蔡輝益 張 姝 鄧雪娟 劉國華 常文環(huán) 閆海潔

(1.中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所，北京 100081;2.生物飼料開發(fā)國家工程研究中心，北京 100081)

生物飼料是目前世界上研究和開發(fā)的熱點，就保障我國飼料資源、飼料和畜產(chǎn)品安全，促進減排、降低環(huán)境污染等諸多方面都顯示了極大前景，發(fā)展生物飼料具有重大戰(zhàn)略意義。國外生物飼料研究從20世紀80年代起步，真正發(fā)展起來是在20世紀90年代。我國相應(yīng)的研究也就不過近幾年時間。國外生物活性飼料添加劑的研究進展迅速，總體水平高于國內(nèi)，尤其在飼用生物活性添加劑的生理生化研究方面已較深入。而我國生物飼料的研究除少數(shù)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品外，普遍存在生產(chǎn)技術(shù)水平不夠完善、品種少、應(yīng)用技術(shù)不配套等問題。然而，目前我國生物飼料無論是研究還是實際應(yīng)用都呈現(xiàn)出快速、高效的態(tài)勢。現(xiàn)代生物技術(shù)的大量應(yīng)用，在酶制劑的發(fā)酵菌種基因改良提升、發(fā)酵工藝和水平等方面已經(jīng)趕上甚至部分領(lǐng)域超過發(fā)達國家的相應(yīng)水平，如耐高溫植酸酶裸酶生產(chǎn)技術(shù)、高比活葡萄糖氧化酶生產(chǎn)技術(shù)等都已經(jīng)走在世界前列。在抗生素替代品益生素、益生元和天然植物提取物等方面也是如火如荼，取得了很好的成績。隨著全社會對畜產(chǎn)品安全關(guān)注的進一步提升，發(fā)酵飼料原料，甚至是全價飼料發(fā)酵的研究與應(yīng)用成為行業(yè)發(fā)展的大趨勢。然而，諸如益生素的應(yīng)用技術(shù)、抗菌肽的生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)等還存在許多問題，為此，本文就我國主要生物飼料產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用進行了綜述。

1 生物飼料的定義及種類

2013年11月生物飼料開發(fā)國家工程研究中心專家委員會對生物飼料的定義為:生物飼料是指以飼料和飼料添加劑為對象，以基因工程、蛋白質(zhì)工程、發(fā)酵工程等現(xiàn)代生物技術(shù)為手段，利用微生物工程發(fā)酵開發(fā)的新型飼料資源和飼料添加劑的總稱。生物飼料種類主要包括飼用酶制劑、微生物飼料添加劑、功能性蛋白肽、功能性氨基酸、有機微量元素、植物與微生物提取物、益生元、發(fā)酵和酶解飼料以及其他生物技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品。

2 飼用酶制劑

2.1 我國目前允許使用的單酶品種

我國目前允許使用的單酶品種包括植酸酶、蛋白酶、木聚糖酶、β-甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶、β-葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、淀粉酶、支鏈淀粉酶、脂肪酶、麥芽糖酶、果膠酶、纖維素酶13種。

2.2 酶制劑在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

在改善畜禽生產(chǎn)性能方面:綜合近年研究結(jié)果表明，無論是在仔豬、育肥豬，還是在肉雞、蛋雞以及反芻動物(育肥肉牛、羔羊、奶牛等)飼糧中添加包括植酸酶、半乳糖苷酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶等單酶都產(chǎn)生了正向效果，表現(xiàn)為提高了動物平均日采食量、平均日增重、產(chǎn)蛋率，改善了飼料轉(zhuǎn)化率［1-6］。

在改變畜產(chǎn)品成分方面:植福華［7］報道，在泌乳前期奶牛飼糧中添加外源非淀粉多糖酶制劑，促進了奶牛泌乳和改善了乳成分。

2.3 飼用酶制劑綜合使用效果排名

根據(jù)生物飼料開發(fā)國家工程技術(shù)中心利用單胃動物仿生系統(tǒng)在乳仔豬動物的試驗結(jié)果，單酶使用效果排名依次為:葡萄糖氧化酶、植酸酶、半乳糖苷酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶、木聚糖酶;單酶性價比排名依次為:植酸酶、甘露聚糖酶、半乳糖苷酶、葡萄糖氧化酶、葡聚糖酶、木聚糖酶。

