畜禽饲用微生物发酵饲料的应用研究进展

◆作者：杨荣 王华朗 韩垂旺 朱双红 宋增廷 张旭娟

◆单位：1.广东恒兴饲料实业股份有限公司，广东湛江524000；2.农业农村部华南水产与畜禽饲料重点实验室广东湛江524000

过去几十年里，我国的养殖行业呈现规模化、集约化的发展。抗生素作为饲料添加剂的使用，在规模集约化的养殖环境中发挥着巨大作用。然而，近些年来，抗生素的药物残留问题及其危害日益突出，这一问题在国内及国际上都引起了人们的密切关注。2014年，WTO、世界动物卫生组织（OIE）和联合国粮农组织（FAO）联合召开讨论了有关抗生素使用及耐药性问题。同时，2006年1月起，欧盟全面实施畜禽饲料中禁止添加抗生素的措施。目前，我国就关于抗生素的使用也展开了激烈探讨和重要发声，抗生素作为添加剂在饲料中使用的历史，已然接近尾声。微生物发酵饲料作为“无抗”时代应运而生的新型产品，不仅可以防治动物疾病和促进动物生长，而且可以显著改善生态环境，具有积极的经济效益和环保价值（陶蕾等，2015），已经成为当今动物营养研究热点，同时也成为了未来绿色饲料发展的重要方向之一（梁娜等，2014）。目前，微生物发酵饲料在动物养殖及饲料行业得到广泛应用，也实现了产业化生产。

1 微生物发酵饲料

发酵饲料是指在人工控制的条件下，微生物通过自身的代谢作用，将植物性、动物性以及矿物性原料中的抗营养因子进行分解或转化，产生更能被畜禽采食、消化吸收、无毒害作用的生物饲料原料（邹志恒等，2009；林标声等，2010）。

近10年来，发酵工业大范围建立（孙俊良等，1997）。其有效成分涵盖易吸收的有益微生物菌体蛋白、活性益生菌（酵母菌、芽孢杆菌、霉菌和酸菌）、有机酸、酶类、生物活性小肽和氨基酸等。微生物发酵饲料的应用主要包括有：①利用微生物发酵饲料原料，提高其消化吸收率，延长贮存时间，变废为宝，解毒脱毒；②利用现代微生物发酵技术，积累有用的和特殊的中间代谢产物，生成酶制剂、氨基酸、抗生素和维生素等；③培养繁殖饲用的微生物体，用以制备活菌制剂、微生态制剂和益生菌等。

2 微生物发酵饲料的常见菌种

发酵饲料的有益微生物菌种较多，本文主要介绍乳酸菌、酵母菌、梭菌及芽孢杆菌，这些菌种是目前微生物发酵饲料应用较多的菌种，也是近年来微生态制剂领域的研究热点。

2.1 乳酸菌

乳酸菌在医药、食品和畜牧业中被广泛应用，是应用最早、最广泛的益生菌，是一类能在可利用的碳水化合物发酵过程中产生大量乳酸的细菌的总称（国春艳等，2006）。适应厌氧或兼性厌氧环境，抗酸能力强，可以在pH值4.5以下的条件生存。乳酸杆菌、链球菌（肠球菌）及双歧杆菌、片球菌等是被用于生产微生物饲料添加剂的主要乳酸菌菌种。乳酸菌发酵饲料有益于促进饲料营养的消化利用，降解饲料原料中的毒素，饲喂畜禽动物后，还可以促进动物体生长，调节动物肠道健康，增强动物免疫，以及改善饲养环境（王晓伟等，2015），国内外有大量研究文献证实，乳酸菌对人类和动物的保健与疗效显著。据报道，乳酸菌固态发酵酶通过提高豆粕、菜粕和棉粕中蛋白含量，可以降低pH值，降解抗营养因子，从而改善饲料的品质（魏炳栋等，2014）。总之，乳酸菌有益于提高饲料的品质，进而提升动物对饲料的利用率，与传统的抗生素和化学添加剂相比，具有零污染、安全高效等优点。

