乳酸菌在固態發酵飼料中的應用

李慧芬， 曾亞均

（1.青島根源生物技術集團有限公司技術支持中心，山東青島 266111；2.青島根源生物技術集團有限公司固體發酵實驗室，山東青島 266736）

發酵飼料是指在人工控制條件下，通過微生物自身的代謝活動，將植物性、動物性和礦物性物質中的抗營養因子分解或轉化，產生易被畜禽采食、消化、吸收且無毒害作用的飼料。發酵料適口性好，有酸香風味，富含益生菌，營養價值高，易消化，具有抗生素替代潛力。就其含水量可分為液體發酵飼料和固態發酵飼料，固態發酵飼料相對于液體發酵飼料，因其具有技術工藝簡單、廢水廢渣少、易處理等特點而備受關注。固態發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。國內開發和利用的益生菌主要是乳酸菌類。乳酸菌是一類革蘭氏陽性細菌，無芽孢，桿菌或球菌，兼性需氧或嚴格厭氧條件下生長，能利用碳水化合物進行發酵，主要產生乳酸。乳酸菌存在于人和動物體內，屬于長期定植的正常菌群，更是消化道內分布較為廣泛的優勢菌群（吳振強，2006）。本文概述了乳酸菌的代謝產酸抑菌特性、乳酸菌固態發酵飼料的變化、優勢及在動物生產中的應用前景與注意事項。

1 乳酸菌概述

乳酸菌（Lactic acid bacteria）是一類能利用碳水化合物產生大量乳酸的革蘭氏陽性菌的總稱，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。乳酸菌安全無毒，無致病性、致癌性，已在世界范圍內被公認為“Generally Recognized as Safe（GRAS）”等級的食品微生物（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）。乳酸菌可以通過糖酵解途徑的產物丙酮酸進行同型乳酸發酵，主要發酵產物為乳酸。能進行同型乳酸發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。乳酸菌由葡萄糖經磷酸戊糖途徑發酵產生乳酸、乙醇、乙酸和CO2等多種產物的發酵稱為異型乳酸發酵。能進行異型乳酸發酵的乳酸菌有發酵乳桿菌、短乳桿菌、腸膜明串珠菌和雙歧桿菌等。

固態發酵飼料過程中，乳酸菌急劇增殖，乳酸大量產生，體系pH迅速降低，其他細菌的活動受到抑制，從而減少貯藏過程中干物質和營養物質的損失。乳酸菌固態發酵飼料產酸條件非常重要，可直接影響發酵周期與發酵飼料的品質。李慧芬等（2015）用單因素試驗與正交試驗，對植物乳桿菌固態發酵豆粕產L-乳酸的條件進行了優化，最終確定影響植物乳桿菌發酵豆粕產L-乳酸各因素的主次順序為：料水比＞發酵溫度＞初始pH＞接種量，最優發酵工藝條件為：乳酸菌接種量2%，料水比1∶0.6，發酵溫度42℃，初始pH 6。張可可等（2017）利用Plackett-Burman優化試驗設計，對干酪乳桿菌XJL發酵廢棄煙梗產L-乳酸的條件進行優化，發酵時間為24 h和42 h時，L-乳酸的最高產率分別為307.5 g/kg和315.0 g/kg，試驗確定發酵時間的延長對L-乳酸產率無顯著影響，而營養添加物能夠提高L-乳酸的產量。

某些乳酸菌代謝除了乳酸等有機酸，還可產生一些具有抑菌或殺菌作用的細菌素，其在食品防腐保鮮中起重要作用，并且對食品的風味和組織狀態有較好的效果 （劉穩等，1996）。林勇等（2008）研究表明，L1菌株代謝產物對 K88和O138存活具有很強的抑制作用。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。植物乳桿菌具有無污染、無殘留的特點，可作為家禽養殖中理想的抗生素替代品 。