2.4 新型飼用酶制劑研究與應(yīng)用

目前，新型飼用酶制劑研發(fā)重點首先集中在耐高溫酶、耐低溫酶和高比活酶等方面，其次是復合酶制劑的研發(fā)和應(yīng)用技術(shù)，再次是淬滅酶(N-?；呓z氨酸內(nèi)酯酶)、葡萄糖氧化酶等幾種新型酶制劑的生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用方法。

2.4.1 淬滅酶

淬滅酶是由中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所近來新研制的一種酶制劑，它可以群體感應(yīng)調(diào)控微生物各種基因表達，協(xié)助病原菌感染和定植，調(diào)控毒力因子的產(chǎn)生和作用，介導病原菌的免疫能力和耐藥性［8-9］。張志剛等［10］試驗結(jié)果表明，淬滅酶可提高乳仔豬日增重8.57%，降低料重比8.24%;在肉雞生產(chǎn)實踐中淬滅酶可以降低肉雞料重比3.65%，明顯提高肉雞經(jīng)濟效益。

2.4.2 葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶是中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所研制的又一杰作，因其特殊性成為目前市場上再次關(guān)注的熱點。它具有抗氧化、抑菌、保鮮、提高消化酶活性、降解霉菌毒素、保護肝臟等多種功效，是繼植酸酶后又一革命性的新型酶制劑。其酶活性定義為:37℃、pH 5.5條件下，每分鐘形成1 μmol過氧化氫的酶量為1個單位。其特點是:當pH為4.0～7.0，酶活性≥40%;當溫度為25～50℃，酶活性≥85%。其作用機制是:C6H12O6+O2=C6H12O7+H2O2。目前市場葡萄糖氧化酶活性有 500、1 000、3 000 U/g 等規(guī)格。楊久仙等［11］報道，葡萄糖氧化酶可以降低仔豬胃中食糜的pH。湯海鷗等［12］試驗結(jié)果表明，保育仔豬飼糧添加葡萄糖氧化酶，日增重提高12.06%，料重比降低3.56%，采食量提高7.97%，腹瀉率降低44.80%。張宏宇等［13］報道，斷奶仔豬飼糧中添加200 mg/kg的葡萄糖氧化酶可顯著提高斷奶仔豬的生長性能以及養(yǎng)殖經(jīng)濟效益。

2.5 酶制劑作用機理

除了已經(jīng)明確的機制，如降低腸道食糜黏度、提高養(yǎng)分消化率、減少畜禽后腸道有害微生物的繁殖、改變腸壁結(jié)構(gòu)、提高養(yǎng)分吸收能力等之外，最近的研究還表明，腸道中的pH環(huán)境可能影響植酸酶的活性。然而，Martinz等［14］研究表明，飼糧中丁酸與植酸酶的效果發(fā)揮沒有聯(lián)合效應(yīng)。Sindt等［15］報道，植酸酶劑量與青年公雞的生長速率和表觀氮校正代謝能(AMEn)具有正相關(guān)關(guān)系，但在后期該效果減弱。Evans等［16］試驗結(jié)果表明，酶制劑的添加對不含肉粉和肉骨粉的飼糧作用效果更好。此外，研究人員證實，蛋白質(zhì)、鈣、磷和鈉離子水平的降低將顯著降低飼料轉(zhuǎn)化效率和骨礦化效果，而植酸酶和木聚糖酶的添加則可以消除該副作用［17］。

2.6 復合酶的應(yīng)用技術(shù)

2.6.1 飼用復合酶制劑的設(shè)計

常見復合酶的酶譜由6～9種主要單酶組成(表1)。

表1 常見復合酶的酶譜(添加量:500～1 000 g/t)Table 1 The formula of common enzyme complex(dosage:500 to 1 000 g/t) U/g

