3.1 發(fā)酵菌種研究進展

我國飼料原料種類繁多，物理、化學(xué)性質(zhì)差異較大，而不同的菌種又具備不同的生理特性，在生產(chǎn)實踐中應(yīng)根據(jù)不同的飼料原料以及不同的生產(chǎn)目的選擇適當(dāng)?shù)木N組合以生產(chǎn)合格的生物發(fā)酵飼料。例如，新鮮馬鈴薯渣含水量高達90%以上，適合利用黑曲霉和啤酒酵母等微生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料。

目前菌種篩選主要有3 個方向: 一是改變飼料原料的理化性質(zhì)，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(chǎn)物，包括酶制劑、氨基酸和維生素等; 三是培養(yǎng)繁殖飼用的微生物體，用于制備活菌制劑。李如珍等以中文專利數(shù)據(jù)庫中的檢索結(jié)果為樣本，對微生物發(fā)酵飼料領(lǐng)域進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)在588 件申請中，涉及菌種23 種，使用較多的菌種有枯草芽孢桿菌、黑曲霉、釀酒酵母和地衣芽孢桿菌。Missotten 等報道在歐洲發(fā)酵液體飼料中經(jīng)常使用的菌種有乳酸菌和酵母菌。侍寶路等研究表明，以豆渣為原料，添加麩皮作為輔料，以植物乳桿菌與釀酒酵母菌混合接種發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)物降低了中性洗滌纖維含量，并提高了總酸含量，產(chǎn)品耐貯存。解淀粉芽孢桿菌具有繁殖速度快、穩(wěn)定性好、生命力強、富含多種酶的特點，在固態(tài)發(fā)酵飼料中取得了較好的效果。

3.2 生物發(fā)酵原料與工藝研究進展

3.2.1 發(fā)酵原料

發(fā)酵飼料原料的選擇已從豆粕、棉籽粕、菜籽粕等的發(fā)酵以提供高品質(zhì)蛋白質(zhì)飼料，發(fā)展到聚焦鮮糟渣、果渣和蔬菜尾菜等非常規(guī)飼料原料發(fā)酵，以提供優(yōu)質(zhì)、優(yōu)價的發(fā)酵能量飼料和粗飼料等。

3.2.2 主要原料發(fā)酵工藝研究進展

在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)菌種特性主要分為耗氧、厭氧和兼性厭氧發(fā)酵。根據(jù)菌種數(shù)量選擇，主要分為單一菌種、多菌種、菌酶協(xié)同發(fā)酵等種類。飼用酶制劑的生產(chǎn)以單一菌種液體深層發(fā)酵為主，發(fā)酵飼料原料和混合飼料的生產(chǎn)以復(fù)合菌種發(fā)酵為主。吝常華研究了淀粉芽孢桿菌單菌固態(tài)發(fā)酵豆粕的最佳工藝，發(fā)現(xiàn)豆粕經(jīng)過微生物發(fā)酵后小肽含量得到顯著提高，營養(yǎng)價值得到明顯改善; 蛋白質(zhì)分子質(zhì)量顯著下降; 酸堿度也發(fā)生了明顯變化，且單菌與混菌發(fā)酵效果存在顯著差異; 提出了枯草芽孢桿菌單菌固態(tài)發(fā)酵玉米的最佳工藝，玉米經(jīng)過微生物發(fā)酵后，可溶性糖含量顯著增加，淀粉總量和支鏈淀粉含量顯著下降，直鏈淀粉含量顯著升高，營養(yǎng)物質(zhì)含量發(fā)生明顯變化，總酸含量顯著提高，pH 發(fā)生明顯變化，單菌發(fā)酵和混菌發(fā)酵效果具有差異性; 提出了多黏類芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵小麥的最佳工藝，與未發(fā)酵相比，經(jīng)單菌、混菌發(fā)酵后，小麥提取液黏度均顯著降低，營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生顯著變化，粗蛋白質(zhì)、粗纖維、粗灰分、粗脂肪含量有升高趨勢，酸堿度發(fā)生明顯變化，且單菌和混菌發(fā)酵效果差異顯著; 此外，豆粕、菜籽粕、玉米、小麥4 種原料發(fā)酵后肉雞表觀代謝能較發(fā)酵前分別顯著提高了19. 21%、19. 13%、6.90%和7.03%。

