生物发酵饲料在养猪生产中的应用研究进展

黄 强，朱秋凤，孙亚楠，高全利，岳隆耀，邵彩梅

（辽宁禾丰牧业股份有限公司，辽宁沈阳 110000）

随着我国城市化进程的加快和城市规模的扩大，畜牧业发展所需的饲料资源和发展空间严重不足，畜牧业发展受到制约。2017年，全国年末生猪存栏量为43 325万头，出栏量为68 861万头，而生猪养殖是典型的耗粮型畜牧生产[1]，如何利用生物技术和饲料工艺手段来提高现有饲料资源的利用效率、开发新的饲料资源，以缓解饲料资源紧缺，是当前我国畜牧业亟需解决的首要问题。生物发酵饲料可以通过有益微生物的自身代谢、降解或转化饲料原料中的抗营养因子，产生更易被消化吸收且无残留的饲料，大大提高饲料的营养价值及利用率，同时生物发酵饲料中的有益微生物具有调节动物肠道的微生物区系、增强免疫力和促生长等作用[2-4]。生物发酵饲料作为新型无抗饲料，还具有原料多样化、无抗生素残留、绿色环保和经济效益高等特点，是有效解决动物性食品安全问题的重要途径。

1 生物发酵饲料的定义及分类

生物发酵饲料是指在可控条件下，利用一些有益微生物按照一定的发酵工艺流程将饲料（单一饲料或全价配合饲料）和辅料混合发酵，使得饲料中的部分蛋白质、脂肪和多糖等大分子物质被降解或转化为可溶性多肽、有机酸和酶等小分子物质，从而形成营养丰富、活菌含量高、适口性好的生物发酵饲料[5]。

生物发酵饲料根据微生物种类、设备工艺等设定不同分类。按微生物好氧程度差异可分为好氧性发酵饲料和厌氧性发酵饲料；按发酵剂种类差异可分为酶制剂发酵饲料、微生物制剂发酵饲料和菌酶协同发酵饲料；按发酵设备差异可分为密闭式发酵饲料、敞口式发酵饲料、浅盘式发酵饲料和深层式发酵饲料；按发酵产品类型差异可分为发酵原料、发酵全价配合饲料和发酵浓缩饲料；按发酵工艺差异可分为固体发酵饲料、液体发酵饲料和复合发酵饲料[6-7]。其中，复合发酵饲料是指饲料由液态发酵后，再经固态发酵产生的一种低pH、品质更稳定、抑菌效果更明显、更易被动物采食、消化和吸收的饲料形式。

2 生物发酵饲料的作用机理

目前，生物发酵饲料的常用菌种是芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和霉菌等4类[8-10]。其中，枯草芽孢杆菌对大豆中抗原蛋白具有较强的降解效果，乳酸菌产生的有机酸、细菌素等代谢产物能有效杀死饲料中的有害微生物（如大肠杆菌和沙门氏菌）和改善饲料的营养价值，酵母菌能降解大豆中的水苏糖和棉子糖，霉菌能产生丰富的酶类，如植酸酶、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶和纤维素酶等。

生物发酵饲料在发酵初期，以兼性好氧微生物（酵母菌）的生长代谢为主，并且快速消耗氧气，产生少量乙醇和乳酸（图1），同时饲料的pH下降到5.6以下，从而为兼性好氧微生物（芽孢杆菌）和厌氧微生物（乳酸菌）的生长繁殖提供了有利条件；随着乳酸菌的生长代谢，乳酸产量不断增加，饲料pH继续下降，而酵母菌的生长代谢开始减弱（图2），饲料中的一些抗营养因子（如大豆抗原蛋白、胰蛋白酶抑制因子和非淀粉多糖等）被降解和转化，一些大分子营养物质（如蛋白质、脂肪和多糖等）不断被分解，同时一些多肽、游离氨基酸、维生素和有机酸的产量不断增加，饲料营养价值得到很大提高[11-13]。另外，发酵过程中产生的多种消化酶（如植酸酶、果胶酶和纤维素酶等）可以与机体内的消化酶相互协同，进一步提高动物对饲料中蛋白质、脂肪和碳水化合物的消化吸收率[14]。发酵接近成熟期，饲料中乳酸菌占绝对主导，酵母菌和芽孢杆菌数量趋于稳定，形成一个复杂而平衡的具备多种功能的微生态系统。发酵后所产生的一些乳酸、多糖类、芳香烃和醇类等物质使得饲料具有多种香味、酸味和甜味，可以改善饲料的适口性，并能显著增加动物的采食量[15-16]。此外，有益微生物在肠道内生长繁殖，可以产生大量的生物活性物质（如寡糖、活性肽和未知促生长因子等），对改善动物肠道的微生物区系、抑制病原菌的生长、促进动物的健康和延长动物的寿命等方面都起着重要作用[15, 17]。

图1 生物发酵饲料菌种协同作用的示意图 [13]