2.6.2 使用復合酶后飼料配方調(diào)整技術(shù)

乳仔豬飼糧應(yīng)用復合酶后，配方師可以考慮去皮豆粕或膨化大豆降低3% ～5%，魚粉降低1% ～2%，膨化玉米降低3% ～5%，抗生素可以降至國家允許使用的范圍內(nèi)，酸化劑降低1% ～3%，氧化鋅降低1 kg/t。

2.6.3 復合酶制劑的應(yīng)用效果

綜合近年研究結(jié)果表明，復合酶應(yīng)用多數(shù)集中在仔豬、育肥豬、肉雞、蛋雞、肉鴨、鵝等單胃動物，研究結(jié)果都產(chǎn)生了正向效果。表現(xiàn)出提高了動物平均日增重、產(chǎn)蛋率，改善了飼料轉(zhuǎn)化率。同時根據(jù)仿生系統(tǒng)評估結(jié)果表明，乳仔豬復合酶的應(yīng)用可以使豆粕利用率提高8.32%;玉米利用率提高6.47%。多數(shù)試驗結(jié)果表明，復合酶應(yīng)用可以降低200 kJ能量，相當于5 kg油脂;降低蛋白質(zhì)1%～2%，相當于23 kg蛋白質(zhì)含量43%的豆粕［18-19］。

在復合酶制劑中單酶互作效應(yīng)方面，Yan等［20］在小麥-干酒糟及其可溶物型肉雞飼糧中添加復合酶(1 000 U/g木聚糖酶、75 U/g β-葡聚糖酶和12.5 U/g α-半乳糖苷酶)顯著降低消化道食物的黏度26%，明顯改善飼料轉(zhuǎn)化效率，但3種酶之間沒有互作效應(yīng)。Gareis等［21］指出，復合酶制劑與飼糧能量間存在互作效應(yīng)。此外，有研究證實，復合酶的發(fā)揮效果與飼糧類型和底物濃度有關(guān)［22］。

2.6.4 影響酶制劑應(yīng)用的因素

要使復合酶制劑的作用充分發(fā)揮，除了考慮目標動物、生理階段、飼糧類型等因素外，更重要的是考慮飼料生產(chǎn)加工工藝。在生產(chǎn)實踐中，粉料中使用酶制劑效果較顆粒料顯著。這主要因為酶制劑對溫度比較敏感。如果制粒溫度超過85℃，應(yīng)采用制粒后液體酶制劑噴涂技術(shù)，可避免高溫蒸汽對酶活性的不利影響。目前，國內(nèi)科學家利用菌種轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)出一種植酸酶，真正解決了酶制劑耐高溫問題，這種無需包被的裸酶具有極大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.7 酶制劑生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢

2.7.1 生產(chǎn)技術(shù)方面

酶制劑生產(chǎn)技術(shù)包括以下幾項:1)酶表達的基因遺傳設(shè)計技術(shù)。應(yīng)用組建蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的新方法能獲得自然界并不存在的具有全新結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)。在確定設(shè)計目標和初始序列后，經(jīng)過結(jié)構(gòu)預測和建模，對序列進行初步修改，然后進行酶基因表達或多肽合成，再經(jīng)過結(jié)構(gòu)功能檢測結(jié)果指導修改原先設(shè)計。2)酶表達基因的修飾技術(shù)。多位點定點突變技術(shù):定點突變是蛋白質(zhì)工程中采用的重要技術(shù)之一，但以往一般每次只能引入單點突變，突變效率較低，所以多點突變技術(shù)成為研究熱點。酶定向進化技術(shù):利用的主要原理有基因嵌合酶、易錯PCR及DNA體外隨機拼接技術(shù)。利用酶的定向進化技術(shù)對酶基因進行遺傳修飾，可能獲得具有特殊性能的突變酶及突變菌株。3)目標酶性質(zhì)優(yōu)秀基因的克隆和表達。隨著越來越多的物種基因組的物理圖譜和DNA測序的完成、DNA重組技術(shù)的完善以及各種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系數(shù)據(jù)的積累，人們在很大程度上能突破天然酶缺陷的限制，通過克隆和改造各種功能基因使其在微生物中高效表達，再通過優(yōu)化發(fā)酵工藝獲得廉價優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

