微生物發酵粗飼料在反芻動物生產中的應用研究進展

2020-06-11 09:23:06 點擊：

摘要：粗飼料是指天然水分含量小于45%，干物質中粗纖維含量大于或等于18%，并以風干物質為飼喂形式的飼料。利用微生物發酵處理粗飼料，可以改變其適口性差、消化率不高等缺點，降低粗飼料中的抗營養因子，改變其微觀結構，提高反芻動物消化率及免疫力。文章就粗飼料原料種類、處理方法、微生物發酵粗飼料作用機理、菌種種類、生產工藝貯存方式以及其在反芻動物生產當中的應用等進行綜述。

隨著畜牧業的不斷發展，農牧民對粗飼料的認知與利用越來越成熟。但是粗飼料適口性差、消化率較低，為改善粗飼料品質，提高適口性、消化率以及控制養殖業飼料成本，新型低成本粗飼料研發開始引起廣泛關注。微生物發酵粗飼料因其優異的適口性、低廉的價格、較高的飼用價值逐漸成為研究的熱門。

1粗飼料種類和利用近況

粗飼料是反芻動物營養的主要來源途徑，通常占飼糧構成的40%~80%，選擇優質的粗飼料可以直接影響動物的健康與生長性能。國內粗飼料種類繁多，如各類秸稈飼料、秕殼飼料、干草、樹葉和其他飼用林產品等,不同種類之間品質差異較大。在農業農村部制定的《全國節糧型畜牧業發展規劃（2011~2020年）》中計劃加大牧草、農副產品、輕工副產品等非糧飼料資源的利用，畜牧業在減少糧食消耗的同時可以提高畜產品產量與質量。2017年我國青飼料播種面積1874.14khm2，2018年我國青飼料播種面積1970.69khm2，青飼料播種面積逐步提高，而2019年2~11月全國飼料累計產量達到23756.8萬t。要減少其中的糧食消耗，就需要加大我國在粗飼料種類的推廣，以提高非糧飼料資源的利用。

2粗飼料常規處理方法

粗飼料除能量外，含有的蛋白質和礦物質等養分都極低，因為有較高纖維素含量，導致其消化能低于10.5MJ/kgDM，有機物消化率低于65%且適口性差，這對于粗飼料的推廣利用有很大影響。但通過對粗飼料進行有效預處理，可提高其營養價值、提升適口性、加大轉化力度，從而提高資源利用率。目前普遍采用物理加工處理法、化學加工處理法和生物加工處理法。

2.1 物理法

物理法主要包括剪切、粉碎、浸泡、碾青、蒸煮、微波處理等。其中剪切、粉碎、碾青等機械粉碎法主要是通過增大粗飼料表面積，減小粗飼料長度和粒徑，提升干物質采食量，加快進食速度，提高適口性。蒸煮、熱噴等熱處理法通過用高能量破壞粗飼料中的木質素和纖維素等成分的同時破壞纖維結構增大接觸面積。微波處理法通過改變纖維素的結晶度、破壞物料表面結構并增大比表面積,提高粗纖維的酶解率。彭霄鵬等利用微波液化法處理木質纖維素組，除了起到去除木質素和木聚糖的作用外，還破壞了纖維素的生物抗降解屏障，使得后續酶解糖化處理中酶解轉化效率提高。

2.2 化學法

化學處理法有堿處理法、氨處理法、高錳酸鉀處理法、酸處理法、氧化劑處理法、復合化學法等，主要是通過水解纖維素或者破壞組分之間的結合鍵，分解部分半纖維素，降低纖維素聚合度和結晶度，脫除木質素。

