■陈 彤 董 玲 许 晴 熊文钰 邓秋怡 张杭超 区玉兴 高春起*
(1.华南农业大学动物科学学院,广东 广州 510642;2.辽宁省农牧业机械研究所有限公司,辽宁 沈阳 110036)
我国畜禽日粮主要以“玉米-豆粕”型为主,但目前我国豆粕和玉米的产量远远无法满足生产需求。2020 年我国玉米产量维持在2.6 亿吨,进口量增至1 130 万吨,增幅135.7%;大豆国内产量仅为1 960 万吨,进口量突破1 亿吨。2021 年前5 个月我国进口玉米1 173.2万吨,更是超过2020年全年玉米进口总量,增长369.7%。我国玉米和豆粕的供需缺口越来越大,严重制约畜牧产业发展。同时,我国非常规饲料资源丰富,但利用率低,若能合理应用,不仅可推动畜牧业和饲料产业发展,还可缓解饲料资源短缺和人畜争粮问题。
非常规饲料原料大致可分为非常规饼粕类、糟渣类、秸秆秕壳等3 类(见表1),多数存在营养价值较低、抗营养因子含量高、成分复杂或不稳定而又缺乏营养价值评定标准等问题。现有的非常规饲料原料常以填埋方式进行处理,不仅造成资源浪费,而且导致环境污染。如何更好地开发和利用这些非常规饲料资源,是我国畜牧产业亟待解决的问题。
表1 我国常用非常规饲料原料的基本情况
微生物发酵处理可消除杂粕、糟渣和秸秆等非常规饲料原料中的不利因素,显著降低其抗营养因子和霉菌毒素含量,微生物代谢产生的各类活性物质还可极大提高其营养价值。发酵非常规饲料可改善动物的肠道微生物区系,提高生产性能,缓解畜禽饲料原料短缺的问题,进而实现畜牧产业的稳定发展。
根据《饲料添加剂品种目录》,多种微生物被批准用于畜禽生产。在饲料微生物发酵中常用的菌种主要包括乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌和曲霉共4 类。乳酸菌为革兰氏阳性无芽孢菌,属兼性菌,包括乳杆菌属、链球菌属和双歧杆菌属等;芽孢杆菌属是革兰氏阳性有芽孢的好氧菌,其中最常用是枯草芽孢杆菌;酵母菌和曲霉都为饲料微生物发酵常用真菌,酵母以酿酒酵母属和假丝酵母属在饲料微生物发酵中应用最广;曲霉属多为用于固态发酵的黑曲霉和米曲霉。
饲料微生物发酵的常用菌种具有以下特性:①分泌淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、纤维素酶和植酸酶等多种水解酶,用以分解利用非常规饲料原料的大分子营养物质和硫代葡萄糖苷、棉酚、非淀粉多糖、粗纤维等抗营养因子,提高动物对饲料的消化利用率。②具有杀菌、抑菌和降解黄曲霉毒素作用;进入动物体内,可通过调节肠道菌群平衡,促进动物生长。③酵母菌和曲霉产生的真菌多糖具有调节动物机体免疫力和增强抗菌和抗氧化能力作用。④培养条件较为简单(如芽孢杆菌生成芽孢后抗逆性强,易于生产和保存),但发酵过程应避免杂菌污染进而确保饲料品质和饲喂效果。
表2 微生物发酵对非常规饲料营养成分的影响
饼粕等在黑曲霉及其分泌酶(如纤维素降解酶、植酸酶等)的作用下可显著降解非常规饲料原料的抗营养因子,亦或通过微生物发酵代谢产物结合抗营养物质,降低其对动物的不利影响。发酵后饼粕中硫代葡萄糖苷、游离棉酚(free gossypol,FG)、粗纤维(crude fiber,CF)和植酸等含量显著降低,粗蛋白(crude protein,CP)含量显著增加,部分蛋白质转化为易吸收的小肽,利用率显著提高。Duan等(2021)研究表明,菜籽蛋白经微生物分泌酶的作用,可释放生物活性肽。孙宏(2013)报道,发酵后棉籽肽的抗氧化功能显著增强。但也有研究表明,发酵后蛋白质含量下降可能只是干物质含量下降的反映。
