中药渣发酵饲料的特点及其在畜禽养殖中的应用

周鑫宏 张怀丹 蒋 立 王 凤 杜召国 袁进锋 陈鲜鑫

（1.乐山市农业科学研究院，四川 乐山 614000；2.西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳 621000；3.乐山市市中区动物疫病预防控制中心，四川 乐山 614000；4.乐山中牧兽药有限公司，四川 乐山 614000；5.井研县农业农村局，四川 乐山 614000）

自2020年我国实施“禁抗令”以来，关于替抗饲料添加剂的研究较多[1]。我国拥有大量的中草药资源，其中有300 多种能够在动物生产中使用；中草药能够提高动物的生产性能，减缓氧化应激，提高免疫能力，对疾病起预防性治疗效果[2-4]。中药渣是一类医药废弃物，也是可再利用的自然资源。随着我国中药产业化推进，每年产生中药渣约3 000万～7 000万t[5]。经提取后的药渣中还含有30%的活性成分和一定量的营养物质[6]，可作为动物饲料原料使用。利用生物发酵技术对中药渣进行处理，可降低药渣的抗营养成分、毒性物质、粗纤维和木质素含量，提高中药渣利用率；经微生物的代谢还可将中药渣中的大分子成分分解为可被消化的小分子物质，产生低聚寡糖等功能性次级代谢产物[7-8]。本文综述了中药渣的发酵工艺、发酵优势及其在动物生产中的应用，为中药渣的资源化利用、降低畜禽养殖成本、改善畜产品品质提供参考。

1 中药渣发酵饲料的发酵工艺

1.1 发酵方式

发酵方式根据培养基不同可分为固态发酵和液态发酵。固态发酵饲料的特点为发酵罐中没有流动的水，固态发酵底物的水分含量控制在50%～70%，将微生物接种于发酵底物中，模拟微生物在自然界中的生长环境，发酵结束时中药渣呈现湿润的固态，发酵温度一般为20～36 ℃，发酵时间为3～14 d[9-10]。液态发酵饲料的特点为发酵罐中始终有流动的水，水是培养基中的主要组分，基料与水的比例为1∶1.5～1∶4.0 (g/mL)；发酵底物与水混合，将微生物接种于混合物中，发酵结束时培养物是液体状态，发酵温度为20～36 ℃，发酵时间为3～7 d[11-12]。

1.2 常用发酵菌种

农业农村部发布的《饲料添加剂品种目录》（2013）中规定可以将34种微生物添加到饲料中。目前，发酵饲料常用的菌种主要分为4 类，分别是乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌和霉菌[13]。乳酸菌发酵过程中可产生大量乳酸、乙酸、丙酸、抑菌素、小分子肽等[14-15]；酵母菌发酵能够产生羟基化合物、脂肪衍生物、酚类化合物、乙醇、挥发性脂肪酸等[16-17]；芽孢杆菌发酵主要产生维生素B1、维生素B2、维生素B6等B族维生素和维生素C，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶和植酸酶等酶以及多种代谢产物[18-19]；霉菌发酵主要产生纤维素酶、果胶酶、蔗糖酶、蛋白酶、有机酸、柠檬酸等[20]。菌种的选择应遵循以下特点：对动物机体无毒无害，能够平衡肠道微生态环境；耐酸性较好，易存活，世代分化间隔较短，肠道定植能力强；分解代谢能力较强，产酸产酶能力较强，能分泌生物活性物质；稳定性较强，从饲料应用到养殖端仍具有较高活性。

