中國生物發酵飼料研究與應用技術發展趨勢

文│蔡輝益（中國農業科學院飼料研究所研究員、生物飼料開發國家工程研究中心主任）

一、我國生物發酵飼料概況

2018年1月1日發布的團體標準《生物飼料產品分類》（T/CSWSL001-2018）將生物飼料定義為：使用農業農村部飼料原料目錄和飼料添加劑品種目錄等國家相關法規允許使用的飼料原料和添加劑，通過發酵工程、酶工程、蛋白質工程和基因工程等生物工程技術開發的飼料產品總稱，包括發酵飼料、酶解飼料、菌酶協同發酵飼料和生物飼料添加劑等。

根據原料組成、菌種或酶制劑組成、原料干物質的主要營養特性，生物飼料可分為4個主類、10個亞類、17個次亞類、50個小類和112個產品類別。

根據目前我國生物飼料產業發展現狀，從事生物飼料或者是相關業務的企業數量達1000余家。從近三年的統計數據分析，2019年我國發酵飼料產量預計達到1000萬噸左右，再過5年產量還會翻幾倍。

推動我國生物飼料產業發展關鍵因素是技術，其中菌種篩選技術是最關鍵的技術。我國飼料原料種類繁多，物理化學性質差異較大，而不同的菌種又具備不同的生理特性，在生產實踐中應根據不同的飼料原料以及不同的生產目的選擇適當的菌種組合以生產合格的生物發酵飼料。菌種篩選主要有三個方向：一是改變飼料原料的理化性質，包括提高消化吸收率、延長貯存時間和解毒脫毒等；二是獲得微生物中間代謝產物，包括酶制劑、氨基酸和維生素等；三是培養繁殖飼用的微生物體，用于制備活菌制劑。所以菌種的篩選成為我們首要任務。

關于發酵原料的選擇方面，已從豆粕、棉粕、菜粕等的發酵以提供高品質蛋白質飼料，發展到聚焦鮮糟渣、果渣和蔬菜等非常規飼料原料發酵以提供優質的發酵能量、蛋白飼料和粗飼料等。

發酵工藝方面，目前固態發酵飼料的工藝比較常見。我們通過實驗發現，豆粕、菜籽粕、玉米、小麥四種原料經微生物發酵，肉雞表觀代謝能較發酵前分別達到顯著水平。因為經過發酵，豆粕、菜籽粕、玉米、小麥中的蛋白質、氨基酸、小肽含量顯著提高，同時在肉雞體內不同腸道內的小肽釋放也有了顯著的提升。

“豬腸道短，如果原料預消化處理后再飼喂，飼料利用率是否會更好？”這問題激發了原料預消化處理的興起。飼料預消化技術是指在動物機體外，根據不同原料的具體特性進行特定的系列加工處理，以達到提高飼料中營養物質在動物體內的利用率和促進動物營養保健的新型飼料加工技術。所以在這個過程當中，我們所談到的發酵、酶解、膨化等等對原料預先進行處理的過程，確實起到了提高或加速利用的效果。

將小麥的酶解蛋白添加在仔豬飼料中后，采食量、料重比、日增重等方面都有很顯著的效果?！懊钢苿楹卧谟谢罹嬖诘那闆r下發揮的作用效果才最佳？”這個問題引出了菌酶協同的概念。原先，制備發酵飼料主要是利用微生物的作用降解原料中的大分子物質、抗營養因子或者直接利用外源酶的作用，將原料進行酶解，從而達到發酵的目的。近年來，利用微生物和酶的協同作用制備發酵飼料的相關報道逐漸增多。多年的研究結果表明，菌酶協同處理的結果優于酶和菌單獨作用的結果。在發酵過程中，微生物與酶有一個很好的協同作用，能使大分子物質降解更加徹底，微生物的發酵效率更高。

利用菌酶協同作用，既能縮短發酵周期，又能利用芽孢桿菌或乳酸菌抵抗其他雜菌的影響，提高效率、降低生產成本，還能通過產品中含有的大量芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌等活菌體改變動物腸道內的微生態環境，增強動物對疾病的抵抗能力，減少抗生素的使用。

在發酵飼料領域，菌酶協同的技術將成為核心技術，因而很多科研院所，以及一些大型企業的研發中心在做菌酶協同技術的研究工作。

我們在幾年前提出了地源性飼料的概念，地源飼料是指經過飼料化加工處理后可規模化飼用的地方性飼料資源的總稱，具有特色的營養價值、不易加工處理、流通成本高、易變質、季節性強等地理范圍特點。在我國畜牧業轉型升級過程中，地源性飼料資源研究與應用進展有重大意義，是打造中國特色配方體系的基礎。

