微生物發(fā)酵飼料在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

張 碩，孟慶翔，吳 浩，周振明

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193）

近幾年，飼料原料價(jià)格上漲，養(yǎng)殖業(yè)的飼料成本增加了70%～80%[1]，因此新的低成本飼料原料的研發(fā)與生產(chǎn)引起關(guān)注。微生物發(fā)酵飼料由于飼用價(jià)值高、價(jià)格低廉逐漸成為研究熱點(diǎn)。微生物發(fā)酵飼料可以有效改善飼料的風(fēng)味，提高飼料的干物質(zhì)消化率[2]，促進(jìn)動(dòng)物腸道的微生態(tài)平衡，維持腸道pH 穩(wěn)定[3]，產(chǎn)生維生素并且能夠降解抗?fàn)I養(yǎng)因子，從而提高畜禽的生產(chǎn)性能[4]。微生物發(fā)酵飼料在豬[5-9]、雞[10-12]生產(chǎn)上都有應(yīng)用，但其在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用研究較少，且大多數(shù)研究成果還未經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)。因此，本文綜述了微生物發(fā)酵飼料的作用機(jī)理、微生物發(fā)酵對(duì)動(dòng)物飼糧營養(yǎng)成分的影響、影響微生物發(fā)酵飼料品質(zhì)的因素及其在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用，為微生物發(fā)酵飼料進(jìn)一步在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 微生物發(fā)酵飼料的作用機(jī)理

微生物發(fā)酵不僅可以提高飼料的營養(yǎng)價(jià)值和利用率，而且還能夠改善動(dòng)物腸道微生物區(qū)系[13]，發(fā)揮促生長(zhǎng)作用。

1.1 產(chǎn)生生物屏障 微生物發(fā)酵過程中的有益菌主要分為細(xì)菌和真菌2 種，其中有益菌可以與病原菌競(jìng)爭(zhēng)并附著在腸道上皮細(xì)胞上，從而抑制有害菌在腸道上皮的定植。其中酵母菌可以與腸桿菌結(jié)合從而阻止腸桿菌與腸道上皮的結(jié)合[14]。除此之外，有益菌還能夠增大細(xì)胞間隙，刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IgA、IgM，有效抑制感染[15]。發(fā)酵飼料中的微生物還可以通過消耗氧氣從而制造厭氧環(huán)境來抑制有害微生物的生長(zhǎng)。這種生物競(jìng)爭(zhēng)抑制成為生物屏障。

1.2 產(chǎn)生化學(xué)屏障 發(fā)酵飼料中的有益微生物在發(fā)酵過程中能夠產(chǎn)生有機(jī)酸，從而抑制有害菌（如大腸桿菌和沙門氏菌）的生長(zhǎng)繁殖[16]，進(jìn)而促進(jìn)動(dòng)物腸道內(nèi)的微生態(tài)平衡。而且在發(fā)酵過程中有益微生物還可以產(chǎn)生抗菌物質(zhì)（如細(xì)菌素）從而抑制細(xì)菌擴(kuò)張[17]。這種效應(yīng)稱為化學(xué)屏障。

1.3 產(chǎn)生營養(yǎng)屏障 微生物在發(fā)酵過程中還能夠產(chǎn)生酶類和B 族維生素、小肽以及多種營養(yǎng)因子，從而促進(jìn)飼料的消化吸收，這種作用稱為營養(yǎng)屏障。如枯草桿菌能夠產(chǎn)生胞外酶從而促進(jìn)酸性洗滌纖維的降解[18]。此外，飼料在發(fā)酵過程中，大分子的蛋白質(zhì)物質(zhì)會(huì)降解為多肽類物質(zhì)。部分多肽類物質(zhì)有較強(qiáng)的氧化性[19]，能夠保護(hù)動(dòng)物機(jī)體的健康，最終促進(jìn)動(dòng)物健康生長(zhǎng)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 微生物發(fā)酵對(duì)動(dòng)物飼糧營養(yǎng)成分的影響

