發酵飼料生產工藝及其在豬生產上的應用

申遠航，黃曉靈，呂 航，陳 萍，王 眾，鄭 寧，鄭業魯

(廣東廣墾畜牧工程研究院有限公司，廣東 廣州 510640)

2018年7月2日，農業部印發《農業綠色發展技術導則（2018—2030年）》的通知，摘出其中關于畜牧業的發展任務：（1）重點研發：秸稈飼料化、肥料化、燃料化、原料化、基料化高效利用工程化技術及生產工藝，畜禽水產飼料營養調控關鍵技術，飼料精準配方技術，發酵飼料應用技術，促生長藥物飼料添加劑替代技術；（2）集成示范：農作物秸稈發酵飼料生產技術，飼料原料多元化綜合利用技術，非常規飼料原料提質增效技術；（3）推廣應用：全株秸稈菌酶聯合發酵技術，秸稈型飼料調制配方和加工技術，秸稈飼料發酵技術，畜禽水產提質增效養殖技術。

發酵飼料是指在人工控制條件下，微生物通過自身的代謝活動，將植物性或動物性的抗營養因子分解轉化，產生對動物有益且更能被畜禽采食、消化、吸收且無毒害作用的飼料［1］。大量研究顯示：飼料原料經過發酵處理后，可有效增加營養價值，降低原料中畜禽難以降解纖維和可能存在毒素的含量；提高生豬產品的食品安全性等［2-3］；同時在開發非常規飼料、擴大飼料資源方面的作用效果顯著。

隨著我國生豬養殖規模的擴大和人們生活水平的提高，消費者對畜產品品質的要求更加嚴格，安全、綠色、無抗、口感佳等都是產品品質的新考核指標。有眾多學者稱，發酵飼料按一定比例添加至動物日糧中，可起到與抗生素類似作用，減少生產中抗生素的使用；保證飼料原料的綠色安全；提高肉品質［4］。而眾多養殖一線的工作人員對發酵飼料的制作工藝、種類和在養豬上的應用了解不多，為此，我們就近年來發酵飼料生產工藝及其在養豬生產上應用的相關研究進行綜述，為今后發酵飼料在實際生產中的應用提供理論依據。

1 發酵原料和菌種

1.1 發酵原料

近年來，我國畜牧業發展迅速，飼料資源短缺和人畜爭糧矛盾突出，致使原有飼料原料資源價格上漲，提高了養殖成本。人們開始嘗試利用農業生產和農產品加工中副產物、廢棄物，經過一定的發酵處理成為新的飼料資源。我國是一個農業大國，有巨大的農業副產物資源，如各類農作物秸稈、糠糟、中藥渣和蔗渣、薯渣、甜菜渣、水果皮等資源豐富，近年來常用的發酵原料及其發酵效果見表1。從表1可以看出，大量果渣、糠粕類和秸稈類副產品用于制備發酵飼料，發酵后其營養成分含量有顯著提升，某些原料所含的有毒有害物質也有所降解。

1.2 發酵菌種

我國農業部2014年公布的飼料微生物目錄《飼料添加劑品種目錄（2013）》中，可在飼料中使用的菌種有：（1）乳桿菌屬：嗜酸乳桿菌、發酵乳桿菌、植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌、乳酸乳桿菌、干酪乳桿菌、布氏乳桿菌、副干酪乳桿菌、纖維二糖乳桿菌、羅伊氏乳桿菌；（2）雙歧桿菌屬：兩歧雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、短雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、長雙歧桿菌、動物雙歧桿菌；（3）腸道球桿菌屬：乳酸腸球菌、屎腸球菌、糞腸球菌；（4）芽孢桿菌屬：地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、側孢短芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、遲緩芽孢桿菌；（5）其他菌種：釀酒酵母、乳酸片球菌、戊糖片球菌、產朊假絲酵母、沼澤紅假單胞菌、嗜熱鏈球菌、黑曲霉、米曲霉、產丙酸丙酸桿菌。近年來常用的發酵菌種及其發酵效果見表1，從表1可以看出，目前應用較多的為乳酸菌、酵母菌和芽孢桿菌。因乳酸菌發酵可使飼料乳酸含量增加，降低了發酵飼料的pH值，對動物的腸道有利；酵母菌有豐富的酶系統，可產生淀粉酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、蛋白酶、磷酸酶等，可補償動物體內酶種類的不足；芽孢桿菌可降解部分飼糧中的抗營養因子。因此，生產中常將以上幾種菌搭配使用。另外，如發酵底物為粗纖維含量高的原料，可考慮用降解粗纖維能力強的菌株，如黑曲霉、里氏木霉、白地霉、康寧木霉等。

