发酵饲料生产工艺及其在猪生产上的应用

申远航，黄晓灵，吕 航，陈 萍，王 众，郑 宁，郑业鲁

(广东广垦畜牧工程研究院有限公司，广东 广州 510640)

2018年7月2日，农业部印发《农业绿色发展技术导则（2018—2030年）》的通知，摘出其中关于畜牧业的发展任务：（1）重点研发：秸秆饲料化、肥料化、燃料化、原料化、基料化高效利用工程化技术及生产工艺，畜禽水产饲料营养调控关键技术，饲料精准配方技术，发酵饲料应用技术，促生长药物饲料添加剂替代技术；（2）集成示范：农作物秸秆发酵饲料生产技术，饲料原料多元化综合利用技术，非常规饲料原料提质增效技术；（3）推广应用：全株秸秆菌酶联合发酵技术，秸秆型饲料调制配方和加工技术，秸秆饲料发酵技术，畜禽水产提质增效养殖技术。

发酵饲料是指在人工控制条件下，微生物通过自身的代谢活动，将植物性或动物性的抗营养因子分解转化，产生对动物有益且更能被畜禽采食、消化、吸收且无毒害作用的饲料［1］。大量研究显示：饲料原料经过发酵处理后，可有效增加营养价值，降低原料中畜禽难以降解纤维和可能存在毒素的含量；提高生猪产品的食品安全性等［2-3］；同时在开发非常规饲料、扩大饲料资源方面的作用效果显著。

随着我国生猪养殖规模的扩大和人们生活水平的提高，消费者对畜产品品质的要求更加严格，安全、绿色、无抗、口感佳等都是产品品质的新考核指标。有众多学者称，发酵饲料按一定比例添加至动物日粮中，可起到与抗生素类似作用，减少生产中抗生素的使用；保证饲料原料的绿色安全；提高肉品质［4］。而众多养殖一线的工作人员对发酵饲料的制作工艺、种类和在养猪上的应用了解不多，为此，我们就近年来发酵饲料生产工艺及其在养猪生产上应用的相关研究进行综述，为今后发酵饲料在实际生产中的应用提供理论依据。

1 发酵原料和菌种

1.1 发酵原料

近年来，我国畜牧业发展迅速，饲料资源短缺和人畜争粮矛盾突出，致使原有饲料原料资源价格上涨，提高了养殖成本。人们开始尝试利用农业生产和农产品加工中副产物、废弃物，经过一定的发酵处理成为新的饲料资源。我国是一个农业大国，有巨大的农业副产物资源，如各类农作物秸秆、糠糟、中药渣和蔗渣、薯渣、甜菜渣、水果皮等资源丰富，近年来常用的发酵原料及其发酵效果见表1。从表1可以看出，大量果渣、糠粕类和秸秆类副产品用于制备发酵饲料，发酵后其营养成分含量有显著提升，某些原料所含的有毒有害物质也有所降解。

1.2 发酵菌种

我国农业部2014年公布的饲料微生物目录《饲料添加剂品种目录（2013）》中，可在饲料中使用的菌种有：（1）乳杆菌属：嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌、乳酸乳杆菌、干酪乳杆菌、布氏乳杆菌、副干酪乳杆菌、纤维二糖乳杆菌、罗伊氏乳杆菌；（2）双歧杆菌属：两歧双歧杆菌、青春双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、动物双歧杆菌；（3）肠道球杆菌属：乳酸肠球菌、屎肠球菌、粪肠球菌；（4）芽孢杆菌属：地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌；（5）其他菌种：酿酒酵母、乳酸片球菌、戊糖片球菌、产朊假丝酵母、沼泽红假单胞菌、嗜热链球菌、黑曲霉、米曲霉、产丙酸丙酸杆菌。近年来常用的发酵菌种及其发酵效果见表1，从表1可以看出，目前应用较多的为乳酸菌、酵母菌和芽孢杆菌。因乳酸菌发酵可使饲料乳酸含量增加，降低了发酵饲料的pH值，对动物的肠道有利；酵母菌有丰富的酶系统，可产生淀粉酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、蛋白酶、磷酸酶等，可补偿动物体内酶种类的不足；芽孢杆菌可降解部分饲粮中的抗营养因子。因此，生产中常将以上几种菌搭配使用。另外，如发酵底物为粗纤维含量高的原料，可考虑用降解粗纤维能力强的菌株，如黑曲霉、里氏木霉、白地霉、康宁木霉等。

