已受到國家及政府的高度重視。對此，我國開始逐步加大非糧型飼料資源的研究與開發(fā)利用，這對于解決我國的糧食安全問題具有重要意義[1]。我國是農(nóng)業(yè)種植大國，2018年的農(nóng)業(yè)耕種面積達(dá)到938萬km2，約占全球農(nóng)業(yè)種植面積的7.34%，因此具有十分豐富的非糧型飼料資源，例如地源性農(nóng)作物副產(chǎn)物、糟渣類副產(chǎn)品、果蔬加工副產(chǎn)品、食品加工下腳料等[2-3]。非糧型飼料資源通常由于水分含量較高、易腐敗變質(zhì)、儲存難度大等問題而被丟棄，這不僅造成了巨大的資源浪費(fèi)，同時也嚴(yán)重污染了生態(tài)環(huán)境[4]。為了解決這一系列問題，生物發(fā)酵飼料的應(yīng)用開始受到人們的廣泛關(guān)注。

將非糧型飼料資源通過微生物和酶制劑進(jìn)行發(fā)酵后，不僅能夠進(jìn)一步提高其營養(yǎng)價值，有效緩解優(yōu)質(zhì)飼草短缺，同時也是草食畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一[5]。研究表明，生物發(fā)酵飼料具有改善飼料風(fēng)味，提高飼料消化率[6]，促進(jìn)動物腸道的微生態(tài)平衡，維持腸道pH穩(wěn)定和提高機(jī)體免疫力等功能[7]。通過微生物發(fā)酵，還能夠有效降解飼用原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。例如楊文艷等[8]發(fā)現(xiàn)，利用微生物發(fā)酵可顯著降低飼料中玉米赤霉烯酮含量。此外，棉籽中的棉籽糖，豆粕中的胰酶抑制因子，豆腐渣中的脲酶等，均可通過微生物發(fā)酵將部分抗?fàn)I養(yǎng)因子轉(zhuǎn)化為易于消化吸收的寡糖、單糖、菌體蛋白、小肽、氨基酸等，從而有效地提高飼料消化率[9]。研究還發(fā)現(xiàn)微生物發(fā)酵飼料能夠降低飼料中如生氰糖苷化物、異硫氰酸酯、黃曲霉毒素、嘔吐毒素等有毒化合物的含量及毒性作用[10-12]，表明微生物發(fā)酵飼料有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛯嶋H應(yīng)用價值。

目前，生物發(fā)酵飼料已在豬[13]、雞[14]、水產(chǎn)養(yǎng)殖[15]等方面得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果。然而，生物發(fā)酵飼料在奶牛養(yǎng)殖領(lǐng)域的研究與應(yīng)用相對較少，且利用非糧型飼料進(jìn)行發(fā)酵后用于奶牛飼喂的研究及效果尚缺乏系統(tǒng)的驗證[16]。因此，本文以非糧型飼料資源(啤酒渣、檸檬渣、全棉籽等)為原料，利用復(fù)合益生菌發(fā)酵劑(釀酒酵母、枯草芽孢桿菌、植物乳桿菌等)對其進(jìn)行發(fā)酵，制成非糧型發(fā)酵飼料，在檢測和評估非糧型發(fā)酵飼料的營養(yǎng)價值后，再用于飼喂荷斯坦奶牛(實驗組、對照組各140頭)，飼喂周期為30 d，記錄該發(fā)酵飼料對奶牛的飼料消化率和產(chǎn)奶量的影響，為非糧型發(fā)酵飼料的進(jìn)一步研究與應(yīng)用提供實踐參考與數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 非糧飼料資源 啤酒渣、全棉籽、檸檬渣。

1.1.2 甜蜜蜜生物飼料發(fā)酵劑 由南寧市甜蜜蜜飼料有限公司提供；其中益生菌總活菌數(shù)≥1×1010cfu/kg，主要成分包括釀酒酵母、枯草芽孢桿菌、植物乳桿菌、纖維素酶、淀粉酶、棕櫚粕、糖蜜等。

1.1.3 培養(yǎng)基(分析純) 葡萄糖、蛋白胨、酵母粉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、氯化鈉、瓊脂粉購自北京索來寶生物科技有限公司。

