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微生物发酵饲料及其应用

日期
2014年11月12日 00:00
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摘要:本文综述了利用发酵工程发酵粕类、秸秆以及果渣生产微生物饲料,提高了饲料的利用率,改善饲料品质,消除了环境污染,有利于缓解了中国蛋白质饲料原料紧缺的问题,以及微生物发酵饲料在动物中的应用,并提出了发酵饲料存在的问题和发展前景。

 

关键词:发酵工程;粕类原料;果渣;微生物发酵饲料

 

  发酵工程又称为微生物工程,是指利用现代工程技术手段,利用微生物的某些特定功能,为人类生产有用的产品,或者直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术[1]。发酵工程的主体是微生物,特别是经过DNA重组改造的微生物。目前发酵工程在饲料和动物饲养中应用有了良好的效果。近年来,饲料原料价格不断上涨,畜禽养殖成本大幅度提高,严重影响了我国畜牧业和饲料工业的发展。因此,提高饲料利用率,改善饲料品质是当前饲料工业的研究重点之一[2]。本文主要概述发酵工程在饲料原料中的应用。

 

1.微生物发酵作用[3]

 

  消除抗营养因子,积累有益的代谢产物,提高饲料的利用率和动物的消化能力,主要有:对豆粕。棉粕、菜籽粕和花生粕等蛋白质饲料降解其抗营养因子,如豆粕的抗原蛋白、棉粕的棉酚和菜籽粕的硫甙,并进行蛋白质的体外消化,发酵可以改变粕类原料的理化性状,减少抗营养因子,产生促进动物生长的有益成分,提高饲料的消化率,增加适口性,延长储存时间,并且可以解毒脱毒,将有毒粕类转变为无毒、低毒的优质饲料,提高氮的利用率,降低粪便中的氮污染,减少畜牧环境污染,积累小肽和乳酸等有益代谢产物,抑制病原微生物的滋生,大幅度减少或完全替代抗生素的使用;对大麦、秸秆等饲料原料进行非淀粉多糖的体外消化,使其易于动物的消化吸收,提高饲料的代谢能力和适口性[4]。

 

2.发酵饲料原料

 

2.1 发酵粕类原料

 

  豆粕为大豆榨油的副产物,含有丰富蛋白质,氨基酸含量丰富,是动物饲料中常用的植物性蛋白质原料。马文强等[5]通过枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌、乳酸菌对豆粕进行发酵后,粗蛋白提高了13.48%,粗脂肪提高了18.18%、磷含量提高了55.56%,氨基酸提高了11.49%,胰蛋白酶抑制因子和其他抗营养因子得到了彻底消除。莫重文等[6]利用米曲霉和啤酒酵母混合菌株发酵豆粕,使粗蛋白含量增加了12.1%;杨旭[7]等利用酿酒酵母对豆粕进行固态发酵,使蛋白含量增加了9.55%;

 

  棉粕中氨基酸含量高且粗蛋白含量仅次于豆粕,是一种优质的植物性蛋白饲料。但其中的游离棉酚对动物体具有一定的毒害作用,限制了其在饲料中的使用。近年来,通过发酵处理棉粕,降低游离棉酚含量,提高蛋白利用率,改善棉粕品质,具有广阔的应用前景。诸葛斌等[8]利用混菌发酵棉粕使小肽含量提高至18.36%,体外消化率提高至88.59%,显著提高了棉粕蛋白。乔晓艳等[9]利用热带假丝酵母和干酪乳杆菌发酵棉粕后棉酚脱毒率达48.1%,小肽含量提高了10.97%,氨基酸提高了10.81%,植酸降低了1.54%;聂蓬勃[10]利用蜡状芽孢杆菌发酵棉粕使蛋白提高 了3.79%,游离棉酚脱毒率53.4%;金红春[11]以复合芽孢杆菌发酵棉粕使游离棉酚去除率达96.52%。

 

  菜籽粕中含有硫甙、芥酸、单宁、植酸和芥子碱等抗营养因子,严重限制了其在饲料中的应用,所以通过发酵对菜籽粕进行脱毒已经得到了比较广泛的营养。王刚[12]通过混合固态发酵菜籽粕使其硫甙降解率为53.4%,粗蛋白提高了5.58%,菜籽肽提高了8.1%,蛋白质体外消化率提高了1.94;陆豫等[13]通过固体混菌发酵使硫甙脱除率达到97%;孙林等[14]通过乳酸菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、酪酸梭状芽孢杆菌进行固态发酵使菜籽粕硫甙去除率达85.19%,粗蛋白含量提高4.37%。