图2 微生物发酵过程中有益微生物数量及体系pH变化[13]

生物发酵饲料可以选用杂粮、杂粕和农副产品的下脚料等非常规饲料作为发酵底物，充分利用饲料资源，不仅能改善饲料原料的营养价值[13]，还能降低饲料成本并提高养殖效益[18]。生物发酵饲料还可以抑制肠道内腐败菌，减少氨气、硫化氢、生物胺和吲哚等有害物质的含量，从而降低粪臭污染、减少蚊蝇数量和改善养殖场及其周围环境。

3 生物发酵饲料在养猪生产中的应用

3.1 生物发酵饲料在母猪上的应用 在母猪日粮中添加生物发酵饲料可以改善母猪的繁殖性能，保证断奶仔猪的健康生长。Wang等[11]试验表明，在哺乳母猪日粮中用10%～15%的发酵豆粕替代豆粕，可以显著增加哺乳母猪的营养物质消化率，明显提高血清中催乳素水平和抗氧化能力，且断奶仔猪数和仔猪断奶成活率分别提高26.17%～28.07%和10.28%～21.98%。赵会英等[19]研究证实，在母猪妊娠后期饲喂添加10%的生物发酵饲料可以使仔猪出生重提高0.31%、弱仔率降低1.85%、经济效益增加34.65元/头。李志云等[20]用发酵全价配合饲料饲喂后备母猪和经产母猪，发现后备母猪的胎平均产仔数和仔猪平均出生重分别增加10.71%和30.50%，而经产母猪的平均发情率、胎平均产仔数和仔猪平均出生重分别增加6.7%、21.03%和28.41%。熊立寅等[21]研究也发现，在妊娠期和哺乳期的母猪日粮中全程添加5%～10%的生物发酵饲料能够增加母猪采食量、改善母猪机体的免疫机能和促进生长激素的分泌，且初生窝活仔重、断奶仔猪数、断奶窝重和断奶成活率分别提高18.20%～25.10%、19.65%～21.03%、34.86%～38.59% 和8.33%～10.62%。

3.2 生物发酵饲料在仔猪上的应用 生物发酵饲料饲喂仔猪可以明显促进饲料中营养物质的消化吸收、提高仔猪的生长性能、降低腹泻率和改善肠道健康。大量研究表明，在断奶仔猪日粮中添加发酵豆粕可以促进仔猪的肠道发育，显著改善仔猪的生长性能和营养物质的消化率，尤其是蛋白质的消化率，其中以天冬氨酸和甘氨酸的表观回肠消化率和标准回肠消化率的升高更为显著[22-24]。胡新旭等[25]研究发现，与对照组（含抗生素）相比，20%无抗发酵饲料组断奶仔猪的平均日增重提高6.37%、耗料增重比降低5.54%和腹泻率降低63.63%，同时粪便乳酸菌数量显著增加、大肠杆菌数量显著降低。李泳宁等[26]研究发现，与对照组相比，断奶仔猪日粮中添加1.0%的生物发酵饲料组的平均日增重、直肠中双歧杆菌和乳酸杆菌的数量分别提高15.69%、11.83%和15.24%，腹泻率、耗料增重比和直肠内容物pH分别降低66.65%、12.89%和2.86%，而且对直肠中大肠杆菌的生长繁殖起到一定的抑制作用。

3.3 生物发酵饲料在生长育肥猪上的应用 生长育肥期是猪只体重增长最快的阶段，该阶段的饲养成绩直接关系到养殖者的经济效益，同时也与猪肉品质和风味息息相关。众多研究证实，饲喂生物发酵饲料具有提高生长育肥猪的生长速度、促进饲料的消化吸收、增强机体的免疫功能和抗氧化能力、减少腹泻、改善肠道健康以及提高猪肉品质的效果。周红妹[27]研究结果表明，用底物为全价配合饲料的发酵饲料饲喂育肥猪的效果更优于底物为玉米豆粕饲料的发酵饲料，并且显著提高育肥猪的平均日增重、降低饲养成本、提高机体抗氧化能力、降低细胞受损伤程度和增强机体免疫力。李志云等[20]研究发现，用发酵全价配合饲料饲喂中猪和大猪可以使其平均日增重分别提高23.66%和20.18%，耗料增重比分别下降6.43%和3.77%。周映华等[28]研究发现，与对照组相比，20%无抗生物发酵饲料组的平均日增重和平均日采食量分别提高10.89%和5.86%，耗料增重降低4.38%，饲料中粗蛋白质和粗纤维的表观消化率分别提高4.66%和7.47%，同时显著增加生长育肥阶段中期和后期粪便中的乳酸菌数量，减少粪便中大肠杆菌和沙门氏菌数量。张娜娜等[29]研究结果表明，与对照组相比，日粮添加15%的发酵饲料桑粉能使猪平均日增重和肌内脂肪含量分别提高2.51%和17.82%，平均背膘厚度和肌肉剪切力分别降低4.59%和9.86%，同时背最长肌的肌内饱和脂肪酸含量显著降低，而不饱和脂肪酸含量有升高的趋势。肌内脂肪是猪肉品质评价的重要指标之一，直接影响着猪肉品质，包括嫩度、风味和多汁性。生物发酵饲料正是通过提高猪背最长肌的肌内脂肪含量，增加脂肪沉积，从而改善猪肉的风味和嫩度。Ahmed等[30]研究还发现，生物发酵中草药饲料可以通过增加背最长肌的瘦肉率和肌内n-3多不饱和脂肪酸含量、降低胆固醇和过氧化脂质含量，从而改善猪肉品质，延长货架期。另外，用生物发酵饲料饲喂生长育肥猪可以使猪群的排粪量显著减少，圈舍氨气味和蚊蝇数量也显著减少，粪便松软，猪只发病率尤其是腹泻和呼吸道疾病明显降低，养殖效益得到明显提高[31]。