2 發酵飼料種類

2.1 液態發酵飼料

液體發酵飼料是將谷物、農作物副產品和維生素及礦物質與水按照1∶3或1∶2的比例混合制成，通過發酵和直接加入酸化劑結合的方法，使pH值降至3.5～4.5以防止腐敗菌的生長［20］。判定發酵飼料的標準：乳酸菌活菌數大于109CFU/mL，乳酸含量大于150 mmol/L、乙酸小于40 mmol/L、酒精含量小于0.8 mmol/L［21］。

這種發酵方式可得到大量的微生物菌體或微生物在液體培養基中代謝產生的單細胞蛋白，常見的有酵母飼料、包括食用菌菌體和微藻飼料等在內的菌體蛋白等。液體發酵飼料具有使用安全、適口性好和動物喜采食等優點，可提高生長性能，降低胃腸道pH值和大腸桿菌數量［22-24］。所以近年來液態發酵飼料在豬生產上的應用增多，相比固態飼料，生長育肥豬飼喂液態發酵飼料，其平均日增重提高了4.4%、飼料效率提高了6.9%［25］，且諸多研究顯示液態發酵飼料可提高斷奶仔豬的平均日采食量和平均日增重［26］。但其對飼料原料粉碎粒度要求高，如粉碎粒度達不到要求，飼料輸送管道將被堵塞。此外，自動飼喂系統成本較高，適合大規模養殖場使用。

表1 原料、菌種和發酵效果

2.2 固態發酵飼料

固態發酵是微生物在沒有游離水的固態基質上的發酵方式，固態基質中氣、液、固三相并存，即多孔性的固態基質中含有水和水不溶性質。因其發酵過程粗放，需要設備構造簡單，后處理簡便，所以采用固態發酵飼料方式較多［27］。如發酵全價飼料、發酵豆粕、啤酒渣和中藥渣，表1列出了豬生產中常用的發酵產品。

但現階段固態發酵機械化程度差，需要較多人工，容易出現覆蓋不嚴、難以壓實、空氣未排盡等問題，最終造成產品發酵品質低、易發霉變質。所以需要研發用于規模化發酵飼料生產設備，改進工藝流程，解決包裝儲存等問題。

2.2.1 全價發酵飼料 全價發酵飼料是在營養均衡全面的無抗生素全價配合飼料中加入微生物和水，根據所選菌種的培養溫度、需氧類型等在適宜的條件下發酵而成的飼料稱為全價發酵飼料。該飼料可以滿足動物的營養需要，且含有多種有機酸和有益微生物，適口性好，可以增加畜禽采食量，提高飼料報酬［28］。但由于全部使用全價料發酵，飼料成本勢必增加，故其在生產上用于豬的重要生產階段，如斷奶仔豬。

2.2.2 非常規飼料原料發酵 大部分原料來源于工農業副產品，最有代表的是青貯玉米秸稈以及棉籽餅、菜籽餅等，還有各種工業廢棄物如菌糠、啤酒渣、酒糟、檸檬酸渣、豆渣、蔗渣、甜菜渣、蘋果渣、菠蘿皮、中藥渣等。微生物利用原料中簡單的營養物質生長繁殖，在此微生物生長的過程中產生大量的中間產物，降解其中畜禽難以利用的物質、對餅類原料脫毒和提高這些原料的營養價值，最終提高其可消化性。實現變廢為寶，延長存放時間的作用。

3 發酵工藝

3.1 發酵條件

在規模化發酵飼料的制作中，影響發酵效果的主要因素有發酵底物、時間、含水量、接種量、溫度、pH值和厭氧環境。

3.1.1 發酵底物 發酵底物可以提供微生物所需要的營養物質，才能保證微生物可以正常生長繁殖、新陳代謝。一般選擇底物時，要考慮其碳氮比，比例適宜使發酵飼料品質提升，比例不當將影響發酵效果和發酵質量，使發酵成本增高，如碳氮比不適宜將需要增加底物中碳源或氮源的比例，一般為1～5∶1。

