◆作者:楊榮 王華朗 韓垂旺 朱雙紅 宋增廷 張旭娟
◆單位:1.廣東恒興飼料實(shí)業(yè)股份有限公司,廣東湛江524000;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南水產(chǎn)與畜禽飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣東湛江524000
過去幾十年里,我國的養(yǎng)殖行業(yè)呈現(xiàn)規(guī)?;⒓s化的發(fā)展。抗生素作為飼料添加劑的使用,在規(guī)模集約化的養(yǎng)殖環(huán)境中發(fā)揮著巨大作用。然而,近些年來,抗生素的藥物殘留問題及其危害日益突出,這一問題在國內(nèi)及國際上都引起了人們的密切關(guān)注。2014年,WTO、世界動(dòng)物衛(wèi)生組織(OIE)和聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)聯(lián)合召開討論了有關(guān)抗生素使用及耐藥性問題。同時(shí),2006年1月起,歐盟全面實(shí)施畜禽飼料中禁止添加抗生素的措施。目前,我國就關(guān)于抗生素的使用也展開了激烈探討和重要發(fā)聲,抗生素作為添加劑在飼料中使用的歷史,已然接近尾聲。微生物發(fā)酵飼料作為“無抗”時(shí)代應(yīng)運(yùn)而生的新型產(chǎn)品,不僅可以防治動(dòng)物疾病和促進(jìn)動(dòng)物生長,而且可以顯著改善生態(tài)環(huán)境,具有積極的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保價(jià)值(陶蕾等,2015),已經(jīng)成為當(dāng)今動(dòng)物營養(yǎng)研究熱點(diǎn),同時(shí)也成為了未來綠色飼料發(fā)展的重要方向之一(梁娜等,2014)。目前,微生物發(fā)酵飼料在動(dòng)物養(yǎng)殖及飼料行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
發(fā)酵飼料是指在人工控制的條件下,微生物通過自身的代謝作用,將植物性、動(dòng)物性以及礦物性原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行分解或轉(zhuǎn)化,產(chǎn)生更能被畜禽采食、消化吸收、無毒害作用的生物飼料原料(鄒志恒等,2009;林標(biāo)聲等,2010)。
近10年來,發(fā)酵工業(yè)大范圍建立(孫俊良等,1997)。其有效成分涵蓋易吸收的有益微生物菌體蛋白、活性益生菌(酵母菌、芽孢桿菌、霉菌和酸菌)、有機(jī)酸、酶類、生物活性小肽和氨基酸等。微生物發(fā)酵飼料的應(yīng)用主要包括有:①利用微生物發(fā)酵飼料原料,提高其消化吸收率,延長貯存時(shí)間,變廢為寶,解毒脫毒;②利用現(xiàn)代微生物發(fā)酵技術(shù),積累有用的和特殊的中間代謝產(chǎn)物,生成酶制劑、氨基酸、抗生素和維生素等;③培養(yǎng)繁殖飼用的微生物體,用以制備活菌制劑、微生態(tài)制劑和益生菌等。
發(fā)酵飼料的有益微生物菌種較多,本文主要介紹乳酸菌、酵母菌、梭菌及芽孢桿菌,這些菌種是目前微生物發(fā)酵飼料應(yīng)用較多的菌種,也是近年來微生態(tài)制劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
乳酸菌在醫(yī)藥、食品和畜牧業(yè)中被廣泛應(yīng)用,是應(yīng)用最早、最廣泛的益生菌,是一類能在可利用的碳水化合物發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量乳酸的細(xì)菌的總稱(國春艷等,2006)。適應(yīng)厭氧或兼性厭氧環(huán)境,抗酸能力強(qiáng),可以在pH值4.5以下的條件生存。乳酸桿菌、鏈球菌(腸球菌)及雙歧桿菌、片球菌等是被用于生產(chǎn)微生物飼料添加劑的主要乳酸菌菌種。乳酸菌發(fā)酵飼料有益于促進(jìn)飼料營養(yǎng)的消化利用,降解飼料原料中的毒素,飼喂畜禽動(dòng)物后,還可以促進(jìn)動(dòng)物體生長,調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道健康,增強(qiáng)動(dòng)物免疫,以及改善飼養(yǎng)環(huán)境(王曉偉等,2015),國內(nèi)外有大量研究文獻(xiàn)證實(shí),乳酸菌對(duì)人類和動(dòng)物的保健與療效顯著。據(jù)報(bào)道,乳酸菌固態(tài)發(fā)酵酶通過提高豆粕、菜粕和棉粕中蛋白含量,可以降低pH值,降解抗?fàn)I養(yǎng)因子,從而改善飼料的品質(zhì)(魏炳棟等,2014)。總之,乳酸菌有益于提高飼料的品質(zhì),進(jìn)而提升動(dòng)物對(duì)飼料的利用率,與傳統(tǒng)的抗生素和化學(xué)添加劑相比,具有零污染、安全高效等優(yōu)點(diǎn)。