1.1.4 設(shè) 備 JJ224BC型電子分析天平，購自常熟市雙杰測試儀器有限公司；MJ-78A型高壓蒸汽滅菌鍋，購自上海施都凱儀器有限公司；SW-CJ-2FD超凈工作臺，購自蘇州安泰儀器設(shè)備有限公司；2RH-250L型生化恒溫培養(yǎng)箱，購自上海旻泉儀器有限公司；ML31型高分辨率生物顯微鏡，購自廣州市明美光電技術(shù)有限公司；P1型分光光度計，購自上海美普達(dá)儀器有限公司；TR6610-10A型水分測定儀，購自蘇州埃用儀器有限公司；KDN-103A自動定氮儀，購自上海纖檢儀器有限公司；RT-6000型酶標(biāo)儀，購自深圳雷杜生命科學(xué)股份有限公司。pHS-3C型精密pH計，購自上海雷磁儀器有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 甜蜜蜜生物飼料發(fā)酵劑的檢測 采用平板涂布計數(shù)法[17]，對甜蜜蜜生物飼料進(jìn)行活菌總數(shù)的檢測，精確稱取1 g甜蜜蜜生物飼料樣品，加入99 mL無菌水中，充分振蕩60 s后，分別稀釋至10-5，10-6，10-73個濃度梯度，隨后于超凈工作臺內(nèi)涂平板，涂布完成后，置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)靜置培養(yǎng)48 h。培養(yǎng)基配方為：葡萄糖2%，瓊脂粉2%，蛋白胨1%，酵母粉0.5%，氯化鈉0.5%，磷酸氫二鉀0.02%，磷酸二氫鉀0.02%，pH=6.8。培養(yǎng)完成后，選擇菌落數(shù)量合適的平板(菌落數(shù)為20～100之間)進(jìn)行計數(shù)，以計算樣品中的總活菌數(shù)，此外，挑取菌落形態(tài)具有明顯差異的菌株8～10個，進(jìn)行顯微觀察和鑒定。

1.2.2 非糧型發(fā)酵飼料的配比與制作 按照以下配方進(jìn)行配比(如表1所示)，啤酒渣60%，全棉籽15%，干檸檬渣10%，甜蜜蜜生物飼料15%，充分混合、攪拌均勻后，置于發(fā)酵池(如圖1A所示，長10～50 m，寬6～12 m，高3.0～3.5 m)內(nèi)，密封、厭氧發(fā)酵10 d。開窖時，感官判斷無霉變、無變質(zhì)、無發(fā)臭現(xiàn)象，有酸香、發(fā)酵醇香風(fēng)味(如圖1B所示)，方可用于奶牛飼喂試驗(圖1C、1D)。

表1 非糧型發(fā)酵飼料配方

1.2.3 非糧型發(fā)酵飼料的營養(yǎng)成分檢測 飼料混合均勻后，和發(fā)酵10 d后，根據(jù)飼料標(biāo)準(zhǔn)的五點采樣法[18]，分別采集飼料樣品1 kg，隨后經(jīng)過鼓風(fēng)干燥箱105 ℃，4 h風(fēng)干后密封，送到內(nèi)蒙古烏蘭察布市易馬科技有限公司檢測，評估該非糧型發(fā)酵飼料的營養(yǎng)價值。

注：A-發(fā)酵池；B-非糧型發(fā)酵飼料；C-采食；D-實驗牛群。

1.2.4 非糧型發(fā)酵飼料的奶牛飼喂試驗 根據(jù)牧場的生產(chǎn)實際，選擇牧場一棟后期牛舍作為實驗牛舍，平均分為兩組，每組約140頭。對照組按照常規(guī)日糧，實驗組則飼喂非糧型發(fā)酵飼料。日糧組成及營養(yǎng)水平分別見表2與表3，投料時使用利拉伐自走式TMR車(購自利拉伐天津有限公司)進(jìn)行，每日投料3次。牛只飲水、擠奶、清糞等生產(chǎn)工作一切照常。保證實驗階段牛只數(shù)量相差不超過±10，平均泌乳天數(shù)相差不超過±30 d。所選牛只的基本情況為：平均泌乳天數(shù)為297.5 d，牛奶平均單產(chǎn)為18.68 kg，公斤奶飼料成本為2.51元。

表2 日糧組成

表3 日糧營養(yǎng)水平

1.2.5 非糧型發(fā)酵飼料的飼喂效果評估 根據(jù)設(shè)定的條件進(jìn)行飼喂后，每天記錄牛舍的牛只數(shù)量，產(chǎn)奶量，干物質(zhì)采食量，糞便篩結(jié)果等數(shù)據(jù)，綜合評估非糧型發(fā)酵飼料的飼喂效果。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理 利用Excel 2007對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)。以P<0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜蜜蜜生物飼料發(fā)酵劑的檢測分析