糟渣、果渣和凈菜等資源豐富但開發利用率低，針對這種情況，近年來我國畜牧業中出現了一些高水分飼料發酵后采用濕喂或液體飼喂模式。比如山東繁育母豬發酵飼料濕喂技術模式、山東中裕酒糟液體飼喂模式和重慶榮昌生長育肥豬固體發酵地源飼料液體飼喂模式等，產生了良好的經濟和社會效益。

為避免玉米漿、淀粉渣和酒糟等烘干帶來的成本增加，降低其抗營養因子或毒性成分，開展地源飼料的有效應用集成，中國農業科學院飼料研究所、生物飼料開發國家工程研究中心提出了以下幾項技術：第一，針對不同地源飼料的菌+酶發酵菌劑集成技術；第二，針對不同產地的發酵設備和工藝技術；第三，地源飼料營養數據庫技術和以某一地源飼料為核心的不同養殖品種的飼料配方技術；第四，針對不同養殖規模的自動化液態飼料及濕料飼喂設備和工藝技術；第五，畜禽糞污氮磷減排生物處理技術。通過以上五大技術集成，地源飼料發酵濕喂和液體飼喂模式，飼料成本降低，飼料浪費降低，豬群整齊度好。但地源飼料存在質量不穩定，營養數據庫不完善，液體飼喂對配方調整和飼養員精細度要求高，料線設備成本高等不容忽視的問題。因此，地源飼料安全有效的應用研究和技術推廣任重而道遠。

在發酵飼料對動物生產性能的影響方面，近年來酒糟、尾菜、桑葉和棉菜粕等飼用資源發酵后飼用效果的研究報道不少，發酵飼料配合飼料中添加量在2%～50%，也有全發酵日糧的應用，飼養動物涵蓋了豬、禽、羊、牛。在生產性能方面，總體表現為日增重增加，料肉比降低，育肥動物每千克增重的飼料成本降低，養殖經濟效應增加。在畜產品品質方面，肌肉氨基酸和肌間脂肪有所增加，抗氧化水平提高；蛋殼品質提高，蛋白哈夫單位和蛋黃顏色增加，蛋黃中膽固醇含量降低；胸肌肌苷酸含量提高，肉蛋奶品質得到改善。

發酵飼料和全發酵飼料在養殖中的應用，具有良好的經濟、環保和社會效益。近年來，通過對動物腸道微生態與形態結構的影響方面研究逐漸深入，微生物活菌發酵飼料對養殖動物的腸道微生態和血清生化指標產生很大影響，可以促進有益活性菌在宿主腸道的定殖，改善腸道形態結構，促進腸道發育，從而提高生產性能。對動物免疫機能的影響：發酵飼料的作用機理研究表明了，動物腸道微生物菌群與宿主腸道代謝、腸道免疫功能存在相互作用并對機體健康產生影響。對生態環境保護的影響：發酵飼料的應用可提高飼料利用率，降低鋅、銅等重金屬的添加，緩解畜禽養殖對環境的污染。

二、意見與措施

針對我國生物飼料亟待解決的問題，本人提出以下幾點意見：

第一，研究方面亟須系統評價菌種特性并提出統一的產品質量標準。發酵飼料主要以改善原料品質為目標，生產富含高活性益生菌及其代謝產物的生物飼料產品。因此，菌種來源規范性、確保菌種安全性和明確應用菌種的特性居首要地位。發酵過程中不僅需要深入研究菌和底物的配伍相宜，也需要深入研究不同菌劑、菌種、菌株之間的協同或拮抗。發酵的目的不僅是獲得有代表性的代謝產物（酸溶蛋白、乳酸、甘露寡糖等），還需要正確評估發酵過程中營養物質的損耗（揮發性有機酸和氨氮等小分子營養物質流失和總能下降等）。這些項目在產品標準制定中不可或缺。

第二，制備方面亟須重視工藝標準化和工藝質量的穩定。發酵飼料產品質量直接受菌種特性、工藝設計和設備性能的影響。當前我國發酵飼料的工藝設計已呈現相似情況，對應的設備性能已得到逐步提高，但工藝的安全性保證、標準化措施、設備配套性和工藝質量的檢測、監控亟須加強。