酵母是一類真核微生物,一般泛指能將糖發(fā)酵成酒精和CO2的各種單細(xì)胞真菌,在厭氧和好氧環(huán)境下均可生長,強(qiáng)耐酸、耐熱性能,不易被膽汁殺死,不受一般抗生素影響??梢岳脧U渣生產(chǎn)蛋白飼料(潘康成等,2006)。飼料酵母含有豐富的粗蛋白、氨基酸、維生素以及多種有益于動(dòng)物的消化酶類(α-淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶、半纖維素酶等),對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用起著積極作用(陳平潔等,1999;鄧露芳等,2007;Duc 等,2004)。同時(shí),酵母菌適口性佳,可刺激采食,增強(qiáng)動(dòng)物免疫,促進(jìn)生長,提高繁殖能力,是天然的綠色飼料添加劑;價(jià)格低廉,經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,市場需求量大,具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景(趙川東等,2014)。楊旭等(2008)發(fā)現(xiàn),酵母發(fā)酵可以有效改善豆粕氨基酸的組成比例,蛋氨酸、蘇氨酸和賴氨酸的含量分別比發(fā)酵前提高了 56.41%、17.01%和16.28%,實(shí)際必需氨基酸含量也提高了6.58%,進(jìn)而提高了豆粕蛋白品質(zhì)及其飼用價(jià)值。Wlliams等(1991)報(bào)道,給雜交肉牛供給酵母培養(yǎng)物,提高了飼料利用率。據(jù)報(bào)道,在泌乳牛與生長牛、水牛、綿羊與山羊日糧中添加酵母菌培養(yǎng)物,產(chǎn)奶量提高6.8%~17.4%(Belibasakis等,1996)。姜丹等(2011)選用用酵母菌固態(tài)發(fā)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別降低了58.27%和80.11%。但是,酵母微生物發(fā)酵制劑不能抑制病原菌,不具有分泌乳酸的能力,穩(wěn)定性和繁殖力差。
目前國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)的主要腸道益生梭菌有三種,分別是酪酸梭菌(Clostridium butyricum)(李雄彪等,2008)、普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)(Suau等,2001)和耳蝸型梭菌(Clostridium cocleatum)(Boureau等,1993)等。研究最多的就是酪酸梭菌和普拉梭菌。有早期報(bào)道顯示,有益菌酪酸梭菌(又名丁酸梭狀芽孢桿菌、丁酸梭菌或丁酸菌)是日本宮入近治博士在糞便里分離得到的,因此,又名宮入菌(李雄彪等,2008),可發(fā)酵產(chǎn)丁酸,顯著降低腸道酸堿度(王藝宙等,2015),有效促進(jìn)腸道內(nèi)雙歧桿菌等生長,抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及沙門氏菌等腸道有害菌生長繁殖,從而維持腸道菌群的平衡。同時(shí),還可以作為營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)腸上皮細(xì)胞修復(fù),受損腸黏膜的快速恢復(fù),進(jìn)而達(dá)到抗?jié)?、消炎的作用(王月娥等?013;張玲等,2013)。最后,其代謝產(chǎn)物維生素B和維生素K也可以促進(jìn)機(jī)體的生長(萬盛華等,2007)。同時(shí),有益菌普拉梭菌是健康成年人腸道微生物群中最豐富的細(xì)菌。有研究證明,在進(jìn)行手術(shù)的克羅恩患者回腸中,發(fā)現(xiàn)低水平的普拉梭菌可能與術(shù)后復(fù)發(fā)高風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),體內(nèi)、體外均可以觀察到普拉梭菌的消炎效果(Sokol等,2008)。目前投入市場上應(yīng)用于微生態(tài)制劑的主要是酪酸梭菌,很少有將普拉梭菌制成微生態(tài)制劑,但也有研究報(bào)道,口服普拉梭菌可以增強(qiáng)腸道健康,預(yù)防、緩解腸道疾病。Foditsch等(2015)研究發(fā)現(xiàn),犢??诜绽缶兄诟纳颇c胃健康,促進(jìn)生長。
