中藥渣發(fā)酵飼料的特點及其在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

周鑫宏 張懷丹 蔣 立 王 鳳 杜召國 袁進(jìn)鋒 陳鮮鑫

（1.樂山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 樂山 614000；2.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽 621000；3.樂山市市中區(qū)動物疫病預(yù)防控制中心，四川 樂山 614000；4.樂山中牧獸藥有限公司，四川 樂山 614000；5.井研縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川 樂山 614000）

自2020年我國實施“禁抗令”以來，關(guān)于替抗飼料添加劑的研究較多[1]。我國擁有大量的中草藥資源，其中有300 多種能夠在動物生產(chǎn)中使用；中草藥能夠提高動物的生產(chǎn)性能，減緩氧化應(yīng)激，提高免疫能力，對疾病起預(yù)防性治療效果[2-4]。中藥渣是一類醫(yī)藥廢棄物，也是可再利用的自然資源。隨著我國中藥產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，每年產(chǎn)生中藥渣約3 000萬～7 000萬t[5]。經(jīng)提取后的藥渣中還含有30%的活性成分和一定量的營養(yǎng)物質(zhì)[6]，可作為動物飼料原料使用。利用生物發(fā)酵技術(shù)對中藥渣進(jìn)行處理，可降低藥渣的抗?fàn)I養(yǎng)成分、毒性物質(zhì)、粗纖維和木質(zhì)素含量，提高中藥渣利用率；經(jīng)微生物的代謝還可將中藥渣中的大分子成分分解為可被消化的小分子物質(zhì)，產(chǎn)生低聚寡糖等功能性次級代謝產(chǎn)物[7-8]。本文綜述了中藥渣的發(fā)酵工藝、發(fā)酵優(yōu)勢及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用，為中藥渣的資源化利用、降低畜禽養(yǎng)殖成本、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)提供參考。

1 中藥渣發(fā)酵飼料的發(fā)酵工藝

1.1 發(fā)酵方式

發(fā)酵方式根據(jù)培養(yǎng)基不同可分為固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵飼料的特點為發(fā)酵罐中沒有流動的水，固態(tài)發(fā)酵底物的水分含量控制在50%～70%，將微生物接種于發(fā)酵底物中，模擬微生物在自然界中的生長環(huán)境，發(fā)酵結(jié)束時中藥渣呈現(xiàn)濕潤的固態(tài)，發(fā)酵溫度一般為20～36 ℃，發(fā)酵時間為3～14 d[9-10]。液態(tài)發(fā)酵飼料的特點為發(fā)酵罐中始終有流動的水，水是培養(yǎng)基中的主要組分，基料與水的比例為1∶1.5～1∶4.0 (g/mL)；發(fā)酵底物與水混合，將微生物接種于混合物中，發(fā)酵結(jié)束時培養(yǎng)物是液體狀態(tài)，發(fā)酵溫度為20～36 ℃，發(fā)酵時間為3～7 d[11-12]。

1.2 常用發(fā)酵菌種

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《飼料添加劑品種目錄》（2013）中規(guī)定可以將34種微生物添加到飼料中。目前，發(fā)酵飼料常用的菌種主要分為4 類，分別是乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌和霉菌[13]。乳酸菌發(fā)酵過程中可產(chǎn)生大量乳酸、乙酸、丙酸、抑菌素、小分子肽等[14-15]；酵母菌發(fā)酵能夠產(chǎn)生羥基化合物、脂肪衍生物、酚類化合物、乙醇、揮發(fā)性脂肪酸等[16-17]；芽孢桿菌發(fā)酵主要產(chǎn)生維生素B1、維生素B2、維生素B6等B族維生素和維生素C，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纖維素酶和植酸酶等酶以及多種代謝產(chǎn)物[18-19]；霉菌發(fā)酵主要產(chǎn)生纖維素酶、果膠酶、蔗糖酶、蛋白酶、有機(jī)酸、檸檬酸等[20]。菌種的選擇應(yīng)遵循以下特點：對動物機(jī)體無毒無害，能夠平衡腸道微生態(tài)環(huán)境；耐酸性較好，易存活，世代分化間隔較短，腸道定植能力強(qiáng)；分解代謝能力較強(qiáng)，產(chǎn)酸產(chǎn)酶能力較強(qiáng)，能分泌生物活性物質(zhì)；穩(wěn)定性較強(qiáng)，從飼料應(yīng)用到養(yǎng)殖端仍具有較高活性。