3.1.2 發酵時間 發酵時間是指從發酵開始到結束的時間，發酵的結束時間對發酵效果的影響巨大［29］。發酵時間過短，微生物沒有達到生長穩定期，將影響微生物的繁殖，對發酵的順利進行無益。如發酵時間過長，飼料容易發霉，顏色發灰，營養成分流失嚴重，發酵時間越長其中容易被分解的營養物質越低。一般微生物的發酵時間在4 d左右，但如需降解飼料中的纖維素木質素就需要10 d以上的時間［30-31］。

3.1.3 含水量 保持發酵底物適宜的含水量是發酵成功的關鍵。含水量過高，發酵原料形成塊狀，影響基質內部氣體交換；水分過少，達不到微生物適宜的生長環境；兩種情況均會導致發酵失敗。不同原料對含水量要求不同，應根據原料的含水量，進行適當調控，達到最佳含水量，一般而言最佳含水量為65%～75%［32］。

3.1.4 接種量 接種量和接種比例也是發酵飼料成功的關鍵因素。接種量過多或者不足都會造成發酵失敗，如：達不到菌種發酵的最佳效果，菌種生長過快導致營養物質提前耗盡等。所以適宜的接種量尤其關鍵，一般根據菌液含有的有效活菌數，確定其接種量。

3.1.5 溫度 發酵溫度是發酵成敗的關鍵因素之一，發酵時選擇不同的溫度梯度進行試驗至關重要。溫度過低，菌種生長繁殖緩慢，使發酵進程變慢，發酵產物產量低，增加了發酵時間；溫度過高，則微生物生長繁殖過快，使得營養成分消耗過大，導致飼料品質急劇下降。一般微生物喜歡生長在25～37℃,如酵母菌的最適溫度是28～34℃、黑曲霉的最適溫度是28～30℃，因此，發酵過程中應滿足微生物適宜的生長溫度。

3.1.6 pH值和厭氧環境 一般發酵飼料的發酵過程分為3個階段：（1）好氧階段，主導細菌為好氧性細菌，隨著植物呼吸作用和細菌的消耗，逐漸形成厭氧環境，該階段時間一般為24 h；（2）發酵階段，隨著原料中菌株的作用，pH值逐漸下降，乳酸菌逐漸成為優勢菌株，該階段的持續時間為幾天到幾周之間；（3）穩定階段，乳酸菌為優勢菌株，產生大量乳酸，pH值降至4.2以下，一般經過發酵階段的飼料即可直接用于飼喂。生產上有直接在原料中加入酸化劑調節pH值，抽出空氣使其盡快達到發酵的最佳環境，這種操作可加快發酵進程，提高發酵效果，但對發酵設備要求極高，多用于大型飼料廠和飼料添加劑廠。

3.2 發酵方式

3.2.1 發酵池 原料粉碎后，拌入菌種和輔料，裝入發酵池，壓實排出空氣，以塑料薄膜密封，待發酵完成后取用。這種發酵方式散戶和小規模養殖場應用較多，其缺點是：占地面積大，取用時發酵料與空氣接觸面積大，易腐敗，不可遠距離運輸飼喂；其優點有：制作方便，適于小規模養殖場使用。

3.2.2 發酵桶 原料粉碎后，加入菌種和輔料，攪拌均勻后裝入發酵桶，需人工壓實排出空氣，密封蓋，待發酵完成后取用。這種發酵方式散戶和小規模養殖場應用較多，其缺點是：沒有專用設備，需人工較多，且勞動量大，生產效率低；其優點有：發酵桶可重復利用，適于小規模養殖場使用。

3.2.3 發酵袋 原料粉碎后，加入菌種和輔料，攪拌均勻后人工裝袋或機器裝袋，其缺點是：不易壓實、空氣排盡困難，且因發酵過程產酸產氣容易漲袋；其優點有：專用裝袋設備，可實現規模化生產，可供給大規模養殖場使用。

3.2.4 打捆裹包 原料粉碎后，加入菌種和輔料，攪拌均勻后壓縮成固定的形狀，進行裹包，堆放發酵。這種發酵方式的缺點是：如裹包太大，將不利于搬運；其優點有：解決了發酵袋漲袋問題，可實現從菌種飼料、原料直接成為可銷售、可運輸的發酵飼料裹包。

