非常规饲料资源发酵饲料及在养猪生产中的应用

◆作者：王超普 陈志永 张辉华

◆单位：佛山科学技术学院生命科学与工程学院

近年来，随着畜牧业的快速发展，我国饲料资源短缺问题日益突出，已成为影响饲料行业和养殖业发展的重要瓶颈。但我国非常规饲料资源丰富，对其开发利用将成为我国畜牧业发展的重点。非常规饲料原料是指在饲料配方中使用较少或者对其营养特性和饲用价值了解较少的一类饲料原料，是一个相对概念。不过，非常规饲料原料普遍存在适口性差，营养价值低，营养成分不均衡，含有多种抗营养因子或毒物，并且不同产地来源差异较大等等，大大降低了其饲用价值。通过微生物发酵技术对这些非常规饲料原料开发利用，能够改善饲料消化特性，提高饲料利用率和营养价值，改善肠道微生态环境，提高机体免疫力，改善动物健康水平，减少环境污染，保障人类健康。因此，本文综述了非常规饲料资源发酵饲料的种类、来源、发酵工艺、作用机制以及在养猪生产中的应用。

1 非常规发酵饲料分类和来源

主要种类、来源和营养特性见表1。

表1 非常规发酵饲料来源和共同特性（李洋等，2020；宋增廷等，2015）

2 非常规饲料发酵效果

通过微生物发酵能够提高非常规饲料的适口性，降低抗营养因子水平，提高饲用价值。部分非常规饲料发酵效果如表2。

表2 部分非常规饲料发酵效果

3 非常规饲料发酵技术

3.1 发酵形式

3.1.1 固态发酵

固态发酵是指在没有游离水或者游离水含量可以忽略不计的固态基质上进行的一种发酵方式（Oladapo 等，2019）。固态发酵操作简单，过程易控制，相对于液态发酵生产工艺简化，具有产量高、投资少、耗能低和污染小等优点，但是仍然存在生产机械化程度较低，传质、传热性差、生产过程中工艺参数难以控制等缺点（Susana 等，2005）。目前已开发的固态发酵反应器有浅盘式、搅拌式、压力脉冲式反应器等（Sidharth 等，2018）。

3.1.2 液态发酵

液态发酵饲料是指将水和饲料按照1∶1.5~1∶4 的比例混合，添加适量微生物，通过发酵处理后，产生的一种pH 值相对较低，状态稳定且容易被肠道消化吸收的饲料形式（Joris 等，2010）。液态发酵饲料包括全价饲料和谷物发酵饲料，前者容易导致维生素和氨基酸等养分的损失，后者则是先通过谷物发酵，再和其他原料配合成全价饲料，不仅可以避免营养成分丢失的情况，而且发酵速度更快，一致性更好（Joris 等，2016）。

3.2 发酵参数

3.2.1 发酵底物

目前常用的发酵饲料底物包括全价饲料和单一或者几种单一原料混合而成的饲料底物两种（崔艺燕等，2016）。发酵底物为微生物提供了营养和生存环境，是影响微生物生长和发酵质量的重要因素之一（Leya 等，2013）。饲料底物的颗粒大小和含水量会影响发酵过程中的传热、传质和氧传递，从而影响微生物的生长（Oladapo 等，2019）。冯宇杰等（2020）在探究醋糟与剩余污泥共发酵体系中底物配比对挥发性脂肪酸产量的影响时发现，当醋糟的底物配比从33%增加到67%时，挥发酸产量随之增加，分别是单独发酵时的1.30 倍和2.40 倍，表明醋糟的添加有利于小分子酸的产生，原因可能是醋糟含有大量的纤维素类碳源，为微生物的生长提供足够的物质基础。

3.2.2 菌种

菌种是决定发酵饲料质量的关键因素，菌种必须具备碳源利用广谱性强、耐酸、耐高温、生长速度快、繁殖力强、蛋白质合成能力强、抗污染能力强和分散性好等优良特性（谭显东等，2013）。我国农业部2013 年发布的第2045 号文件《饲料添加剂品种目录》中规定了29 种可直接饲喂动物或者允许饲料中使用的微生物。目前，发酵饲料常用的菌种主要有乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌和霉菌，发酵效果及发酵产物（见表2 和表3）。

