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1.1 發酵常規蛋白飼料

發酵豆粕、菜籽粕、棉籽粕等植物蛋白原料, 一般以提高其蛋白質的利用率, 降低抗營養因子的毒害作用為目的。目前發酵豆粕技術比較成熟, 2013年3月開始實施NY-T2218-2012飼料原料-發酵豆粕的行業推薦標準, 規定以麩皮、玉米皮等為輔助原料對發酵豆粕進行固態發酵, 發酵用菌種需用《飼料添加劑品種目錄》批準使用的, 且不得摻入皮革粉、羽毛粉、肉骨粉和無機氮源等物質。對于發酵菜籽粕、發酵棉籽粕只有一些地方性標準, 且研究多用于蛋雞、肉雞養殖。

章亭洲等 (2016) 報道, 選用酵母菌發酵豆粕與芽孢桿菌、乳酸菌相比, 在可消化性、口感、免疫力、對斷奶仔豬增重等產品性能上更具優勢, 但對抗營養因子的降解能力不如芽孢桿菌、乳酸菌。抗影響因子對仔豬影響最大, 因此建議對體重小于30 kg的仔豬, 可選用枯草芽孢桿菌和乳酸菌發酵豆粕。Jia等 (2013) 研究表明, 用枯草芽孢桿菌發酵豆粕最佳工藝參數是豆粕和水的比例為1∶1, 接種量10%, 溫度30℃, 發酵48 h, 蛋白水解度達到13.14%。Yang等 (2013) 用米曲霉、蘇氏芽孢桿菌、德布魯奇乳桿菌的混合菌發酵豆粕, 先用Box-Behnken響應面設計法以蛋白質含量為響應值優化發酵豆粕工藝參數, 預測含水量56%, 接種率9.5%, 發酵時間43.5 h為最佳工藝參數, 得到預測蛋白質含量理論值為57.08%, 經實測后蛋白質最高含量為56.96%, 與預測值很相近。何榮海等 (2014) 用同樣的方法優化了枯草芽孢桿菌發酵菜籽粕的工藝參數, 原料粗蛋白質經發酵后為45.04%, 比原來提高了9.40%, 硫苷含量為17.62μmol/g, 降解率為62.14%, 多肽獲得率為15.95%。最佳工藝參數為, 液料比1.3∶1 mL/g, 接種量15%, 溫度31℃, 發酵70 h。由此可知, 發酵豆粕、菜籽粕的參數條件差異是可以進行數據預測的, 根據發酵目的及發酵菌種的不同, 可在各種發酵條件限定范圍內, 確定最佳工藝參數并對其進行優化。

1.2 發酵非常規飼料

發酵秸稈、馬鈴薯渣、木薯渣等富含纖維素的固體殘渣, 可使粗蛋白質含量提高、纖維素含量降低, 優化原料營養成分。一般用微生態制劑和約30%的麥麩、玉米粉、米糠、硫酸銨等原料作為輔料, 加約70%的秸稈或糟渣, 加水混合, 放入發酵池, 控制原料水分、發酵溫度及發酵時間, 一般以一定的比例添加到配合料中, 在豬料中可添加日糧的5%~15% (陳憲彬, 2017) 。

我國一年產生秸稈加工副產物有5.8億噸, 但利用率不到40%, 大多生產面積較大的地區都就地焚燒銷毀, 不僅浪費資源還造成空氣污染。我國一年產生木薯渣約400萬噸左右, 馬鈴薯渣3000萬噸, 豆渣2000萬噸, 蘋果渣600萬噸, 藥渣廢棄物約3500萬噸。這類糟渣經過加工處理剩下的糟渣一般含水量較高, 易腐敗變質, 不易儲存。但如果能經過發酵得到有效利用, 將成為最具潛力的經濟原料。陸敏等 (2017) 分離和篩選高產蛋白酵母菌株的研究表明, 溫度32℃, 初始pH5.5, 接種量12%, 裝液量100 mL時, 各分離酵母菌生物產量最高, 并確定假絲酵母菌株最適宜用做秸稈發酵飼料的菌種。劉輝等 (2016) 用纖維素酶和酵母菌以8∶15比例混合發酵玉米秸稈的研究表明, 溫度35℃, 料液比1∶20, 發酵48 h, 發酵產品粗蛋白質為29.71%, 較發酵前提高4.67倍。由此可知, 經發酵的玉米秸稈能提供較高含量的粗蛋白質, 經烘干處理可做蛋白飼料的替代品, 纖維素含量顯著降低, 但是一般達不到低于18%的水平, 因此可以考慮用于對纖維素含量要求不高的動物日糧中, 可節約一定的經濟成本。

