非粮型发酵饲料的营养价值及其对荷斯坦奶牛的饲喂效果

张晓露，罗莎莎，秦瑞祥，陈学文，蔡杏华，曹艳红

(1.广西优比特生物科技有限公司，南宁 530000；2.南宁市甜蜜蜜饲料有限公司，南宁 530000；3.广西大学生命科学与技术学院，南宁 530004; 4.广西壮族自治区畜牧研究所，南宁 530001)

随着我国畜牧养殖行业的不断发展，动物“与人争粮”的形势日趋严峻，粮食保障问题已受到国家及政府的高度重视。对此，我国开始逐步加大非粮型饲料资源的研究与开发利用，这对于解决我国的粮食安全问题具有重要意义[1]。我国是农业种植大国，2018年的农业耕种面积达到938万km2，约占全球农业种植面积的7.34%，因此具有十分丰富的非粮型饲料资源，例如地源性农作物副产物、糟渣类副产品、果蔬加工副产品、食品加工下脚料等[2-3]。非粮型饲料资源通常由于水分含量较高、易腐败变质、储存难度大等问题而被丢弃，这不仅造成了巨大的资源浪费，同时也严重污染了生态环境[4]。为了解决这一系列问题，生物发酵饲料的应用开始受到人们的广泛关注。

将非粮型饲料资源通过微生物和酶制剂进行发酵后，不仅能够进一步提高其营养价值，有效缓解优质饲草短缺，同时也是草食畜牧业可持续发展的有效途径之一[5]。研究表明，生物发酵饲料具有改善饲料风味，提高饲料消化率[6]，促进动物肠道的微生态平衡，维持肠道pH稳定和提高机体免疫力等功能[7]。通过微生物发酵，还能够有效降解饲用原料中的抗营养因子。例如杨文艳等[8]发现，利用微生物发酵可显著降低饲料中玉米赤霉烯酮含量。此外，棉籽中的棉籽糖，豆粕中的胰酶抑制因子，豆腐渣中的脲酶等，均可通过微生物发酵将部分抗营养因子转化为易于消化吸收的寡糖、单糖、菌体蛋白、小肽、氨基酸等，从而有效地提高饲料消化率[9]。研究还发现微生物发酵饲料能够降低饲料中如生氰糖苷化物、异硫氰酸酯、黄曲霉毒素、呕吐毒素等有毒化合物的含量及毒性作用[10-12]，表明微生物发酵饲料有着巨大的发展潜力和实际应用价值。

目前，生物发酵饲料已在猪[13]、鸡[14]、水产养殖[15]等方面得到了广泛应用，并取得了良好的效果。然而，生物发酵饲料在奶牛养殖领域的研究与应用相对较少，且利用非粮型饲料进行发酵后用于奶牛饲喂的研究及效果尚缺乏系统的验证[16]。因此，本文以非粮型饲料资源(啤酒渣、柠檬渣、全棉籽等)为原料，利用复合益生菌发酵剂(酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌等)对其进行发酵，制成非粮型发酵饲料，在检测和评估非粮型发酵饲料的营养价值后，再用于饲喂荷斯坦奶牛(实验组、对照组各140头)，饲喂周期为30 d，记录该发酵饲料对奶牛的饲料消化率和产奶量的影响，为非粮型发酵饲料的进一步研究与应用提供实践参考与数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 非粮饲料资源 啤酒渣、全棉籽、柠檬渣。

1.1.2 甜蜜蜜生物饲料发酵剂 由南宁市甜蜜蜜饲料有限公司提供；其中益生菌总活菌数≥1×1010cfu/kg，主要成分包括酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、纤维素酶、淀粉酶、棕榈粕、糖蜜等。

1.1.3 培养基(分析纯) 葡萄糖、蛋白胨、酵母粉、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、氯化钠、琼脂粉购自北京索来宝生物科技有限公司。