2.3 生物法

生物法主要分為青貯、黃貯、微貯和微生物處理。青貯是將青綠飼料切短后，壓實密封入青貯窖或青貯袋中，保持無氧環境，使得乳酸菌持續厭氧發酵形成酸性環境，從而抑制其他微生物的繁衍，達到長時間保存的作用，具有改善反芻動物生產效益，降低飼養成本的優點。黃貯原料選用水分較低的玉米秸稈，添加適量水和生物菌劑后壓實密封儲存，其同樣利用微生物厭氧發酵形成酸性環境，起到保存飼料營養價值的作用。微貯是指在玉米秸稈中加入微生物活性菌，在密閉容器中經過發酵，使木質素糖化，然后糖類在有機酸發酵下轉化為乳酸和揮發性脂肪酸，形成酸性環境抑制其他微生物生長。微生物發酵是利用有益微生物將農業與食品加工副產物進行發酵后制備成新型飼料原料，其適口性好、價格低廉、營養價值相對較高，能維持動物腸道微生物平衡，提高免疫水平，提高生產性能。本文僅就微生物發酵粗飼料作用機理、生產貯存、菌種選擇以及在反芻動物生產中的應用展開綜述。

3微生物發酵的作用

3.1 提高粗飼料適口性及營養價值

粗飼料經微生物發酵有助于提高風味感和色澤，改善適口性，經三菌（白腐菌、酵母菌、康氏木霉菌）發酵后的稻草呈黃色，而添加乳酸菌和纖維素酶的青貯苜蓿，德國農業協會青貯感官評分均為優，且兩組青貯苜蓿都散發出較重的香味。在營養價值方面，經微生物發酵的粗飼料，粗蛋白質含量提高，干物質消化速率加快，粗纖維含量降低。Zheng等使用芽孢桿菌發酵豆粕，發現芽孢桿菌能夠降解抗營養因子（ANFS）以及改變發酵豆粕蛋白的微觀結構，改善發酵豆粕的營養品質。

3.2 促進瘤胃發育和微生物定植

反芻動物維持生產性能及健康所需的能量和蛋白質主要依賴于瘤胃中的微生物的發酵和生長。而瘤胃環境與其中的微生物相互作用，適宜的瘤胃環境有利于微生物定植，有益的瘤胃微生物構成良好的瘤胃環境，促進瘤胃健康發育。改善日糧，優化精粗比是最易實現的調控手段。因為精飼料能促進瘤胃乳頭的分化與發育，粗飼料則會促進瘤胃發育與微生物定植。Khonkhaeng等通過給肉牛分別飼喂從平菇和草菇中提取培養的白腐菌發酵的稻草，發現飼喂4h后，瘤胃中的細菌分別增加0.60×1010、0.15×1010cell/mL，原生生物減少0.58×106、1.00×106cell/mL，且瘤胃中NH3-N含量分別增加1.76、1.91mg/dL。原因可能是白腐菌通過分解稻草纖維提高了外源細胞壁降解酶活性，從而使細菌附著增加、刺激瘤胃微生物種群豐富度以及加強與瘤胃微生物水解酶的協同作用。且瘤胃NH3-N是蛋白質消化的主要產物，可供瘤胃微生物利用，NH3-N含量增加利于微生物定植。這一結果也驗證了Khonkhaeng經白腐菌發酵過的粗飼料能增加瘤胃中NH3-N含量的觀點。有試驗發現，酵母培養物含有豐富的活性多糖、多肽、有機酸、多種酶類和促生長因子等營養活性物質有利于瘤胃中的細菌定植，且酵母菌能提高瘤胃細菌對酵母培養物利用率，提高細菌定植數量，進一步有利于瘤胃發育。因此，飼喂微生物發酵的粗飼料更利于瘤胃發育、微生物定植以及能量與蛋白質合成。

3.3 抑制有害微生物，提高動物免疫水平

微生物發酵粗飼料對有害生物的抑制作用主要表現在有益菌會與病原菌相互競爭抑制。益生菌是指當給予某種菌足夠數量時，可使宿主獲得健康益處的菌種。最常見的益生菌包括乳酸桿菌、雙歧桿菌、腸球菌、糞大腸桿菌、梭菌和丙酸桿菌。姜鑫等研究發現，經納豆芽孢桿菌和乳酸桿菌發酵的飼料可使犢牛血漿IgA和IgG較對照組分別顯著增加16.39%和12.16%（P<0.05）；T-SOD、CAT和T-AOC較對照組分別顯著提高12.50%、33.89%和23.08%（P<0.05）。免疫球蛋白（IgM、IgG、IgA）是體液免疫系統的重要組成部分，其含量代表了免疫水平，抗氧化能力增強有助于提高機體免疫力。崔瑩等通過在肉羊飼喂的TMR中加入10%混合菌（酵母菌、枯草芽孢桿菌以及乳酸菌植物桿菌）。發現其血清IgG、IgM、IL-6含量及GSH-Px活性顯著高于未添加混合菌的對照組（P<0.05）。