 

  我国是农业大国,农作物秸秆资源很丰富,秸秆中大约有65%-80%的干物质能够为动物提供能量,而目前用于饲料的不足10%,绝大部分秸秆直接还田或者当作燃料使用,造成了很大资源浪费,更加污染了环境[15]。所以利用发酵法处理秸秆成饲料具有很强的现实意义。黄茜等[16]利用混合菌发酵秸秆,其木质素降解率达到44.77%,纤维素降解率达到41.48%。李日强等[17]通过固态发酵将玉米秸秆的真蛋白含量提高了129.6%,粗蛋白提高了29.59%。王仪明[18]混菌发酵后秸秆纤维素降解为38.5%,降解率为28.2%;半纤维素降解为13.7%,降解率为27.5%;蛋白含量提高到15.43%,比发酵前提高12.32%。

 

2.2.果渣

 

  作为农业大国,每年产生大量的农副产品的废弃物,比如秸秆,果渣等。如何合理并科学的利用这些废弃物转化为饲料原料。利用发酵法处理这些废弃物生产蛋白饲料,不仅提高资源的利用率,而且消除环境污染,改善环境。广西金麦克生物科技有限公司用甘蔗、木薯渣为原料生产单细胞蛋白饲料原料。可以开发多种蛋白质饲料原料,缓解饲料工业对粮食的依赖,促进养殖业的发展[19]。蔗渣是糖厂的主要副产品,仅含1.5%-3.0%的粗蛋白,营养价值低,适口性差。为了缓解我国饲料粮供需矛盾,进行了蔗渣饲料生料发酵工艺的研究。胡咏梅等[20]实验结果表明,采用黑曲霉、绿色木霉和产朊假丝酵母三种菌种,蔗渣、糖蜜按8:2配料,料水比1:3,添加6%(NH4)2SO4,自然pH值,发酵温度30℃,混菌发酵36h,发酵后的饲料粗蛋白含量提高到11.48%,香味、适口性较蔗渣大为改观,可用做牛、羊等的饲料。徐雅飞[21]根据微生物学及发酵工程理论,采用微生物固态发酵技术,研究利用甘蔗渣、甘蔗糖蜜生产发酵饲料,获得具有较高饲用价值的甘蔗渣、甘蔗糖蜜发酵饲料,生产过程中不产生“三废”,为甘蔗渣、甘蔗糖蜜的综合利用开辟了一条新的途径,对甘蔗糖业、畜牧业、饲料行业以及环境可持续发展意义重大。张长霞[22]混菌固态发酵苹果渣后真蛋白含量为13.0%,比发酵前提高了40%,比原始果渣提高了500%。果胶酶、蛋白酶和纤维素酶活力分别为126.2U,2.9U,55.2U,并对果胶酶的酶学性质进行了初步的研究。油茶籽湿渣是油茶籽提油后的副产物,如果不能充分利用将其丢弃,即浪费资源,也污染环境。王小蓉[23]研究了以油茶籽湿渣为原料经微生物固态发酵生产菌体蛋白饲料的可行性,并对发酵工艺及发酵产物进行了研究和分析。发酵后的产物经烘干后粗蛋白质含量可由接种发酵前的22.54%增加到39.34%,提高率为74.53%,粗纤维由46.18%降到42.12%降解率为8.79%,所检测出17种氨基酸含量均有不同程度的提高,增加最多的为酪氨酸,其次是谷氨酸、亮氨酸、丙氨酸和赖氨酸。

 

3.微生物发酵饲料特征以及在养殖上的作用

 

  微生物发酵饲料具有天然的发酵香味,较好的适口性,具有良好的诱食效果;含有大量的有益菌;有害菌(大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌为典型代表)数量极低,不超过10cfu/g;发酵成品的pH值较低,在4.5左右,含有大量的有机酸(以乳酸和乙酸为主)。

 