2.7.2 應(yīng)用技術(shù)方面

對影響飼用酶制劑應(yīng)用效果因素的研究成為獲得最佳效果的關(guān)鍵，必須對如下幾方面加以關(guān)注:1)飼用酶的添加方式是選擇體外消化還是在動物體內(nèi)起作用;2)針對不同原料和目標動物的專用型復合酶制劑的研究;3)酶制劑隨動物生長變化的動態(tài)應(yīng)用技術(shù)，不同生長階段的同一動物的酶制劑配方差異性研究;4)復合酶中各單酶制劑間的拮抗關(guān)系以及復合酶制劑的添加對不同動腸道微生態(tài)環(huán)境的影響評估;5)耐高溫裸酶制劑的應(yīng)用方法研究。

3 微生物飼料添加劑

微生物飼料添加劑或飼用微生物，俗稱益生素，在我國已有十余年的發(fā)展歷程，然而，一直存在應(yīng)用技術(shù)研發(fā)落后、行業(yè)標準制定落后等問題，阻礙了該領(lǐng)域的發(fā)展。

3.1 提高機體免疫力，改善生產(chǎn)性能方面

胡順珍等［23］研究報道，復合微生態(tài)制劑能夠提高肉雞生產(chǎn)性能，改善腸道微生態(tài)環(huán)境，提高抗氧化能力，增強免疫功能。尹清強等［24］報道，微生態(tài)制劑的使用能減少哺乳和斷奶仔豬消化道疾病發(fā)生，降低死亡率，提高機體免疫力。蘇云［25］研究表明，微生態(tài)制劑均能夠增加仔豬和蛋雞的生產(chǎn)性能，飼糧中添加不同的微生態(tài)制劑可改善斷奶仔豬的生產(chǎn)性能。

許多科研人員探索了糞腸球菌、嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌、干酪乳桿菌、植物乳桿菌、戊糖片球菌等對仔豬、肉雞生產(chǎn)性能的影響及其應(yīng)用新技術(shù)新方法，綜合結(jié)果表明，其應(yīng)用可以提高平均日增重，降低料重比和腹瀉率，降低糞便中大腸桿菌數(shù)量，提高血液中白蛋白和總蛋白含量，降低尿素氮含量;其對雛雞具有促進生長的作用，可提高雛雞腸道乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量，減少大腸桿菌和沙門氏菌在腸道內(nèi)的定植和增殖，可提高鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運載體(SGLT1)和小肽轉(zhuǎn)運蛋白(PepT1)mRNA轉(zhuǎn)錄水平，進而提高對葡萄糖和小肽的吸收［26-34］。還有科學家利用釀酒酵母等探討了其對仔豬、肉雞生產(chǎn)性能的影響及應(yīng)用新技術(shù)新方法，結(jié)果表明釀酒酵母等添加劑能改善仔豬消化道微生物區(qū)系，促進有益菌的增殖，對大腸桿菌等有害菌的生長有抑制效果［35-36］。

光合細菌(沼澤紅假單胞菌)在飼料中的使用方法方面:研究報道，沼澤紅假單胞菌按照1.25×106CFU/mL水體用量處理對蝦養(yǎng)殖水體，可有效降低對蝦養(yǎng)殖廢水中的化學耗氧量(COD)、游離態(tài) 氨(N-N)、硝 態(tài) 氮 (N-N)、正 磷 酸 鹽(P-P)的含量;按照1.5×106～7.5×106CFU/mL水體用量處理泥鰍養(yǎng)殖水體，能夠穩(wěn)定養(yǎng)殖水體的pH，顯著提高溶氧量和化學耗氧量，氨氮去除效果明顯，氮磷比值得到了有效調(diào)節(jié)［37-38］。