2 发酵饲料种类

2.1 液态发酵饲料

液体发酵饲料是将谷物、农作物副产品和维生素及矿物质与水按照1∶3或1∶2的比例混合制成，通过发酵和直接加入酸化剂结合的方法，使pH值降至3.5～4.5以防止腐败菌的生长［20］。判定发酵饲料的标准：乳酸菌活菌数大于109CFU/mL，乳酸含量大于150 mmol/L、乙酸小于40 mmol/L、酒精含量小于0.8 mmol/L［21］。

这种发酵方式可得到大量的微生物菌体或微生物在液体培养基中代谢产生的单细胞蛋白，常见的有酵母饲料、包括食用菌菌体和微藻饲料等在内的菌体蛋白等。液体发酵饲料具有使用安全、适口性好和动物喜采食等优点，可提高生长性能，降低胃肠道pH值和大肠杆菌数量［22-24］。所以近年来液态发酵饲料在猪生产上的应用增多，相比固态饲料，生长育肥猪饲喂液态发酵饲料，其平均日增重提高了4.4%、饲料效率提高了6.9%［25］，且诸多研究显示液态发酵饲料可提高断奶仔猪的平均日采食量和平均日增重［26］。但其对饲料原料粉碎粒度要求高，如粉碎粒度达不到要求，饲料输送管道将被堵塞。此外，自动饲喂系统成本较高，适合大规模养殖场使用。

表1 原料、菌种和发酵效果

2.2 固态发酵饲料

固态发酵是微生物在没有游离水的固态基质上的发酵方式，固态基质中气、液、固三相并存，即多孔性的固态基质中含有水和水不溶性质。因其发酵过程粗放，需要设备构造简单，后处理简便，所以采用固态发酵饲料方式较多［27］。如发酵全价饲料、发酵豆粕、啤酒渣和中药渣，表1列出了猪生产中常用的发酵产品。

但现阶段固态发酵机械化程度差，需要较多人工，容易出现覆盖不严、难以压实、空气未排尽等问题，最终造成产品发酵品质低、易发霉变质。所以需要研发用于规模化发酵饲料生产设备，改进工艺流程，解决包装储存等问题。

2.2.1 全价发酵饲料 全价发酵饲料是在营养均衡全面的无抗生素全价配合饲料中加入微生物和水，根据所选菌种的培养温度、需氧类型等在适宜的条件下发酵而成的饲料称为全价发酵饲料。该饲料可以满足动物的营养需要，且含有多种有机酸和有益微生物，适口性好，可以增加畜禽采食量，提高饲料报酬［28］。但由于全部使用全价料发酵，饲料成本势必增加，故其在生产上用于猪的重要生产阶段，如断奶仔猪。

2.2.2 非常规饲料原料发酵 大部分原料来源于工农业副产品，最有代表的是青贮玉米秸秆以及棉籽饼、菜籽饼等，还有各种工业废弃物如菌糠、啤酒渣、酒糟、柠檬酸渣、豆渣、蔗渣、甜菜渣、苹果渣、菠萝皮、中药渣等。微生物利用原料中简单的营养物质生长繁殖，在此微生物生长的过程中产生大量的中间产物，降解其中畜禽难以利用的物质、对饼类原料脱毒和提高这些原料的营养价值，最终提高其可消化性。实现变废为宝，延长存放时间的作用。

3 发酵工艺

3.1 发酵条件

在规模化发酵饲料的制作中，影响发酵效果的主要因素有发酵底物、时间、含水量、接种量、温度、pH值和厌氧环境。

3.1.1 发酵底物 发酵底物可以提供微生物所需要的营养物质，才能保证微生物可以正常生长繁殖、新陈代谢。一般选择底物时，要考虑其碳氮比，比例适宜使发酵饲料品质提升，比例不当将影响发酵效果和发酵质量，使发酵成本增高，如碳氮比不适宜将需要增加底物中碳源或氮源的比例，一般为1～5∶1。