4 应用生物发酵饲料的注意问题

目前，生物发酵饲料在市场上有很广阔的发展空间，使用效果也已经得到养殖者的广泛认可，但生物发酵饲料在实际生产和应用中仍存在诸多问题，应引起高度重视。

4.1 防止菌种之间发生拮抗 采用复合菌种和酶制剂协同发酵，可以有效提高发酵过程中微生物对饲料中大分子物质的降解率，如采用非淀粉多糖酶（包括纤维素酶、甘露糖酶和果胶酶等）与粪肠球菌、枯草芽孢杆菌协同发酵，可以进一步降解饲料中的大分子蛋白质和纤维，产生小分子肽和游离氨基酸，更有利于仔猪对氨基酸的消化利用，进而提高仔猪的生长性能和健康[19]。 但是不同菌种之间可能存在拮抗作用，例如使用干酪乳杆菌和米曲霉直接混合发酵豆粕时，干酪乳杆菌会抑制米曲霉对豆粕中抗营养因子的降解作用[32]。

4.2 保证生物发酵饲料产品的活菌数 生物发酵饲料中的活菌质量一般不稳定，容易失活。因此，要求生物发酵饲料中必须含有一定量的活菌，才能在其被采食后成为肠道内的优势菌群，抑制致病菌的生长繁殖。欧盟法律规定益生素类饲料添加剂中所含活菌数不得少于1010CFU/g，预混料中的活菌数不得少于108CFU/g，全价配合饲料中的活菌数不得少于106CFU/g[33]。

4.3 避免或慎重选择与抗生素配合使用 由于生物发酵饲料中的有益微生物是活菌，而抗生素具有杀菌抑菌作用，因此，一般情况下二者不可同时使用。当猪群处于患病等特殊情况下，可以允许先用抗生素类药物进行保健治疗，然后再饲喂生物发酵饲料，这样饲料中的有益微生物可以大量存活，并能快速生长成为肠道内的优势菌群，起到防病、治病和促生长的作用。

4.4 生物发酵饲料的储存及饲喂配套技术 生物发酵饲料的使用效果易受储存环境的影响，如在闷热、潮湿环境条件下，生物发酵饲料易发生霉变，开袋饲料应尽快用完，而在阴凉、干燥环境时，生物发酵饲料的放置时间可以适当延长。同时，应完善饲喂配套技术，如生物发酵饲料的真空包装或专用运输设备、健全饲养管理制度、猪舍的消毒免疫以及干湿料槽的使用等技术措施。

4.5 生物发酵饲料使用的安全性问题 当正常微生物区系平衡被打破后，有益菌微生物有可能在特定情况下变为病原微生物。有研究者认为，较多的乳酸菌菌株含有抗性基因，乳酸菌也可能含有抗生素抗性基因，它们大量进入动物体肠道中，直接接触到肠道微生物群落，由此抗性基因可能水平转移到肠道内的病原体[34-35]。因此，使用生物发酵饲料应充分考虑到动物安全、使用者安全、消费者安全和环境安全，发酵菌种要经过严格的耐药性和毒理学检测，证明无害后才能广泛推广应用，以免出现类似于抗生素添加剂的耐药性和长期接触而引起的慢性毒性与致癌性。

5 结论和展望

生物发酵饲料作为新型饲料资源和生态健康型产品，它兼具益生菌、有机酸、寡糖和酶等的生理功效，现已成为世界各国在无抗饲养应用方面的研究热点。未来，生物发酵饲料在缓解饲料资源紧缺、拓宽原料多样化、降低养殖生产成本、保护环境和提高动物福利等方面仍会有更广泛的应用前景，是一种经济的抗生素替代品，具有很强的时代性和必然性，这势必会推进我国养猪业规模化、集约化、产业化发展的进程，也会促进我国养猪业朝绿色、健康、环保的方向前进。