復合菌制劑在飼料中的使用方法方面:科學家們分別就兩歧雙歧桿菌、保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、枯草芽孢桿菌和釀酒酵母等對肉仔雞、海蘭褐蛋雞的試驗結(jié)果表明，產(chǎn)蛋數(shù)、產(chǎn)蛋率、蛋重和飼料利用率無直接影響，但明顯降低蛋的破損和提高機體的抵抗力，減少死淘率，減少雞舍內(nèi)氨氣含量，降低環(huán)境污染，促進肉仔雞生長，提高肉仔雞存活率，降低直腸中大腸桿菌數(shù)量;同時強調(diào)，益生素加上復合酶可以成為常用抗生素的替代物［39-43］。

3.2 改善肉品質(zhì)方面

宋良敏［44］報道，豬飼糧中應(yīng)用微生態(tài)制劑有利于提高育肥豬對鈣、磷和粗蛋白質(zhì)的表觀消化率，并提升豬肉的品質(zhì)。楊華等［45］利用枯草芽孢桿菌、乳酸菌、雙歧桿菌、酵母菌飼喂奶?？娠@著提高奶牛產(chǎn)奶量，但對牛奶品質(zhì)改善作用不明顯。

3.3 微生態(tài)制劑技術(shù)發(fā)展趨勢

1)篩選更多具有直接促生長作用的優(yōu)良微生物，包括改造菌群遺傳基因，選育優(yōu)良菌種，提升抗酸、抗熱等能力。2)應(yīng)注意從動物營養(yǎng)代謝與微生物代謝關(guān)系方面研究益生素的作用機理和方式。3)加強劑型加工工藝的研究，例如真空凍干技術(shù)和微膠囊技術(shù)保護產(chǎn)品，采用真空包裝或充氮氣包裝延長產(chǎn)品保質(zhì)期技術(shù)等，提高活菌濃度及其對不良環(huán)境的耐受力。

4 功能性蛋白肽

4.1 功能性蛋白肽在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

在提高生產(chǎn)性能方面:包括含蛋白肽極高的血漿蛋白粉在內(nèi)，其應(yīng)用都顯著提高了仔豬、雛雞的平均日增重、平均日采食量和飼料轉(zhuǎn)化率，增強了雛雞免疫力，降低了仔豬腹瀉率［46-49］。在改善動物腸道微生態(tài)平衡方面:單春喬等［50］報道，大豆小肽能促進益生菌的增殖作用。

4.2 功能性蛋白肽發(fā)展趨勢

目前，我國部分科研單位和企業(yè)在該類產(chǎn)品上已經(jīng)開發(fā)出效果顯著的產(chǎn)品，但因國家管理方面的嚴格至今還沒有真正的抗菌肽面市。未來在飼用肽產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系方面，利用現(xiàn)代生物技術(shù)改進活性肽，如將編碼某種抗菌肽的基因整合到某些生物體內(nèi)，通過生物細胞的發(fā)酵或培養(yǎng)來直接表達出目的抗菌肽等方面尚需加強研究。

5 益生元

繼益生素后，人們發(fā)現(xiàn)許多多糖或寡糖具有通過調(diào)節(jié)動物腸道微生物生長而影響微生態(tài)平衡的作用，稱之為益生元，受到全球研究者們的高度重視。

5.1 新型生物多糖

多糖是存在于自然界的醛糖和(或)酮糖通過糖苷鍵連接在一起的聚合物(一般10個以上)，分布于動植物及微生物中，具有廣泛的生物學功能，它不僅是所有生命有機體的重要組分，還控制細胞分裂和分化，參與細胞間的識別、轉(zhuǎn)化及物質(zhì)運輸，參與機體免疫功能的識別、腫瘤細胞的凋亡等過程。在畜牧生產(chǎn)中，多糖主要作為重要的抗生素替代品，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)、抗病毒、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)及抗細菌等功能。