第三，應用方面亟須提高對動物營養和微生物營養的協同性認識。養殖生產中，日糧首先必須滿足不同養殖品種對飼料營養的需求。缺乏營養或營養不平衡情況下，發酵飼料替代配合飼料的量受限。微生態制劑的研究也證明：過多地添加微生態制劑日增重和飼料報酬反而下降。發酵飼料的應用中，對動物營養和微生物營養的協同性和安全性認識需要提高，營養數據庫的建立和適宜添加量還需完善。

第四，行業支撐方面亟須建立基礎營養數據庫。隨著發酵飼料產量和用量的加大，生產者和應用者均不能忽略動物的營養需要，發酵飼料的基礎營養數據庫建立尤為重要。發酵功能性物質和安全指標的標識需要形成標準，這樣有利于市場健康發展。發酵飼料有益于動物健康和養殖環境的科學評估系統。

第五，行業管理中亟須加強安全預警工作。菌種和發酵工藝的選擇與飼料發酵質量息息相關。生產過程中，常見菌株來源不明、不純和菌種退化等現象。耐藥基因轉移、有害代謝產物、黏膜損傷、超敏反應等來自菌種的威脅也增加。與此同時，控制雜菌污染、確保發酵均勻和降低損耗是固態發酵過程質量控制的主要關鍵點。在行業管理中，生物安全防控和生物飼料評價體系的安全預警平臺工作力度需要繼續加強。

第六，行業發展亟須建立相關團體標準。隨著發酵飼料生產企業、品種和產量的增加，統一的產品標準在行業的規范可持續發展中至關重要。除明確的營養常規指標外，酸溶蛋白、乳酸、益生菌活菌數等有益指標和揮發性鹽基氮、霉菌和霉菌毒素等有害指標均直接反應發酵效果，均需在制定產品標準時權衡參考。從菌種、工藝、原料、產品和應用等方面系統而全面的建立相關團體標準刻不容緩。因此我們專門成立了中國生物飼料產業創新戰略聯盟，并陸續發布了《生物飼料產品分類》《發酵飼料技術通則》《飼料原料、釀酒酵母培養物》《飼料原料 釀酒酵母發酵白酒糟》《飼料添加劑、植物乳桿菌》等五項團體標準。目前生物飼料團體標準的制定和發布在加速進行中，將在產業發展中起到重要的引領作用。

三、生物飼料產業未來發展趨勢

第一，特色功能菌株的篩選仍然是生物飼料研究的核心。針對餅粕類原料中存在的抗營養因子、玉米深加工副產物中的霉菌毒素和含硫物質，篩選高效降解菌；針對不同畜種的腸道特點及同一畜種不同發育時期的腸道特點等，篩選適應性好、定植能力強的菌株；根據其他特定功能性代謝產物，篩選高效表達菌株。

第二，菌株的組合效果。目前很多生物飼料的菌種應用組合比較粗糙，多停留在種的層面，甚至是屬的層面。隨著菌株篩選及功能研究的不斷深入，菌株的功能不斷明確，菌株之間的組合研究將開啟一個新的發展局面，并實現與腸道微生物組學、代謝組學等前沿研究的同步發展。

第三，發酵飼料業態變化帶來的影響。發酵飼料的逐步發展，將引入大量非常規原料及地源飼料的使用，必將發展出新的飼料配方體系，飼料配方將更加多樣化。也將推動上游原料供應商或食品加工企業，適當改善加工工藝流程，不斷提高副產物的質量。

第四，生物飼料的生物學效價評價指標。未來生物飼料的功能將更進一步明確，其對原料的預消化程度、對飼料利用率的提高程度、對畜體腸道健康的改善程度、對畜產品品質的改善效果、對畜禽糞污資源化利用中限制因子的去除程度，以及對畜禽舍內氨氣的去除程度等都將進一步量化，評價方法將進一步標準化。

第五，生物飼料質量安全實施動態預警監測。生物飼料的質量安全性，要依據飼料衛生標準；對生物飼料的微生物學屬性和微生物安全性進行監測，包括所用菌種是否合法合規，防止發酵工藝控制不嚴而導致致病菌污染；利用新一代測序技術，通過宏基因組測序等手段，對生物飼料的全部微生物組成進行監測。此外，生物飼料往往還具有動態變化的性質，所以生物飼料安全監測也應是一個動態監測的過程。（此文為生物飼料開發國家工程研究中心主任蔡輝益博士在2019中國生物飼料產業發展高峰論壇上的主題報告）