1.3 發(fā)酵條件

中藥渣的發(fā)酵工藝一般是在培養(yǎng)基中添加足夠的發(fā)酵基質(zhì)（即碳源和氮源供微生物生長）、合適的水分和發(fā)酵菌種在適宜微生物生長的環(huán)境下發(fā)酵而成。孫曉燕[21]采用正交試驗探究了高濕藥渣的發(fā)酵路線，結(jié)果表明，在高濕藥渣中添加15%～20%蔗糖和0.5%～5.0%微生物制劑（安琪啤酒酵母、嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌），充分混合后在25～37 ℃環(huán)境下密閉發(fā)酵2 d 即可。Ma 等[22]研究了采用米根霉菌發(fā)酵苦參渣作為動物飼料的可行性，結(jié)果表明，在苦參渣中接種10%的米根霉菌，乳酸濃度可達(dá)46.78 g/L，發(fā)酵后的苦參渣中蛋白質(zhì)含量達(dá)12.15%，該含量是原未發(fā)酵苦參的46倍，是使用糞腸球菌發(fā)酵后的4.3 倍，重金屬Cd、Pb、As、Hg、Cr 含量極低，符合國標(biāo)飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 13078—2017。韋票[23]從山羊的瘤胃中篩選出優(yōu)勢菌群枯草芽孢桿菌、乳酸菌與酵母菌混合，探究其對中藥渣的發(fā)酵效果。結(jié)果表明，在中藥渣中添加50%的水分、1%的蔗糖和5%的復(fù)合菌液，當(dāng)菌種比例為3∶1∶3（乳酸菌∶酵母菌∶芽孢桿菌）時對發(fā)酵中藥渣的纖維降解效果最好，中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）分別下降了45.87%和51.76%；當(dāng)菌種比例為3∶2∶1（乳酸菌∶酵母菌∶芽孢桿菌）時，發(fā)酵中藥渣營養(yǎng)價值綜合提升效果最好。安琦等[24]通過Plackett-Burman 爬坡試驗確定了黃芩渣的含水量、初始pH值和發(fā)酵溫度，應(yīng)用Box-Behnken響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化試驗設(shè)計，得到的最佳發(fā)酵條件為黃芩渣含水量63%、初始pH 值6.30、發(fā)酵溫度33 ℃，最高發(fā)酵活菌數(shù)為8.32×108CFU/g。

2 發(fā)酵中草藥渣作為飼料資源的優(yōu)勢

2.1 降低部分中草藥渣中的毒性物質(zhì)和抗?fàn)I養(yǎng)成分

中藥在發(fā)揮醫(yī)用效果的同時還會產(chǎn)生一些毒性物質(zhì)，這些毒性物質(zhì)會對動物機(jī)體造成一定危害[25]，同時也在飼料資源化利用中存在一定的局限性。中藥經(jīng)微生物發(fā)酵后可使中藥中的毒性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，變成低毒或無毒成分，從而降低中藥的毒性物質(zhì)含量或異味[26-27]。中藥渣中還含有許多抗?fàn)I養(yǎng)因子，如蛋白酶抑制因子、生物堿、草酸鹽、芥子堿、單寧脲酶和植酸鹽等，作為飼料若不加以處理會對動物的消化吸收與健康造成一定影響，經(jīng)過微生物發(fā)酵作用同樣可以降低中藥中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高飼料品質(zhì)[28]。Liu 等[29]用6 種益生菌發(fā)酵馬兜鈴，并通過高效液相色譜-電噴霧飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用分析方法（HPLC-ESI-TOF-MS）測定產(chǎn)物中的抗?fàn)I養(yǎng)成分馬兜鈴酸，發(fā)酵后馬兜鈴中的馬兜鈴酸含量顯著降低。Brand 等[30]使用根霉屬（R.arrizusLPB-79）在pH 值6.0、水分60%的條件下對咖啡殼進(jìn)行了6 d的固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果表明，咖啡因和單寧分別下降87%和65%；使用黃孢原毛平革菌（P.chrysosporiumBK）在pH 值5.5、水分65%的環(huán)境下對咖啡殼進(jìn)行了14 d 的固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，咖啡因和單寧的最大降解率分別為70.8%和45%。