2.1 微生物發(fā)酵能夠提高飼糧的營養(yǎng)價(jià)值和適口性 微生物發(fā)酵飼料中有益菌在發(fā)酵過程中可以降解飼料中原本難以被動(dòng)物消化的纖維類物質(zhì)同時(shí)產(chǎn)生香味[20]，進(jìn)而提高飼糧的適口性[21]。李龍等[22]研究表明，乳酸菌發(fā)酵后的飼料中游離氨基酸含量比對(duì)照組增加22.84%。李維炯等[23]研究表明，微生物發(fā)酵后的飼料中維生素A 和維生素B 含量相應(yīng)提高，并且飼料中的氨基酸含量比發(fā)酵前明顯提高，其中限制性氨基酸提高13.2%，氨基酸總量提高了11.2%。徐祗瑞等[24]研究表明，微生物發(fā)酵后飼料中的干物質(zhì)、有機(jī)物、無氮浸出物、粗纖維及鈣的含量降低，粗脂肪、粗蛋白質(zhì)、總能及磷含量升高。綜上研究報(bào)道可知，微生物發(fā)酵飼料可以提升飼料的適口性和營養(yǎng)價(jià)值。

2.2 微生物發(fā)酵可將含有毒性物質(zhì)的飼料轉(zhuǎn)化為無毒、低毒的飼料 孫宏[25]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后的菜粕硫甙降解率達(dá)到70.28%，單寧降解率達(dá)31%左右，發(fā)酵后菜粕的粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到40.91%，從而大大增加了飼喂安全性。Zheng 等[26]研究顯示，發(fā)酵過程中豆粕中的抗?fàn)I養(yǎng)因子能夠被降解從而提高了豆粕的營養(yǎng)價(jià)值。這可能是因?yàn)榘l(fā)酵飼料中有益微生物在發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物和營養(yǎng)因子的作用。

3 發(fā)酵飼料品質(zhì)的影響因素

3.1 發(fā)酵微生物的種類 良好的菌種是保證發(fā)酵飼料營養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的基礎(chǔ)因素，其中與發(fā)酵飼料有關(guān)的有益微生物主要包括乳酸菌、芽孢桿菌、活性酵母菌、雙歧桿菌、腸球菌和鏈球菌等。2013 版《飼料添加劑品種目錄》中，允許在動(dòng)物養(yǎng)殖中添加的微生物有29種[27]，其中包括乳酸菌、酵母菌和芽孢桿菌等常見菌種。除此之外，科研工作者也正在積極研發(fā)新的高性能菌種和基因工程菌。如今在應(yīng)用中存在由單一菌種向混合菌種發(fā)展的趨勢(shì)，其中對(duì)于混合菌種的相互作用以及適宜的添加比例的相關(guān)研究比較少，且對(duì)于混合菌種發(fā)酵過程中的作用機(jī)理研究還不成熟。王小明等[28]研究顯示，混合菌種可以加快發(fā)酵速度，提高發(fā)酵飼料中還原糖含量，能夠發(fā)揮出組合正效應(yīng)，并且在相同時(shí)間內(nèi)乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢桿菌添加比例為 2:2:2 或2:2:3 時(shí)飼料 pH 最低，發(fā)酵進(jìn)程最快；添加比例為 2:2:3 或3:3:3時(shí)能夠顯著提高飼料發(fā)酵后的還原糖含量。程方等[29]在利用多菌種混合發(fā)酵馬鈴薯渣的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，黑曲霉Z9和啤酒酵母PJ 組合為最佳菌種配伍，且2 菌種比例為 1:1時(shí)，效果較單一菌種更佳。因此，不同的菌種類型和菌種配比都會(huì)對(duì)發(fā)酵飼料的效果和營養(yǎng)價(jià)值產(chǎn)生影響。