2.2 酵母菌

酵母是一类真核微生物，一般泛指能将糖发酵成酒精和CO2的各种单细胞真菌，在厌氧和好氧环境下均可生长，强耐酸、耐热性能，不易被胆汁杀死，不受一般抗生素影响。可以利用废渣生产蛋白饲料（潘康成等，2006）。饲料酵母含有丰富的粗蛋白、氨基酸、维生素以及多种有益于动物的消化酶类（α-淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、半纤维素酶等），对营养物质的消化利用起着积极作用（陈平洁等，1999；邓露芳等，2007；Duc 等，2004）。同时，酵母菌适口性佳，可刺激采食，增强动物免疫，促进生长，提高繁殖能力，是天然的绿色饲料添加剂；价格低廉，经济价值高，市场需求量大，具有广阔的应用发展前景（赵川东等，2014）。杨旭等（2008）发现，酵母发酵可以有效改善豆粕氨基酸的组成比例，蛋氨酸、苏氨酸和赖氨酸的含量分别比发酵前提高了 56.41%、17.01%和16.28%，实际必需氨基酸含量也提高了6.58%，进而提高了豆粕蛋白品质及其饲用价值。Wlliams等（1991）报道，给杂交肉牛供给酵母培养物，提高了饲料利用率。据报道，在泌乳牛与生长牛、水牛、绵羊与山羊日粮中添加酵母菌培养物，产奶量提高6.8%～17.4%（Belibasakis等，1996）。姜丹等（2011）选用用酵母菌固态发酵豆粕，粗蛋白含量提高了15.84%，胰蛋白酶抑制因子含量和植酸含量分别降低了58.27%和80.11%。但是，酵母微生物发酵制剂不能抑制病原菌，不具有分泌乳酸的能力，稳定性和繁殖力差。

2.3 梭菌

目前国内外已发现的主要肠道益生梭菌有三种，分别是酪酸梭菌（Clostridium butyricum）（李雄彪等，2008）、普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）（Suau等，2001）和耳蜗型梭菌（Clostridium cocleatum）（Boureau等，1993）等。研究最多的就是酪酸梭菌和普拉梭菌。有早期报道显示，有益菌酪酸梭菌（又名丁酸梭状芽孢杆菌、丁酸梭菌或丁酸菌）是日本宫入近治博士在粪便里分离得到的，因此，又名宫入菌（李雄彪等，2008），可发酵产丁酸，显著降低肠道酸碱度（王艺宙等，2015），有效促进肠道内双歧杆菌等生长，抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及沙门氏菌等肠道有害菌生长繁殖，从而维持肠道菌群的平衡。同时，还可以作为营养物质促进肠上皮细胞修复，受损肠黏膜的快速恢复，进而达到抗溃疡、消炎的作用（王月娥等，2013；张玲等，2013）。最后，其代谢产物维生素B和维生素K也可以促进机体的生长（万盛华等，2007）。同时，有益菌普拉梭菌是健康成年人肠道微生物群中最丰富的细菌。有研究证明，在进行手术的克罗恩患者回肠中，发现低水平的普拉梭菌可能与术后复发高风险有关，体内、体外均可以观察到普拉梭菌的消炎效果（Sokol等，2008）。目前投入市场上应用于微生态制剂的主要是酪酸梭菌，很少有将普拉梭菌制成微生态制剂，但也有研究报道，口服普拉梭菌可以增强肠道健康，预防、缓解肠道疾病。Foditsch等（2015）研究发现，犊牛口服普拉梭菌有助于改善肠胃健康，促进生长。

2.4 芽孢杆菌

芽孢杆菌（Bacillus genus）是好氧或兼氧厌氧型革兰氏阳性菌菌属，可以产生芽孢子，耐高温、耐酸与耐盐，可以抵抗各种杀菌剂，可以在各种自然环境中分离得到。可以产生大量B族维生素、蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等多种代谢产物；进入肠道后需要消耗大量氧气，以维持肠道的厌氧环境，抑制需氧型致病菌的生长繁殖，进而调节动物肠道的菌群平衡。因此，芽孢杆菌可以促进动物对营养物质的消化吸收、提高动物的饲料利用率、抵抗疾病，并促进动物生长。陈洁梅等（2011）选用芽孢杆菌固态发酵豆粕，粗蛋白含量提高了3.5%，TCA-N含量提高了36.4%，大豆肽含量提高了27.7%，乳酸含量提高了4.0%，游离氨基酸含量提高了87.08mg/g。电泳分析后发现，发酵后的大豆抗原已经完全被降解，大分子蛋白质基本被降解为10kD以下的小肽，主要抗营养因子的降解率均达90%以上。肉鸡日粮中添加枯草芽孢杆菌B7，结果发现显著提高了肉鸡的生长性能和免疫功能（林显华等，2013）。芽孢杆菌作为饲料用微生物的发酵菌种，具有很好的发展应用前景。

3 微生物发酵饲料的应用现状

3.1 利用微生物发酵饲料，改善饲料的适口性，促进采食

动物采食量是影响其生产性能与养殖效益的重要因素。因此，如何提高动物采食量越来越受到人们重视。发酵饲料发酵过程中产生的大量乳酸，使得发酵饲料产生了酸香味，可以改善饲料适口性，刺激动物采食。微生物发酵可以去除菜籽粕中的硫甙、异硫氰酸酯、单宁和植酸等抗营养因子（王晓凡，2012；付敏，2013；罗振福，2010），这些抗营养因子是影响动物采食的主要因素。因此，微生物发酵饲料可以促进动物采食量的增加。

