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1.1 發(fā)酵常規(guī)蛋白飼料

發(fā)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(zhì)的利用率, 降低抗?fàn)I養(yǎng)因子的毒害作用為目的。目前發(fā)酵豆粕技術(shù)比較成熟, 2013年3月開始實(shí)施NY-T2218-2012飼料原料-發(fā)酵豆粕的行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn), 規(guī)定以麩皮、玉米皮等為輔助原料對發(fā)酵豆粕進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵, 發(fā)酵用菌種需用《飼料添加劑品種目錄》批準(zhǔn)使用的, 且不得摻入皮革粉、羽毛粉、肉骨粉和無機(jī)氮源等物質(zhì)。對于發(fā)酵菜籽粕、發(fā)酵棉籽粕只有一些地方性標(biāo)準(zhǔn), 且研究多用于蛋雞、肉雞養(yǎng)殖。

章亭洲等 (2016) 報(bào)道, 選用酵母菌發(fā)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(chǎn)品性能上更具優(yōu)勢, 但對抗?fàn)I養(yǎng)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(fā)酵豆粕。Jia等 (2013) 研究表明, 用枯草芽孢桿菌發(fā)酵豆粕最佳工藝參數(shù)是豆粕和水的比例為1∶1, 接種量10%, 溫度30℃, 發(fā)酵48 h, 蛋白水解度達(dá)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(fā)酵豆粕, 先用Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)法以蛋白質(zhì)含量為響應(yīng)值優(yōu)化發(fā)酵豆粕工藝參數(shù), 預(yù)測含水量56%, 接種率9.5%, 發(fā)酵時(shí)間43.5 h為最佳工藝參數(shù), 得到預(yù)測蛋白質(zhì)含量理論值為57.08%, 經(jīng)實(shí)測后蛋白質(zhì)最高含量為56.96%, 與預(yù)測值很相近。何榮海等 (2014) 用同樣的方法優(yōu)化了枯草芽孢桿菌發(fā)酵菜籽粕的工藝參數(shù), 原料粗蛋白質(zhì)經(jīng)發(fā)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(shù)為, 液料比1.3∶1 mL/g, 接種量15%, 溫度31℃, 發(fā)酵70 h。由此可知, 發(fā)酵豆粕、菜籽粕的參數(shù)條件差異是可以進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測的, 根據(jù)發(fā)酵目的及發(fā)酵菌種的不同, 可在各種發(fā)酵條件限定范圍內(nèi), 確定最佳工藝參數(shù)并對其進(jìn)行優(yōu)化。

1.2 發(fā)酵非常規(guī)飼料

發(fā)酵秸稈、馬鈴薯渣、木薯渣等富含纖維素的固體殘?jiān)? 可使粗蛋白質(zhì)含量提高、纖維素含量降低, 優(yōu)化原料營養(yǎng)成分。一般用微生態(tài)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(fā)酵池, 控制原料水分、發(fā)酵溫度及發(fā)酵時(shí)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(chǎn)生秸稈加工副產(chǎn)物有5.8億噸, 但利用率不到40%, 大多生產(chǎn)面積較大的地區(qū)都就地焚燒銷毀, 不僅浪費(fèi)資源還造成空氣污染。我國一年產(chǎn)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(jīng)過加工處理剩下的糟渣一般含水量較高, 易腐敗變質(zhì), 不易儲(chǔ)存。但如果能經(jīng)過發(fā)酵得到有效利用, 將成為最具潛力的經(jīng)濟(jì)原料。陸敏等 (2017) 分離和篩選高產(chǎn)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(shí), 各分離酵母菌生物產(chǎn)量最高, 并確定假絲酵母菌株最適宜用做秸稈發(fā)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(fā)酵玉米秸稈的研究表明, 溫度35℃, 料液比1∶20, 發(fā)酵48 h, 發(fā)酵產(chǎn)品粗蛋白質(zhì)為29.71%, 較發(fā)酵前提高4.67倍。由此可知, 經(jīng)發(fā)酵的玉米秸稈能提供較高含量的粗蛋白質(zhì), 經(jīng)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(dá)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(dòng)物日糧中, 可節(jié)約一定的經(jīng)濟(jì)成本。

