乳酸菌在固態(tài)發(fā)酵飼料中的應(yīng)用

2018-01-25 00:23:59李慧芬曾亞均

中國(guó)飼料 2018年17期

李慧芬，曾亞均

（1.青島根源生物技術(shù)集團(tuán)有限公司技術(shù)支持中心，山東青島 266111；2.青島根源生物技術(shù)集團(tuán)有限公司固體發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266736）

發(fā)酵飼料是指在人工控制條件下，通過(guò)微生物自身的代謝活動(dòng)，將植物性、動(dòng)物性和礦物性物質(zhì)中的抗?fàn)I養(yǎng)因子分解或轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生易被畜禽采食、消化、吸收且無(wú)毒害作用的飼料。發(fā)酵料適口性好，有酸香風(fēng)味，富含益生菌，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，易消化，具有抗生素替代潛力。就其含水量可分為液體發(fā)酵飼料和固態(tài)發(fā)酵飼料，固態(tài)發(fā)酵飼料相對(duì)于液體發(fā)酵飼料，因其具有技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、廢水廢渣少、易處理等特點(diǎn)而備受關(guān)注。固態(tài)發(fā)酵飼料常選用的益生菌菌種有乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌和小型絲狀真菌等。國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)和利用的益生菌主要是乳酸菌類。乳酸菌是一類革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，無(wú)芽孢，桿菌或球菌，兼性需氧或嚴(yán)格厭氧條件下生長(zhǎng)，能利用碳水化合物進(jìn)行發(fā)酵，主要產(chǎn)生乳酸。乳酸菌存在于人和動(dòng)物體內(nèi)，屬于長(zhǎng)期定植的正常菌群，更是消化道內(nèi)分布較為廣泛的優(yōu)勢(shì)菌群（吳振強(qiáng)，2006）。本文概述了乳酸菌的代謝產(chǎn)酸抑菌特性、乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料的變化、優(yōu)勢(shì)及在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用前景與注意事項(xiàng)。

1 乳酸菌概述

乳酸菌（Lactic acid bacteria）是一類能利用碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸的革蘭氏陽(yáng)性菌的總稱，主要包括乳酸桿菌屬、鏈球菌屬、腸球菌屬、乳球菌屬、雙歧桿菌屬和明串珠球菌屬。乳酸菌安全無(wú)毒，無(wú)致病性、致癌性，已在世界范圍內(nèi)被公認(rèn)為“Generally Recognized as Safe（GRAS）”等級(jí)的食品微生物（Widyastuti等，2014）。

乳酸菌的代謝類型主要有糖酵解途徑（EMP）和磷酸戊糖途徑（HMP）。乳酸菌可以通過(guò)糖酵解途徑的產(chǎn)物丙酮酸進(jìn)行同型乳酸發(fā)酵，主要發(fā)酵產(chǎn)物為乳酸。能進(jìn)行同型乳酸發(fā)酵的乳酸菌有植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌和干酪乳桿菌等。乳酸菌由葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑發(fā)酵產(chǎn)生乳酸、乙醇、乙酸和CO2等多種產(chǎn)物的發(fā)酵稱為異型乳酸發(fā)酵。能進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵的乳酸菌有發(fā)酵乳桿菌、短乳桿菌、腸膜明串珠菌和雙歧桿菌等。

固態(tài)發(fā)酵飼料過(guò)程中，乳酸菌急劇增殖，乳酸大量產(chǎn)生，體系pH迅速降低，其他細(xì)菌的活動(dòng)受到抑制，從而減少貯藏過(guò)程中干物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失。乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料產(chǎn)酸條件非常重要，可直接影響發(fā)酵周期與發(fā)酵飼料的品質(zhì)。李慧芬等（2015）用單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)，對(duì)植物乳桿菌固態(tài)發(fā)酵豆粕產(chǎn)L-乳酸的條件進(jìn)行了優(yōu)化，最終確定影響植物乳桿菌發(fā)酵豆粕產(chǎn)L-乳酸各因素的主次順序?yàn)椋毫纤龋景l(fā)酵溫度＞初始pH＞接種量，最優(yōu)發(fā)酵工藝條件為：乳酸菌接種量2%，料水比1∶0.6，發(fā)酵溫度42℃，初始pH 6。張可可等（2017）利用Plackett-Burman優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)干酪乳桿菌XJL發(fā)酵廢棄煙梗產(chǎn)L-乳酸的條件進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)酵時(shí)間為24 h和42 h時(shí)，L-乳酸的最高產(chǎn)率分別為307.5 g/kg和315.0 g/kg，試驗(yàn)確定發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)L-乳酸產(chǎn)率無(wú)顯著影響，而營(yíng)養(yǎng)添加物能夠提高L-乳酸的產(chǎn)量。