1.3 发酵条件

中药渣的发酵工艺一般是在培养基中添加足够的发酵基质（即碳源和氮源供微生物生长）、合适的水分和发酵菌种在适宜微生物生长的环境下发酵而成。孙晓燕[21]采用正交试验探究了高湿药渣的发酵路线，结果表明，在高湿药渣中添加15%～20%蔗糖和0.5%～5.0%微生物制剂（安琪啤酒酵母、嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌），充分混合后在25～37 ℃环境下密闭发酵2 d 即可。Ma 等[22]研究了采用米根霉菌发酵苦参渣作为动物饲料的可行性，结果表明，在苦参渣中接种10%的米根霉菌，乳酸浓度可达46.78 g/L，发酵后的苦参渣中蛋白质含量达12.15%，该含量是原未发酵苦参的46倍，是使用粪肠球菌发酵后的4.3 倍，重金属Cd、Pb、As、Hg、Cr 含量极低，符合国标饲料卫生标准GB 13078—2017。韦票[23]从山羊的瘤胃中筛选出优势菌群枯草芽孢杆菌、乳酸菌与酵母菌混合，探究其对中药渣的发酵效果。结果表明，在中药渣中添加50%的水分、1%的蔗糖和5%的复合菌液，当菌种比例为3∶1∶3（乳酸菌∶酵母菌∶芽孢杆菌）时对发酵中药渣的纤维降解效果最好，中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）分别下降了45.87%和51.76%；当菌种比例为3∶2∶1（乳酸菌∶酵母菌∶芽孢杆菌）时，发酵中药渣营养价值综合提升效果最好。安琦等[24]通过Plackett-Burman 爬坡试验确定了黄芩渣的含水量、初始pH值和发酵温度，应用Box-Behnken响应面法进行优化试验设计，得到的最佳发酵条件为黄芩渣含水量63%、初始pH 值6.30、发酵温度33 ℃，最高发酵活菌数为8.32×108CFU/g。

2 发酵中草药渣作为饲料资源的优势

2.1 降低部分中草药渣中的毒性物质和抗营养成分

中药在发挥医用效果的同时还会产生一些毒性物质，这些毒性物质会对动物机体造成一定危害[25]，同时也在饲料资源化利用中存在一定的局限性。中药经微生物发酵后可使中药中的毒性物质的结构发生变化，变成低毒或无毒成分，从而降低中药的毒性物质含量或异味[26-27]。中药渣中还含有许多抗营养因子，如蛋白酶抑制因子、生物碱、草酸盐、芥子碱、单宁脲酶和植酸盐等，作为饲料若不加以处理会对动物的消化吸收与健康造成一定影响，经过微生物发酵作用同样可以降低中药中的抗营养因子，提高饲料品质[28]。Liu 等[29]用6 种益生菌发酵马兜铃，并通过高效液相色谱-电喷雾飞行时间质谱联用分析方法（HPLC-ESI-TOF-MS）测定产物中的抗营养成分马兜铃酸，发酵后马兜铃中的马兜铃酸含量显著降低。Brand 等[30]使用根霉属（R.arrizusLPB-79）在pH 值6.0、水分60%的条件下对咖啡壳进行了6 d的固态发酵，结果表明，咖啡因和单宁分别下降87%和65%；使用黄孢原毛平革菌（P.chrysosporiumBK）在pH 值5.5、水分65%的环境下对咖啡壳进行了14 d 的固态发酵，结果发现，咖啡因和单宁的最大降解率分别为70.8%和45%。

2.2 提高中草药渣的药效和产生新的活性成分

在发酵过程中，微生物的代谢物可与中药中的一些成分反应，形成新的前体化合物，进而产生新的活性成分[31-32]。Li 等[33]研究发现，黄芪经过固态发酵可以产生3,4-双（40-羟基苯基）异丁酸，其抗氧化活性显著提高。郑利华等[34]研究发现，发酵后的五倍子产生了新的药理作用，包括抗病毒、抗肿瘤、抗过敏和利胆活性，还检测到新物质没食子酸。Li 等[35]用枯草芽孢杆菌发酵三七，发现发酵后的三七产生了发酵前未检测到的化合物人参皂苷RH4。Kim 等[36]研究发现，使用细脚拟青霉（Paecilomycestenuipes）发酵红参浸膏，可将其中的人参二醇皂苷转化为人参皂苷F2、Rg3、Rg5、Rk1、Rh2 和C-K。张玲等[37]用嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌发酵鬼针草茎和叶，结果发现，鬼针草茎和叶发酵前后HPLC 指纹图谱有较明显的改变，各吸收峰相对率也有较显著的改变，表明鬼针草茎和叶在发酵后某些化学成分发生了生物转化。

2.3 节约资源，实现农副产品资源化利用

中药经过医用或工业提取后，中药渣中仍然富含氮源、碳源、碳水化合物和矿物质，并可用作生物发酵基质以产生新的活性物质，很好地解决了中药渣废弃物的处理问题，有效避免环境污染[38]。中药渣中还含有粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、淀粉、氨基酸、维生素、微量元素及中药有效活性成分等营养物质[39]。微生物发酵处理可提高中药渣中粗蛋白质、粗脂肪、氨基酸、维生素等营养成分，降低中药渣中粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维等抗营养成分[38,40]，提高中药渣的饲用价值，为实现中药渣的资源化利用提供新思路。

