微生物發酵飼料及其在動物生產中的應用

陶麗娟，李建濤，楊桂芹

（沈陽農業大學畜牧獸醫學院，遼寧沈陽 110866）

近年來，隨著養殖規模發展和養殖水平的改善，飼料工業也實現了較快發展和技術進步。但抗生素使動物體產生耐藥性，給食品衛生與安全帶來隱患。微生物發酵作為飼料端和養殖端減抗禁抗的替代技術，正引起行業越來越多的關注，這為飼料業和養殖業中微生物發酵飼料的研發和應用提供了龐大的空間。微生物發酵飼料是指以飼料和飼料添加劑為對象，以基因工程、蛋白質工程、發酵工程和生物提取等高新技術為手段，利用微生物發酵工程開發的新型飼料和飼料添加劑的總稱。其優點在于通過微生物的發酵作用，降低了抗營養因子含量（王永偉等，2019），使飼料原料的理化性狀得到改善，從而提高動物的消化利用率和適口性。胡宏偉等（2018）指出，飼料經乳酸菌發酵后會產生大量乳酸，其適口性及飼料消化率明顯提高。同時飼料發酵過后會產生豐富的代謝產物，提高有益菌的含量，抑制或殺死致病菌。Van等（2001）試驗表明，飼喂發酵飼料的豬胃和回腸中的乳酸菌含量均顯著高于飼喂干飼料的豬。本文綜述了微生物發酵飼料的菌種及特征、生產工藝、代謝產物檢測及其在動物生產中的應用現狀及存在的問題，并對其應用前景進行了展望，以期為微生物發酵飼料的推廣應用提供參考。

1 發酵菌種

微生物發酵飼料的核心是發酵菌種的篩選。當前用于發酵飼料最常見的菌種主要是乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌等。其選擇原則是不能破壞體內菌群平衡，不能產生任何有害的生物活性物質和毒素等，以保證畜產品安全（陶蕾等，2015）。

1.1 乳酸菌 乳酸菌是指可以利用可發酵碳水化合物產生大量乳酸的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細菌的通稱，是一種安全、優質、高效的益生菌，耐酸能力比較強（Wu等，2014）。目前有11種乳酸菌可作為添加劑直接飼喂動物，分為九個屬。乳酸菌進入腸道后會產生多種益生成分和抑菌物質，能夠殺死或抑制病原微生物，從而提高機體免疫力和抵抗力 （計偉等，2018；Wang 等，2014），使畜禽生產性能得以提升。Awais等（2019）研究指出，飼喂以乳酸菌為主的益生菌能提高淋巴細胞增殖反應，與對照組相比，使用益生菌治療的試驗雞有更高的抗體滴度，益生菌治療組的雞飼料轉化率也得到顯著改善。乳酸菌發酵飼料是指將飼料調配水分、養分及接種乳酸菌后，通過發酵的作用，形成營養豐富、適口性優良、含有大量益生菌及有益代謝產物的功能性飼料。乳酸菌發酵飼料可以提高經濟效益（朱鳳華等，2015）、提高生長性能（徐秀景等，2018）、改善動物體的健康狀態（張錚等，2018）、提高飼料品質（韓雅慧等，2016）。 因此乳酸菌發酵已成為國內外的研究熱點，并且在畜禽養殖業中得到了廣泛的應用。

1.2 酵母菌 酵母屬于兼性菌，在自然界中分布廣泛，飼料酵母含有較高的粗蛋白質、氨基酸及多種維生素，同時含有動物所需的多種消化酶（淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等），對營養物質的消化利用有重要作用（Pacheco等，1998）。酵母菌是畜禽動物的優勢菌群，可以刺激其腸道中有益菌含量的增加（Ding等，2014），還可以直接和腸道中的病原體結合，中和胃腸中的毒素（馬傳興等，2014）。同時酵母菌具有濃烈的酵母香味，對促進畜禽采食有一定作用。張政（2017）研究表明，活性酵母可使發酵液中的菌體蛋白和揮發性脂肪酸的含量得到顯著提高，從而提高營養物質消化率。李璐琳等（2018）研究發現，矮腳黃肉雞在14日齡起飲用以酵母菌為主要成分的發酵菌液能顯著降低14～78日齡的料重比，提高養殖效率。雖然酵母菌是一種很好的單細胞蛋白飼料添加劑，但在實際應用時因其氨基酸含量平衡不理想，且酵母菌適口性不佳，因此，應按照實際情況來確定添加量。