發酵糟渣常用的微生態制劑是黑曲霉、釀酒酵母和乳酸菌。發酵木薯渣、豆渣和蘋果渣、馬鈴薯渣、中藥渣 (羅文等, 2017;孫曉燕等, 2017;魏立等, 2016;宋雅蕓等, 2016) 的研究表明, 糟渣原料經過發酵可以提高自身的粗蛋白質和各種有機酸等有益成分的含量, 降低粗纖維和灰分含量, 改善適口性。馬鈴薯渣真蛋白僅有4.67%, 經黑曲霉和啤酒酵母以1∶1的比例、接種量10%, 水添加量為發酵原料的1.5倍, 28℃發酵5 d后能達到17.87%。但對于粗蛋白質僅含6.25%和2.4%蘋果渣和中藥渣的原料而言, 即使經發酵后自身粗蛋白水平有所提高也非常有限, 但因蘋果渣富含多種維生素、礦物質、可溶性糖等營養物質, 可以作為發酵過程中的碳源底物, 與粗蛋白質含量較高的豆渣和木薯渣的氮源物質按比例進行混合發酵, 能有效的彌補各營養物質的均衡性, 使菌體迅速增長繁殖, 最終獲得較高菌體蛋白、小肽等各種易吸收的營養物質。羅文等 (2017) 用豆渣和蘋果渣以2∶1的比例, 經3∶2∶4比例釀酒酵母、黑曲霉、里氏木霉, 按接種量1%, 含水量70%, 發酵2 d后, 蛋白質含量由15.87%提高到19.83%。最終獲得的發酵產品的蛋白質含量與特定發酵條件下, 所選菌體種類、濃度、接種量、發酵溫度、發酵時間有關。孫曉燕等 (2017) 研究得出, 植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和安琪啤酒酵母混合菌劑發酵中藥渣并外源添加15%~20%蔗糖作為碳源的最佳工藝為, 接種0.5%~5%發酵前水分87%, 25~37℃密閉發酵2 d, 藥渣中蛋白質含量由21.3%增長到22.7%。丹參、黃芪、三七、甘草等藥渣中含有生物堿、多酚、黃銅等活性物質, 用于畜禽養殖能調節機體的代謝, 提高免疫力, 健脾胃, 能對疾病起到預防作用, 可作為抗生素的替代物。因此, 利用產地優勢, 可考慮將發酵糟渣用于動物養殖。

1.3 發酵營養均衡的全價飼料

通過生物發酵工程菌種發酵、提取、純化獲得的酶制劑、酸化劑、益生菌等作為添加劑, 成本高且效果不穩定;但若直接選用較優質的菌種加配合飼料自行發酵, 不僅免去中間環節降低了成本, 獲得的產品各種營養素全面、天然, 且處于較平衡的狀態。但全價配合料在發酵過程中可能會使部分維生素有損失, 故發酵產品也要注意補充維生素, 還有些飼料產品是將發酵飼料按比例添加到日糧中進行飼喂。