5.1.1 多糖作用機制

多糖能夠通過影響細菌對細胞的黏附，抑制動物腸道有害菌的生長和提高有益菌的生長，從而改善動物腸道微生態(tài)，抑制細菌對宿主細胞的危害［51-54］。

5.1.2 新型多糖在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

大量研究表明，多糖可作為一種理想的抗生素替代品，在畜牧業(yè)中具有廣闊的研究與應(yīng)用前景。近年來涉及試驗的多糖包括蘆薈多糖、乙?；事毒厶?、香菇多糖、姬松茸多糖、黃芪多糖、白術(shù)多糖、海藻多糖、沙蔥多糖等10多種;涉及的試驗動物有8種，包括黃羽肉雞［55-56］、快大型肉仔雞［58-59］、仔豬和育肥豬［60-65］、口裂腹魚、南美白對蝦［66-67］、櫻 桃 谷 鴨［68］、斷 奶 犢 牛［69］、肉 羊［70］等。結(jié)果表明，多糖可以提高試驗動物日增重，改善飼料轉(zhuǎn)化效率，降低腹瀉率，降低死淘率。然而在多糖的提取分離純化技術(shù)、多糖結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系及多糖的劑量與效應(yīng)關(guān)系等方面仍需更深入的研究。

5.2 寡糖

寡糖是由2～10個單糖組成的一類聚合物。構(gòu)成寡糖的單糖主要是5碳糖和6碳糖，包括葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖等。這些單糖可以以直鏈或分支結(jié)構(gòu)形成寡糖。目前常用且研究較為集中的寡糖主要包括果寡糖、甘露寡糖、半乳寡糖、大豆寡糖、木寡糖、異麥芽寡糖、殼寡糖等。寡糖具有獨特和多樣的生理功能及安全、穩(wěn)定的產(chǎn)品性能，能夠促進機體腸道內(nèi)有益微生物菌群的形成，結(jié)合、吸收外源性病原菌，調(diào)節(jié)機體的免疫系統(tǒng)。因此用作飼料添加劑前景廣闊。

5.2.1 促進腸道內(nèi)有益菌群的形成，改善腸道結(jié)構(gòu)，阻止有害菌定植方面

寡糖可作為營養(yǎng)物質(zhì)被雙歧桿菌、乳酸桿菌以及擬桿菌等有益菌代謝利用，而梭狀芽孢桿菌和大腸桿菌等有害菌對其代謝利用率很低。有益菌代謝產(chǎn)生的丙酸是黏膜代謝的主要能源物質(zhì)，具有促進正常細胞形成的作用。寡糖能顯著增加動物的腸絨毛高度和腸壁厚度。寡糖與動物腸內(nèi)壁細胞表面的受體結(jié)構(gòu)相似，在腸道競爭性的和病原菌細胞表面的外源凝血素結(jié)合，抑制病原菌在腸道的定植與繁育［71-73］。Shang 等［74］研究結(jié)果表明，果寡糖添加到肉雞飼糧改變了肉雞腸道微生物結(jié)構(gòu)，同時表明飼糧中鈣、磷的數(shù)量和比例均能影響腸道微生物種群。

5.2.2 改善動物生產(chǎn)性能方面

近年來寡糖在動物生產(chǎn)應(yīng)用效果方面的報道較多，其應(yīng)用效果受寡糖種類、飼糧組成、動物年齡和種類、使用劑量等因素的影響。但總體結(jié)果表明，寡糖可以改善腸道微生態(tài)平衡，改善動物消化吸收功能，提高血清中低密度脂蛋白含量，提高日增重，改善飼料轉(zhuǎn)化效率，降低腹瀉率，改善肉品質(zhì)等。涉及的寡糖包括殼寡糖、果寡糖、木寡糖、甘露寡糖、大豆寡糖等多種;涉及的試驗動物包括豬［75-79］、家禽(肉雞、蛋雞、北京肉鴨、櫻桃谷肉鴨)［80-87］、反芻動物(羔羊、犢牛)［88-89］、水產(chǎn)動物(羅非魚、南美白對蝦)［90-91］等。