1.1.4 设 备 JJ224BC型电子分析天平，购自常熟市双杰测试仪器有限公司；MJ-78A型高压蒸汽灭菌锅，购自上海施都凯仪器有限公司；SW-CJ-2FD超净工作台，购自苏州安泰仪器设备有限公司；2RH-250L型生化恒温培养箱，购自上海旻泉仪器有限公司；ML31型高分辨率生物显微镜，购自广州市明美光电技术有限公司；P1型分光光度计，购自上海美普达仪器有限公司；TR6610-10A型水分测定仪，购自苏州埃用仪器有限公司；KDN-103A自动定氮仪，购自上海纤检仪器有限公司；RT-6000型酶标仪，购自深圳雷杜生命科学股份有限公司。pHS-3C型精密pH计，购自上海雷磁仪器有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 甜蜜蜜生物饲料发酵剂的检测 采用平板涂布计数法[17]，对甜蜜蜜生物饲料进行活菌总数的检测，精确称取1 g甜蜜蜜生物饲料样品，加入99 mL无菌水中，充分振荡60 s后，分别稀释至10-5，10-6，10-73个浓度梯度，随后于超净工作台内涂平板，涂布完成后，置于37 ℃恒温培养箱内静置培养48 h。培养基配方为：葡萄糖2%，琼脂粉2%，蛋白胨1%，酵母粉0.5%，氯化钠0.5%，磷酸氢二钾0.02%，磷酸二氢钾0.02%，pH=6.8。培养完成后，选择菌落数量合适的平板(菌落数为20～100之间)进行计数，以计算样品中的总活菌数，此外，挑取菌落形态具有明显差异的菌株8～10个，进行显微观察和鉴定。

1.2.2 非粮型发酵饲料的配比与制作 按照以下配方进行配比(如表1所示)，啤酒渣60%，全棉籽15%，干柠檬渣10%，甜蜜蜜生物饲料15%，充分混合、搅拌均匀后，置于发酵池(如图1A所示，长10～50 m，宽6～12 m，高3.0～3.5 m)内，密封、厌氧发酵10 d。开窖时，感官判断无霉变、无变质、无发臭现象，有酸香、发酵醇香风味(如图1B所示)，方可用于奶牛饲喂试验(图1C、1D)。

表1 非粮型发酵饲料配方

1.2.3 非粮型发酵饲料的营养成分检测 饲料混合均匀后，和发酵10 d后，根据饲料标准的五点采样法[18]，分别采集饲料样品1 kg，随后经过鼓风干燥箱105 ℃，4 h风干后密封，送到内蒙古乌兰察布市易马科技有限公司检测，评估该非粮型发酵饲料的营养价值。

注：A-发酵池；B-非粮型发酵饲料；C-采食；D-实验牛群。

1.2.4 非粮型发酵饲料的奶牛饲喂试验 根据牧场的生产实际，选择牧场一栋后期牛舍作为实验牛舍，平均分为两组，每组约140头。对照组按照常规日粮，实验组则饲喂非粮型发酵饲料。日粮组成及营养水平分别见表2与表3，投料时使用利拉伐自走式TMR车(购自利拉伐天津有限公司)进行，每日投料3次。牛只饮水、挤奶、清粪等生产工作一切照常。保证实验阶段牛只数量相差不超过±10，平均泌乳天数相差不超过±30 d。所选牛只的基本情况为：平均泌乳天数为297.5 d，牛奶平均单产为18.68 kg，公斤奶饲料成本为2.51元。

表2 日粮组成

表3 日粮营养水平

1.2.5 非粮型发酵饲料的饲喂效果评估 根据设定的条件进行饲喂后，每天记录牛舍的牛只数量，产奶量，干物质采食量，粪便筛结果等数据，综合评估非粮型发酵饲料的饲喂效果。

1.2.6 数据处理 利用Excel 2007对数据进行整理，并进行单因素方差分析(one-way ANOVA)。以P<0.05作为差异显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 甜蜜蜜生物饲料发酵剂的检测分析

甜蜜蜜生物饲料的检测结果如图2所示。由图2可知，甜蜜蜜生物饲料(图2A)通过平板涂布后，通过计数得到其中的总活菌数为9.3×107cfu/g，通过进一步显微镜1 000倍观察发现，其中的主要微生物为酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和地衣芽孢杆菌。其中，酿酒酵母数据兼性厌氧真菌，具有优良的发酵特性和营养特性，在发酵的前期，可大量消耗饲料中残留的氧气，通过特殊的生物夺氧机制，为厌氧微生物的生长创造前提条件，并通过自身的生长代谢进一步提升发酵饲料的营养价值[19]。枯草芽孢杆菌为兼性好氧型细菌，在消耗游离氧和促进厌氧菌生长的同时，也能够分泌有机酸、枯草菌素、短杆菌肽等物质抑制病原菌的生长，同时能够分泌纤维素酶，进一步降解饲料中的纤维素，提升饲料的营养价值[20]。植物乳杆菌是乳酸杆菌中的一种，是常用的益生菌之一，具有维持肠道内菌群平衡、提高机体免疫力和促进营养物质吸收等多种功能，因此不仅在体外可用于饲料的发酵，进入动物体内仍然具有多种突出的生物功能，在食品工业中也具有十分广泛的应用[21]。地衣芽孢杆菌一种在土壤中常见的革兰氏阳性嗜热细菌，可促使机体产生抗菌活性物质、杀灭致病菌，能够促进肠道内正常生理性厌氧菌的生长，调整肠道菌群失调，恢复肠道功能，因此可用于进一步提高发酵饲料的生物功能[22]。