4微生物發酵粗飼料菌種

國務院規定，飼料添加劑選用須參照其下屬農業行政主管部門制定并公布的種類目錄。目前，飼料中允許添加35種微生物菌種。添加益生菌（唾液乳桿菌、枯草芽孢桿菌和釀酒酵母）可提高發酵飼料中乳酸含量，降低總揮發性脂肪酸含量，有利于保存更多的營養物質。豐富了一些具有抗菌活性的潛在有益微生物和小分子化合物，可能有助于抑制病原體的生長。不同菌種改善作用不同，一些菌種只改善粗飼料營養成分含量，對降低ANFs（抗營養因子）有正面影響，有一些菌種只對改善腸道內酶活性有正面影響，而另一些微生物可以同時改善這兩個方面。比如芽孢桿菌能夠降解抗營養因子;植物乳桿菌發酵的飼料能夠改善腸道內酶活性從而提高消化率；酵母菌可提高奶牛瘤胃內某些微生物活性，從而提高泌乳性能，并降低高淀粉日糧飼喂奶牛時因谷物改變而引起亞急性瘤胃酸中毒的風險。除了使用單一菌種，如今將兩到三種菌種混合使用逐漸成為發展的趨勢。王偉等發現混合菌株降解玉米秸稈效果顯著高于單菌株（P<0.05）。Li等也通過試驗證明，相比單獨使用植物乳桿菌，植物乳桿菌、干酪乳桿菌和布氏乳桿菌混合使用能顯著提高發酵稻草中的NH3-N占總氮的百分比、粗蛋白質、乙酸以及乳酸含量（P<0.05），使得發酵后的稻草營養水平更高，風味更佳，從而提高稻草的適口性和消化率。花生秸稈經復合菌種發酵后，粗蛋白質含量提高了53.39%，粗灰分含量降低20.10%、粗纖維含量降低57.97%，中性洗滌纖維含量降低14.66%，酸性洗滌纖維含量降低21.53%，纖維素酶活性提高98.51%，因此大大提高了飼料品質。

5微生物發酵粗飼料的生產貯存

5.1 微生物發酵粗飼料生產

微生物發酵粗飼料的生產主要分為液態發酵和固態發酵兩種。液態發酵是指將粗飼料與水按1：1.5至1 ：4 的比例混合后，經發酵液中微生物的代謝活動將飼料充分發酵形成穩定狀態。液態發酵飼料在養豬生產上應用廣泛，在反芻動物中的報道較少。固態發酵是指微生物在不溶于水但具有一定濕度的固體培養基中發酵時，不斷吸收固體培養基基質顆粒中的水分，在吸收過程中通過水的流動逐漸將固態發酵發展至黏稠發酵以及固體顆粒懸浮發酵。相比液態發酵，固態發酵更接近于自然發酵。采用酵母菌制備固態發酵飼料，其粗蛋白質、總酚、維生素B2和低分子量肽含量在發酵后顯著提高（P<0.05），酵母活菌數折算干重達到1.30×1010CFU/g。

5.2 微生物發酵粗飼料貯存方式

發酵粗飼料的貯存方式決定其使用期限，孫果麗試驗結果表明，經桶裝與袋裝兩種不同的貯存方式制成的玉米青貯飼料在pH值、粗蛋白質、粗灰分、可溶性碳水化合物含量上差異顯著（P<0.05），桶裝要好于袋裝。司華哲等認為采用青貯瓶貯存黃貯玉米秸稈的方式在營養物質保存和有氧穩定性結果上相較青貯袋更為優秀。