芽孢桿菌(Bacillus genus)是好氧或兼氧厭氧型革蘭氏陽性菌菌屬,可以產(chǎn)生芽孢子,耐高溫、耐酸與耐鹽,可以抵抗各種殺菌劑,可以在各種自然環(huán)境中分離得到??梢援a(chǎn)生大量B族維生素、蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等多種代謝產(chǎn)物;進(jìn)入腸道后需要消耗大量氧氣,以維持腸道的厭氧環(huán)境,抑制需氧型致病菌的生長繁殖,進(jìn)而調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道的菌群平衡。因此,芽孢桿菌可以促進(jìn)動(dòng)物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、提高動(dòng)物的飼料利用率、抵抗疾病,并促進(jìn)動(dòng)物生長。陳潔梅等(2011)選用芽孢桿菌固態(tài)發(fā)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%,游離氨基酸含量提高了87.08mg/g。電泳分析后發(fā)現(xiàn),發(fā)酵后的大豆抗原已經(jīng)完全被降解,大分子蛋白質(zhì)基本被降解為10kD以下的小肽,主要抗?fàn)I養(yǎng)因子的降解率均達(dá)90%以上。肉雞日糧中添加枯草芽孢桿菌B7,結(jié)果發(fā)現(xiàn)顯著提高了肉雞的生長性能和免疫功能(林顯華等,2013)。芽孢桿菌作為飼料用微生物的發(fā)酵菌種,具有很好的發(fā)展應(yīng)用前景。
動(dòng)物采食量是影響其生產(chǎn)性能與養(yǎng)殖效益的重要因素。因此,如何提高動(dòng)物采食量越來越受到人們重視。發(fā)酵飼料發(fā)酵過程中產(chǎn)生的大量乳酸,使得發(fā)酵飼料產(chǎn)生了酸香味,可以改善飼料適口性,刺激動(dòng)物采食。微生物發(fā)酵可以去除菜籽粕中的硫甙、異硫氰酸酯、單寧和植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子(王曉凡,2012;付敏,2013;羅振福,2010),這些抗?fàn)I養(yǎng)因子是影響動(dòng)物采食的主要因素。因此,微生物發(fā)酵飼料可以促進(jìn)動(dòng)物采食量的增加。
促生長微生物發(fā)酵飼料飼喂動(dòng)物后,可以產(chǎn)生一些具有特殊生理活性的小肽,參與機(jī)體生理活動(dòng),促進(jìn)氨基酸和礦物質(zhì)吸收,提高蛋白質(zhì)的合成率,促進(jìn)動(dòng)物的生長,改善飼料風(fēng)味,提高飼料適口性,從而促進(jìn)動(dòng)物生長。陳如水等(2014)以發(fā)酵豆粕和發(fā)酵棉粕為主要蛋白原料的育肥豬無抗飼料配方產(chǎn)品與常規(guī)飼料相比,能顯著提高育肥豬末重及平均日增重;每頭豬養(yǎng)殖收入增加78.72元,提高毛利33.98%;能顯著降低豬肉剪切力和滴水損失,提高豬肉氨基酸水平,改善肉品質(zhì)。張勇剛等(2013)報(bào)道益生菌發(fā)酵飼料可以提高豬的采食量、飼料養(yǎng)分的消化利用率以及仔豬的存活率,改善豬肉品質(zhì),延長豬肉品貨架期,預(yù)防疾病和增強(qiáng)免疫力的作用。同時(shí),飼料原料經(jīng)過微生物發(fā)酵后,原先的蛋白質(zhì)、纖維素及淀粉等大分子有機(jī)物被降解為動(dòng)物較易吸收的單糖、雙糖等低聚糖以及小分子氨基酸物質(zhì),進(jìn)一步,產(chǎn)生的大量營養(yǎng)豐富的微生物菌體蛋白及其代謝產(chǎn)物(氨基酸、有機(jī)酸、酶類物質(zhì)、醛以及特殊糖類物質(zhì)等),也豐富了營養(yǎng)。這些作用是傳統(tǒng)的飼料加工所不能具有的加工作用。發(fā)酵后產(chǎn)生的有機(jī)酸有利于促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收利用。另外,益生菌繁殖時(shí)產(chǎn)生的各種酶類物質(zhì)(蛋白酶與淀粉酶、脂肪分解酶、果膠酶與葡聚糖酶等),也有利于促進(jìn)動(dòng)物對(duì)飼料養(yǎng)分的消化利用(許志華等,2008)。