3.2 飼料原料和發(fā)酵條件 目前，發(fā)酵飼料的原料已經(jīng)由最初富含纖維的農(nóng)作物秸稈（稻草、秸稈等）發(fā)展為農(nóng)業(yè)與食品加工副產(chǎn)物[30]（玉米皮、甜菜渣和薯渣等）。其中發(fā)酵原料的干物質(zhì)含量、顆粒大小以及營養(yǎng)成分含量都會(huì)對(duì)發(fā)酵飼料的質(zhì)量產(chǎn)生影響。如禾本科牧草含有較多的碳水化合物，是良好的青貯原料。而豆科類牧草碳水化合物含量比較低，不宜做單一青貯[31]。林標(biāo)聲等[32]研究表明，高糖分、低蛋白的飼料配方、34%～36%含水量、較高的發(fā)酵溫度更有利于菌株生產(chǎn)。除此之外，發(fā)酵過程中的pH、溫度和濕度都會(huì)對(duì)最終的結(jié)果產(chǎn)生影響[33]。胡瑞等[34]研究表明，利用優(yōu)化復(fù)合益生菌發(fā)酵豆粕時(shí)隨著水分含量的不斷增加，發(fā)酵體系中的溫度、pH 和真蛋白含量均呈遞增趨勢(shì)。在不同pH 條件下培養(yǎng)乳酸球菌發(fā)現(xiàn)，控制發(fā)酵體系pH 為6.0時(shí)菌體的發(fā)酵活力最高[35]。這表明不同的發(fā)酵原料和發(fā)酵條件對(duì)發(fā)酵飼料的品質(zhì)有很大影響。

3.3 發(fā)酵飼料的生產(chǎn)工藝與貯存條件 微生物發(fā)酵飼料的生產(chǎn)工藝主要分為液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵2 種工藝。當(dāng)前我國國內(nèi)的主要發(fā)酵方式是固態(tài)厭氧微生物發(fā)酵，其中一種模式是適合養(yǎng)殖戶自己操作的袋裝發(fā)酵，另一種模式是規(guī)?；a(chǎn)線的袋裝發(fā)酵飼料[36]。目前科研工作者也在不斷研發(fā)新的固態(tài)、液態(tài)以及多菌種組合發(fā)酵方式，從而提高發(fā)酵效率和飼料質(zhì)量。除此之外，發(fā)酵飼料的貯存條件也決定了發(fā)酵飼料的使用壽命。一般情況下發(fā)酵飼料應(yīng)該在室溫下密閉保存。禁止暴露于空氣中，以防止感染霉菌等有害菌從而影響飼料品質(zhì)。因?yàn)榘l(fā)酵飼料在貯存過程中仍然會(huì)發(fā)酵產(chǎn)生氣體，因此如果飼料可以短期用完可以采用普通塑料袋進(jìn)行包裝，如果長(zhǎng)期使用最好在發(fā)酵時(shí)采用有氣閥的呼吸膜袋發(fā)酵貯存，在貯存過程中盡量不要開袋檢查[37]。除此之外，還要注意防止老鼠、蟑螂等生物的破壞。