3.1.2 发酵时间 发酵时间是指从发酵开始到结束的时间，发酵的结束时间对发酵效果的影响巨大［29］。发酵时间过短，微生物没有达到生长稳定期，将影响微生物的繁殖，对发酵的顺利进行无益。如发酵时间过长，饲料容易发霉，颜色发灰，营养成分流失严重，发酵时间越长其中容易被分解的营养物质越低。一般微生物的发酵时间在4 d左右，但如需降解饲料中的纤维素木质素就需要10 d以上的时间［30-31］。

3.1.3 含水量 保持发酵底物适宜的含水量是发酵成功的关键。含水量过高，发酵原料形成块状，影响基质内部气体交换；水分过少，达不到微生物适宜的生长环境；两种情况均会导致发酵失败。不同原料对含水量要求不同，应根据原料的含水量，进行适当调控，达到最佳含水量，一般而言最佳含水量为65%～75%［32］。

3.1.4 接种量 接种量和接种比例也是发酵饲料成功的关键因素。接种量过多或者不足都会造成发酵失败，如：达不到菌种发酵的最佳效果，菌种生长过快导致营养物质提前耗尽等。所以适宜的接种量尤其关键，一般根据菌液含有的有效活菌数，确定其接种量。

3.1.5 温度 发酵温度是发酵成败的关键因素之一，发酵时选择不同的温度梯度进行试验至关重要。温度过低，菌种生长繁殖缓慢，使发酵进程变慢，发酵产物产量低，增加了发酵时间；温度过高，则微生物生长繁殖过快，使得营养成分消耗过大，导致饲料品质急剧下降。一般微生物喜欢生长在25～37℃,如酵母菌的最适温度是28～34℃、黑曲霉的最适温度是28～30℃，因此，发酵过程中应满足微生物适宜的生长温度。

3.1.6 pH值和厌氧环境 一般发酵饲料的发酵过程分为3个阶段：（1）好氧阶段，主导细菌为好氧性细菌，随着植物呼吸作用和细菌的消耗，逐渐形成厌氧环境，该阶段时间一般为24 h；（2）发酵阶段，随着原料中菌株的作用，pH值逐渐下降，乳酸菌逐渐成为优势菌株，该阶段的持续时间为几天到几周之间；（3）稳定阶段，乳酸菌为优势菌株，产生大量乳酸，pH值降至4.2以下，一般经过发酵阶段的饲料即可直接用于饲喂。生产上有直接在原料中加入酸化剂调节pH值，抽出空气使其尽快达到发酵的最佳环境，这种操作可加快发酵进程，提高发酵效果，但对发酵设备要求极高，多用于大型饲料厂和饲料添加剂厂。

3.2 发酵方式

3.2.1 发酵池 原料粉碎后，拌入菌种和辅料，装入发酵池，压实排出空气，以塑料薄膜密封，待发酵完成后取用。这种发酵方式散户和小规模养殖场应用较多，其缺点是：占地面积大，取用时发酵料与空气接触面积大，易腐败，不可远距离运输饲喂；其优点有：制作方便，适于小规模养殖场使用。

3.2.2 发酵桶 原料粉碎后，加入菌种和辅料，搅拌均匀后装入发酵桶，需人工压实排出空气，密封盖，待发酵完成后取用。这种发酵方式散户和小规模养殖场应用较多，其缺点是：没有专用设备，需人工较多，且劳动量大，生产效率低；其优点有：发酵桶可重复利用，适于小规模养殖场使用。

3.2.3 发酵袋 原料粉碎后，加入菌种和辅料，搅拌均匀后人工装袋或机器装袋，其缺点是：不易压实、空气排尽困难，且因发酵过程产酸产气容易涨袋；其优点有：专用装袋设备，可实现规模化生产，可供给大规模养殖场使用。

3.2.4 打捆裹包 原料粉碎后，加入菌种和辅料，搅拌均匀后压缩成固定的形状，进行裹包，堆放发酵。这种发酵方式的缺点是：如裹包太大，将不利于搬运；其优点有：解决了发酵袋涨袋问题，可实现从菌种饲料、原料直接成为可销售、可运输的发酵饲料裹包。