發(fā)酵糟渣常用的微生態(tài)制劑是黑曲霉、釀酒酵母和乳酸菌。發(fā)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(jīng)過發(fā)酵可以提高自身的粗蛋白質(zhì)和各種有機(jī)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(jīng)黑曲霉和啤酒酵母以1∶1的比例、接種量10%, 水添加量為發(fā)酵原料的1.5倍, 28℃發(fā)酵5 d后能達(dá)到17.87%。但對于粗蛋白質(zhì)僅含6.25%和2.4%蘋果渣和中藥渣的原料而言, 即使經(jīng)發(fā)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(zhì)、可溶性糖等營養(yǎng)物質(zhì), 可以作為發(fā)酵過程中的碳源底物, 與粗蛋白質(zhì)含量較高的豆渣和木薯渣的氮源物質(zhì)按比例進(jìn)行混合發(fā)酵, 能有效的彌補(bǔ)各營養(yǎng)物質(zhì)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(yǎng)物質(zhì)。羅文等 (2017) 用豆渣和蘋果渣以2∶1的比例, 經(jīng)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(fā)酵2 d后, 蛋白質(zhì)含量由15.87%提高到19.83%。最終獲得的發(fā)酵產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量與特定發(fā)酵條件下, 所選菌體種類、濃度、接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間有關(guān)。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(fā)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(fā)酵前水分87%, 25~37℃密閉發(fā)酵2 d, 藥渣中蛋白質(zhì)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(zhì), 用于畜禽養(yǎng)殖能調(diào)節(jié)機(jī)體的代謝, 提高免疫力, 健脾胃, 能對疾病起到預(yù)防作用, 可作為抗生素的替代物。因此, 利用產(chǎn)地優(yōu)勢, 可考慮將發(fā)酵糟渣用于動(dòng)物養(yǎng)殖。

1.3 發(fā)酵營養(yǎng)均衡的全價(jià)飼料

通過生物發(fā)酵工程菌種發(fā)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(wěn)定;但若直接選用較優(yōu)質(zhì)的菌種加配合飼料自行發(fā)酵, 不僅免去中間環(huán)節(jié)降低了成本, 獲得的產(chǎn)品各種營養(yǎng)素全面、天然, 且處于較平衡的狀態(tài)。但全價(jià)配合料在發(fā)酵過程中可能會(huì)使部分維生素有損失, 故發(fā)酵產(chǎn)品也要注意補(bǔ)充維生素, 還有些飼料產(chǎn)品是將發(fā)酵飼料按比例添加到日糧中進(jìn)行飼喂。

王赫等 (2017) 用乳酸菌發(fā)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(fā)酵后常規(guī)營養(yǎng)成分均顯著高于未進(jìn)行發(fā)酵的飼料, 且活菌、代謝能、粗蛋白質(zhì)、氨基酸均隨著時(shí)間的變化呈二次曲線關(guān)系, 持續(xù)發(fā)酵5 d時(shí)含量最高, 并根據(jù)研究中各營養(yǎng)素含量后期的變化給出建議, 使用乳酸菌發(fā)酵飼料, 最佳使用時(shí)間為5~10 d, 在發(fā)酵5~25 d使用完畢。乳酸隨著時(shí)間的延長呈增長趨勢, pH降低有益于腸道菌群的平衡, 促進(jìn)有益菌的定植, 但是會(huì)抑制乳酸菌的增殖, 且乳酸積累過量會(huì)導(dǎo)致飼料過酸發(fā)出刺鼻酸味, 影響飼料品質(zhì), 因此根據(jù)菌種和原料的差異, 發(fā)酵工藝參數(shù)差異較大, 需要多次探究驗(yàn)證, 形成嚴(yán)格的發(fā)酵工藝標(biāo)準(zhǔn), 以便更好的控制發(fā)酵飼料的品質(zhì)。