一般情況下,動(dòng)物腸道內(nèi)的微生物菌群相互依存,保持著一種動(dòng)態(tài)平衡。這種平衡狀態(tài)決定了動(dòng)物的腸道健康。當(dāng)某種優(yōu)勢(shì)菌群出現(xiàn)變化,動(dòng)物腸道內(nèi)的原本的微生物菌群平衡狀態(tài)就會(huì)被打破,動(dòng)物的免疫力就會(huì)受到破壞,進(jìn)而容易發(fā)生各種疾病甚至死亡。李旋亮(2017)研究得出,發(fā)酵飼料可改善斷奶仔豬腸道菌群結(jié)構(gòu),有助于減少仔豬腹瀉和增強(qiáng)仔豬對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力。陳鮮鑫等(2010)研究發(fā)現(xiàn),飼喂乳酸菌發(fā)酵液體飼料的生長育肥豬,日增重顯著提高,料重比顯著降低,糞中的乳酸菌水平顯著提高,大腸桿菌和沙門氏菌的水平顯著降低(P<0.05)。李維炯等(2003)研究證明,飼料發(fā)酵4d后,pH值由7.0下降到5.0以下,成為了酸化飼料,有利于保持動(dòng)物胃腸道酸性環(huán)境,不僅減少有害微生物的作用和對(duì)養(yǎng)分的消耗,而且明顯降低消化道疾病,尤其是腹瀉率顯著降低。張日俊等(2003)研究表明,添加益生菌0.1%能顯著提高肉雞T和B淋巴細(xì)胞活力和血清抗體水平(P<0.05)。多數(shù)情況下微生物的代謝產(chǎn)物也可降低飼料中毒素含量,使得動(dòng)物體免疫及抗病能力提高,減少腸道疾病的發(fā)生,促進(jìn)機(jī)體健康生長。
飼料原料生產(chǎn)使用過程中含有天然有害成分(如蓖麻堿、棉酚等),往往會(huì)因?yàn)榧庸げ划?dāng)、動(dòng)物攝食過量,對(duì)動(dòng)物的生長和健康產(chǎn)生不利影響。我國現(xiàn)階段蛋白類飼料資源較為缺乏,而相對(duì)豐富的雜粕類利用率低。因此,人們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中,試圖通過各種方法來生產(chǎn)脫毒棉粕、脫毒蓖麻粕等,以替代部分豆粕,提高雜粕在畜禽日糧中的使用量。
通過發(fā)酵處理的棉粕,可以降低游離態(tài)棉酚含量,提高蛋白利用率,改善棉粕的品質(zhì)。諸葛斌等(2011)利用混合菌發(fā)酵棉粕,發(fā)現(xiàn)其小肽含量和體外消化率分別提高至18.36%和88.59%,同時(shí)顯著提高其蛋白質(zhì)含量(P<0.05)。喬曉艷等(2013)選用熱帶假絲酵母、干酪乳桿菌發(fā)酵處理棉粕,棉酚脫毒率至48.1%,小肽含量和氨基酸含量分別提高10.97%和10.81%,另外植酸降低了1.54%。夏蓬勃等(2009)選用蠟狀芽孢桿菌發(fā)酵處理棉粕,蛋白質(zhì)提高了3.79%,游離態(tài)棉酚脫毒率提高了53.4%。金紅春等(2011)選用復(fù)合芽孢桿菌發(fā)酵處理棉粕,游離態(tài)棉酚清除率達(dá)96.52%。菜粕含有的單寧、芥酸、硫苷、植酸和芥子堿等抗?fàn)I養(yǎng)因子,因而嚴(yán)重限制了其在飼料中的應(yīng)用,所以發(fā)酵處理菜籽粕脫毒得到了廣泛應(yīng)用。王剛等(2011)采用混合固態(tài)發(fā)酵處理菜籽粕,使得其硫甙消除率達(dá)53.4%,粗蛋白和菜籽肽分別提高了5.58%和8.1%,蛋白質(zhì)的體外消化率提高了1.94%。陸豫等(2007)選用固體混菌發(fā)酵菜粕,硫甙消除率達(dá)97%。孫林等(2009)選用乳酸菌、枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌和酪酸梭狀芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵菜粕,硫苷消除率達(dá)85.19%,粗蛋白含量提高了4.37%。
動(dòng)物長期使用含有抗生素的飼料,會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體內(nèi)微生物的耐藥性不斷增加,使得動(dòng)物本身對(duì)疾病的抵抗力越來越差,治療疾病時(shí)所需的抗生素劑量也就越來越大。人們食用了含有抗生素殘留的肉、蛋和奶制品后,又會(huì)引起人體內(nèi)微生物的抗藥性增加。而微生物發(fā)酵飼料作為新型飼養(yǎng)添加劑,具有綠色、安全和高效的優(yōu)勢(shì),能激發(fā)動(dòng)物機(jī)體自身有益菌種的繁殖增殖,同時(shí)抵制有害菌群生長的微生物制品。乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌等多種有益微生物,作為飼料進(jìn)入動(dòng)物機(jī)體體內(nèi)后,能迅速繁殖,中和腸內(nèi)毒素,抑制有害菌的繁殖生長。