4 微生物發(fā)酵飼料在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 微生物發(fā)酵飼料對(duì)反芻動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響 采食量、采食速率和日增重直接影響飼料的利用率和養(yǎng)殖效益，是動(dòng)物養(yǎng)殖中十分重要的指標(biāo)。目前對(duì)于微生物發(fā)酵飼料對(duì)反芻動(dòng)物采食量和采食速率影響的研究結(jié)果并不一致。有研究表明，用發(fā)酵的番茄渣替代10% 精料飼喂肉牛可以提高采食量和采食速率[38]，可能是由于發(fā)酵飼料改善了動(dòng)物腸道的微生物區(qū)系，增加了腸道中有益菌的數(shù)量所致[39]，但其對(duì)于干物質(zhì)以及營養(yǎng)物質(zhì)的消化率沒有太大影響，可能是影響營養(yǎng)物質(zhì)消化率的因素比較多，產(chǎn)生了抵消效應(yīng)。Promkot 等[40]研究顯示，在干物質(zhì)基礎(chǔ)上分別向日糧中添加10%、20% 和30%的釀酒酵母發(fā)酵的木薯渣飼喂婆羅門肉牛，其干物質(zhì)采食量也沒有顯著變化，但中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的消化率提高。雖然如此，多數(shù)研究表明微生物發(fā)酵飼料可以有效提高反芻動(dòng)物的采食量[41]和采食速率[42]。目前還沒有研究發(fā)現(xiàn)微生物發(fā)酵飼料會(huì)降低反芻動(dòng)物的采食量。大部分研究表明微生物發(fā)酵飼料可以提高動(dòng)物日增重。曲強(qiáng)[43]研究表明，利用平菇菌糠發(fā)酵飼料飼喂肉羊能夠顯著提高肉羊的食欲，對(duì)促進(jìn)育成羊的增重有顯著效果。這可能與微生物發(fā)酵飼料可以提高飼料的消化率，進(jìn)而提高動(dòng)物的日增重有關(guān)[44]。此外還有研究表明微生物發(fā)酵飼料能夠提高樂至黑山羊生長(zhǎng)性能，山羊精料中添加 50% 的微生物發(fā)酵飼料，可提高樂至黑山羊日增重，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有推廣應(yīng)用價(jià)值[45]。綜上研究結(jié)果可知，微生物發(fā)酵飼料對(duì)反芻動(dòng)物采食量的影響與發(fā)酵的技術(shù)和發(fā)酵的原料、動(dòng)物的生理狀態(tài)和品種有關(guān)。

4.2 微生物發(fā)酵飼料對(duì)反芻動(dòng)物產(chǎn)品質(zhì)量的影響 在反芻動(dòng)物養(yǎng)殖中，肉品質(zhì)和產(chǎn)奶量是核心指標(biāo)。Kim 等[46]研究表明，用發(fā)酵的全混合日糧飼喂肉?？梢蕴岣吲Ｈ庵写罄硎y評(píng)分。這可能是由于發(fā)酵飼料促進(jìn)了機(jī)體的代謝平衡，提高了肌肉中粗脂肪含量[47]。Faucitano等[48]研究表明，微生物發(fā)酵飼料可以提高牛肉胴體等級(jí)評(píng)分和肌間脂肪含量 。也有研究表明，微生物發(fā)酵飼料能夠提高肌肉內(nèi)脂肪酸含量，但是降低了棕櫚酸的含量，能夠提高肉牛的胴體品質(zhì)，改善牛肉的風(fēng)味和品質(zhì)[49]。此外，在奶牛飼養(yǎng)中微生物發(fā)酵飼料也有積極效果。吳小燕等[50]研究表明，微生物發(fā)酵飼料能夠提高泌乳奶牛的產(chǎn)奶量，改善乳品質(zhì)。其原因可能是微生物發(fā)酵飼料中的酵母菌和乳酸桿菌等有益菌群能夠促進(jìn)特定瘤胃菌群的生長(zhǎng)繁殖，有利于瘤胃微生物對(duì)氨的利用，提高氨的利用效率從而提高菌體蛋白的合成，進(jìn)而提高奶產(chǎn)量和乳蛋白含量[51]。微生物發(fā)酵飼料不僅能夠提高產(chǎn)奶量，對(duì)乳品質(zhì)也有一定影響。盧慧[52]研究表明，飼喂微生物發(fā)酵飼料可顯著提高奶牛乳脂肪和乳蛋白，且奶牛平均日產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)乳提高了11.5%。通過以上研究結(jié)果可以得出，微生物發(fā)酵飼料可以提高反芻動(dòng)物的肉品質(zhì)以及泌乳奶牛的乳產(chǎn)量和乳品質(zhì)。