某些乳酸菌代謝除了乳酸等有機(jī)酸，還可產(chǎn)生一些具有抑菌或殺菌作用的細(xì)菌素，其在食品防腐保鮮中起重要作用，并且對(duì)食品的風(fēng)味和組織狀態(tài)有較好的效果（劉穩(wěn)等，1996）。林勇等（2008）研究表明，L1菌株代謝產(chǎn)物對(duì) K88和O138存活具有很強(qiáng)的抑制作用。楊亞晉等（2017）研究表明，日糧中添加植物乳桿菌和土霉素均可改善沙門氏菌感染蛋雞的生產(chǎn)性能，降低雞蛋和糞中沙門氏菌含量，提高家禽抗感染能力。植物乳桿菌具有無(wú)污染、無(wú)殘留的特點(diǎn)，可作為家禽養(yǎng)殖中理想的抗生素替代品。

2 乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料的變化

2.1 飼料營(yíng)養(yǎng)特性發(fā)生變化乳酸菌發(fā)酵固態(tài)飼料可將一些大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、多糖、脂肪等）不斷降解，產(chǎn)生有利于動(dòng)物消化吸收的物質(zhì)。章世元等（2009）利用微生物發(fā)酵普通豆粕，其粗蛋白質(zhì)含量提高20.69%，粗纖維下降 43.73%，消化能由 13.18 MJ/kg提高到 15.69 MJ/kg。飼料經(jīng)乳酸菌發(fā)酵，還可產(chǎn)生一些有機(jī)酸、多肽、游離氨基酸、維生素、功能性生物活性肽及未知生長(zhǎng)因子等，從而提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。發(fā)酵飼料的特殊酸香味兒，還可提高適口性，增進(jìn)動(dòng)物食欲，有利于采食量等生長(zhǎng)指標(biāo)提升。

2.2 產(chǎn)生大量的益生性物質(zhì) 固態(tài)發(fā)酵飼料過(guò)程中，接種的乳酸菌大量繁殖，菌體本身是益生性蛋白，另外，還可產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物，如乳酸等有機(jī)酸，乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性脂肪酸，其可作為能量補(bǔ)給動(dòng)物生長(zhǎng)。Kiyoshi等（2010）采用植物乳桿菌接種發(fā)酵液體飼料，接種后18 h，pH降低至3.93，乳酸含量237.4 mmol/g，乙酸含量32.0 mmol/g。

2.3 抑菌能力與抑菌物質(zhì) 在固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中，乳酸菌可迅速降低體系pH，而霉菌、腐敗菌等雜菌的生長(zhǎng)適宜pH多在6以上，由此可抑制雜菌生長(zhǎng)，有效降低產(chǎn)品揮發(fā)性鹽基氮含量，降低氧化酸敗可能性。發(fā)酵飼料中含有大量益生菌，隨飼料顆粒進(jìn)入動(dòng)物腸道后，會(huì)在腸道內(nèi)定植，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體胃腸道微生態(tài)區(qū)系和產(chǎn)生一些細(xì)菌素及有機(jī)酸，抑制腸道中的致病菌（Wang等，2005）。乳酸菌產(chǎn)生的細(xì)菌素是一類具有活性的多肽或蛋白質(zhì)，大部分細(xì)菌素對(duì)近緣關(guān)系的細(xì)菌有抑制作用，少數(shù)細(xì)菌素抑菌譜很廣。乳酸菌素、苯乳酸等天然抑菌物質(zhì)，可抑制大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等多種有害菌；發(fā)酵飼料內(nèi)的有機(jī)酸可降低腸道pH，改變腸道菌群生長(zhǎng)環(huán)境，起到間接的抑菌作用。

3 乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料的優(yōu)勢(shì)

3.1 安全環(huán)保乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料pH較低不適合雜菌生長(zhǎng)，且富含細(xì)菌素等天然抑菌物質(zhì)，發(fā)酵過(guò)程污染幾率非常小。固態(tài)發(fā)酵的物質(zhì)完全被利用，幾乎無(wú)廢水廢氣廢渣，無(wú)污染，零排放，綠色環(huán)保。