表3 常用菌种主要功能及发酵产物

3.2.3 pH

微生物发酵可以降低pH值，从而抑制有害菌的生长。但是目前固态发酵pH 值的维持和变化仍然难以控制。菌种不同，所需要的最适生长pH 也不同。汪伦记等（2018）运用响应面法优化黑曲霉固态发酵冬凌草时发现，随着pH 的升高，纤维素酶活力先升高后下降，当pH 等于7 时，纤维素酶活力最高，黑曲霉生长活性最好。王红波等（2015）研究表明，当pH 低于4.67时，粪链球菌生长受到抑制；当调控发酵液的pH 区间为6.3 ~7.8，能增加发酵液中粪链球菌活菌数，较非调控提高65.9%（P<0.05）。

3.2.4 温度

在一定范围内，随着温度升高，乳酸的产率和产量会增大，对有害菌抑制效果更好。温度过高时，会引起发酵过度，营养物质被过多消耗，影响发酵质量；温度过低时，菌体生长太慢，发酵产量降低（J.D 等，2002）。Gao等（2020）以ASP 为指标，探究发酵温度对发酵质量的影响，结果表明在20 ~ 35℃范围内，ASP 含量逐渐增加，随着温度继续升高，其含量开始下降。

3.2.5 含水量

水分含量同样是影响发酵质量的主要因素之一。水含量过低，微生物对营养物质的吸收受到抑制，影响生长代谢；水含量过高，基质通透性变差，影响透气散热，同时增加了杂菌污染的概率（Wang 等，2014）。汤小朋等（2014） 通过黑曲霉固态发酵探究最佳的木薯渣发酵工艺参数时发现，羧甲基纤维素酶活性随着底物水分的增加而增强，料水比 为1 ∶1.75 时 最 高，为6.60U/g；CP 含量随着水分的增加而增加，料水比为1∶2.00 时最高，随后逐渐降低。

4 非常规发酵饲料作用效果

4.1 改善适口性，提高营养水平

发酵饲料可以产生多种芳香酸和不饱和脂肪酸，增加饲料香味，改善适口性，从而促进动物采食（刘艳新等，2017）。饲料经微生物发酵后不仅可以产生大量的氨基酸，被机体直接吸收利用，同时还可以分解饲料中的毒素和抗营养因子，得到大量的酶和活性肽等物质，降解饲料中的CF 和蛋白质等，使其更好地被动物机体吸收利用，提升营养水平（Chun 等，2016；Sugiharto等，2019）。刘辉等（2016）通过菌酶协同对玉米秸秆进行发酵，发酵产物不仅带有酒香，适口性好，而且CP 含量从5.24%上升到29.71%，增加了4.67 倍。张文举等（2006）利用热带假丝酵母ZD-3 和黑曲霉ZD- 8 对棉籽饼进行发酵，结果表明：复合发酵可极显著降低棉籽饼底物中游离棉酚含量，脱毒率为91.64%；同时CP、总氨基酸和必需氨基酸含量分别提高27.83% 、18.15%和19.18%，体外消化率分 别 提 高20.90% 、26.16% 、24.47%，其中赖氨酸和蛋氨酸分别增加20.24%和66.29%。

4.2 调节肠道微生态环境

发酵饲料中的有益菌可以和病原菌竞争肠道上皮结合位点，并黏附在肠道上皮细胞上，从而抑制病原菌在肠道内的定殖（Samiullah 等，2020）。同时，乳酸菌等益生菌进入肠道后形成优势菌群，不仅会产生降低肠道pH 的有机酸，还能产生一定量的过氧化物如过氧化氢，从而抑制或杀灭有害细菌（Surendran等，2017）。此外，这些有益菌还可以产生细菌素和溶菌酶，能够抑制和杀死沙门氏菌、志贺氏菌和大肠杆菌等病原微生物，进而改善动物肠道微生态环境（Shehata 等，2020）。研究发现，饲喂发酵菜籽粕（Chiang 等，2010）和发酵棉籽粕（Sun 等，2013）能够显著增加肉鸡盲肠乳酸菌数量和乳酸含量，显著降低大肠杆菌数量，并且十二指肠绒毛高度和隐窝深度比值（V/C） 也显著提高。此外，Shi 等（2019）通过饲喂肉鸡发酵裙带菜发现，粪便中乳酸菌数量显著增加，并且大肠杆菌数量显著降低。这些都表明发酵饲料对动物肠道菌群平衡和微生态环境具有良好的调节作用，从而保障肠道健康。