吳正可以硫甙降解率、多肽增加率、總酸增加率為目標(biāo)研究提出了菜籽粕最佳發(fā)酵工藝; 在玉米－豆粕型飼糧中添加15%的發(fā)酵菜籽粕對肉雞生長性能無顯著影響，但添加10%發(fā)酵菜籽粕組生長性能、免疫指標(biāo)、腸道發(fā)育狀況要優(yōu)于玉米－豆粕型飼糧對照組，同時還提高肉雞屠宰率、全凈膛率、胸肌率、腿肌率、十二指腸和空腸的絨毛高度/隱窩深度。

3.3 酶解飼料研究進展

酶解飼料已被廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖中，加酶飼料預(yù)消化的工藝參數(shù)及處理效果已被證實。無機磷、酸性洗滌纖維和還原糖含量是反映加酶飼料體外預(yù)消化效果的重要指標(biāo)。在體外條件下，根據(jù)飼用酶制劑反應(yīng)需要的條件，對飼料進行酶解預(yù)消化可以大幅提高飼料利用率，降低配方成本，提高動物的生產(chǎn)性能。

研究表明，加酶預(yù)消化飼料能顯著改善飼料品質(zhì)，提高斷奶仔豬對飼料養(yǎng)分的消化率，進而促進其生長; 提高蛋雞的產(chǎn)蛋率，降低料蛋比，改善蛋品質(zhì)，提高能量的表觀代謝率; 提高肉雞飼糧中養(yǎng)分的表觀消化率，極顯著改善肉雞的采食量、增重和料重比; 顯著提高綿羊飼糧中養(yǎng)分的表觀消化率，顯著減少羊糞中養(yǎng)分的排泄量，提高了綿羊日增重，減少了料重比，提高了經(jīng)濟效益;顯著提高奶牛的標(biāo)準(zhǔn)乳量、平均乳脂率、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的排出量和表觀消化率。

3.4 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料研究進展

近年來研究結(jié)果表明，菌酶協(xié)同處理的結(jié)果優(yōu)于菌和酶單獨作用的結(jié)果。在發(fā)酵過程中，微生物與酶有很好的協(xié)同作用，能使大分子物質(zhì)降解更加徹底，微生物的發(fā)酵效率更高。所以利用微生物和酶的協(xié)同作用制備發(fā)酵飼料的相關(guān)報道逐漸增多。利用菌酶協(xié)同作用，既能縮短發(fā)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(chǎn)成本，還能通過產(chǎn)品中含有的大量的芽孢桿菌、乳酸菌和酵母菌等活菌體改變動物腸道內(nèi)的微生態(tài)環(huán)境，增強動物對疾病的抵抗能力，減少抗生素的使用。

3.5 地源飼料發(fā)酵應(yīng)用技術(shù)研究進展

3.5.1 地源飼料興起

地源飼料成為當(dāng)前農(nóng)副產(chǎn)物飼料資源利用化的熱門概念，是指經(jīng)過飼料化加工處理后可規(guī)模化飼用的地方性飼料資源的總稱，具有特色的營養(yǎng)價值、不易加工處理、流通成本高、易變質(zhì)、季節(jié)性強和有一定地理范圍等特點。地源飼料發(fā)酵后采用濕喂或液體飼喂的代表性應(yīng)用模式誕生，如山東繁育母豬發(fā)酵飼料濕喂技術(shù)模式、山東中裕酒糟液體飼喂模式和重慶榮昌生長肥育豬固體發(fā)酵地源飼料液體飼喂模式等，創(chuàng)新性地加強了飼料資源利用效率。在當(dāng)今我國畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中，地源性飼料資源研究與應(yīng)用具有重大意義。