3.2 工藝簡(jiǎn)單國(guó)內(nèi)固態(tài)發(fā)酵飼料的生產(chǎn)普遍采用發(fā)酵密封袋技術(shù)，這種移動(dòng)發(fā)酵技術(shù)突破了傳統(tǒng)發(fā)酵飼料生產(chǎn)中出現(xiàn)的設(shè)備技術(shù)壁壘。乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料的基本步驟多為物料混合后接種乳酸菌，然后密封壓實(shí)，特定環(huán)境內(nèi)發(fā)酵一定時(shí)間，然后對(duì)物料進(jìn)行烘干粉碎等處理，工藝簡(jiǎn)單，易于操作。

3.3 原料多樣乳酸菌可發(fā)酵多種固態(tài)飼料或飼料廢料，如植物餅粕、糠麩糟渣、芯皮殼秸、漿胚粉桿等，不管是蛋白類還是纖維類原料，都可發(fā)酵。

3.4 滅菌可選乳酸菌固態(tài)發(fā)酵的基質(zhì)，可滅菌，也可不滅菌。若基質(zhì)滅菌，接種乳酸菌為純?nèi)樗峋l(fā)酵飼料，產(chǎn)物純正無(wú)雜質(zhì)；若基質(zhì)不滅菌，原料本身的菌利用殘余空氣繁殖，消耗體系能量，會(huì)促進(jìn)蛋白等一些指標(biāo)提升，當(dāng)氧氣較少時(shí)，乳酸菌逐漸接力生長(zhǎng)并大量繁殖，并通過(guò)產(chǎn)酸改變體系pH環(huán)境，抑制雜菌生長(zhǎng)。

3.5 降本增效發(fā)酵飼料中富含益生性乳酸菌，其進(jìn)入動(dòng)物腸道后，可調(diào)節(jié)腸道區(qū)系微生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體免疫力，提高成活率與養(yǎng)殖效益。發(fā)酵飼料的飼喂可降低飼養(yǎng)成本、促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)集約化、規(guī)模化的發(fā)展，加強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生存力。

4 乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

飼料經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后，淀粉和蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成葡萄糖、氨基酸和肽類等小分子物質(zhì)，縮短了消化、轉(zhuǎn)化反應(yīng)鏈，使各種有效成分能迅速、高效地被吸收利用，在采食量增加的同時(shí)，飼料轉(zhuǎn)化效率也得到提高。發(fā)酵飼料中的乳酸菌，通過(guò)黏附作用對(duì)胃腸壁細(xì)胞實(shí)行屏障保護(hù)，可有效減少病原菌與胃腸壁細(xì)胞接觸的機(jī)會(huì)，競(jìng)爭(zhēng)性的抑制病原微生物的生長(zhǎng)。同時(shí)，發(fā)酵飼料中的有機(jī)酸能降低腸道pH，改善消化系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)境，從而抑制病原菌的生長(zhǎng)和繁殖，減少腸道腹瀉疾病的發(fā)生。有的乳酸菌還能充當(dāng)免疫激活劑，刺激胃腸道相應(yīng)免疫器官、組織和細(xì)胞的生長(zhǎng)，提高巨噬細(xì)胞的活性，增強(qiáng)動(dòng)物自身抗體機(jī)能，從而增強(qiáng)動(dòng)物免疫力。