3 中药渣发酵饲料在畜禽养殖中的应用

3.1 中药渣发酵饲料在反刍动物养殖中的应用

发酵中药渣在反刍动物中主要应用于治疗疾病，起到预防性治疗作用。董彬厂等[41]在西门塔尔牛全混合日粮中添加3%发酵后的抗病毒合剂中药渣2个月，发现与对照组相比，发酵中药渣组西门塔尔牛体重增加2.9%、采食量增加12.8%、料重比降低7.5%；还提高了血清总蛋白（TP）和球蛋白（GLB）含量，降低了丙氨酸氨基转移酶（ALT）水平。Zhuang 等[42]使用发酵后0、15%、30%凉茶渣（HTR），发现发酵HTR能够有效降低热应激下育肥牛的呼吸频率和直肠温度，增加日采食量和日增重，提高抗氧化酶活性和血液免疫指数；30%发酵HTR替代组的6 头育肥牛粪便微生物群的多样性显著增加。Zhang等[43]研究发现，饲喂发酵枸杞渣显著增加了绵羊胴体重、脂肪和灰分含量，提高绵羊的免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白M（IgM）和GLB 含量，并诱导了免疫相关通路基因的表达水平，如IL-17 信号通路和NOD样受体信号通路的表达升高，从而增强绵羊免疫力。刘明远等[44]研究发现，发酵中药渣可提高草原红牛的十字部和血清TP、葡萄糖（GLU）含量，降低血清尿素氮（BUN）含量。

3.2 中药渣发酵饲料在猪养殖中的应用

发酵中药渣在猪生产中多应用于母猪和仔猪，其目的大多围绕猪肠道健康与免疫力。李华伟等[45]研究显示，在日粮中添加2 kg/t发酵中药渣可改善围产期母猪的肠道微生物组成，显著降低母猪产前粪便中1,7-庚二胺、亚精胺和精胺含量，增加乙酸、丁酸、直链脂肪酸和总短链脂肪酸的含量；显著增加了母猪产后粪便中乳酸杆菌数量，显著降低了母猪产前和产后粪便中大肠杆菌数量、酪胺含量，表明发酵中药渣有利于妊娠母猪的能量供给和机体健康。Su等[46]在断奶仔猪基础日粮中添加4 kg/t发酵中药渣，显著降低了仔猪结肠中吲哚浓度，增加了短链脂肪酸浓度与白细胞介素-1α（IL-1α）、白细胞介素-2（IL-2）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的mRNA水平，降低IL-12 的mRNA 水平。张玉千[47]研究发现，在断奶仔猪基础日粮中添加15 kg/t发酵中药渣可降低仔猪腹泻率；添加5、10 kg/t发酵中药渣可显著提高断奶仔猪末重和平均日增重（ADG）；发酵中药渣还能够显著提高仔猪肠道内有益菌数量，降低大肠杆菌数量，显著提高仔猪血清IgA 和IgM 含量；断奶仔猪血清溶菌酶（LSZ）活性和IgG 含量随添加量的增加而增加。黄朝翔等[48]研究表明，饲喂发酵中药渣可降低仔猪血清中谷草转氨酶活性和尿素氮含量，白蛋白含量提高1.03%，白球比提高8.72%，IgG和IgA提高2.89%和7.69%。Chen等[49]研究发现，发酵银杏残渣可增加仔猪的末重、ADG和营养物质表观消化率，增加血清IgG、IgA和IgM含量，效果优于抗生素添加组。

3.3 中药渣发酵饲料在家禽养殖中的应用

发酵中药渣能够改善家禽生长与生产性能、动物产品品质，提高机体免疫功能。闫先超[50]在青脚麻鸡基础日粮中添加4%的黄芪渣和发酵黄芪渣，结果显示，发酵后的黄芪渣饲喂效果优于未发酵的黄芪渣，发酵黄芪渣能够提高青脚麻鸡的生产性能以及免疫力水平。Liu等[51]研究发现，固态发酵后的灵芝残渣可促进鼠李糖乳杆菌（L.rhamnosus）和长双歧杆菌（B.longum）生长，虽然发酵后的黄芪渣对肉鸡生长性能无显著影响，但可提高肉鸡外周血中的吞噬作用和自然杀伤细胞毒性以及粪便中双歧杆菌的活性。牟柏德[52]研究发现，饲喂酵母菌混合菌种发酵人参茎叶药渣可提高蛋鸡的产蛋率和平均蛋重，降低料蛋比和破软壳率，提高鸡蛋的蛋壳强度、哈夫单位、蛋黄红色度、蛋黄系数，提高蛋清和蛋黄中的蛋白质含量，降低脂肪含量和蛋黄中胆固醇含量；血液TP、白蛋白（ALB）、高密度脂蛋白（HDL）含量以及谷草转氨酶（AST）、谷丙转氨酶（ALT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性显著增加；尿素氮（BUN）、胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白（LDL）、丙二醛（MDA）含量显著降低。Shi等[53]研究发现，饲喂发酵黄芪副产物可以提高蛋鸡的产蛋率，提高蛋鸡血清中过氧化氢酶（CAT）、GSH-Px、超氧化物歧化酶（SOD）活性和总抗氧化能力（T-AOC），降低MDA 含量，改善肠道微生态平衡。