王赫等 (2017) 用乳酸菌發酵玉米、菜籽粕、棉籽粕的研究表明, 500 g日糧在含乳酸菌105 kg、水分40%、32℃的密封條件下, 飼料發酵后常規營養成分均顯著高于未進行發酵的飼料, 且活菌、代謝能、粗蛋白質、氨基酸均隨著時間的變化呈二次曲線關系, 持續發酵5 d時含量最高, 并根據研究中各營養素含量后期的變化給出建議, 使用乳酸菌發酵飼料, 最佳使用時間為5~10 d, 在發酵5~25 d使用完畢。乳酸隨著時間的延長呈增長趨勢, pH降低有益于腸道菌群的平衡, 促進有益菌的定植, 但是會抑制乳酸菌的增殖, 且乳酸積累過量會導致飼料過酸發出刺鼻酸味, 影響飼料品質, 因此根據菌種和原料的差異, 發酵工藝參數差異較大, 需要多次探究驗證, 形成嚴格的發酵工藝標準, 以便更好的控制發酵飼料的品質。

胡紅偉等 (2017) 用乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌的復合益生菌發酵玉米、小麥粉、菜籽粕、豆粕百分比為39∶21∶14∶26混合原料, 再加入32 g瓊脂提供氮源, 綜合乳酸含量、乳酸菌含量、pH等指標, 且發酵飼料感官最好的情況下, 獲得最佳工藝參數為接種量5%、水分40%、溫度30~35℃、發酵3 d, 粗蛋白質含量并未隨接種量的不同而變化, 說明配合飼料中各種營養成分使益生菌和發酵原料之間對蛋白質的消耗和利用基本達到了平衡。而對于糟渣等蛋白質低的飼料而言, 經發酵后將碳水化合物消化利用后轉化成菌體蛋白, 所以蛋白質含量提高的較為明顯。因此, 發酵配合飼料的情況下, 要注意根據情況調控粗蛋白質含量。

2.1 對適口性的影響

大豆蛋白和玉米蛋白水解產生的大豆肽和玉米肽是食物中常見的苦味肽。發酵玉米、豆粕等原料時, 會因產生這些苦味肽而影響發酵飼料的適口性, 苦味肽的G蛋白偶聯受體是T2Rs (雷燕, 2017) 。鮮味肽可通過苦味受體來抑制苦味 (Min等, 2015) 。另外萬琦等 (2003) 篩選出的枯草芽孢桿菌產生的蛋白酶可將大豆蛋白水解成短肽, 進而經羧肽酶能切除短肽末端的疏水性氨基酸, 所以用枯草芽孢桿菌具有酶解和脫苦的作用。由此可知, 將枯草芽孢桿菌和其他發酵菌種混合發酵含豆粕的原料可能更有利于發酵飼料的適口性。研究表明, 酵母菌和枯草芽孢桿菌對乳酸菌數量有促進作用, 但是酵母菌在發酵第4天后會抑制乳酸菌增長, 但芽孢桿菌組至發酵的第8天乳酸菌仍呈增長趨勢 (李可義, 2017) 。乳酸菌代謝可產生大量的乳酸, 乳酸有較濃酸香味對發酵過程中產生的苦澀味有一定的掩蓋作用, 乳酸使飼料p H降低, 酸度增加能促進飼料在仔豬胃消化, 加快胃排空速度, 促進采食。黃繼紅等 (2010) 通過發酵脫谷小麥朊粉苦味的研究發現, 如前期先用酶制劑處理, 然后再用酵母菌和乳酸菌1∶1發酵, 可能會有效降低發酵飼料的苦味, 另外纖維素、淀粉、多糖經發酵后轉化為易吸收的小分子物質, 飼料乳化性提高, 發酵飼料產品的質感變軟, 更易被仔豬采食消化。

對于斷奶后采食教槽料的仔豬, 因為一般教槽階段飼喂期僅為2周, 判定仔豬對多種飼料的先天性采食偏好可選在試驗最初4天, 判定是否有獲得性采食偏好可選在試驗中后期, 發酵料的適口性是否較常規配合飼料更具優勢, 可以做偏好試驗進行驗證。