1.3 芽孢桿菌 芽孢桿菌是一類安全無毒的益生菌，可以改善腸道微生態環境、提高機體免疫力、促進動物消化吸收和營養代謝（Zhao，2011）。芽孢桿菌具有耐高溫、耐酸堿、耐高壓等特點（張愛武等，2011），能夠降低顆粒飼料加工的影響。在儲藏過程中以孢子形式存在，不消耗飼料的營養成分，保持飼料的質量。王曉丹等（2019）將枯草芽孢桿菌添加到日糧中發現，其可以降低仔豬腹瀉率，促進仔豬生長。胡振華等（2018）將枯草芽孢桿菌添加到櫻桃谷肉鴨飼糧中發現，其可以改善腸道形態，增加腸道內有益菌的數量以及刺激免疫器官的發育，促進肉鴨生長。同時芽孢桿菌與酵母菌能夠迅速消耗發酵底物中的氧氣，為乳酸菌的生長繁殖提供厭氧環境，促進乳酸菌的繁殖生長（楊軍等，2017）。

2 生產工藝

微生物發酵飼料生產主要包括兩個階段，即微生物菌種和微生物發酵飼料的生產，選擇合適的菌種再加上適當的發酵條件和生產工藝才能得到高品質的發酵飼料（韓淑敏等，2018）。目前有關微生物發酵工藝參數的研究報道雖然較多，但是對于菌種資源和發酵工藝依然有嚴格的衡量標準，影響發酵飼料品質的主要因素有菌種的配比、含水量、發酵時間、溫度等。其中含水量是關鍵因素，含水量過低會降低物料的膨脹程度、提高水的表面張力、殘留過多空氣，從而延長前期好氧階段，乳酸菌發酵階段延后，無法控制發酵結束時間。含水量過高會限制氧氣擴散，無法積累足夠的酵母菌等好氧菌的代謝產物，并且增加物料黏性，使流散性變差，在后期飼喂時難以混勻。楊建平等（2017）通過試驗確定了簡易發酵飼料在發酵溫度為30℃，含水量40%，發酵7 d后以3%代替全價飼料飼喂育肥豬，豬的采食量和日增重均顯著升高，料肉比顯著降低。吝長華等（2018）研究發現，解淀粉芽孢桿菌單菌固態發酵豆粕的最佳工藝條件為接種量10%、溫度40℃、料水比1.0：1.2、發酵時間72 h。微生物發酵飼料的生產工藝是該領域的研究熱點之一，在原料處理、生產設備優化升級、產品儲存及檢測等方面仍需要更多的應用研究。

3 發酵產物及檢測

發酵飼料中常見的代謝產物包括有機酸、維生素、酶、氨基酸、脂肪酸和抑菌物質等。了解各種菌的代謝產物可以幫助我們更好地了解發酵飼料的功能。

3.1 乳酸菌 乳酸菌發酵飼料會產生大量有機酸（乳酸、乙酸、丙酸等）、細菌素、胞外多糖等代謝產物，并且會產生大量乳酸菌。

目前研究中細菌數的測定方法大多為平板菌落計數法（Goidstein 等，2014）。 Lamba 等（2019）、任燕（2018）及塔娜等（2017）均采用此法測定細菌數量，但在培養結束后，菌落的計數并不容易。林鐵豪等（2018）、譚薇等（2015）、李可等（2015）則采用熒光定量PCR法對細菌數進行定量分析。目前欠缺可供飼料生產領域使用的快速高效的菌群檢測技術。采用高效液相色譜法（HPLC）及離子色譜法測定有機酸，酸堿滴定法測定總酸含量，其中HPLC（Coelho 等，2018；Zaky 等，2017）應用比較廣泛。羅建等（2012）在對乳酸含量的測定研究中發現，乳酸脫氫酶的準確性最好，迅速但成本高；EDTA滴鈣法適合于迅速簡便、精度要求不高的檢測；羥基聯苯比色法可作為企業或科研單位精度要求不高的檢測。