3.2.5 大型固态发酵罐设备 在较为致密的环境发酵，设备一般具有物料的灭菌、冷却、接种、搅拌、pH值、温湿度控制等功能。设备配有多个发酵罐专用接口，如湿度口、温控接口、接种口等；根据菌种的好氧性，设有空气过滤系统，可进行液态和固态发酵。其优点有：自动化程度高，以控制器进行操作，减少污染杂菌风险；其缺点是：设备成本高，一般用于大型饲料公司或饲料添加剂公司。

4 发酵饲料在养猪上的应用

4.1 发酵饲料对原料营养物质消化利用率和适口性的影响

发酵同时也产生大量微生物代谢产物，如氨基酸、醇、酯、维生素等，使得发酵饲料产品风味得到改善，刺激猪只采食。微生物产生的酶可在一定程度上降解复杂的大分子有机物，如纤维素、淀粉，从而提高饲料的消化率。以发酵木薯渣饲喂育肥猪的试验中，35.8%的添加量不影响猪只的正常生产性能，单位增重成本可降低0.7元［33］，且可提高氮的表观消化率［34］。以发酵花生粕饲喂生长猪的试验中，8%的添加量可改善生长猪的生产性能和养分消化率［35］。以1%发酵麸皮饲喂断奶仔猪，结果显示试验组的采食量显著高于对照组［36］。所以使用发酵饲料不仅可改善饲料适口性，刺激猪的采食量，还可提高饲料中营养物质的消化率及利用率。

4.2 发酵饲料对肠道健康和有机体免疫力的影响

动物胃肠道菌物种类有500多种，其中大部分为有益菌，也有部分致病菌。它们是一个整体，互利共生，共同维持消化道内环境的平衡。现常用抗生素治疗胃肠道疾病，然而抗生素的使用不仅会杀死有害菌，有益菌同样被杀死，将导致胃肠道菌群失调，造成畜体机能紊乱。发酵饲料中含有多种活的有益微生物，进入动物胃肠道后，可补充有益菌成为优势菌群，竞争消化道内的致病菌的营养物质［37］；发酵饲料通过有益微生物产生的大量乳酸、醋酸和丙酸，降低了消化道内的pH值，可抑制或杀灭病原菌，提高机体免疫力，增强机体抗病力。在育肥猪基础日粮中添加10 mg/kg的发酵中药渣，料重比显著低于对照，免疫球蛋白G（IgG、IgA和IgM）均显著高于对照和抗生素处理［38］。发酵啤酒糟饲喂梅花猪的试验中，40%添加量的日增重和饲料报酬明显高于其他处理，并可有效控制腹泻率、减少粪臭［39］。以7.5%的发酵菜籽粕替代豆粕饲喂生长猪的试验中，该处理免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白G（IgG）和白细胞介素2（IL2）含量均高于对照，可提高生长性能，改善机体抗氧化与免疫机能［40］。仔猪饲喂液体发酵饲料后，发现其可增加肠道内乳酸菌的数量［41］，说明动物饲喂发酵饲料可增加肠道有益菌数量，降低有害菌（大肠杆菌）的数量［42］，调节肠道菌群平衡，增强机体对疾病的抵抗能力。

4.3 发酵饲料对猪胴体性状及肉品质的影响

农业废弃物等经过微生物发酵，产生大量营养物质，提高营养价值，有利于动物的消化吸收，显著降低饲料成本。以20%的发酵灵芝菌糠饲喂育肥猪的试验中，结果显示对育肥猪的日增重无影响，单位增重饲料成本下降5.19%，瘦肉率提高［43］。以9%的发酵桑粉可降低宁乡花猪的料肉比提高生产性能［44］。发酵饲料中的一些活性微生物，可抑制细胞膜脂质过氧化反应，延缓肌肉中的肌红蛋白被氧化为高铁蛋白，从而减慢肉色变暗的速度，提高肉色的亮度，并且可降低滴水损失和剪切力，达到提高肉质的目的，另有研究显示猪胴体品质的改善可能与发酵饲料中的呈味氨基酸和小肽的组成有关。以乳酸菌发酵全价饲料饲喂仔猪的试验中，发酵饲料添加组的生长性能优于对照组，滴水损失、剪切力均低于对照组，发酵饲料可提高猪的生长性能改善肉质［45］。在发酵元宝枫叶饲喂育肥猪的试验中，12%的添加量可明显育肥猪的改善生产性能、肉品质和肠道健康［46］，所以生产上使用发酵饲料，将提高猪的胴体性状、改善肉品质。