3.2.5 大型固態發酵罐設備 在較為致密的環境發酵，設備一般具有物料的滅菌、冷卻、接種、攪拌、pH值、溫濕度控制等功能。設備配有多個發酵罐專用接口，如濕度口、溫控接口、接種口等；根據菌種的好氧性，設有空氣過濾系統，可進行液態和固態發酵。其優點有：自動化程度高，以控制器進行操作，減少污染雜菌風險；其缺點是：設備成本高，一般用于大型飼料公司或飼料添加劑公司。

4 發酵飼料在養豬上的應用

4.1 發酵飼料對原料營養物質消化利用率和適口性的影響

發酵同時也產生大量微生物代謝產物，如氨基酸、醇、酯、維生素等，使得發酵飼料產品風味得到改善，刺激豬只采食。微生物產生的酶可在一定程度上降解復雜的大分子有機物，如纖維素、淀粉，從而提高飼料的消化率。以發酵木薯渣飼喂育肥豬的試驗中，35.8%的添加量不影響豬只的正常生產性能，單位增重成本可降低0.7元［33］，且可提高氮的表觀消化率［34］。以發酵花生粕飼喂生長豬的試驗中，8%的添加量可改善生長豬的生產性能和養分消化率［35］。以1%發酵麩皮飼喂斷奶仔豬，結果顯示試驗組的采食量顯著高于對照組［36］。所以使用發酵飼料不僅可改善飼料適口性，刺激豬的采食量，還可提高飼料中營養物質的消化率及利用率。

4.2 發酵飼料對腸道健康和有機體免疫力的影響

動物胃腸道菌物種類有500多種，其中大部分為有益菌，也有部分致病菌。它們是一個整體，互利共生，共同維持消化道內環境的平衡。現常用抗生素治療胃腸道疾病，然而抗生素的使用不僅會殺死有害菌，有益菌同樣被殺死，將導致胃腸道菌群失調，造成畜體機能紊亂。發酵飼料中含有多種活的有益微生物，進入動物胃腸道后，可補充有益菌成為優勢菌群，競爭消化道內的致病菌的營養物質［37］；發酵飼料通過有益微生物產生的大量乳酸、醋酸和丙酸，降低了消化道內的pH值，可抑制或殺滅病原菌，提高機體免疫力，增強機體抗病力。在育肥豬基礎日糧中添加10 mg/kg的發酵中藥渣，料重比顯著低于對照，免疫球蛋白G（IgG、IgA和IgM）均顯著高于對照和抗生素處理［38］。發酵啤酒糟飼喂梅花豬的試驗中，40%添加量的日增重和飼料報酬明顯高于其他處理，并可有效控制腹瀉率、減少糞臭［39］。以7.5%的發酵菜籽粕替代豆粕飼喂生長豬的試驗中，該處理免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白G（IgG）和白細胞介素2（IL2）含量均高于對照，可提高生長性能，改善機體抗氧化與免疫機能［40］。仔豬飼喂液體發酵飼料后，發現其可增加腸道內乳酸菌的數量［41］，說明動物飼喂發酵飼料可增加腸道有益菌數量，降低有害菌（大腸桿菌）的數量［42］，調節腸道菌群平衡，增強機體對疾病的抵抗能力。

4.3 發酵飼料對豬胴體性狀及肉品質的影響

農業廢棄物等經過微生物發酵，產生大量營養物質，提高營養價值，有利于動物的消化吸收，顯著降低飼料成本。以20%的發酵靈芝菌糠飼喂育肥豬的試驗中，結果顯示對育肥豬的日增重無影響，單位增重飼料成本下降5.19%，瘦肉率提高［43］。以9%的發酵桑粉可降低寧鄉花豬的料肉比提高生產性能［44］。發酵飼料中的一些活性微生物，可抑制細胞膜脂質過氧化反應，延緩肌肉中的肌紅蛋白被氧化為高鐵蛋白，從而減慢肉色變暗的速度，提高肉色的亮度，并且可降低滴水損失和剪切力，達到提高肉質的目的，另有研究顯示豬胴體品質的改善可能與發酵飼料中的呈味氨基酸和小肽的組成有關。以乳酸菌發酵全價飼料飼喂仔豬的試驗中，發酵飼料添加組的生長性能優于對照組，滴水損失、剪切力均低于對照組，發酵飼料可提高豬的生長性能改善肉質［45］。在發酵元寶楓葉飼喂育肥豬的試驗中，12%的添加量可明顯育肥豬的改善生產性能、肉品質和腸道健康［46］，所以生產上使用發酵飼料，將提高豬的胴體性狀、改善肉品質。