3.5.2 地源飼料應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)進展

近年來生物飼料開發(fā)國家工程研究中心就地源飼料的有效應(yīng)用提出了5 個關(guān)鍵集成技術(shù): 針對不同地源飼料的菌 酶發(fā)酵菌劑集成技術(shù); 針對不同產(chǎn)地的發(fā)酵設(shè)備和工藝技術(shù); 地源飼料營養(yǎng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)和以某一地源飼料為核心的不同養(yǎng)殖品種的飼料配方技術(shù); 針對不同養(yǎng)殖規(guī)模的自動化液體及濕料飼喂設(shè)備和工藝技術(shù); 針對畜禽糞污氮磷減排生物處理技術(shù)( 參考生物飼料開發(fā)國家工程中心編寫的內(nèi)部資料《生物飼料百項技術(shù)和產(chǎn)品匯編》) 。通過以上5 大技術(shù)集成，降低了飼料成本、豬群整齊度好。但地源飼料存在質(zhì)量不穩(wěn)定、營養(yǎng)數(shù)據(jù)庫不完善、液體飼喂料線設(shè)備成本高等不容忽視的問題，同時安全有效地應(yīng)用研究和技術(shù)推廣任重而道遠。

3.6 發(fā)酵飼料在動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用

3.6.1 發(fā)酵飼料對畜禽生長性能的影響

近年來酒糟、尾菜、桑葉和棉菜粕等飼用資源發(fā)酵后飼用效果的研究報道不少，發(fā)酵飼料在配合飼糧中添加量在2% ～ 50%，也有全發(fā)酵飼糧的應(yīng)用，飼養(yǎng)動物涵蓋了豬、禽、羊、牛。在生長性能方面，總體表現(xiàn)為日增重增加、料重比降低、育肥動物每千克增重的飼糧成本降低、養(yǎng)殖經(jīng)濟效益增加。多數(shù)研究證實，發(fā)酵豆粕均可提高斷奶仔豬的生長性能，也有研究發(fā)現(xiàn)，飼喂10%和15%濕發(fā)酵豆粕仔豬平均日增重分別提高了16.6%和23. 0%，料重比分別降低了9. 7% 和11.4%; 另有研究表明，發(fā)酵豆粕可替代魚粉等動物性蛋白質(zhì)飼料應(yīng)用于保育豬的生長發(fā)育，早在1975 年就報道了米曲霉發(fā)酵豆粕可提高肉雞生長性能和飼料轉(zhuǎn)化效率。諸多研究結(jié)果表明，4. 5%發(fā)酵豆粕顯著提高肉雞21和35 日齡體重，其效果優(yōu)于魚粉; 在肉雞前7 天飼糧中添加3%乳酸菌或枯草芽孢桿菌發(fā)酵豆粕的研究表明，前7 天飼糧中使用發(fā)酵豆粕可顯著提高后期肉雞的平均日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和35 日齡體重，說明前期飼喂發(fā)酵飼糧有后續(xù)效應(yīng)且可促進后期生長。在畜產(chǎn)品品質(zhì)方面，飼喂發(fā)酵飼料畜禽肌肉氨基酸和肌間脂肪含量有所增加，抗氧化水平提高; 蛋殼品質(zhì)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。

3.6.2 發(fā)酵飼料對動物腸道微生態(tài)與形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

近年來，發(fā)酵飼料的作用機理研究漸趨深入。諸多文獻報道，微生物活菌發(fā)酵飼料對豬、雞、鴨、奶牛、對魚等養(yǎng)殖動物的腸道微生態(tài)和血清生化指標(biāo)產(chǎn)生多種影響，總體具有促進有益活性菌在宿主腸道的定植、改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)、促進腸道發(fā)育、促進生產(chǎn)性能的效果。