4.4 发酵饲料对各阶段猪只生长性能和生产性能的影响

仔猪断奶时饲养制度的改变、饲养人员的改变、饲养环境的改变和饲料的改变，对于仔猪是巨大的生理应激，表现最为明显的是断奶仔猪肠道微生物菌群失调。而发酵饲料中含有大量乳酸菌，可以减少仔猪大肠杆菌的定植，降低肠道pH值，使腹泻率降低［41］，有益菌代谢产生的蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶，可弥补仔猪自身酶的不足，提高其消化能力［35］。另外，断奶仔猪生理特点表现为机体生长发育处于旺盛期，其需要大量的营养物质，故生产上常用全价饲料进行发酵，保证其营养需要的同时，增加肠道有益菌的数量。

母猪妊娠阶段和分娩时不可避免的受到各类应激源的作用，如饲养员粗暴、设施不合理、妊娠和临产时生理心理的变化和疾病的影响等，都会对母猪产生巨大的生理应激。大量养殖户给母猪饲喂缓解产前应激的添加剂，而这些添加剂的主要成分为有益微生物、微量元素和维生素，而发酵饲料中同样含有大量活性成分，如益生菌、氨基酸、醇、酯、维生素等，且具有诸多功能和特殊的酸香味。一般根据发酵饲料的营养价值和母猪所处阶段，在母猪基础日粮中添加5%～20%的发酵饲料，可改善适口性，促进采食，有利于母猪产后食欲的恢复［33］；促进母猪肠道菌群的健康成长，提高肠道微生物对氨的利用，解决母猪产后便秘或腹泻的问题；通过发酵饲料饲喂母猪可显著提高仔猪21日龄个体均重和成活率，降低哺乳期仔猪腹泻率，进而显著提高母猪的生产性能［47-48］。同时发酵饲料可解决饲料霉变对母猪造成的假发情等问题。

日粮中添加发酵饲料可有效提高生长育肥猪的生产性能和改善肉品质。一些饲料原料经过发酵后，抗营养作用减小，其独特的酸香味也提高了猪的采食量，因此将使猪的日增重提高，胴体重增加［49］。肌内脂肪含量高对口感有良好的作用。有研究显示生长育肥猪饲喂发酵饲料后可显著提高肌内脂肪含量改善猪肉多汁性和风味［45-46］。一般生长育肥猪在基础日粮中添加7%～30%的发酵饲料，该比例需根据发酵饲料的营养价值，设计配方进行饲养试验进一步确定。

5 结语与展望

发酵技术为开发非常规资源提供了技术手段，可提高原料的营养价值，改善畜禽对饲料的利用率，提高动物生产性能。在预防因菌群失调引起的疾病方面，也受到饲养者的青睐和专家的推崇。实际生产中发酵饲料在断奶仔猪和妊娠母猪阶段使用较多，其他阶段使用较少，原因在于全价发酵饲料成本较高，所以养殖企业只应用于较为重要的生产阶段。发酵饲料企业要降低制作成本，开发应用于猪生产各个阶段的发酵饲料，如育肥阶段可用发酵青绿饲料或价格较低的非常规饲料，按一定比例替代精饲料，即可降低养殖成本，又可提高猪肉品质。

对于养殖企业而言，使用农作物副产品制成发酵饲料在降低成本方面有明显优势，但是也存在诸多问题，所以养殖一线的科研人员任重道远：（1）开发功能性菌株，减少抗生素的使用；（2）制定标准，控制发酵饲料质量；（3）研发用于规模化发酵饲料生产设备，改进工艺流程，解决包装储存等问题；（4）利用当地土地和自然资源优势种植生物产量高、营养价值高的作物品种，通过发酵技术、种养结合生产优质低成本饲料，取代外地调运甚至进口的玉米、大豆等常规饲料原料。