6微生物發酵粗飼料在反芻動物生產應用

6.1 微生物發酵粗飼料對反芻動物生長性能的影響

反芻動物生長性能主要指標為采食量、日增重、料重比、養分消化率。玉霞研究發現，飼喂玉米秸稈發酵飼料的肉羊相比對照組，平均日增重提高（P<0.05）了8.3%，并顯著提高（P<0.05）心臟器官重和熟肉率等。為解決粗飼料纖維素含量高的問題。王紅梅通過不同配伍酶制劑發酵玉米秸稈飼喂肉羊，發現3組試驗組相比對照組平均日增重分別提高1.8%、14.2%、23.5%，料重比分別降低9.2%、13.6%、20.6%，各營養物質表觀消化率均高于對照組。血液生化指標也可以較為直觀反應動物營養狀況、生理狀態以及生長狀況。陳帥通過研究發現，飼喂膨化秸稈生物發酵飼料的遼育白牛顯著提高了（P<0.05）血液中血糖含量和降低（P<0.05）總膽固醇含量,并能顯著提高（P<0.05）血液中免疫球蛋白IgG、 IgA含量，對白蛋白和總蛋白含量都有所提高（P>0.05），但差異并不顯著。邱玉朗等研究發現，秸稈與玉米漿混合微生物發酵飼料相比未發酵的秸稈與玉米漿混合飼料，肉羊平均日增重提高36%（P<0.01），料重比減少 28.68%（P<0.05），血液中總蛋白（TP）、白蛋白（ALB)、血尿素氮（BUN）、血尿素氮（ALP）含量都顯著提高（P<0.05）。這可能是發酵粗飼料中的益生菌可以提高巨噬細胞活性，從而達到增強免疫力的效果。綜上所述，微生物發酵粗飼料對于反芻動物生長發育以及健康有積極的影響。

6.2 微生物發酵粗飼料對反芻動物產品質量的影響

在反芻動物生產中，肉品質和奶產量是核心指標。王莉梅等研究表明，飼喂土豆渣發酵飼料能顯著（P<0.05）提高小尾寒羊熟肉率，由于發酵土豆渣提高了肉中的肌紅蛋白的含量，使得有提升肉色的趨勢，并且剪切力相比對照組有降低的趨勢，因此有提升嫩度的效果；在肌肉營養價值方面，飼喂不同配方發酵土豆渣的2個試驗組相比對照組粗蛋白質含量分別提高3.65%和 5.31%，粗脂肪含量分別提高7.69%和13.46%。仲偉光等研究發現，飼喂玉米秸稈膨化發酵飼料的育肥羊相比對照組，羊肉剪切力降低3.55%，這可能是發酵粗飼料中營養物質和微生物蛋白含量改變，引起了粗脂肪和粗蛋白質沉積發生改變，從而改善了羊肉嫩度。同樣的，粗脂肪和粗蛋白質沉積的改變也影響了羊肉質地，發酵粗飼料組的羊肉相比對照組彈性顯著降低（P<0.05），咀嚼性顯著提高（P<0.05）。試驗組羊肉中亞油酸，亞麻酸和二十二碳六烯酸分別比對照組顯著提高（P<0.05） 9.38%，14.95%和11.50%，這對于提高羊肉保健效果，預防心腦血管等疾病有重要價值。

7展望

微生物發酵粗飼料，具有改善粗飼料粗纖維結構，降低抗營養因子，提高反芻動物采食量、消化率，提高免疫力等優點，在反芻動物生產中前景廣闊。目前，發酵粗飼料中菌種具體作用機制研究尚未完全清楚，在單菌株選用，混合菌種配合機理、比例，粗飼料種類方面研究不夠完全。微生物發酵粗飼料對反芻動物生產性能有顯著提升，但在反芻動物產品品質方面，盡管有改善肉質的效果，但是并不顯著，對奶品質也沒有顯著提高。因此，開展與之相關的菌種研究、動物免疫、腸道菌群、養分代謝等研究工作，對于深入了解微生物發酵粗飼料作用機制，因地制宜開發不同菌種、不同粗飼料、不同動物種類發酵飼料將具有重要意義。

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