3.6.3 發(fā)酵飼料對動物免疫機能的影響及其機理

關(guān)于發(fā)酵飼料對動物免疫性能的影響研究報道較少，大多數(shù)研究集中在血漿免疫球蛋白、腸道分泌型免疫球蛋白含量等表觀指標(biāo)測定。有研究表明在保持粗蛋白質(zhì)和代謝能一致的情況下采用脂多糖刺激攻毒試驗，結(jié)果表明，10%的發(fā)酵豆粕可顯著降低脂多糖刺激后血漿皮質(zhì)酮的含量，DNA 芯片檢測發(fā)現(xiàn)，10%的發(fā)酵豆粕通過降低白細胞熱休克蛋白70 ( HSP70 ) 、新生兒受體( NFcR) 等基因的表達提高免疫性能。也有研究證明，大豆發(fā)酵可提高脾臟自然殺傷細胞的活性，上調(diào)干擾素－ γ ( IFN-γ ) 、免疫球蛋白G2a( IgG2a) 、白細胞介素－4( IL-4) 和免疫球蛋白G1( IgG1) 基因表達。Zhu 等添加10%和15%的發(fā)酵豆粕顯著提高了仔豬血漿免疫球蛋白G( IgG ) 、免疫球蛋白A ( IgA ) 、免疫球蛋白M( IgM) 含量，同時顯著降低空腸和回腸自我吞噬因子( LC3B) 的表達，LC3B 的表達是細胞損傷的標(biāo)志。Roubos 等和朱麗慧等進一步研究了發(fā)酵豆粕提高免疫性能的機理: 霉菌和芽孢菌發(fā)酵豆科籽實可以產(chǎn)生一種與大腸桿菌相結(jié)合的小分子活性物質(zhì)，從而降低大腸桿菌與腸道上皮細胞的黏附，而這種小分子活性物質(zhì)是被微生物分泌的酶從大豆細胞壁果膠多糖的阿拉伯糖或阿拉伯半乳聚糖側(cè)鏈上分解下來的，可以抵制病原菌的侵襲; 此外，在短鏈脂肪酸( SCFAs) 中的丁酸可誘導(dǎo)杯狀細胞黏蛋白( MUC2) 的分泌和T 細胞的分化，同時可抑制核因子－κB( NF-κB) 表達，進而提高動物機體的免疫性能。飼喂發(fā)酵豆粕提高了動物對蛋白質(zhì)的利用效率，降低了回腸、盲腸、結(jié)腸中殘留蛋白質(zhì)的含量，進而降低后腸道與蛋白質(zhì)分解相關(guān)菌群豐度和蛋白質(zhì)發(fā)酵的代謝產(chǎn)物，后腸道微生物發(fā)酵腸道殘余的蛋白質(zhì)可產(chǎn)生吲哚、組胺、硫化氫、糞臭素等有害物質(zhì)，破壞腸道細胞結(jié)構(gòu)，引發(fā)機體免疫反應(yīng)。發(fā)酵飼料的作用機理研究還表明，動物腸道微生物菌群與宿主腸道代謝軸、腸道免疫功能存在相互作用并對機體健康產(chǎn)生影響。

3.6.4 發(fā)酵飼料對水產(chǎn)動物生長性能影響

近年來，很多學(xué)者就發(fā)酵豆粕替代魚粉對魚蝦類生長發(fā)育免疫等方面的影響做了諸多研究。Ding 等用25%、50%、75%和100%的混菌發(fā)酵豆粕替代日本沼蝦中的魚粉，結(jié)果表明，發(fā)酵豆粕替代魚粉不會影響日本沼蝦的生長性能。Lee等用發(fā)酵豆粕替代許氏平鲉飼料中10%、20%、30%和40%的魚粉，結(jié)果表明，發(fā)酵豆粕替代20%的魚粉對許氏平鲉的生長性能和體組成沒有顯著影響，但會降低飼料轉(zhuǎn)化效率。Novriadi運用Meta 分析方法深入分析了14 篇發(fā)酵豆粕替代魚粉對魚類生長性能和飼料轉(zhuǎn)化效率影響的研究文章數(shù)據(jù)，分析結(jié)果表明，發(fā)酵豆粕替代40%以上的魚粉會顯著降低魚類生長性能，得出發(fā)酵豆粕中未消除的抗?fàn)I養(yǎng)因子和不同種類的魚類對抗?fàn)I養(yǎng)因子的耐受性依然是影響發(fā)酵豆粕替代魚粉比例的主要因素。

3.6.5 發(fā)酵飼料對生態(tài)環(huán)境保護的影響

由于發(fā)酵飼料的應(yīng)用可提高飼料利用率，減少氨氣排放，降低鋅、銅等重金屬的添加，因此可緩解畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境的污染。

4生物發(fā)酵飼料發(fā)展趨勢