3.2 利用微生物发酵饲料产有益因子，提高饲料养分利用率，促进动物生长

促生长微生物发酵饲料饲喂动物后，可以产生一些具有特殊生理活性的小肽，参与机体生理活动，促进氨基酸和矿物质吸收，提高蛋白质的合成率，促进动物的生长，改善饲料风味，提高饲料适口性，从而促进动物生长。陈如水等（2014）以发酵豆粕和发酵棉粕为主要蛋白原料的育肥猪无抗饲料配方产品与常规饲料相比，能显著提高育肥猪末重及平均日增重；每头猪养殖收入增加78.72元，提高毛利33.98%；能显著降低猪肉剪切力和滴水损失，提高猪肉氨基酸水平，改善肉品质。张勇刚等（2013）报道益生菌发酵饲料可以提高猪的采食量、饲料养分的消化利用率以及仔猪的存活率，改善猪肉品质，延长猪肉品货架期，预防疾病和增强免疫力的作用。同时，饲料原料经过微生物发酵后，原先的蛋白质、纤维素及淀粉等大分子有机物被降解为动物较易吸收的单糖、双糖等低聚糖以及小分子氨基酸物质，进一步，产生的大量营养丰富的微生物菌体蛋白及其代谢产物（氨基酸、有机酸、酶类物质、醛以及特殊糖类物质等），也丰富了营养。这些作用是传统的饲料加工所不能具有的加工作用。发酵后产生的有机酸有利于促进矿物质的吸收利用。另外，益生菌繁殖时产生的各种酶类物质（蛋白酶与淀粉酶、脂肪分解酶、果胶酶与葡聚糖酶等），也有利于促进动物对饲料养分的消化利用（许志华等，2008）。

3.3 利用微生物发酵饲料维护肠道微生态平衡，增强动物机体免疫力

一般情况下，动物肠道内的微生物菌群相互依存，保持着一种动态平衡。这种平衡状态决定了动物的肠道健康。当某种优势菌群出现变化，动物肠道内的原本的微生物菌群平衡状态就会被打破，动物的免疫力就会受到破坏，进而容易发生各种疾病甚至死亡。李旋亮（2017）研究得出，发酵饲料可改善断奶仔猪肠道菌群结构，有助于减少仔猪腹泻和增强仔猪对营养物质的消化吸收能力。陈鲜鑫等（2010）研究发现，饲喂乳酸菌发酵液体饲料的生长育肥猪，日增重显著提高，料重比显著降低，粪中的乳酸菌水平显著提高，大肠杆菌和沙门氏菌的水平显著降低（P＜0.05）。李维炯等（2003）研究证明，饲料发酵4d后，pH值由7.0下降到5.0以下，成为了酸化饲料，有利于保持动物胃肠道酸性环境，不仅减少有害微生物的作用和对养分的消耗，而且明显降低消化道疾病，尤其是腹泻率显著降低。张日俊等（2003）研究表明，添加益生菌0.1%能显著提高肉鸡T和B淋巴细胞活力和血清抗体水平（P＜0.05）。多数情况下微生物的代谢产物也可降低饲料中毒素含量，使得动物体免疫及抗病能力提高，减少肠道疾病的发生，促进机体健康生长。

3.4 利用微生物发酵饲料降解饲料中的抗营养因子和有毒物质

饲料原料生产使用过程中含有天然有害成分（如蓖麻碱、棉酚等），往往会因为加工不当、动物摄食过量，对动物的生长和健康产生不利影响。我国现阶段蛋白类饲料资源较为缺乏，而相对丰富的杂粕类利用率低。因此，人们在实际生产中，试图通过各种方法来生产脱毒棉粕、脱毒蓖麻粕等，以替代部分豆粕，提高杂粕在畜禽日粮中的使用量。

通过发酵处理的棉粕，可以降低游离态棉酚含量，提高蛋白利用率，改善棉粕的品质。诸葛斌等（2011）利用混合菌发酵棉粕，发现其小肽含量和体外消化率分别提高至18.36%和88.59%，同时显著提高其蛋白质含量（P＜0.05）。乔晓艳等（2013）选用热带假丝酵母、干酪乳杆菌发酵处理棉粕，棉酚脱毒率至48.1%，小肽含量和氨基酸含量分别提高10.97%和10.81%，另外植酸降低了1.54%。夏蓬勃等（2009）选用蜡状芽孢杆菌发酵处理棉粕，蛋白质提高了3.79%，游离态棉酚脱毒率提高了53.4%。金红春等（2011）选用复合芽孢杆菌发酵处理棉粕，游离态棉酚清除率达96.52%。菜粕含有的单宁、芥酸、硫苷、植酸和芥子碱等抗营养因子，因而严重限制了其在饲料中的应用，所以发酵处理菜籽粕脱毒得到了广泛应用。王刚等（2011）采用混合固态发酵处理菜籽粕，使得其硫甙消除率达53.4%，粗蛋白和菜籽肽分别提高了5.58%和8.1%，蛋白质的体外消化率提高了1.94%。陆豫等（2007）选用固体混菌发酵菜粕，硫甙消除率达97%。孙林等（2009）选用乳酸菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌和酪酸梭状芽孢杆菌固态发酵菜粕，硫苷消除率达85.19%，粗蛋白含量提高了4.37%。