2 乳酸菌固態發酵飼料的變化

2.1 飼料營養特性發生變化 乳酸菌發酵固態飼料可將一些大分子營養物質（如蛋白質、多糖、脂肪等）不斷降解，產生有利于動物消化吸收的物質。章世元等（2009）利用微生物發酵普通豆粕，其粗蛋白質含量提高20.69%，粗纖維下降 43.73%，消化能由 13.18 MJ/kg提高到 15.69 MJ/kg。飼料經乳酸菌發酵，還可產生一些有機酸、多肽、游離氨基酸、維生素、功能性生物活性肽及未知生長因子等，從而提高飼料的營養價值。發酵飼料的特殊酸香味兒，還可提高適口性，增進動物食欲，有利于采食量等生長指標提升。

2.2 產生大量的益生性物質 固態發酵飼料過程中，接種的乳酸菌大量繁殖，菌體本身是益生性蛋白，另外，還可產生大量代謝產物，如乳酸等有機酸，乙酸、丙酸、丁酸等揮發性脂肪酸，其可作為能量補給動物生長。Kiyoshi等（2010）采用植物乳桿菌接種發酵液體飼料，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 在固態發酵過程中，乳酸菌可迅速降低體系pH，而霉菌、腐敗菌等雜菌的生長適宜pH多在6以上，由此可抑制雜菌生長，有效降低產品揮發性鹽基氮含量，降低氧化酸敗可能性。發酵飼料中含有大量益生菌，隨飼料顆粒進入動物腸道后，會在腸道內定植，通過調節機體胃腸道微生態區系和產生一些細菌素及有機酸，抑制腸道中的致病菌（Wang等，2005）。乳酸菌產生的細菌素是一類具有活性的多肽或蛋白質，大部分細菌素對近緣關系的細菌有抑制作用，少數細菌素抑菌譜很廣。乳酸菌素、苯乳酸等天然抑菌物質，可抑制大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等多種有害菌；發酵飼料內的有機酸可降低腸道pH，改變腸道菌群生長環境，起到間接的抑菌作用。

3 乳酸菌固態發酵飼料的優勢

3.1 安全環保 乳酸菌固態發酵飼料pH較低不適合雜菌生長，且富含細菌素等天然抑菌物質，發酵過程污染幾率非常小。固態發酵的物質完全被利用，幾乎無廢水廢氣廢渣，無污染，零排放，綠色環保。

3.2 工藝簡單 國內固態發酵飼料的生產普遍采用發酵密封袋技術，這種移動發酵技術突破了傳統發酵飼料生產中出現的設備技術壁壘。乳酸菌固態發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，特定環境內發酵一定時間，然后對物料進行烘干粉碎等處理，工藝簡單，易于操作。

3.3 原料多樣 乳酸菌可發酵多種固態飼料或飼料廢料，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，都可發酵。

3.4 滅菌可選 乳酸菌固態發酵的基質，可滅菌，也可不滅菌。若基質滅菌，接種乳酸菌為純乳酸菌發酵飼料，產物純正無雜質；若基質不滅菌，原料本身的菌利用殘余空氣繁殖，消耗體系能量，會促進蛋白等一些指標提升，當氧氣較少時，乳酸菌逐漸接力生長并大量繁殖，并通過產酸改變體系pH環境，抑制雜菌生長。

3.5 降本增效 發酵飼料中富含益生性乳酸菌，其進入動物腸道后，可調節腸道區系微生態環境，增強動物機體免疫力，提高成活率與養殖效益。發酵飼料的飼喂可降低飼養成本、促進養殖業集約化、規模化的發展，加強行業競爭力和生存力。

4 乳酸菌固態發酵飼料在動物生產中的應用

飼料經乳酸菌發酵后，淀粉和蛋白質等大分子物質轉化成葡萄糖、氨基酸和肽類等小分子物質，縮短了消化、轉化反應鏈，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，飼料轉化效率也得到提高。發酵飼料中的乳酸菌，通過黏附作用對胃腸壁細胞實行屏障保護，可有效減少病原菌與胃腸壁細胞接觸的機會，競爭性的抑制病原微生物的生長。同時，發酵飼料中的有機酸能降低腸道pH，改善消化系統的內環境，從而抑制病原菌的生長和繁殖，減少腸道腹瀉疾病的發生。有的乳酸菌還能充當免疫激活劑，刺激胃腸道相應免疫器官、組織和細胞的生長，提高巨噬細胞的活性，增強動物自身抗體機能，從而增強動物免疫力。