4.3 增强机体免疫力

发酵饲料中的有益菌在代谢过程中，不仅可以产生有机酸和抑菌物质来抑制病原微生物的生长，同时可以通过刺激机体的免疫系统，促进上皮内淋巴细胞产生细胞因子、激活巨噬细胞和增加抗体水平来增强特异性和非特异性免疫应答，从而提高动物机体免疫力（Al-Khalaifah等，2018）。Serge 等（2018）研究表明，20%和50%发酵菜粕替代鱼粉可以显著增强红鲷鱼血液中溶菌酶过氧化物酶活性，并且对氧化应激具有很高的抵抗力。

5 非常规发酵饲料在养猪生产中的应用

5.1 在母猪生产中的应用

非常规发酵饲料可以提高母猪的繁殖性能，增强免疫力。Song 等（2017）报道，在母猪日粮中添加发酵高粱干酒糟可以显著提高母猪产奶量（P<0.05）、乳脂和蛋白质。Grela 等（2019）在基础日粮中添加4%和9%的发酵菜籽粕，显著提高了母猪对CP、EE 和CF 的消化率，减少了肠道中大肠杆菌数量，对母猪肠道健康有积极影响，显著改善了生产性能，尤其对于初产母猪，显著增加了28 日龄仔数和窝重，并且能够降低植酸磷和硫代葡萄糖苷等抗营养因子和提高乳酸含量，刺激免疫系统，减少仔猪腹泻程度和死亡率。Anna等（2020）研究表明，母猪饲粮中添加发酵菜籽粕可以显著提高血浆中红细胞比容、血红蛋白含量、红细胞计数以及磷、钙、铁等矿物质含量，同时也可以增强母猪和仔猪血清碱性磷酸酶活性以及提高血浆总蛋白尤其是白蛋白的含量。此外添加发酵菜籽粕还可以提高母猪以及后代仔猪血浆中总胆固醇和三酰基甘油含量以及肝脏酶活性，特别是仔猪的天冬氨酸转氨酶活性，从而对脂质代谢产生积极作用。Zhang 等（2021）研究了妊娠期饲粮中添加发酵桑叶对母猪及其子代生产性能和肠道微生物群的影响，结果表明，发酵桑叶显著增加了母猪泌乳期采食量和断奶窝重，背膘厚和体重损失显著降低，并且显著增加母猪粪便微生物多样性和相对丰度，降低了有害菌数量。此外，通过母体微生物群的转移，改善仔猪肠道微生态环境，有助于仔猪肠道健康，降低腹泻率，增加泌乳增重。Wang 等（2020）研究了枯草芽孢杆菌和粪肠球菌共发酵饲料对泌乳母猪生产性能、免疫性能和肠道微生物群的调节效果，结果显示，与对照组相比，发酵饲料组显著提高了母猪ADFI 和仔猪增重，提高了母猪的产奶量和乳质。胡永强等（2020）通过补饲中草药－农副产品混合发酵饲料，显著增加了围产期母猪乳汁中乳脂、乳糖和乳蛋白含量，显著提高了乳汁中IgG、IgM、免疫球蛋白A（IgA）含量，增强了母猪免疫力，显著增强了乳汁总抗氧化能力（T-AOC），并且显著提高了仔猪数和断奶仔猪成活率以及提高了仔猪血清中多不饱和脂肪酸和脂酰肉碱类代谢物水平，对哺乳仔猪的生长发育有积极影响。