注：A-甜蜜蜜生物饲料；B-甜蜜蜜生物饲料的活菌数检测；C-甜蜜蜜生物饲料中的酿酒酵母；D-甜蜜蜜生物饲料中的枯草芽孢杆菌；E-甜蜜蜜生物饲料中的植物乳杆菌；F-甜蜜蜜生物饲料中的地衣芽孢杆菌。

2.2 非粮型发酵饲料的营养价值分析

非粮型发酵饲料的营养指标检测结果如表4所示，由表4可知，非粮型饲料在发酵前和发酵后对比，水分含量的变化极小(仅为1.47%)，而粗蛋白则有一定幅度的上升，由未发酵的18.1%提升至发酵后的19.7%，提升比率为8.84%，可溶性蛋白的含量则由未发酵前的23%(占粗蛋白比例)提升至发酵后的35%(占粗蛋白比例)，提升幅度达到了52.17%。一般来说，粗蛋白的检测方法通常是采用凯氏定氮法[23]，而氮元素的变化应符合质量守恒定律，在发酵后不会引起蛋白质的大幅度变化。然而，凯氏定氮法通常只能检测到有机氮，而无机氮、叠氮等，在经过微生物的硝化与反硝化、氨基转换等作用后，可进行氮元素的循环与利用[22,24]，从而被转化为有机氮、氨基酸、蛋白多肽、小粉多肽等物质，因此经过微生物发酵后的饲料，粗蛋白含量会得到一定程度的提升，并且是作为易于被消化和吸收的可溶性蛋白质或氨基酸。

此外，非粮型饲料经过微生物发酵后，其中性洗涤纤维(NDF)的含量由52.28%降低至49.03%，下降比率为6.22%，表明微生物需要消耗纤维素多糖作为碳源，以供自身生长和代谢，从而产生丰富的菌体蛋白和中间代谢产物[25]。脂肪的含量在发酵前后未检测到相关变化。总可消化养分(TDN)由59%提升至62%，提升比率为5.10%，这表明饲料经过发酵后，其可消化的营养价值得到进一步提高。泌乳净能(NEL)由1.40 Mcal/kg提升至1.49 Mcal/kg，提升比率为6.40%，这说明该非粮型发酵饲料用于饲喂奶牛后，将有望进一步提高奶牛的产奶量。基于此，该非粮型发酵饲料从营养指标上分析，值得开展奶牛的饲喂试验研究。

表4 非粮型饲料在发酵前后的部分营养指标分析

2.3 非粮型发酵饲料对提高奶牛干物质采食量和饲料消化率的作用

奶牛的干物质采食量(DMI)如图3所示，试验期间，每间隔10 d统计1次每头奶牛的干物质采食量。实验开展前，对照组与实验组的干物质采食量分别为17.09 kg与20.03 kg。由图3可知，对照组牛群的干物质采食量为17.44 kg[(17.33+16.91+18.08)/3]，上升比率为2.05%，实验组牛群干物质采食量为21.31 kg[(21.26+21.24+21.43)/3]，提升比率达到了6.40%。如表6所示，与对照组相比，实验组的干物质采食量极显著的增加(P<0.01)。其可能的原因为非粮型饲料经过发酵后，饲料的适口性得到明显改善，并且赋予了发酵饲料特殊的芳香气味，有利于奶牛的胃肠道消化和吸收，减少应激反应，从而能够明显提升奶牛的干物质采食量[26]。

图3 饲喂非粮型发酵饲料前后奶牛的干物质采食量变化

饲喂非粮型发酵饲料后奶牛的粪便筛结果如表5所示，对照组中奶牛的粪便筛结构为：第1层2.81%，第2层67.65%，第3层29.55%；实验组中奶牛的粪便筛结构为：第1层13.30%，第2层12.38%，第3层74.29%。根据高产奶牛的粪便筛标准(第1层<20%，第2层<20%，第3层>50%)，对照组中奶牛的粪便筛结果表现为不合理，主要是第1层占比过低，第2层占比过高，和第3层占比过低，实验组每层粪便筛比例更加合理。