4.3 微生物發(fā)酵飼料對(duì)反芻動(dòng)物機(jī)體免疫功能的影響微生物發(fā)酵飼料可以提高動(dòng)物的免疫機(jī)能。余淼等[53]研究表明，在肉牛日糧中添加經(jīng)過乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌等有益菌混合發(fā)酵制成的微生物發(fā)酵飼料能夠提高肉牛血液中總蛋白、白蛋白、IgA、IgG、IgM 含量，降低丙二醛濃度、谷草轉(zhuǎn)氨酶以及谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性，提高總抗氧化能力，增強(qiáng)超氧化物歧化酶活性進(jìn)而改善肉牛的抗病能力。李林等[54]研究表明，微生物發(fā)酵飼料可以提高肉羊的免疫性能，提高血清中總蛋白含量，促進(jìn)肉羊的生長(zhǎng)發(fā)育和生理健康。這可能是由于發(fā)酵飼料中的益生菌以及發(fā)酵過程中菌種的次生代謝產(chǎn)物提高了動(dòng)物的健康水平。除此之外，飼喂微生物發(fā)酵飼料還可以降低動(dòng)物機(jī)體血液中尿素氮含量從而促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體蛋白質(zhì)的合成，提高動(dòng)物的免疫機(jī)能[55]。陳帥[56]研究表明，微生物發(fā)酵飼料可以促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體腸道內(nèi)纖維分解菌、淀粉降解菌、丁酸產(chǎn)生菌等功能菌群增加，從而促進(jìn)動(dòng)物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，提高動(dòng)物的免疫機(jī)能，并且對(duì)機(jī)體的肝臟、心臟無損害作用。陳光吉等[57]研究發(fā)現(xiàn)，用發(fā)酵酒糟飼喂舍飼牦?？梢燥@著提高瘤胃液中纖維素酶活性，同時(shí)還能通過改善瘤胃微生物菌群結(jié)構(gòu)讓纖維素酶成為優(yōu)勢(shì)菌，進(jìn)而提高內(nèi)源酶活性，促進(jìn)機(jī)體健康。揮發(fā)性脂肪酸是反芻動(dòng)物重要的能量來源，其濃度是反映瘤胃內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)消化代謝的重要指標(biāo)。麻名漢[58]研究表明，利用酒糟秸稈微生物發(fā)酵飼料飼喂肉牛可以改善瘤胃內(nèi)的揮發(fā)性脂肪酸濃度，進(jìn)而提高動(dòng)物機(jī)體免疫力，降低耗料增重比。

5 小 結(jié)

微生物發(fā)酵飼料是一種營養(yǎng)豐富、價(jià)格低廉的飼料原料，其在使用過程中不會(huì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生負(fù)面的健康問題，也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，并且微生物發(fā)酵飼料對(duì)反芻動(dòng)物的生產(chǎn)性能有明顯提升效果，從這個(gè)意義上看微生物發(fā)酵飼料在反芻動(dòng)物營養(yǎng)上有較廣闊的應(yīng)用前景。

目前關(guān)于發(fā)酵過程中菌種的具體作用機(jī)制還未完全研究清楚，其生產(chǎn)中的應(yīng)用效果也有所差異。因此，進(jìn)一步研究不同菌種在發(fā)酵過程中的具體作用機(jī)理以及不同菌種之間的互作效應(yīng)，將有助于開發(fā)對(duì)反芻動(dòng)物營養(yǎng)更有意義的微生物發(fā)酵飼料。此外，應(yīng)該在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上研發(fā)和篩選優(yōu)良的微生物發(fā)酵菌種，特別是淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等對(duì)發(fā)酵飼料十分重要的菌種。目前研究表明微生物發(fā)酵飼料對(duì)于反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能具有提高作用，但對(duì)于影響機(jī)制的研究相對(duì)較少，因此開展與之相關(guān)的動(dòng)物免疫、腸道菌群、養(yǎng)分代謝等研究工作，對(duì)于深入認(rèn)識(shí)微生物發(fā)酵飼料的作用機(jī)制及對(duì)其有針對(duì)性地基因改造等都將具有重要意義。