細菌素是一類在細菌代謝過程中通過核糖體合成機制產生的具有抑菌活性的小分子物質，其相對分子質量小且熱穩定性好，具有殺菌作用（Woraprayote 等，2016；朱雙等，2014）。 評價抑菌活性物質的方法主要有瓊脂平板擴散法 （Jacobson等，2019）和96孔板微量測定法 （侯媛媛，2015），瓊脂擴散法包括點種法、紙片法和牛津杯法，其中牛津杯法最簡單及常用。但是，當抑菌圈超過25 mm以上，這個方法便不夠準確，需要再次稀釋。96孔板微量測定法則靈敏度高、耗材少，適合批量試驗。胞外多糖是一類糖類化合物，其結構復雜、且有多種益生功能（杜瑞平等，2018）。可通過苯酚-硫酸法（高倩等，2019）測定其含量。乳酸菌在發酵過程中還能夠產生其他更多有益的代謝產物，對于其作用還有待進一步研究。

3.2 酵母菌 酵母菌發酵可以產生多種化合物，包括各種高級醇、酚類化合物、羰基化合物、脂肪衍生物和硫化合物，這些化合物具有揮發性（Dzialo等，2017）。在無氧條件下進行厭氧發酵，會產生乙醇、揮發性脂肪酸等物質 （Rezaei等，2016）。董琪等（2018）采用氣相色譜與質譜聯用技術對發酵產物進行分析。趙軍（2011）采用平板計數法測定酵母數量，采用氣相色譜法對酒精以及乙酸乙酯進行測定，葡萄糖的測定則采用了3，5-二硝基水楊酸酸法，揮發酸度采用EEC標準方法。

3.3 芽孢桿菌 芽孢桿菌發酵飼料會產生淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶以及維生素等有益代謝產物，可促進生長、提高飼料轉化率。徐海燕等（2006）在對芽孢桿菌代謝產物進行研究時采用細菌α-淀粉酶活力測定的方法測定淀粉酶活性，采用福林-酚法測定蛋白酶活性，脂肪酶活力用標準堿液滴定的脂肪酸的滴定值表示，利用氣相色譜儀檢測揮發性脂肪酸；樣品經離心后取上清液，并提供了淀粉酶活力測定方法（曾亞桐，2018）。

乳酸菌、酵母菌和芽孢桿菌均能產生多種維生素，但不同菌種產生的維生素種類不同，量也有差異，因此對于維生素的檢測比較困難，在檢測時會遇到某些維生素檢測不到、而有些維生素含量很高的情況。目前可以采用將發酵前后的維生素含量做對照，以此分析微生物發酵對飼料中維生素含量的影響。對于氨基酸含量變化也可采用此法。

4 微生物發酵飼料在動物生產中的應用

4.1 家禽 在雞的飼養過程中加入一定量的微生物發酵飼料，可以改善雞蛋的品質，提高產蛋和產肉的效率；提高雞的生產性能，促進生長，改善腸道菌群，提高免疫力等。趙玉娥（2018）研究發現，微生物發酵飼料可以明顯改善蛋雞的腸道微生態平衡，降低氮、磷排泄率，在每日100 kg常規基礎日糧中加10 kg的效果較好。趙春全（2014）將不同比例的發酵飼料添加到蛋雞的日糧中發現，雞蛋的蛋品質得到不同程度的改善，其中5%的添加量可以獲得較好的生產性能。閆理東等（2012）將發酵棉籽粕按不同比例添加到黃羽肉雞飼料中發現，在肉雞飼糧中添加3%、6%的發酵棉籽粕，與不發酵相比能顯著提高黃羽肉雞的平均日增重、采食量和飼料轉化率，其中以6%發酵棉籽粕為宜。Kim等（2016）研究表明，發酵豆粕可以改善肉雞的腸道菌群環境，提高其免疫功能，從而達到促進肉雞生長的作用。