5.2 在仔猪生产中的应用

断奶是仔猪生产的关键时期，环境、饲料等的转变会引起仔猪的各种应激，从而降低仔猪对营养物质的消化吸收，引起氧化应激，造成仔猪断奶后前2 周生长缓慢以及腹泻等状况，造成巨大的经济损失（Vitaly 等，2015；Chen 等，2018）。非常规发酵饲料可以降低抗营养因子，提高营养物质的消化吸收，减少应激，提高仔猪生长性能，降低料肉比和腹泻率，并且产生大量有益菌，改善肠道黏膜形态和微生态环境，增强免疫力。丁小玲等（2011） 通过固态发酵菜籽粕等氮替代40%膨化豆粕，显著提高了仔猪血清中磷和免疫球蛋白IgA 的含量，同时IgG、IgM 也有增加趋势，但是对仔猪采食量、平均日增重和饲料转化率以及腹泻率无显著影响。王帅（2014）研究指出基础日粮添加8%发酵柑橘渣，可以显著提高断奶仔猪平均日采食量，降低腹泻率和空肠、回肠pH 值，显著增加了空肠、盲肠乳酸杆菌数量，并且降低了空肠大肠杆菌水平，提高了肠道绒毛高度以及降低了隐窝深度，改善了肠道形态发育从而提高了对营养物质的消化吸收。

载脂蛋白具有抗炎作用，被认为是急性期蛋白的主要阴性指标，当猪感染炎症时，载脂蛋白升高；乳酸和挥发性脂肪酸能够抑制肠道病原体，当猪发生应激反应时，血浆乳酸含量升高（Magorzata 等，2015；Kafantaris 等，2018；Rempel 等，2018）。Huang 等（2020）研究发现，发酵酒糟可以显著升高血清载脂蛋白含量，降低血浆乳酸含量以及提高尿乳酸含量（P<0.05），说明它能够降低断奶仔猪炎症发生率，缓解仔猪断奶期间的氧化应激。Kafantaris 等（2018）在基础日粮中添加发酵葡萄渣，总多酚含量和自由基清除能力显著提高，提高了日粮抗氧化能力，显著增加了仔猪断奶前和断奶后平均日增重，显著提高了断奶后仔猪T-AOC，粪便中乳酸菌和双歧杆菌水平显著提高，并且改善了肉质。李海洋等（2016）研究表明基础日粮中添加6%的苹果渣发酵饲料可以显著提高仔猪平均日增重（ADG）和采食量，降低F/G，提高了饲料的利用率，血液中尿素氮和胆固醇水平显著降低，增强了仔猪对蛋白的合成代谢能力，同时肠道微生物丰度增加，大肠杆菌数量减少，有益于肠道健康，增强了机体免疫力。

5.3 在生长肥育中的应用

微生物发酵饲料可以提高肥育猪的生长性能，提高饲料利用率，降低料重比，提升猪肉品质，增强免疫功能，改善养殖环境，减少环境污染。SHI 等（2016）研究黑曲霉发酵菜籽粕对生长猪生长性能和养分消化率的影响，结果表明，10%的发酵菜籽粕可以显著提高生长猪ADG，降低饲料系数，提高饲料转化率，显著提高了干物质（DM）、蛋白质、钙、磷的全肠道表观消化率，血清天冬氨酸转氨酶水平显著降低。此外，SHI 等（2016）还发现发酵菜籽粕可以显著提高天冬氨酸、甘氨酸、酪氨酸的回肠表观消化率， 增加饲粮代谢能（ME） 和消化能（DE）。Yan 等（2011） 通过添加30g/kg 的发酵葡萄渣显著增加了肥育猪ADG，显著提高了大理石纹评分、红度值（a*）、黄度值（b*）和抗氧化能力，改善了肉质，显著提高了干物质和氮的全肠道表观消化率，皮下脂肪中棕榈酸、硬脂酸和花生酸等饱和脂肪酸水平显著降低，多不饱和脂肪酸总量增加，猪最长肌中花生酸水平降低。张娜娜等（2016）通过在育肥猪饲粮中添加15%的发酵桑粉，平均日增重显著提高2.51%，屠宰率有提高趋势，但差异不显著，肌内脂肪显著提高17.82%，猪肉剪切力显著降低9.86%，猪肉饱和脂肪酸含量显著降低，不饱和脂肪酸水平显著提高。

6 小结

非常规发酵饲料在养猪生产上，不仅能够提高饲料营养价值和生猪生产性能，有益于生猪健康，提高经济效益，还可以缓解人畜争粮的矛盾，减少环境污染。但是由于原料来源不同、菌株性能不稳定、菌种配比不同、发酵工艺不同、饲喂比例不同，导致研究结果不同。因此，针对不同菌种作用机理、不同原料营养成分、畜禽不同阶段生长特性需要进行更加深入的研究，建立更加全面完善的综合评价体系。随之，其应用前景会越来越广阔，将会带来更多的经济和社会效益。