刘 宇,王 爽,李 阳,王 岩,侯美如,尹珺伊,秦平伟,陈楠楠,史同瑞*,朱战波*
(1.黑龙江省兽医科学研究所,黑龙江 齐齐哈尔 161006;2.黑龙江八一农垦大学动物科技学院,黑龙江 大庆 163319)
液态发酵饲料及其对猪肠道菌群和生长性能影响的研究进展
刘 宇1,2,王 爽1,李 阳1,王 岩1,侯美如1,尹珺伊1,秦平伟1,陈楠楠1,史同瑞1*,朱战波2*
(1.黑龙江省兽医科学研究所,黑龙江 齐齐哈尔 161006;2.黑龙江八一农垦大学动物科技学院,黑龙江 大庆 163319)
液态发酵饲料可调节胃肠道菌群平衡、改善消化功能,提高猪只生长性能,是饲用抗生素潜在替代品之一,具有广泛的应用价值与推广前景。文内通过综述液态发酵饲料的生产工艺、品质影响因素、及其对猪胃肠道pH、菌群和生长性能的影响,以期为液态发酵饲料的产业化开发与应用提供参考。
液态发酵饲料;抗生素;菌群平衡;生长性能
液态发酵饲料是指将饲料原料与水按一定比例(1∶1.5~1∶4)混合,经充分发酵后形成稳定状态的液态饲料[1]。液态发酵饲料主要分为全价液态发酵饲料和谷物液态发酵饲料。全价液态发酵饲料生产工艺简单,但存在营养物质的损失,如维生素和氨基酸,尤其是饲料中添加的合成氨基酸[2]。一些学者提倡应用谷物液态发酵饲料替代全价液态发酵饲料。谷物液态发酵饲料是将谷物作为发酵底物,发酵成熟后再与其他营养成分复配,制备全价配方饲料,避免了发酵过程中营养物质的损失。此外,纯谷物底物相对全价饲料缓冲力更低,发酵过程更迅速[3]。
饲料原料中的天然益生菌,如乳酸菌和酵母菌,可发酵产生乳酸、乙酸和乙醇,降低液态发酵饲料pH,抑制病原微生物增殖[4]。优质的液态发酵饲料不仅可以改善猪只生长性能,还能通过降低猪胃液pH,抑制肠道病原菌增殖,如大肠杆菌和沙门氏菌[5],降低腹泻发病率。现今,滥用抗生素已导致了诸多食品安全问题,欧盟已禁止将饲用抗生素作为猪生长促进剂,液态发酵饲料作为饲用抗生素潜在替代品之一,日益受到人们的关注。
液态发酵饲料生产工艺主要分为自然发酵和人工接种益生菌发酵。自然发酵是指利用饲料原料中天然存在的乳酸菌进行发酵。饲料原料和水混合后,发酵进程开始,在发酵初期乳酸菌数量较少,有机酸含量较低,pH较高,好氧菌大量增殖并耗尽氧气。之后逐渐进入发酵稳定期,乳酸菌大量增殖,有机酸含量增高,pH降低,好氧菌减少或消失。自然发酵工艺简单,但发酵周期较长[6],饲料原料不可彻底灭菌。此外,自然发酵过程中可能产生大量醋酸和生物胺,影响液态发酵饲料适口性。
人工接种益生菌发酵是指在发酵底物中人工接种特定的益生菌菌种,加快发酵进程。用于接种的益生菌应具备高产乳酸和抑制病原菌增殖的能力[7]。因此优良发酵菌种的筛选与生物学特性研究尤为关键。Missotte等[8]从猪肠道和液态发酵饲料样品中分离到146株益生菌,对其发酵产酸和抑制沙门氏菌能力进行了研究。筛选到了3株适用于液态发酵饲料的菌株,分别为约氏乳杆菌、唾液乳杆菌和植物乳杆菌。Kiyoshi等[9]选用植物乳杆菌作为液态发酵菌株,接种后18 h,pH降低至3.93,乳酸含量237.4 mmo1/L,乙酸含量32.0 mmo1/L,乳酸菌数达到109CFU/g,大肠杆菌未检出。
优质的液体发酵饲料pH应低于4.5,乳酸菌活菌数高于109CFU/mL,乳酸含量高于150 mmo1/ L,乙酸和乙醇浓度分别低于40 mmo1/ L和 0.8 mmo1/ L[4]。此外,Brooks[10]研究表明,液态发酵饲料的乳酸浓度应高于100 mmo1/ L,从而减少肠道病原菌数量,提高小猪采食量,日增重和饲料效率。
影响发酵液体饲料品质的因素主要包括发酵微生物和发酵工艺[11]。在发酵微生物方面,植物乳杆菌和戊糖片球菌是常见的发酵用乳酸菌种。此外,无论是天然乳酸菌还是接种乳酸菌,活菌数决定了乳酸产生的速度和产量。乳酸生成地越快,pH降低越快,抑制致病性菌增殖越快。在发酵工艺方面,发酵温度可影响液态发酵饲料品质。Jensen等[12]研究表明,发酵温度为20 ℃,即可保证液态发酵正常进行,且大肠杆菌菌数不会超过103CFU/g,进一步提高发酵温度不会显著改善液态发酵饲料的品质。然而,Bea1等[13]研究表明,与20 ℃的发酵温度相比,发酵温度为30 ℃时,液态发酵饲料中鼠伤寒沙门氏菌的增殖更快被抑制。30 ℃的发酵温度更利于乳酸产生,使pH迅速下降至4.5以下。此外,饲料原料与水的比例应控制在1∶1.5~1∶4范围内,而猪用液态发酵饲料中饲料原料与水的常用比例为1∶2或1∶3[14]。