2.2 提高中草藥渣的藥效和產(chǎn)生新的活性成分

在發(fā)酵過程中，微生物的代謝物可與中藥中的一些成分反應(yīng)，形成新的前體化合物，進(jìn)而產(chǎn)生新的活性成分[31-32]。Li 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，黃芪經(jīng)過固態(tài)發(fā)酵可以產(chǎn)生3,4-雙（40-羥基苯基）異丁酸，其抗氧化活性顯著提高。鄭利華等[34]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后的五倍子產(chǎn)生了新的藥理作用，包括抗病毒、抗腫瘤、抗過敏和利膽活性，還檢測到新物質(zhì)沒食子酸。Li 等[35]用枯草芽孢桿菌發(fā)酵三七，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后的三七產(chǎn)生了發(fā)酵前未檢測到的化合物人參皂苷RH4。Kim 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，使用細(xì)腳擬青霉（Paecilomycestenuipes）發(fā)酵紅參浸膏，可將其中的人參二醇皂苷轉(zhuǎn)化為人參皂苷F2、Rg3、Rg5、Rk1、Rh2 和C-K。張玲等[37]用嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌發(fā)酵鬼針草莖和葉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鬼針草莖和葉發(fā)酵前后HPLC 指紋圖譜有較明顯的改變，各吸收峰相對率也有較顯著的改變，表明鬼針草莖和葉在發(fā)酵后某些化學(xué)成分發(fā)生了生物轉(zhuǎn)化。

2.3 節(jié)約資源，實現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品資源化利用

中藥經(jīng)過醫(yī)用或工業(yè)提取后，中藥渣中仍然富含氮源、碳源、碳水化合物和礦物質(zhì)，并可用作生物發(fā)酵基質(zhì)以產(chǎn)生新的活性物質(zhì)，很好地解決了中藥渣廢棄物的處理問題，有效避免環(huán)境污染[38]。中藥渣中還含有粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維、淀粉、氨基酸、維生素、微量元素及中藥有效活性成分等營養(yǎng)物質(zhì)[39]。微生物發(fā)酵處理可提高中藥渣中粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、氨基酸、維生素等營養(yǎng)成分，降低中藥渣中粗纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維等抗?fàn)I養(yǎng)成分[38,40]，提高中藥渣的飼用價值，為實現(xiàn)中藥渣的資源化利用提供新思路。

3 中藥渣發(fā)酵飼料在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

3.1 中藥渣發(fā)酵飼料在反芻動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用

發(fā)酵中藥渣在反芻動物中主要應(yīng)用于治療疾病，起到預(yù)防性治療作用。董彬廠等[41]在西門塔爾牛全混合日糧中添加3%發(fā)酵后的抗病毒合劑中藥渣2個月，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，發(fā)酵中藥渣組西門塔爾牛體重增加2.9%、采食量增加12.8%、料重比降低7.5%；還提高了血清總蛋白（TP）和球蛋白（GLB）含量，降低了丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）水平。Zhuang 等[42]使用發(fā)酵后0、15%、30%涼茶渣（HTR），發(fā)現(xiàn)發(fā)酵HTR能夠有效降低熱應(yīng)激下育肥牛的呼吸頻率和直腸溫度，增加日采食量和日增重，提高抗氧化酶活性和血液免疫指數(shù)；30%發(fā)酵HTR替代組的6 頭育肥牛糞便微生物群的多樣性顯著增加。Zhang等[43]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂發(fā)酵枸杞渣顯著增加了綿羊胴體重、脂肪和灰分含量，提高綿羊的免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白M（IgM）和GLB 含量，并誘導(dǎo)了免疫相關(guān)通路基因的表達(dá)水平，如IL-17 信號通路和NOD樣受體信號通路的表達(dá)升高，從而增強(qiáng)綿羊免疫力。劉明遠(yuǎn)等[44]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵中藥渣可提高草原紅牛的十字部和血清TP、葡萄糖（GLU）含量，降低血清尿素氮（BUN）含量。