甜蜜蜜生物飼料的檢測結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，甜蜜蜜生物飼料(圖2A)通過平板涂布后，通過計數(shù)得到其中的總活菌數(shù)為9.3×107cfu/g，通過進(jìn)一步顯微鏡1 000倍觀察發(fā)現(xiàn)，其中的主要微生物為釀酒酵母、枯草芽孢桿菌、植物乳桿菌和地衣芽孢桿菌。其中，釀酒酵母數(shù)據(jù)兼性厭氧真菌，具有優(yōu)良的發(fā)酵特性和營養(yǎng)特性，在發(fā)酵的前期，可大量消耗飼料中殘留的氧氣，通過特殊的生物奪氧機(jī)制，為厭氧微生物的生長創(chuàng)造前提條件，并通過自身的生長代謝進(jìn)一步提升發(fā)酵飼料的營養(yǎng)價值[19]?？莶菅挎邨U菌為兼性好氧型細(xì)菌，在消耗游離氧和促進(jìn)厭氧菌生長的同時，也能夠分泌有機(jī)酸、枯草菌素、短桿菌肽等物質(zhì)抑制病原菌的生長，同時能夠分泌纖維素酶，進(jìn)一步降解飼料中的纖維素，提升飼料的營養(yǎng)價值[20]。植物乳桿菌是乳酸桿菌中的一種，是常用的益生菌之一，具有維持腸道內(nèi)菌群平衡、提高機(jī)體免疫力和促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)吸收等多種功能，因此不僅在體外可用于飼料的發(fā)酵，進(jìn)入動物體內(nèi)仍然具有多種突出的生物功能，在食品工業(yè)中也具有十分廣泛的應(yīng)用[21]。地衣芽孢桿菌一種在土壤中常見的革蘭氏陽性嗜熱細(xì)菌，可促使機(jī)體產(chǎn)生抗菌活性物質(zhì)、殺滅致病菌，能夠促進(jìn)腸道內(nèi)正常生理性厭氧菌的生長，調(diào)整腸道菌群失調(diào)，恢復(fù)腸道功能，因此可用于進(jìn)一步提高發(fā)酵飼料的生物功能[22]。

注：A-甜蜜蜜生物飼料；B-甜蜜蜜生物飼料的活菌數(shù)檢測；C-甜蜜蜜生物飼料中的釀酒酵母；D-甜蜜蜜生物飼料中的枯草芽孢桿菌；E-甜蜜蜜生物飼料中的植物乳桿菌；F-甜蜜蜜生物飼料中的地衣芽孢桿菌。

2.2 非糧型發(fā)酵飼料的營養(yǎng)價值分析

非糧型發(fā)酵飼料的營養(yǎng)指標(biāo)檢測結(jié)果如表4所示，由表4可知，非糧型飼料在發(fā)酵前和發(fā)酵后對比，水分含量的變化極小(僅為1.47%)，而粗蛋白則有一定幅度的上升，由未發(fā)酵的18.1%提升至發(fā)酵后的19.7%，提升比率為8.84%，可溶性蛋白的含量則由未發(fā)酵前的23%(占粗蛋白比例)提升至發(fā)酵后的35%(占粗蛋白比例)，提升幅度達(dá)到了52.17%。一般來說，粗蛋白的檢測方法通常是采用凱氏定氮法[23]，而氮元素的變化應(yīng)符合質(zhì)量守恒定律，在發(fā)酵后不會引起蛋白質(zhì)的大幅度變化。然而，凱氏定氮法通常只能檢測到有機(jī)氮，而無機(jī)氮、疊氮等，在經(jīng)過微生物的硝化與反硝化、氨基轉(zhuǎn)換等作用后，可進(jìn)行氮元素的循環(huán)與利用[22,24]，從而被轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮、氨基酸、蛋白多肽、小粉多肽等物質(zhì)，因此經(jīng)過微生物發(fā)酵后的飼料，粗蛋白含量會得到一定程度的提升，并且是作為易于被消化和吸收的可溶性蛋白質(zhì)或氨基酸。