2.2 維護腸道健康, 調節腸道菌群

生物發酵能降低原料中抗營養因子對仔豬腸道的不良影響。大豆球蛋白和和β-伴大豆球蛋白等是大豆及其加工副產品的主要抗營養因子, 經高溫調制不能被破壞, 且作為抗原蛋白會引起仔豬過敏, 造成腸道損傷, 導致仔豬腹瀉, 降低飼料蛋白質利用率。王波等 (2011) 研究表明, 植物乳酸菌發酵大豆粉可使大豆球蛋白和和β-伴大豆球蛋白的免疫活性分別降低64.22%、71.08%。菜籽餅中存在硫甙、單寧等抗營養因子, 硫甙在酶的作用下可降解產生異硫氰酸酯、腈類等毒素, 促使甲狀腺腫大、造成動物肝腎重大等病癥, 且味苦, 單寧使消化酶失活, 對消化不利, 且味苦澀、辛辣影響適口性。孫林等 (2017) 用混合菌種 (植物乳酸菌、黑曲霉菌、枯草芽孢桿菌) 發酵菜籽粕, 硫甙、單寧、植酸含量分別降低了77.6%、93.8%、87.3%。說明經過發酵處理的蛋白飼料, 毒性顯著降低, 生物安全性更高, 對仔豬腸道健康有維護作用。

發酵產生的消化酶、有機酸可促進仔豬消化吸收, 調節腸道菌群平衡。在28日齡斷奶仔豬的配合日糧中添加種菌數為5×10¹⁰cfu/g的乳酸菌、枯草芽孢桿菌, 并用20%的過夜水混合, 飼喂15 d后, 相比于對照組, 小腸各部位的乳酸菌含量均顯著增加, 回腸和結腸道中的芽孢桿菌數量顯著增加, pH和大腸桿菌數量顯著降低, 仔豬腹瀉率降低了10.37% (李旋亮, 2017) 。在仔豬日糧中添加10%發酵飼料, 相比于添加抗生素的對照組能顯著降低大腸桿菌和沙門氏菌含量, 顯著提高乳酸菌和雙歧桿菌含量 (康麗慧等, 2017) 。說明在配合日糧中添加乳酸菌、枯草芽孢桿菌發酵菌液或發酵飼料能促進乳酸桿菌在仔豬腸道定植并調節腸道菌群, 抑制大腸桿菌等有害菌, 改善腸道健康。

王韞和黃芳 (2016) 在仔豬日糧中添加不同比例的生物發酵飼料, 結果表明添加生物發酵飼料, 平均采食量有所提高, 且料比隨添加量增加逐漸降低, 皮膚更紅潤, 毛色光澤, 且相比與含抗生素的對照組, 添加40%和50%生物發酵飼料組, 平均日增重分別提高了20.7%和23.7%, 腹瀉率分別降低了50%和52.2%。由此可知, 發酵飼料替代抗生素的方案有效可行。

2.3 對生長性能及免疫力的影響

康慧麗等 (2016) 用植物乳桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、地衣芽孢桿菌、鼠李糖乳桿菌的混合菌發酵玉米、豆粕1∶1的飼料, 然后將日糧中添加10%該發酵飼料, 與添加50 mg/kg金霉素和100 mg/kg喹乙醇組相比平均日增重、平均采食量均顯著提高, 料比顯著降低。仔豬日糧中添加由乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢桿菌混合菌發酵的飼料, 相比于含抗生素的對照組, 添加量20%組的腹瀉率降低了63.6%, 但添加量達到30%時平均日采食量、平均日增重降低, 料比和腹瀉率顯著提高 (胡新旭等, 2013) , 毛春瑕 (2017) 研究表明, 過多添加發酵飼料, 會使腸道菌種和內容物發生改變, 而對生長性能和腹瀉率起到不良作用。但另有研究表明生物發酵飼料添加比例為40%~50%時對仔豬生長性能促進作用效果最明顯 (王韞和黃芳, 2016) 。這可能與發酵所用菌種和發酵工藝不同有關。

無抗發酵飼料能顯著提高IgG含量, 20%、30%組的血清總蛋白、球蛋白、白蛋白、IgA、IgM含量有所提高, 但未達到顯著水平 (胡新旭等, 2013) 。發酵飼料對于仔豬免疫的影響與其特殊活性肽有關, 可通過多種途徑提高仔豬免疫力, 但具體的作用機理還有待進一步研究。