4.1 乳酸菌固態發酵飼料在畜禽動物中的應用大量研究表明，飼用發酵飼料可以顯著提高畜禽動物的生產性能、養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發酵飼料能顯著提高斷奶仔豬的生產性能，有提高斷奶仔豬細胞免疫水平和小腸絨毛長度的趨勢，能在一定程度上改善腸道微生物環境。趙圣振等（2015）研究表明，添加0.6%的發酵黃芪組較抗生素對照組相比，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）研究嗜酸乳桿菌發酵飼料及其對母豬健康和繁殖性能的影響，結果表明，與對照組相比，母豬日糧中添加固態發酵飼料，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、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乳酸菌的數量 （P＜0.05），有效抑制盲腸內大腸桿菌的繁殖（P＜0.05）。王永強等（2017）研究嗜酸乳桿菌發酵棉籽粕對黃羽肉雞肌肉營養成分和風味特性的影響，結果表明，飼糧中添加發酵棉籽粕可以改善黃羽肉雞肌肉的風味特性，并且按6%或9%比例添加效果較好。張曉羊等（2017）研究表明，日糧中添加發酵棉籽粕可以顯著增強黃羽肉雞的免疫功能和抗氧化性能，嗜酸乳桿菌對黃羽肉雞的免疫功能和抗氧化性能有一定的促進作用，但效果不顯著。

4.2 乳酸菌固態發酵飼料在反芻動物中的應用乳酸菌發酵飼料可改善飼料的營養價值，提高牲畜的營養吸收與生長性能，而且對奶品質、肉質品質都有直接的影響。孟慶翔等（1999）研究表明，用微生物處理的小麥秸飼喂生長育肥牛，肉牛秸稈采食量、日增重和飼料轉化率分別提高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，研究其對奶山羊產奶量的影響，結果表明，試驗組奶山羊的采食量和產奶量均高于對照組，其差異隨飼喂時間的推移而增加，飼喂蘋果渣青貯料能夠使羊奶乳脂率、干物質含量增加，但差異不顯著（P＞0.05），對奶山羊血液生化指標無顯著影響（P＞0.05）。

4.3 乳酸菌固態發酵飼料在水產動物中的應用發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，用其取代水產動物苗種的部分餌料，更容易被吸收，提高能蛋比，減輕肝臟負擔，促進消化吸收，防控腸炎。發酵料香味更獨特，有誘食作用，適口性好，能促進對蝦攝食，既有利于對蝦生長，也降低了飼料成本。王天神（2012）研究表明，適量的生物發酵濃縮飼料可提高克氏原螯蝦的生長性能，生物發酵飼料中的益生菌能夠優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，并促進了機體營養物質的沉積。此外，生物發酵飼料能提高克氏原螯蝦的非特異性免疫和抗病能力，而生長性能、消化酶及免疫酶指標的測定結果表明，生物發酵飼料的適宜添加量為25%～35%。

5 乳酸菌固態發酵飼料的應用前景與注意事項

乳酸菌固態發酵飼料，富含乳酸菌、有機酸、天然抑菌物質與酸香風味物質，體外發酵無污染、低成本、低風險，體內應用有利于動物采食消化吸收，益生菌的定植與有機酸的調節可抑制有害菌的生長，提高機體免疫性能，。

乳酸菌固態發酵飼料需注意事項：（1）乳酸菌的篩選應注重動物源乳酸菌的篩選，提高菌株的原位定植能力，還要高度注重菌株安全性，選擇《飼料添加劑品種目錄》允許的安全菌株；（2）乳酸桿菌特別容易失活，應妥善保存現有高效菌株，并注重篩選新的、穩定性好的菌株；（3）固態發酵飼料的原料多樣，發酵基質成分通常較為復雜多變，發酵質量穩定性差，應注重原料來源的穩定性、均一性，做好固態發酵過程的質量控制；（4）固態發酵的料水比、發酵溫度、環境濕度、氧氣含量等參數，需詳細研究，以提高發酵效率，保持品質穩定。