此外，非糧型飼料經(jīng)過微生物發(fā)酵后，其中性洗滌纖維(NDF)的含量由52.28%降低至49.03%，下降比率為6.22%，表明微生物需要消耗纖維素多糖作為碳源，以供自身生長和代謝，從而產(chǎn)生豐富的菌體蛋白和中間代謝產(chǎn)物[25]。脂肪的含量在發(fā)酵前后未檢測到相關(guān)變化?？偪上B(yǎng)分(TDN)由59%提升至62%，提升比率為5.10%，這表明飼料經(jīng)過發(fā)酵后，其可消化的營養(yǎng)價值得到進(jìn)一步提高。泌乳凈能(NEL)由1.40 Mcal/kg提升至1.49 Mcal/kg，提升比率為6.40%，這說明該非糧型發(fā)酵飼料用于飼喂奶牛后，將有望進(jìn)一步提高奶牛的產(chǎn)奶量?；诖?，該非糧型發(fā)酵飼料從營養(yǎng)指標(biāo)上分析，值得開展奶牛的飼喂試驗研究。

表4 非糧型飼料在發(fā)酵前后的部分營養(yǎng)指標(biāo)分析

2.3 非糧型發(fā)酵飼料對提高奶牛干物質(zhì)采食量和飼料消化率的作用

奶牛的干物質(zhì)采食量(DMI)如圖3所示，試驗期間，每間隔10 d統(tǒng)計1次每頭奶牛的干物質(zhì)采食量。實驗開展前，對照組與實驗組的干物質(zhì)采食量分別為17.09 kg與20.03 kg。由圖3可知，對照組牛群的干物質(zhì)采食量為17.44 kg[(17.33+16.91+18.08)/3]，上升比率為2.05%，實驗組牛群干物質(zhì)采食量為21.31 kg[(21.26+21.24+21.43)/3]，提升比率達(dá)到了6.40%。如表6所示，與對照組相比，實驗組的干物質(zhì)采食量極顯著的增加(P<0.01)。其可能的原因為非糧型飼料經(jīng)過發(fā)酵后，飼料的適口性得到明顯改善，并且賦予了發(fā)酵飼料特殊的芳香氣味，有利于奶牛的胃腸道消化和吸收，減少應(yīng)激反應(yīng)，從而能夠明顯提升奶牛的干物質(zhì)采食量[26]。

圖3 飼喂非糧型發(fā)酵飼料前后奶牛的干物質(zhì)采食量變化

飼喂非糧型發(fā)酵飼料后奶牛的糞便篩結(jié)果如表5所示，對照組中奶牛的糞便篩結(jié)構(gòu)為：第1層2.81%，第2層67.65%，第3層29.55%；實驗組中奶牛的糞便篩結(jié)構(gòu)為：第1層13.30%，第2層12.38%，第3層74.29%。根據(jù)高產(chǎn)奶牛的糞便篩標(biāo)準(zhǔn)(第1層<20%，第2層<20%，第3層>50%)，對照組中奶牛的糞便篩結(jié)果表現(xiàn)為不合理，主要是第1層占比過低，第2層占比過高，和第3層占比過低，實驗組每層糞便篩比例更加合理。

表5 飼喂非糧型發(fā)酵飼料前后奶牛的糞便篩分析結(jié)果

通過糞便篩可以更加直觀地看出飼喂非糧型發(fā)酵飼料后，飼料的消化率有明顯的改善(圖4)，且感官上糞便的氣味較淡，表明消化較為充分，氨氮、硫化氫等氣體的含量降低。此外，糞便篩的每一層比例更加合理，實驗組與對照組相比，糞便篩底層占比從29.55%提升到74.29%，表明纖維的消化率得到明顯提升。上、中、底層糞便篩篩上物所占比例在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，反映奶牛瘤胃狀況健康，飼料消化率相對較高[27]。由此可知，非糧型發(fā)酵飼料對于提高奶牛的飼料消化率，調(diào)節(jié)瘤胃環(huán)境的微生物平衡等方面具有明顯作用。