3.4 中药渣发酵饲料在水产养殖中的应用

发酵中草药在水产养殖中的研究大多围绕对疾病的预防性治疗、促进生长、提高免疫力、改善水质等方面。Man 等[54]将食物加工废料（含枸杞渣）进行发酵后作为主要蛋白源制成饵料饲喂尼罗罗非鱼和宝石鲈，结果发现，发酵后的废渣可降低鱼的饵料转化率，发酵后的废渣中检测到的多环芳烃（PAHs）低于未发酵的废渣，并且饲喂后鱼肉的PAHs 危害指数（HI）低于1，PAHs 的致癌风险也低于1×10-6～1×10-4。结果表明，将食物加工废料作为饲料饲喂的鱼对人类健康具有安全性。研究表明，发酵茶叶渣可提高大口黑鲈幼鱼的增重率（WGR）、特定生长率（SGR）和肠绒毛高度（VH）及肝脏SOD、GSH-Px和CAT活性，降低MDA含量，能够增加嗜水气单胞菌感染后的存活率，提高嗜水气单胞菌感染后肠道抗炎因子IL-10和TGF-β的mRNA相对表达量，降低促炎因子IL-1β、IL-15、IL-8和TNF-α的相对表达量[55]。Wang等[56]研究发现，发酵中草药可以改善南美白对虾的生长性能和体成分；提高南美白对虾的血细胞总数、吞噬细胞活性、抗氧化能力以及血细胞和肠道相关基因表达水平，改善肠道微生态平衡；降低哈维弧菌感染后的死亡率。研究发现，发酵后的中草药可提高大口黑鲈幼鱼的WGR、SGR和肠道消化酶活性，增强肝脏抗氧化酶活性以及改善肠道炎症因子的mRNA 相对表达量[57]。王利等[58]研究表明，饲喂发酵中草药Ⅰ（枸杞14 份、甘草6 份、五倍子14 份、黄芪6 份）可使水体中的氨氮含量减少40%，饲喂发酵中草药Ⅱ（枸杞17 份、甘草4 份、五倍子36 份、黄芪7 份）可使养殖水体中的亚硝酸盐含量减少80%；发酵中草药Ⅲ（枸杞17 份、甘草4 份、五倍子36 份、黄芪7 份）可将养殖水体中的亚硝酸盐和氨氮含量减少40%和30%，溶解氧提高20%。使用发酵中草药可将养殖用水中的有机物降解为无机盐，从而被水体中的浮游植物吸收，还能够降低水体中的氨氮、亚硝酸盐和磷酸氢盐等，达到净化水质的效果[59]。

4 结论

中药渣中含有一定的营养成分和药用成分，通过生物发酵技术可在一定程度上提高中药渣的营养成分和药用成分，降低抗营养成分。发酵中药渣作为饲料资源，可以有效地缓解饲料资源短缺问题，提高畜禽生产性能。然而目前关于中药渣发酵技术尚处于起步阶段，仍有诸多问题需要解决。中药渣的化学成分相对复杂，发酵菌株多样；发酵中药渣产生的相关化合物非常复杂，中药渣中的活性成分、非活性成分和其他特殊底物与微生物之间的相互作用机制尚不清楚；多种菌株混合发酵表现出更好的生物转化能力，但混合菌株的筛选相对较困难。因此，需要加强混合发酵菌株的筛选和研究。为确定发酵中药渣中活性成分和转化产物之间的关系，可从细胞和分子水平上探究这种转化的发生机制。解决上述发酵中药渣饲料的相关问题，将会更好地推进发酵中药渣饲料的产业化发展与利用。