胃酸形成的天然屏障可抑制或杀死肠道病原菌,然而断奶阶段仔猪胃酸分泌量低[15],易受肠道病原菌的侵袭。液态发酵饲料可降低胃液pH,从而降低仔猪腹泻发病率。Canibe and Jensen[16]研究表明,饲喂液态发酵饲料组猪只,其胃内pH为4.0,显著低于饲喂干饲料组猪只。Radecki等[17]研究表明,液态发酵饲料可使胃液pH降低,提高胃蛋白水解能力。然而,与饲喂干饲料仔猪相比,饲喂液态发酵饲料的仔猪,小肠内pH更高[18],这可能由于液态发酵饲料的pH较低,且乳酸含量高,刺激胰液大量分泌所致。
液态发酵饲料可调节猪肠道菌群平衡,尤其是提高胃和小肠内乳酸菌菌数。断奶阶段仔猪饲喂液态发酵饲料,可使肠道内乳酸菌比例高于大肠杆菌,而饲喂干饲料的仔猪则相反[19]。此外,肠道中酵母菌数量显著增加,酵母菌可将肠道病原菌黏附于自身表面,阻止其黏附于肠道上皮细胞。与饲喂干饲料的母猪相比,饲喂液态发酵饲料的母猪,其仔猪粪便中大肠杆菌菌数更低,乳酸菌菌数更高[20]。
优质的液态发酵饲料,乳酸菌为优势菌群,乳酸含量高,具有芳香味,适口性好,不仅能够刺激猪只采食,还能提高猪日增重和饲料效率。Ki1 and Stein[21]研究表明,液态发酵饲料改善了乳猪、断奶仔猪和育肥猪生长性能,可替代抗生素作为一种饲用生长促进剂。与其他饲料相比,液态发酵饲料可提高断奶仔猪和育肥猪增重(22.3%和4.4%)、饲料效率(10.9%和6.9)[12]。此外,妊娠母猪饲喂液态发酵饲料,即能形成饱腹感,又能维持胃容积,利于分娩后迅速提高采食量。哺乳母猪饲喂液态发酵饲料,可增加其泌乳量[22]。
在改善消化功能方面,液态发酵饲料含有多种消化酶,可以改善猪只消化功能,促进营养物质吸收。液态发酵饲料中的有机酸可降低猪胃液pH,促进胃蛋白酶原转化为胃蛋白酶,减缓胃排空速率,促进蛋白质消化与吸收。Hong等[23]报道了,饲料原料经30~35 ℃液态发酵72 h,可提高育肥猪回肠对粗蛋白、粗纤维和中性洗涤纤维消化率,粗蛋白肠道总消化率。Lyberg等[24]研究表明,与干饲料相比,液态发酵饲料可显著改善回肠对有机质、氮和钙消化。另外,液态发酵饲料可显著提高小肠绒毛高度、绒毛高度与隐窝深度比率,从而提高消化功能。
液态发酵还可清除饲料原料中的多种抗营养因子,Chiang等[25]研究表明,以菜籽粕为基础的猪日粮,经液态发酵1 d,异硫氰酸酯减少了17%,发酵3 d,减少了68%。另外,豆粕发酵96 h后,α-半乳糖苷、肌醇六磷酸酯、胰蛋白酶抑制剂,单宁酸和皂苷浓度均有所降低[26]。
发酵菌种是液体发酵饲料的核心和关键,直接影响发酵饲料品质和饲喂效果。如乳酸菌含量低或存在不适于发酵的乳酸菌,导致无法抑制肠道病原菌的增殖。酵母菌过度发酵导致发酵饲料适口性和畜禽采食量的降低。研究饲料原料中天然菌群是否适合液态发酵,或在发酵饲料中添加哪些外源益生菌种可促进液态发酵,是决定液态发酵饲料品质的关键。
液态发酵饲料具备替代饲用抗生素,作为促生长添加剂的潜力。然而,国内的液体发酵饲料生产技术尚处于探索的阶段,应用局限于猪饲养。在优良菌种选育、发酵工艺优化、产业化生产设备研发等方面有待于深入研究[27]。国内外已开始对饲用抗生素的使用进行了限制,人们对食品安全问题愈发关注,研发高品质的液态发酵饲料替代饲用抗生素,具有推广可行性。随着生物饲料发酵技术研究的不断深入,液态发酵饲料生产设备和投料系统的推广与普及,以及食品加工业副产品的广泛利用,液态发酵饲料开发与市场应用前景广阔。
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2016-09-25)
黑龙江省应用技术研究与开发计划项目,项目任务书编号:GC13B406。
黑龙江省应用技术研究与开发计划项目,项目任务书编号:GC13B404。
刘宇(1982-),男,吉林扶余人,硕士,研究方向:兽医微生态研究。
*通讯作者:史同瑞(1965-),男,山东泰安人,研究员,研究方向:家畜微生态研究。朱战波(1969-),男,黑龙江大庆人,教授,研究方向:动物传染病诊断与防治。