圖4 飼喂非糧型發(fā)酵飼料前后奶牛的糞便篩結(jié)果對比分析

2.4 非糧型發(fā)酵飼料可提高奶牛產(chǎn)奶量和降低公斤奶成本

飼喂發(fā)酵飼料前后奶牛的產(chǎn)奶量變化如圖5所示，在試驗期間，每間隔10 d統(tǒng)計1次每頭奶牛的平均產(chǎn)奶量。由圖5可知，在飼喂非糧型發(fā)酵飼料前，對照組和實驗組的奶牛平均產(chǎn)奶量分別為18.02 kg/頭和19.31 kg/頭，當(dāng)飼喂試驗開展后，對照組在30 d內(nèi)平均產(chǎn)奶量為18.68 kg/頭[(19.98+18.28+17.79)/3]，提升比率為3.66%，而實驗組的奶牛平均產(chǎn)奶量為21.84 kg/頭[(21.01+22.19+22.33)/3]，提升比率為13.10%。如表6所示，與對照組相比，實驗組平均產(chǎn)奶量顯著增加(P<0.05)。由此可知，非糧型發(fā)酵飼料能夠進(jìn)一步提高奶牛的產(chǎn)奶量，這可能與發(fā)酵飼料的泌乳凈能(NEL)及采食量的提高密切相關(guān)。

圖5 飼喂非糧型發(fā)酵飼料前后的奶牛產(chǎn)奶量對比

試驗期間，對照組和實驗組的公斤奶飼料成本如表6所示，由表6可知，飼喂常規(guī)飼料(對照組)的牛奶飼料成本為2.51元/kg，而飼喂非糧型發(fā)酵飼料(實驗組)的牛奶飼料成本為2.48元/kg，比對照組降低了0.03元/kg(P>0.05)。假設(shè)奶牛養(yǎng)殖規(guī)模為1 000頭，年單產(chǎn)為9 000 kg，每年可減少約16萬元的飼料支出。由此可知，飼喂非糧型發(fā)酵飼料不僅能夠提高飼料的營養(yǎng)價值，提高奶牛的飼料消化率和轉(zhuǎn)化率，還能夠進(jìn)一步提高奶牛的產(chǎn)奶量，降低飼料成本，達(dá)到“降本增效”和“節(jié)能環(huán)?！钡哪康腫28]。

表6 飼喂常規(guī)飼料與非糧型發(fā)酵飼料的成本對比

由表7可知，在實驗期間實驗組的平均干物質(zhì)采食量較對照組差異極顯著(P<0.01)，高出22.19%，相較實驗前進(jìn)一步增大了兩組之間的平均干物質(zhì)采食量差距；實驗組的平均產(chǎn)奶量較對照組差異顯著(P<0.05)，高出16.92%，相較實驗前進(jìn)一步增大了兩組之間的平均產(chǎn)奶量差距；實驗組的每1 kg牛奶飼料成本較對照組差異不顯著(P>0.05)。

表7 飼喂非糧型發(fā)酵飼料的飼喂分析

3 結(jié) 論

非糧型飼料資源具有重要的開發(fā)和利用價值，本文所采用的非糧型飼料，經(jīng)過微生物發(fā)酵后，能夠進(jìn)一步提高其本身的營養(yǎng)價值，改善飼料的適口性，用于飼喂荷斯坦奶牛后發(fā)現(xiàn)，該非糧型發(fā)酵飼料能夠有效提高荷斯坦奶牛的干物質(zhì)采食量和飼料消化率，提高奶牛的產(chǎn)奶量，并降低飼料成本。在廣西、四川、廣東等區(qū)域的奶牛場已經(jīng)在使用此項技術(shù)，利用發(fā)酵技術(shù)將非糧型飼料進(jìn)行發(fā)酵來飼喂荷斯坦奶牛，如廣西農(nóng)墾西江乳業(yè)有限公司奶牛場、來賓綠健牧業(yè)有限公司奶牛養(yǎng)殖場等養(yǎng)殖場在飼喂非糧型發(fā)酵飼料后都取得了顯著的效果。非糧型發(fā)酵飼料作為一種相對廉價的飼料資源，不僅能夠降本增效、提高養(yǎng)殖效益，還能夠改善牧場生態(tài)環(huán)境，降低環(huán)境污染，因此值得在畜牧養(yǎng)殖領(lǐng)域進(jìn)一步推廣應(yīng)用。綜上所述，近些年人們對非糧型飼料的關(guān)注度越來越高，也做了很多研究，但相關(guān)的營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)并不完善。因此，為了提高對非糧型飼料的開發(fā)利用，還需進(jìn)一步對其營養(yǎng)價值參數(shù)、飼用安全性以及機(jī)體免疫功能的量化研究，以期為非糧型發(fā)酵飼料的推廣奠定理論基礎(chǔ)。