胡紅偉等 (2017) 用乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌的復(fù)合益生菌發(fā)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(biāo), 且發(fā)酵飼料感官最好的情況下, 獲得最佳工藝參數(shù)為接種量5%、水分40%、溫度30~35℃、發(fā)酵3 d, 粗蛋白質(zhì)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(yǎng)成分使益生菌和發(fā)酵原料之間對蛋白質(zhì)的消耗和利用基本達(dá)到了平衡。而對于糟渣等蛋白質(zhì)低的飼料而言, 經(jīng)發(fā)酵后將碳水化合物消化利用后轉(zhuǎn)化成菌體蛋白, 所以蛋白質(zhì)含量提高的較為明顯。因此, 發(fā)酵配合飼料的情況下, 要注意根據(jù)情況調(diào)控粗蛋白質(zhì)含量。

2.1 對適口性的影響

大豆蛋白和玉米蛋白水解產(chǎn)生的大豆肽和玉米肽是食物中常見的苦味肽。發(fā)酵玉米、豆粕等原料時(shí), 會(huì)因產(chǎn)生這些苦味肽而影響發(fā)酵飼料的適口性, 苦味肽的G蛋白偶聯(lián)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(chǎn)生的蛋白酶可將大豆蛋白水解成短肽, 進(jìn)而經(jīng)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(fā)酵菌種混合發(fā)酵含豆粕的原料可能更有利于發(fā)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(shù)量有促進(jìn)作用, 但是酵母菌在發(fā)酵第4天后會(huì)抑制乳酸菌增長, 但芽孢桿菌組至發(fā)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(chǎn)生大量的乳酸, 乳酸有較濃酸香味對發(fā)酵過程中產(chǎn)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(jìn)飼料在仔豬胃消化, 加快胃排空速度, 促進(jìn)采食。黃繼紅等 (2010) 通過發(fā)酵脫谷小麥朊粉苦味的研究發(fā)現(xiàn), 如前期先用酶制劑處理, 然后再用酵母菌和乳酸菌1∶1發(fā)酵, 可能會(huì)有效降低發(fā)酵飼料的苦味, 另外纖維素、淀粉、多糖經(jīng)發(fā)酵后轉(zhuǎn)化為易吸收的小分子物質(zhì), 飼料乳化性提高, 發(fā)酵飼料產(chǎn)品的質(zhì)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?yàn)橐话憬滩垭A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(yàn)最初4天, 判定是否有獲得性采食偏好可選在試驗(yàn)中后期, 發(fā)酵料的適口性是否較常規(guī)配合飼料更具優(yōu)勢, 可以做偏好試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2 維護(hù)腸道健康, 調(diào)節(jié)腸道菌群

生物發(fā)酵能降低原料中抗?fàn)I養(yǎng)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(chǎn)品的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子, 經(jīng)高溫調(diào)制不能被破壞, 且作為抗原蛋白會(huì)引起仔豬過敏, 造成腸道損傷, 導(dǎo)致仔豬腹瀉, 降低飼料蛋白質(zhì)利用率。王波等 (2011) 研究表明, 植物乳酸菌發(fā)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?fàn)I養(yǎng)因子, 硫甙在酶的作用下可降解產(chǎn)生異硫氰酸酯、腈類等毒素, 促使甲狀腺腫大、造成動(dòng)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(fā)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(jīng)過發(fā)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(hù)作用。

發(fā)酵產(chǎn)生的消化酶、有機(jī)酸可促進(jìn)仔豬消化吸收, 調(diào)節(jié)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(shù)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(jié)腸道中的芽孢桿菌數(shù)量顯著增加, pH和大腸桿菌數(shù)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(fā)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(fā)酵菌液或發(fā)酵飼料能促進(jìn)乳酸桿菌在仔豬腸道定植并調(diào)節(jié)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(fā)酵飼料, 結(jié)果表明添加生物發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)酵玉米、豆粕1∶1的飼料, 然后將日糧中添加10%該發(fā)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(fā)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(dá)到30%時(shí)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(fā)酵飼料, 會(huì)使腸道菌種和內(nèi)容物發(fā)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(fā)酵飼料添加比例為40%~50%時(shí)對仔豬生長性能促進(jìn)作用效果最明顯 (王韞和黃芳, 2016) 。這可能與發(fā)酵所用菌種和發(fā)酵工藝不同有關(guān)。

無抗發(fā)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(dá)到顯著水平 (胡新旭等, 2013) 。發(fā)酵飼料對于仔豬免疫的影響與其特殊活性肽有關(guān), 可通過多種途徑提高仔豬免疫力, 但具體的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。