4.1 乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料在畜禽動(dòng)物中的應(yīng)用大量研究表明，飼用發(fā)酵飼料可以顯著提高畜禽動(dòng)物的生產(chǎn)性能、養(yǎng)分表觀消化率與免疫性能。劉金萍等（2004）研究表明，植物乳桿菌A6發(fā)酵飼料能顯著提高斷奶仔豬的生產(chǎn)性能，有提高斷奶仔豬細(xì)胞免疫水平和小腸絨毛長(zhǎng)度的趨勢(shì)，能在一定程度上改善腸道微生物環(huán)境。趙圣振等（2015）研究表明，添加0.6%的發(fā)酵黃芪組較抗生素對(duì)照組相比，仔豬采食量和日增重分別提高了12.2%（P ＜ 0.05）、19.8%（P ＜ 0.05），料肉比降低了6.2%（P＜0.05），IgG和IgA分別提高了30.2%（P ＜ 0.05）和 22.1%（P ＜ 0.05）。趙臣（2017）研究嗜酸乳桿菌發(fā)酵飼料及其對(duì)母豬健康和繁殖性能的影響，結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，母豬日糧中添加固態(tài)發(fā)酵飼料，使仔豬出生成活率、斷奶成活率和仔豬平均日增重分別提高了2.60%、9.20%和9.10%，仔豬腹瀉率降低53.24%，哺乳母豬平均日采食量提高了13.79%，哺乳母豬血清中Ig G含量提高7.58%，初乳中蛋白質(zhì)、總固形物、IgA和IgM含量分別提高 18.08%、1.30%、4.06%和5.61%，鮮糞中乳酸菌數(shù)量由7.59 lg cfu/g提高到9.04 lg cfu/g。徐基利等（2010）研究表明，日糧中添加1.0%乳酸菌制劑能顯著提高1～4周齡肉仔雞的平均日增重，降低料肉比（P＜0.05）；添加1.0%乳酸菌制劑能顯著增加盲腸內(nèi)乳酸菌的數(shù)量（P＜0.05），有效抑制盲腸內(nèi)大腸桿菌的繁殖（P＜0.05）。王永強(qiáng)等（2017）研究嗜酸乳桿菌發(fā)酵棉籽粕對(duì)黃羽肉雞肌肉營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味特性的影響，結(jié)果表明，飼糧中添加發(fā)酵棉籽粕可以改善黃羽肉雞肌肉的風(fēng)味特性，并且按6%或9%比例添加效果較好。張曉羊等（2017）研究表明，日糧中添加發(fā)酵棉籽粕可以顯著增強(qiáng)黃羽肉雞的免疫功能和抗氧化性能，嗜酸乳桿菌對(duì)黃羽肉雞的免疫功能和抗氧化性能有一定的促進(jìn)作用，但效果不顯著。

4.2 乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用乳酸菌發(fā)酵飼料可改善飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，提高牲畜的營(yíng)養(yǎng)吸收與生長(zhǎng)性能，而且對(duì)奶品質(zhì)、肉質(zhì)品質(zhì)都有直接的影響。孟慶翔等（1999）研究表明，用微生物處理的小麥秸飼喂生長(zhǎng)育肥牛，肉牛秸稈采食量、日增重和飼料轉(zhuǎn)化率分別提高19.4%、22.9%、9.6%，并使其單位增重的飼料成本降低13.9%。朱越等（2010）用蘋果渣青貯料替代50%的玉米青貯料飼喂奶山羊，研究其對(duì)奶山羊產(chǎn)奶量的影響，結(jié)果表明，試驗(yàn)組奶山羊的采食量和產(chǎn)奶量均高于對(duì)照組，其差異隨飼喂時(shí)間的推移而增加，飼喂蘋果渣青貯料能夠使羊奶乳脂率、干物質(zhì)含量增加，但差異不顯著（P＞0.05），對(duì)奶山羊血液生化指標(biāo)無(wú)顯著影響（P＞0.05）。

4.3 乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料在水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用發(fā)酵飼料富含微生物菌體蛋白、小肽類氨基酸、活性益生菌等物質(zhì)，用其取代水產(chǎn)動(dòng)物苗種的部分餌料，更容易被吸收，提高能蛋比，減輕肝臟負(fù)擔(dān)，促進(jìn)消化吸收，防控腸炎。發(fā)酵料香味更獨(dú)特，有誘食作用，適口性好，能促進(jìn)對(duì)蝦攝食，既有利于對(duì)蝦生長(zhǎng)，也降低了飼料成本。王天神（2012）研究表明，適量的生物發(fā)酵濃縮飼料可提高克氏原螯蝦的生長(zhǎng)性能，生物發(fā)酵飼料中的益生菌能夠優(yōu)化腸道中的微生物菌群，提高消化酶活性，從而使餌料的利用率得到提高，并促進(jìn)了機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的沉積。此外，生物發(fā)酵飼料能提高克氏原螯蝦的非特異性免疫和抗病能力，而生長(zhǎng)性能、消化酶及免疫酶指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果表明，生物發(fā)酵飼料的適宜添加量為25%～35%。

5 乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料的應(yīng)用前景與注意事項(xiàng)

乳酸菌固態(tài)發(fā)酵飼料，富含乳酸菌、有機(jī)酸、天然抑菌物質(zhì)與酸香風(fēng)味物質(zhì)，體外發(fā)酵無(wú)污染、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)，體內(nèi)應(yīng)用有利于動(dòng)物采食消化吸收，益生菌的定植與有機(jī)酸的調(diào)節(jié)可抑制有害菌的生長(zhǎng)，提高機(jī)體免疫性能，。