3.2 中藥渣發(fā)酵飼料在豬養(yǎng)殖中的應(yīng)用

發(fā)酵中藥渣在豬生產(chǎn)中多應(yīng)用于母豬和仔豬，其目的大多圍繞豬腸道健康與免疫力。李華偉等[45]研究顯示，在日糧中添加2 kg/t發(fā)酵中藥渣可改善圍產(chǎn)期母豬的腸道微生物組成，顯著降低母豬產(chǎn)前糞便中1,7-庚二胺、亞精胺和精胺含量，增加乙酸、丁酸、直鏈脂肪酸和總短鏈脂肪酸的含量；顯著增加了母豬產(chǎn)后糞便中乳酸桿菌數(shù)量，顯著降低了母豬產(chǎn)前和產(chǎn)后糞便中大腸桿菌數(shù)量、酪胺含量，表明發(fā)酵中藥渣有利于妊娠母豬的能量供給和機(jī)體健康。Su等[46]在斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加4 kg/t發(fā)酵中藥渣，顯著降低了仔豬結(jié)腸中吲哚濃度，增加了短鏈脂肪酸濃度與白細(xì)胞介素-1α（IL-1α）、白細(xì)胞介素-2（IL-2）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的mRNA水平，降低IL-12 的mRNA 水平。張玉千[47]研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加15 kg/t發(fā)酵中藥渣可降低仔豬腹瀉率；添加5、10 kg/t發(fā)酵中藥渣可顯著提高斷奶仔豬末重和平均日增重（ADG）；發(fā)酵中藥渣還能夠顯著提高仔豬腸道內(nèi)有益菌數(shù)量，降低大腸桿菌數(shù)量，顯著提高仔豬血清IgA 和IgM 含量；斷奶仔豬血清溶菌酶（LSZ）活性和IgG 含量隨添加量的增加而增加。黃朝翔等[48]研究表明，飼喂發(fā)酵中藥渣可降低仔豬血清中谷草轉(zhuǎn)氨酶活性和尿素氮含量，白蛋白含量提高1.03%，白球比提高8.72%，IgG和IgA提高2.89%和7.69%。Chen等[49]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵銀杏殘渣可增加仔豬的末重、ADG和營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率，增加血清IgG、IgA和IgM含量，效果優(yōu)于抗生素添加組。

3.3 中藥渣發(fā)酵飼料在家禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

發(fā)酵中藥渣能夠改善家禽生長與生產(chǎn)性能、動物產(chǎn)品品質(zhì)，提高機(jī)體免疫功能。閆先超[50]在青腳麻雞基礎(chǔ)日糧中添加4%的黃芪渣和發(fā)酵黃芪渣，結(jié)果顯示，發(fā)酵后的黃芪渣飼喂效果優(yōu)于未發(fā)酵的黃芪渣，發(fā)酵黃芪渣能夠提高青腳麻雞的生產(chǎn)性能以及免疫力水平。Liu等[51]研究發(fā)現(xiàn)，固態(tài)發(fā)酵后的靈芝殘渣可促進(jìn)鼠李糖乳桿菌（L.rhamnosus）和長雙歧桿菌（B.longum）生長，雖然發(fā)酵后的黃芪渣對肉雞生長性能無顯著影響，但可提高肉雞外周血中的吞噬作用和自然殺傷細(xì)胞毒性以及糞便中雙歧桿菌的活性。牟柏德[52]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂酵母菌混合菌種發(fā)酵人參莖葉藥渣可提高蛋雞的產(chǎn)蛋率和平均蛋重，降低料蛋比和破軟殼率，提高雞蛋的蛋殼強(qiáng)度、哈夫單位、蛋黃紅色度、蛋黃系數(shù)，提高蛋清和蛋黃中的蛋白質(zhì)含量，降低脂肪含量和蛋黃中膽固醇含量；血液TP、白蛋白（ALB）、高密度脂蛋白（HDL）含量以及谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性顯著增加；尿素氮（BUN）、膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白（LDL）、丙二醛（MDA）含量顯著降低。Shi等[53]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂發(fā)酵黃芪副產(chǎn)物可以提高蛋雞的產(chǎn)蛋率，提高蛋雞血清中過氧化氫酶（CAT）、GSH-Px、超氧化物歧化酶（SOD）活性和總抗氧化能力（T-AOC），降低MDA 含量，改善腸道微生態(tài)平衡。