3.5微生物发酵饲料，为无抗绿色养殖奠定基础

动物长期使用含有抗生素的饲料，会导致动物机体内微生物的耐药性不断增加，使得动物本身对疾病的抵抗力越来越差，治疗疾病时所需的抗生素剂量也就越来越大。人们食用了含有抗生素残留的肉、蛋和奶制品后，又会引起人体内微生物的抗药性增加。而微生物发酵饲料作为新型饲养添加剂，具有绿色、安全和高效的优势，能激发动物机体自身有益菌种的繁殖增殖，同时抵制有害菌群生长的微生物制品。乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌等多种有益微生物，作为饲料进入动物机体体内后，能迅速繁殖，中和肠内毒素，抑制有害菌的繁殖生长。有研究报道，在提高日增重方面，改善饲料转化率方面，发酵饲料与抗生素具有同等效果 （金立明等，2004；荆祎等，2013）。金海林（2017）选用黄芪、黄连等18种中草药与微生物共发酵饲喂鸡，发现其对鸡大肠杆菌的抑菌效果较好。林标声（2016）选用益生菌发酵银杏叶和桑叶等中草药，添加剂量为5 g/kg时，仔猪病毒性胃肠炎治疗效果显著。胡新旭等（2013）研究无抗发酵饲料对断奶仔猪生长性能、肠道菌群、血液生化指标和免疫性能的影响，结果显示无抗发酵饲料提高了仔猪日均增重、降低了料肉比和腹泻率，改善了仔猪肠道微生物平衡，增强了免疫能力和消化能力。因此，微生物发酵饲料可以作为无抗绿色养殖的技术支撑。

4 现阶段微生物发酵饲料应用中存在问题

4.1 发酵菌种问题

菌种是发酵的关键所在。目前，我国允许使用的微生物发酵菌种主要包括乳酸菌、芽孢杆菌、丁酸梭菌、酵母菌等，这些菌种在实际应用中均存在不稳定性，耐受性低等问题。

目前，菌种和发酵饲料的质量评价没有统一的标准，对微生物发酵饲料的品质难以鉴定。另外，由于菌种不稳定而提高添加量势必会升高发酵饲料生产成本。那么，挑选高效、安全的微生物菌种，是制作微生物发酵饲料的重中之重。

4.2 微生物发酵饲料生产问题

生产决定产品的质量。目前，我国多数发酵饲料厂缺乏对微生物及其发酵工艺的了解，生产设备和专业的技术人员也非常有限，也没有形成统一的生产技术标准和生产管理监督制度，生产过程中很容易受到交叉污染，同时检测以及监控条件也较差，安全隐患较大。建立健全的行业检测标准和生产方法是今后需要解决的关键问题。

4.3 微生物发酵饲料的使用问题

对微生物发酵饲料的品质评价，目前主要是从应用效果上综合判断得出发酵菌种的作用，对发酵菌种相互间的协同作用机制或拮抗作用机理仍不清楚。由于各微生物饲料的菌种组合以及饲喂方法均不同，因此我们应该针对不同种类的动物、动物的不同阶段以及不同的饲养方式，选用不同种类的微生物发酵饲料，那么就需要确保不同产品明确使用对象。

4.4 其他

微生物发酵饲料效果的研究还处于实验室阶段，而实际生产应用中，贮存和运输方式等也会影响微生物发酵饲料的使用效果。

5 展望

微生物发酵饲料已经在畜禽养殖中广泛使用，微生物发酵饲料用作替代抗生素，可以大大降低动物的药源性（来自于饲料）疾病，促进动物健康，生产出无抗生素残留的绿色畜禽肉产品，满足人们的“绿色、安全与健康”的肉食品需求。微生物发酵菌种来源广，发酵原料来源丰富，可以利用各种农作物秆类、饼粕类（菜籽饼和棉籽饼）、渣粕类（薯渣、脚粉、玉米渣等）、籽实类糠麸类、青贮等物质进行发酵，改善养殖环境，同时可以充分开发非常规饲料资源，缓解我国蛋白类饲料资源缺乏的现状。微生物发酵饲料作为“无抗”时代的新型产品，必将会拥有广阔的应用发展前景，将会为人民利益的可持续健康发展提供强有力的支撑。

参考文献：（略）