有研究報(bào)道,在提高日增重方面,改善飼料轉(zhuǎn)化率方面,發(fā)酵飼料與抗生素具有同等效果 (金立明等,2004;荊祎等,2013)。金海林(2017)選用黃芪、黃連等18種中草藥與微生物共發(fā)酵飼喂雞,發(fā)現(xiàn)其對(duì)雞大腸桿菌的抑菌效果較好。林標(biāo)聲(2016)選用益生菌發(fā)酵銀杏葉和桑葉等中草藥,添加劑量為5 g/kg時(shí),仔豬病毒性胃腸炎治療效果顯著。胡新旭等(2013)研究無抗發(fā)酵飼料對(duì)斷奶仔豬生長性能、腸道菌群、血液生化指標(biāo)和免疫性能的影響,結(jié)果顯示無抗發(fā)酵飼料提高了仔豬日均增重、降低了料肉比和腹瀉率,改善了仔豬腸道微生物平衡,增強(qiáng)了免疫能力和消化能力。因此,微生物發(fā)酵飼料可以作為無抗綠色養(yǎng)殖的技術(shù)支撐。
菌種是發(fā)酵的關(guān)鍵所在。目前,我國允許使用的微生物發(fā)酵菌種主要包括乳酸菌、芽孢桿菌、丁酸梭菌、酵母菌等,這些菌種在實(shí)際應(yīng)用中均存在不穩(wěn)定性,耐受性低等問題。
目前,菌種和發(fā)酵飼料的質(zhì)量評(píng)價(jià)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)微生物發(fā)酵飼料的品質(zhì)難以鑒定。另外,由于菌種不穩(wěn)定而提高添加量勢(shì)必會(huì)升高發(fā)酵飼料生產(chǎn)成本。那么,挑選高效、安全的微生物菌種,是制作微生物發(fā)酵飼料的重中之重。
生產(chǎn)決定產(chǎn)品的質(zhì)量。目前,我國多數(shù)發(fā)酵飼料廠缺乏對(duì)微生物及其發(fā)酵工藝的了解,生產(chǎn)設(shè)備和專業(yè)的技術(shù)人員也非常有限,也沒有形成統(tǒng)一的生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)管理監(jiān)督制度,生產(chǎn)過程中很容易受到交叉污染,同時(shí)檢測(cè)以及監(jiān)控條件也較差,安全隱患較大。建立健全的行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)方法是今后需要解決的關(guān)鍵問題。
對(duì)微生物發(fā)酵飼料的品質(zhì)評(píng)價(jià),目前主要是從應(yīng)用效果上綜合判斷得出發(fā)酵菌種的作用,對(duì)發(fā)酵菌種相互間的協(xié)同作用機(jī)制或拮抗作用機(jī)理仍不清楚。由于各微生物飼料的菌種組合以及飼喂方法均不同,因此我們應(yīng)該針對(duì)不同種類的動(dòng)物、動(dòng)物的不同階段以及不同的飼養(yǎng)方式,選用不同種類的微生物發(fā)酵飼料,那么就需要確保不同產(chǎn)品明確使用對(duì)象。
微生物發(fā)酵飼料效果的研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段,而實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中,貯存和運(yùn)輸方式等也會(huì)影響微生物發(fā)酵飼料的使用效果。
微生物發(fā)酵飼料已經(jīng)在畜禽養(yǎng)殖中廣泛使用,微生物發(fā)酵飼料用作替代抗生素,可以大大降低動(dòng)物的藥源性(來自于飼料)疾病,促進(jìn)動(dòng)物健康,生產(chǎn)出無抗生素殘留的綠色畜禽肉產(chǎn)品,滿足人們的“綠色、安全與健康”的肉食品需求。微生物發(fā)酵菌種來源廣,發(fā)酵原料來源豐富,可以利用各種農(nóng)作物稈類、餅粕類(菜籽餅和棉籽餅)、渣粕類(薯渣、腳粉、玉米渣等)、籽實(shí)類糠麩類、青貯等物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵,改善養(yǎng)殖環(huán)境,同時(shí)可以充分開發(fā)非常規(guī)飼料資源,緩解我國蛋白類飼料資源缺乏的現(xiàn)狀。微生物發(fā)酵飼料作為“無抗”時(shí)代的新型產(chǎn)品,必將會(huì)擁有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景,將會(huì)為人民利益的可持續(xù)健康發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。
參考文獻(xiàn):(略)