表5 饲喂非粮型发酵饲料前后奶牛的粪便筛分析结果

通过粪便筛可以更加直观地看出饲喂非粮型发酵饲料后，饲料的消化率有明显的改善(图4)，且感官上粪便的气味较淡，表明消化较为充分，氨氮、硫化氢等气体的含量降低。此外，粪便筛的每一层比例更加合理，实验组与对照组相比，粪便筛底层占比从29.55%提升到74.29%，表明纤维的消化率得到明显提升。上、中、底层粪便筛筛上物所占比例在标准范围内，反映奶牛瘤胃状况健康，饲料消化率相对较高[27]。由此可知，非粮型发酵饲料对于提高奶牛的饲料消化率，调节瘤胃环境的微生物平衡等方面具有明显作用。

图4 饲喂非粮型发酵饲料前后奶牛的粪便筛结果对比分析

2.4 非粮型发酵饲料可提高奶牛产奶量和降低公斤奶成本

饲喂发酵饲料前后奶牛的产奶量变化如图5所示，在试验期间，每间隔10 d统计1次每头奶牛的平均产奶量。由图5可知，在饲喂非粮型发酵饲料前，对照组和实验组的奶牛平均产奶量分别为18.02 kg/头和19.31 kg/头，当饲喂试验开展后，对照组在30 d内平均产奶量为18.68 kg/头[(19.98+18.28+17.79)/3]，提升比率为3.66%，而实验组的奶牛平均产奶量为21.84 kg/头[(21.01+22.19+22.33)/3]，提升比率为13.10%。如表6所示，与对照组相比，实验组平均产奶量显著增加(P<0.05)。由此可知，非粮型发酵饲料能够进一步提高奶牛的产奶量，这可能与发酵饲料的泌乳净能(NEL)及采食量的提高密切相关。

图5 饲喂非粮型发酵饲料前后的奶牛产奶量对比

试验期间，对照组和实验组的公斤奶饲料成本如表6所示，由表6可知，饲喂常规饲料(对照组)的牛奶饲料成本为2.51元/kg，而饲喂非粮型发酵饲料(实验组)的牛奶饲料成本为2.48元/kg，比对照组降低了0.03元/kg(P>0.05)。假设奶牛养殖规模为1 000头，年单产为9 000 kg，每年可减少约16万元的饲料支出。由此可知，饲喂非粮型发酵饲料不仅能够提高饲料的营养价值，提高奶牛的饲料消化率和转化率，还能够进一步提高奶牛的产奶量，降低饲料成本，达到“降本增效”和“节能环保”的目的[28]。

表6 饲喂常规饲料与非粮型发酵饲料的成本对比

由表7可知，在实验期间实验组的平均干物质采食量较对照组差异极显著(P<0.01)，高出22.19%，相较实验前进一步增大了两组之间的平均干物质采食量差距；实验组的平均产奶量较对照组差异显著(P<0.05)，高出16.92%，相较实验前进一步增大了两组之间的平均产奶量差距；实验组的每1 kg牛奶饲料成本较对照组差异不显著(P>0.05)。

表7 饲喂非粮型发酵饲料的饲喂分析

3 结 论

非粮型饲料资源具有重要的开发和利用价值，本文所采用的非粮型饲料，经过微生物发酵后，能够进一步提高其本身的营养价值，改善饲料的适口性，用于饲喂荷斯坦奶牛后发现，该非粮型发酵饲料能够有效提高荷斯坦奶牛的干物质采食量和饲料消化率，提高奶牛的产奶量，并降低饲料成本。在广西、四川、广东等区域的奶牛场已经在使用此项技术，利用发酵技术将非粮型饲料进行发酵来饲喂荷斯坦奶牛，如广西农垦西江乳业有限公司奶牛场、来宾绿健牧业有限公司奶牛养殖场等养殖场在饲喂非粮型发酵饲料后都取得了显著的效果。非粮型发酵饲料作为一种相对廉价的饲料资源，不仅能够降本增效、提高养殖效益，还能够改善牧场生态环境，降低环境污染，因此值得在畜牧养殖领域进一步推广应用。综上所述，近些年人们对非粮型饲料的关注度越来越高，也做了很多研究，但相关的营养成分数据并不完善。因此，为了提高对非粮型饲料的开发利用，还需进一步对其营养价值参数、饲用安全性以及机体免疫功能的量化研究，以期为非粮型发酵饲料的推广奠定理论基础。