  微生物发酵饲料可以抑制有害菌的繁殖,使肠内菌丛保持正常。1.抑制和阻止肠内有害菌的发生,使有益菌增加,恢复维持健康的肠内菌丛。主要是抑制病原大肠菌、梭状芽孢杆菌、沙门氏菌、β溶血性类细菌等的繁殖。2.产生消化酶,合成维生素可以产生淀粉酶和蛋白酶等消化酶以及维生素B群,另外维生素A的合成也已被证实。3.增强免疫作用,通过刺激肠道内免疫细胞,增加局部抗体的形成,从而增力。巨噬细胞活性。微生物饲料添加剂中有增强免疫作用的维生素A。4.产生过氧化氢,过氧化氢对几种潜在的病原微生物均有损害作用,它是由一些特殊的物质在一些基质上形成的。

 

4.微生物发酵饲料的应用

 

  彭忠利[24],微生物发酵饲料饲喂山羊,与对照组相比,试验Ⅰ组和Ⅱ组平均日增重极显著提高(P<0.01);粗蛋白、粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的表观消化率显著提高(P<0.05);发病率极显著降低(P<0.01),但总蛋白、白蛋白、丙氨酸氨基转移酶和天门冬氨酸氨基转移酶含量各组间差异不显著(P>0.05);每只山羊每天分别比对照组多增收0.33元和0.15元。林标声[25]试验证明,为断奶仔猪饲喂微生物发酵饲料组比常规饲料组平均日增重提高了5.56%,而料重比降低了3.53%。此外,试验组粪便中有益菌群增多,pH值下降,与对照组结果差异显著(P<0.05)。金桩[26]利用乳酸菌发酵饲料饲喂规模化猪场,结果表明饲喂乳酸菌发酵饲料的猪的采食量、平均日增重增长显著,料肉比和发病率下降。翟恒孝[27]发现,饲喂发酵饲料比常规饲料的生长育肥猪平均日增重提高了5.02%,但日增重、采食量和料肉比无显著差异(P<0.05)。经济效益分析表明,发酵饲料组比普通配合饲料组平均每头猪增加收入17.09元。邱涓[28]试验结果表明,为仔猪饲喂发酵饲料比对照组平均日增重10.19%,差异显著(P<0.05);采食量和料肉比没有出现明显差异(P>0.05),但表现出一定优势。说明日粮中添加生物发酵饲料对仔猪的生长性能有一定的促进作用。黄世金[29]与对照相比,投喂添加10%、15%、20%微生物发酵饲料的商品罗非鱼日增重分别提高1.75%、22.14%和21.36%;成活率明显提高,分别为(96.10±0.60)%、(98.07±0.81)%和(97.67±0.63)%;饲料系数明显下降,分别降低了5.51%、15.14%和15.60%;其饲养经济效益均有提高,且以添加15%复合微生物发酵饲料所产生的单位利润最高。李惠等[30]以发酵豆粕25%、50%、75%和100%的比例分别等量替代基础日粮中的鱼粉,研究了发酵豆粕对斑点叉尾(Ictalurus punctatus)生长和饲料表观消化率的影响;斑点叉尾日粮中发酵豆粕可以100%替代鱼粉,其中以25%的比例替代效果更佳。吴妍妍[31]通过研究嗜酸乳杆菌发酵棉粕对AA肉仔鸡生长性能、血液理化指标和免疫指标的影响,试验得出日粮中添加6%的嗜酸乳杆菌发酵棉粕能够提高肉鸡的生长性能、血液理化指标及免疫性能。徐兴军[32]利用马铃薯发酵饲料饲喂肉兔发现,该饲料可以促进肉兔增重,降低饲料消耗,提高肉兔日粮中蛋白质的利用率和兔肉的脂肪含量。杨葆春[33]发现,饲喂发酵饲料的幼兔日增长明显高于对照组(P <0 .0 5 )。

 

5.存在的问题以及研究热点

 

  目前,生产发酵饲料存在的主要问题有:1.不同的菌种的发酵特性和发酵工艺不一样,其得到的发酵饲料的营养特性的研究不充分, 2.不同菌种发酵饲料饲喂不同种类动物的机理研究不明确。3.未建立发酵饲料安全性评价体系。因此,生产发酵饲料需要建立完善的科学评价体系,从营养成分、卫生等综合评价发酵饲料,并且针对不同的动物的生长需要饲喂不同菌种和发酵工艺的发酵饲料需要更加深入的研究,为动物寻求更加可靠、安全的饲料,也提升了饲料的原料利用率。

 

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(图为本文作者成都大帝汉克生物科技有限公司生物技术部孔凌与DDC副总经理包清彬在DDC生物实验室进行试验方案讨论,文章分享或转载请标明出处)