4.4 發酵飼料對各階段豬只生長性能和生產性能的影響

仔豬斷奶時飼養制度的改變、飼養人員的改變、飼養環境的改變和飼料的改變，對于仔豬是巨大的生理應激，表現最為明顯的是斷奶仔豬腸道微生物菌群失調。而發酵飼料中含有大量乳酸菌，可以減少仔豬大腸桿菌的定植，降低腸道pH值，使腹瀉率降低［41］，有益菌代謝產生的蛋白酶、淀粉酶和纖維素酶，可彌補仔豬自身酶的不足，提高其消化能力［35］。另外，斷奶仔豬生理特點表現為機體生長發育處于旺盛期，其需要大量的營養物質，故生產上常用全價飼料進行發酵，保證其營養需要的同時，增加腸道有益菌的數量。

母豬妊娠階段和分娩時不可避免的受到各類應激源的作用，如飼養員粗暴、設施不合理、妊娠和臨產時生理心理的變化和疾病的影響等，都會對母豬產生巨大的生理應激。大量養殖戶給母豬飼喂緩解產前應激的添加劑，而這些添加劑的主要成分為有益微生物、微量元素和維生素，而發酵飼料中同樣含有大量活性成分，如益生菌、氨基酸、醇、酯、維生素等，且具有諸多功能和特殊的酸香味。一般根據發酵飼料的營養價值和母豬所處階段，在母豬基礎日糧中添加5%～20%的發酵飼料，可改善適口性，促進采食，有利于母豬產后食欲的恢復［33］；促進母豬腸道菌群的健康成長，提高腸道微生物對氨的利用，解決母豬產后便秘或腹瀉的問題；通過發酵飼料飼喂母豬可顯著提高仔豬21日齡個體均重和成活率，降低哺乳期仔豬腹瀉率，進而顯著提高母豬的生產性能［47-48］。同時發酵飼料可解決飼料霉變對母豬造成的假發情等問題。

日糧中添加發酵飼料可有效提高生長育肥豬的生產性能和改善肉品質。一些飼料原料經過發酵后，抗營養作用減小，其獨特的酸香味也提高了豬的采食量，因此將使豬的日增重提高，胴體重增加［49］。肌內脂肪含量高對口感有良好的作用。有研究顯示生長育肥豬飼喂發酵飼料后可顯著提高肌內脂肪含量改善豬肉多汁性和風味［45-46］。一般生長育肥豬在基礎日糧中添加7%～30%的發酵飼料，該比例需根據發酵飼料的營養價值，設計配方進行飼養試驗進一步確定。

5 結語與展望

發酵技術為開發非常規資源提供了技術手段，可提高原料的營養價值，改善畜禽對飼料的利用率，提高動物生產性能。在預防因菌群失調引起的疾病方面，也受到飼養者的青睞和專家的推崇。實際生產中發酵飼料在斷奶仔豬和妊娠母豬階段使用較多，其他階段使用較少，原因在于全價發酵飼料成本較高，所以養殖企業只應用于較為重要的生產階段。發酵飼料企業要降低制作成本，開發應用于豬生產各個階段的發酵飼料，如育肥階段可用發酵青綠飼料或價格較低的非常規飼料，按一定比例替代精飼料，即可降低養殖成本，又可提高豬肉品質。

對于養殖企業而言，使用農作物副產品制成發酵飼料在降低成本方面有明顯優勢，但是也存在諸多問題，所以養殖一線的科研人員任重道遠：（1）開發功能性菌株，減少抗生素的使用；（2）制定標準，控制發酵飼料質量；（3）研發用于規模化發酵飼料生產設備，改進工藝流程，解決包裝儲存等問題；（4）利用當地土地和自然資源優勢種植生物產量高、營養價值高的作物品種，通過發酵技術、種養結合生產優質低成本飼料，取代外地調運甚至進口的玉米、大豆等常規飼料原料。