因不同饲料原料经过的发酵条件与所用菌种不同,微生物发酵对饼粕类原料营养价值的影响不同,发酵菌种的筛选与最佳发酵条件需适合原料底物,进而更有针对性地降低其抗营养因子,提高其营养价值。
糟渣具有含高纤维、高水分、抗营养物质且易变质等缺点,在实际应用中用量少。经微生物发酵处理后,糟渣的粗蛋白和有机酸等含量显著提高,适口性及营养价值得到改善,可有效降低饲料成本。为了达到更好的发酵效果,糟渣类常与辅料搭配发酵。
多项研究提出发酵糟渣对改善动物肠道环境有积极的影响。吴丹等(2011)报道微生物发酵可降解白酒糟中的木质素,改善反刍动物的瘤胃发酵。果渣经发酵可实现蛋白质富集,其中的多酚化合物使发酵产物具有抗氧化等功能,从而提高动物机体的免疫力。
微生物发酵能提升秸秆的饲用价值,处理方式以青贮为主,发酵菌种多为可降解纤维素的真菌类。发酵后秸秆的木质素含量降低,蛋白质含量显著提高,碳氮比下降,更适于饲喂。Guo等(2013)研究表明,对玉米秸秆进行预处理后再发酵,效果更好。
总体而言,发酵非常规饲料在肉用畜禽的应用研究比蛋禽、乳畜的更多,饼粕经发酵后在单胃动物的应用效果相比反刍动物更好。除混菌发酵和菌酶协同发酵外,多底物混合发酵也是非常规饲料有效利用的思路之一,既降低抗营养因子的不良影响,又可改善动物机体健康、降低饲料成本。
禽类消化系统较为简单,消化时间较短,对摄入的营养物质利用率偏低。非常规饲料经微生物发酵后可溶性非淀粉多糖含量降低,氨基酸组成更平衡,对禽类的肠道微生物菌群和饲料转化效率均具改善作用。菜籽蛋白经微生物转化后可提供更多含硫氨基酸,可影响禽类肌肉的生长和羽毛质量,但具体应用效果有待进一步研究。
发酵非常规饲料在肉鸡生产中的作用效果主要体现为生长性能、肉品质和肠道健康的改善。饲喂发酵杂粕可显著改善肉鸡肠道形态、菌群结构,提高营养利用率,生长性能相比饲喂未发酵杂粕时显著提高,腹脂含量不同程度地降低。一般而言,在肉鸡日粮中添加10%~15%发酵杂粕或替代8%~10%的豆粕均对其生长性能和肉质品质无负面影响。发酵杂粕在肉鸡育成期最高可添加至30%,育雏期应低于10%,避免影响生长性能。总体上看,发酵杂粕的安全添加量随肉鸡的生长而逐渐增加,这可能与幼龄动物对抗营养因子比成年动物更敏感有关。
杂粕和糟渣中高含量的抗营养因子易影响产蛋鸡的蛋品质,总体上在蛋鸡(特别是蛋雏鸡)中的相关研究较少,而研究证明果渣经过发酵对蛋鸡生产性能改善较为显著。蛋鸡日粮中添加少量发酵糟渣可增强机体蛋白质合成代谢,提高产蛋性能,降低料蛋比。丁小青等(2020)还发现将豆粕茶渣混合物经发酵后饲喂,仙居鸡的抗氧化能力显著增强,蛋品质得到改善(见表3)。
表3 微生物发酵非常规饲料在家禽生产中的应用效果
在母猪生产中应用的主要是发酵饼粕,作用效果主要体现在维持肠道健康和提高繁殖性能方面(如表4所示)。发酵非常规饲料原料在母猪生产中用量不宜过高,一般不超5%。Grela 等(2019)发现,饲喂发酵菜籽粕可显著增加母猪(特别是初产母猪)的产仔性能,对母猪(特别是妊娠后期)和仔猪的肠道微生物区系产生积极影响。这可能与发酵饼粕中抗营养因子的减少和蛋白质的降解率增加有关,也可能与多肽、有机酸等生物活性物质含量增加有关。
表4 微生物发酵非常规饲料在养猪生产中的应用效果