3.4 中藥渣發(fā)酵飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

發(fā)酵中草藥在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的研究大多圍繞對疾病的預(yù)防性治療、促進(jìn)生長、提高免疫力、改善水質(zhì)等方面。Man 等[54]將食物加工廢料（含枸杞渣）進(jìn)行發(fā)酵后作為主要蛋白源制成餌料飼喂尼羅羅非魚和寶石鱸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后的廢渣可降低魚的餌料轉(zhuǎn)化率，發(fā)酵后的廢渣中檢測到的多環(huán)芳烴（PAHs）低于未發(fā)酵的廢渣，并且飼喂后魚肉的PAHs 危害指數(shù)（HI）低于1，PAHs 的致癌風(fēng)險也低于1×10-6～1×10-4。結(jié)果表明，將食物加工廢料作為飼料飼喂的魚對人類健康具有安全性。研究表明，發(fā)酵茶葉渣可提高大口黑鱸幼魚的增重率（WGR）、特定生長率（SGR）和腸絨毛高度（VH）及肝臟SOD、GSH-Px和CAT活性，降低MDA含量，能夠增加嗜水氣單胞菌感染后的存活率，提高嗜水氣單胞菌感染后腸道抗炎因子IL-10和TGF-β的mRNA相對表達(dá)量，降低促炎因子IL-1β、IL-15、IL-8和TNF-α的相對表達(dá)量[55]。Wang等[56]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵中草藥可以改善南美白對蝦的生長性能和體成分；提高南美白對蝦的血細(xì)胞總數(shù)、吞噬細(xì)胞活性、抗氧化能力以及血細(xì)胞和腸道相關(guān)基因表達(dá)水平，改善腸道微生態(tài)平衡；降低哈維弧菌感染后的死亡率。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后的中草藥可提高大口黑鱸幼魚的WGR、SGR和腸道消化酶活性，增強(qiáng)肝臟抗氧化酶活性以及改善腸道炎癥因子的mRNA 相對表達(dá)量[57]。王利等[58]研究表明，飼喂發(fā)酵中草藥Ⅰ（枸杞14 份、甘草6 份、五倍子14 份、黃芪6 份）可使水體中的氨氮含量減少40%，飼喂發(fā)酵中草藥Ⅱ（枸杞17 份、甘草4 份、五倍子36 份、黃芪7 份）可使養(yǎng)殖水體中的亞硝酸鹽含量減少80%；發(fā)酵中草藥Ⅲ（枸杞17 份、甘草4 份、五倍子36 份、黃芪7 份）可將養(yǎng)殖水體中的亞硝酸鹽和氨氮含量減少40%和30%，溶解氧提高20%。使用發(fā)酵中草藥可將養(yǎng)殖用水中的有機(jī)物降解為無機(jī)鹽，從而被水體中的浮游植物吸收，還能夠降低水體中的氨氮、亞硝酸鹽和磷酸氫鹽等，達(dá)到凈化水質(zhì)的效果[59]。

4 結(jié)論

中藥渣中含有一定的營養(yǎng)成分和藥用成分，通過生物發(fā)酵技術(shù)可在一定程度上提高中藥渣的營養(yǎng)成分和藥用成分，降低抗?fàn)I養(yǎng)成分。發(fā)酵中藥渣作為飼料資源，可以有效地緩解飼料資源短缺問題，提高畜禽生產(chǎn)性能。然而目前關(guān)于中藥渣發(fā)酵技術(shù)尚處于起步階段，仍有諸多問題需要解決。中藥渣的化學(xué)成分相對復(fù)雜，發(fā)酵菌株多樣；發(fā)酵中藥渣產(chǎn)生的相關(guān)化合物非常復(fù)雜，中藥渣中的活性成分、非活性成分和其他特殊底物與微生物之間的相互作用機(jī)制尚不清楚；多種菌株混合發(fā)酵表現(xiàn)出更好的生物轉(zhuǎn)化能力，但混合菌株的篩選相對較困難。因此，需要加強(qiáng)混合發(fā)酵菌株的篩選和研究。為確定發(fā)酵中藥渣中活性成分和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物之間的關(guān)系，可從細(xì)胞和分子水平上探究這種轉(zhuǎn)化的發(fā)生機(jī)制。解決上述發(fā)酵中藥渣飼料的相關(guān)問題，將會更好地推進(jìn)發(fā)酵中藥渣飼料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與利用。