4.2 豬 研究表明，微生物發酵飼料可以改善豬的生長性能、繁殖性能以及腸道功能。周學海（2018）將微生物發酵飼料添加到配合飼料中發現，育肥豬日采食量和日增重提高，其中以30%添加量為最佳。張錚等（2019）研究發現，飼喂復合菌發酵飼料可在一定程度上影響育肥豬結腸中細菌菌群的組成，促進丁酸生成，對腸道健康具有改善作用。林標聲等（2016）將4%的微生物發酵飼料添加到生豬常規飼糧中，飼養106 d后屠宰發現，育肥豬的屠宰性能及肉品質、脂肪酸和氨基酸含量均明顯優于對照組，明顯改善了豬肉的風味。石青松等（2018）將添加了20%乳酸菌發酵飼料的配合飼料飼喂斷奶仔豬，結果表明，仔豬的平均日采食量顯著提高，仔豬胃、回腸及結腸食糜的pH顯著降低，結腸中乙酸含量和糞便中的乳酸菌數量顯著提高，大腸桿菌數量顯著降低，斷奶仔豬腸道微生物得到明顯改善。丁鵬等（2018）研究發現飼料桑粉經發酵后飼喂寧鄉花豬可降低平均背膘厚，改善肉品質，降低血清總膽固醇含量；添加9%飼料桑粉的發酵料可降低料重比，改善寧鄉花豬的生長性能。周映華等（2015）研究表明，食用無抗發酵飼料的育肥豬，其生長性能和腸道微生物菌群平衡得到明顯改善，消化能力得以增強。

4.3 反芻動物 微生物發酵飼料不但在禽類和豬的生產上有較多的應用，在反芻動物飼養中也得到了普遍認可。嚴昌國等（2005）報道，飼喂發酵飼料的延邊黃牛日增重為0.98 kg，對照組為0.77 kg，差異極顯著。盧慧（2017）在研究微生物發酵飼料對奶牛生產性能的影響時發現，微生物發酵飼料的添加可以顯著提升泌乳奶牛的產奶量和乳品質，同時可增強飼糧養分表觀消化率，進而提高養殖場的經濟效益。這與梅寧安等（2015）和吳小燕等（2014）的研究結果一致。高旭紅等（2018）給山羊飼喂含30%發酵杏鮑菇菌糠的飼料后，山羊的平均日增重和體增重均高于飼喂未發酵杏鮑菇菌糠，料重比低于飼喂未發酵杏鮑菇菌糠。

5 微生物發酵飼料存在的問題及展望

5.1 問題 微生物發酵飼料將對我國畜牧業健康發展具有較大的促進作用，但尚需開展基礎性、應用性研究和實踐驗證。由于篩選各種菌種的方向和方法不同，生產水平、飼料加工以及動物品種、儲存、飼喂條件等差異，微生物發酵飼料未能獲得穩定、一致的飼喂效果。下一步需要在發酵微生物菌種、菌株的篩選，單一原料和混合飼料的發酵特征及發酵底物的營養完善，發酵飼料與常規飼料的搭配使用技術，發酵飼料營養價值庫的建立，發酵對飼料中礦物元素、維生素、氨基酸添加劑的效價影響，以及發酵工藝簡化和標準化等方面開展調查研究。微生物發酵會產生眾多代謝物質，但迄今對其中有效成分缺乏全面系統研究，導致其品質難以鑒定，需要盡快制訂和完善行業標準和檢測方法。同時，發酵飼料的加工、包裝以及儲存成本給其推廣應用帶來較大障礙，選擇經濟有效的防凍、防結塊、防霉變的儲存方法和技術，對于發酵飼料的推廣應用有著重要經濟意義。此外，還需要在微生物發酵飼料的生物安全性、畜產品安全優質上開展更多研究。

5.2 展望 微生物發酵飼料可以減少飼糧中的抗生素含量，提高飼料適口性，減少飼料中鐵、錳、鋅、鈣的添加量，提高利用率。微生物發酵后產生的多種代謝產物 （有機酸、細菌素、核酸類物質等），能有效抑制腸道有害菌的生長發育，提高動物機體免疫力。同時通過各種動物飼養試驗以及消化代謝試驗，評價發酵技術的性價比，優化烘干工藝及技術，解決發酵產品的包裝運輸成本是重中之重。隨著社會對養殖業環保問題的持續關注，人們對畜產品品質的愈加重視以及微生物發酵技術不斷進步，微生物發酵飼料在畜禽生產中必將獲得更加廣泛的應用。