表3(续) 微生物发酵非常规饲料在家禽生产中的应用效果
诸多研究证实,发酵非常规饲料可改善仔猪肠道健康,降低腹泻死亡率,缓解断奶应激。Shi等(2016)研究发现,饲喂发酵菜籽粕的仔猪,其生产性能和养分消化率均与饲喂豆粕组相似,并由此认为发酵菜籽粕可作为仔猪饲料豆粕的替代原料。Satessa 等(2020)和Vadolapas 等(2020)研究表明,饲喂适量发酵菜籽粕有望成为增强仔猪肠道免疫的绿色方案,实现更安全的养猪生产。当前,关于断奶仔猪日粮中发酵饼粕的用量结论尚不统一。Satessa 等(2020)认为在仔猪日粮中发酵菜籽粕的适宜添加量为8%~10%,也有研究发现发酵菜籽粕添加量达25%时对仔猪生长亦未见不良影响。发酵糟渣对断奶仔猪生长性能的影响效果也存在争议。有研究认为饲喂2%~8%的发酵糟渣对仔猪生长性能无不良影响,但黎智华等(2018)发现长期高剂量添加对仔猪生长不利。这可能与发酵非常规饲料的营养成分与抗营养因子水平存在差异有关。微生物发酵非常规饲料在生长育肥猪日粮中用量最大、应用最多,可达15%而无不良影响。发酵糟渣对生长育肥猪体增重无不良影响,调节肠道微生物区系,改善生长育肥猪的消化性能、料重比和抗氧化能力,并对肉质有一定改善作用(见表4)。
表4(续) 微生物发酵非常规饲料在养猪生产中的应用效果
综上所述,在保证不同阶段的基本能量和蛋白质需求的前提下,适量添加发酵非常规饲料可改善猪只健康和生产性能。目前的研究大多满足于追求发酵非常规饲料在养殖生产中的经济效益,而在肉品质、环保方面的应用价值及具体作用机理有待深入探讨。
非常规饲料可直接作粗饲料饲喂反刍动物,但适口性差、营养价值低,且存在容易发霉变质等弊端,对饲养管理水平要求较高。经微生物发酵后其粗纤维含量显著降低,营养利用率得到改善。目前,发酵非常规饲料在反刍动物生产中的应用相对集中于发酵糟渣,用于降低生产成本,增加养殖的经济效益(见表5)。发酵糟渣在育肥期肉牛的最适添加量报道不一。陈光吉等(2015)报道发酵白酒糟替代25%精料时牦牛日增重提高,但曹广等(2020)认为发酵酒糟的最佳替代量为2.5%,这可能与糟渣本身营养价值差异、菌种和发酵工艺不同及辅料配伍种类多有关。姚凯勇(2019)研究表明,发酵黄酒糟不仅不影响奶牛的生产性能,还能提高抗氧化能力,降低奶牛热应激情况下炎症的发生。李元新等(2020)发现,饲喂发酵苹果渣能提高肉牛的肠道有益菌含量,对生产性能和免疫机能均有所改善。综上,饲喂少量发酵糟渣可改善反刍动物生产性能、瘤胃发酵性能和抗氧化能力。因此开发与推广发酵非常规饲料在反刍动物生产中的应用具有实际意义。
表5 微生物发酵非常规饲料在反刍动物生产中的应用效果
玉米和豆粕等饲料原料涨价导致饲料成本大幅增加,如何科学应用非常规饲料原料成为饲料生产企业关注焦点。微生物发酵非常规原料在畜禽日粮使用的可行性已被大量试验证实,其在提高畜禽生产性能、维持肠道健康和抗生素代替方面发挥重要作用。然而,非常规饲料营养价值差异大、发酵工艺无统一标准、对复合菌种的配伍和用量不清,发酵非常规原料的代谢产物及其作用机制亟待研究。从需求看,豆粕成本的提高促使非常规饲料资源开发成为行业发展必由之路。从发酵工艺看,菌酶联合发酵相比微生物发酵或酶解单独处理更加高效。从应用看,对非常规饲料经发酵后产生的代谢物质及其功能展开更多研究,对微生物发酵非常规饲料作为替抗产品的应用具有重要价值。
表5(续) 微生物发酵非常规饲料在反刍动物生产中的应用效果