5.3 其他益生元在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

趙興鑫等［92］研究了中草藥益生元對肉雞腸道微生物和形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，1.0% ～2.0%添加處理顯著降低腸道內(nèi)大腸桿菌的數(shù)量，而2.0%添加處理能有效抑制總需氧菌生長，并顯著促進乳酸桿菌和雙歧桿菌增殖。王赤龍等［93］研究了乳源性益生元對西伯利亞鱘生產(chǎn)性能和營養(yǎng)成分消化率的影響，結(jié)果顯示，在西伯利亞鱘飼料中添加2%乳源性益生元，能提高飼料中氨基酸的消化率和飼料利用率。還有研究指出，益生素和益生元可以替代抗生素和抗球蟲藥，改變腸道微生態(tài)平衡關(guān)系，改善小腸潛力，改變腸組織發(fā)育，對采食量、飼料轉(zhuǎn)化效率、死亡率等無顯著影響，肉雞的生長在后期都可以補償回來［94-95］。

6 天然植物提取物

近年來，天然植物提取物因其綠色、無公害、環(huán)保等特點被國內(nèi)外研究人員關(guān)注，并成為發(fā)展綠色飼料添加劑的主要趨勢之一。尤其是隨著歐盟及一些國家限用或禁用抗生素法規(guī)的出臺，天然植物提取物飼料添加劑已作為飼料中抗菌抑菌物的首選替代品，并成為開發(fā)研究的重點之一［96］。

6.1 天然植物提取物在肉雞生產(chǎn)中的作用

天然植物提取物在肉仔雞上的應(yīng)用以降低仔雞發(fā)病率、提高成活率為主要目的。Waihenya等［97］研究發(fā)現(xiàn)，飼喂蘆薈提取物能降低肉雞因禽沙門氏菌感染而引起的死亡率，提高抗體水平，降低臟器中沙門氏菌數(shù)量。王君榮等［98］研究了紫蘇籽提取物對蛋種雞的影響，發(fā)現(xiàn)其能提高產(chǎn)蛋率、種蛋合格率、種蛋受精率和孵化率，提高單枚蛋重和飼料轉(zhuǎn)化率。Adhikari等［99］采用天然植物提取物、油混合物+酸制劑、益生素復合物飼養(yǎng)肉雞，發(fā)現(xiàn)天然植物提取物和益生素復合物具有最好的增重效果。

在改善肉蛋品質(zhì)方面，很多天然植物提取物自身具有較強的抗氧化活性，可以提高動物體內(nèi)的抗氧化能力，對于提高雞的免疫力、抗應(yīng)激能力、生產(chǎn)性能和肉蛋品質(zhì)等方面具有良好的作用。例如:在肉雞飼糧中添加1%～2%鮮大蒜或0.2%的大蒜素，雞肉的魚腥味便會消失，雞肉香味變濃;在肉仔雞飼糧中添加蘆薈多糖可以降低肌肉的滴水損失，提高肌肉的持水力，改善雞肉品質(zhì)。

6.2 天然植物提取物在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的作用

對仔豬生產(chǎn)性能的影響:天然植物提取物具有提高仔豬的生長速度，降低料重比的作用。研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加牛至油30～50 g/kg，可提高飼料利用率3.35%，飼糧中添加黃芪、黃連、刺五加等復合提取物，可顯著促進仔豬生長和降低腹瀉率［100］。

對育肥豬生產(chǎn)性能的影響:飼糧中添加黃芪多糖具有提高生產(chǎn)性能的趨勢，而且黃芪多糖還能提高生長豬的體液免疫和細胞免疫能力。在飼糧中添加茶多酚能提高育肥豬肌肉總抗氧化能力，降低生長豬腹瀉率［101-102］。

對母豬生產(chǎn)性能的影響:侯曉礁等［103］研究表明，在妊娠后期母豬飼糧中添加300 g/t黃芪多糖粉，能有效提高妊娠后期母豬的生產(chǎn)性能和出生仔豬的健康水平，對妊娠母豬的各種繁殖障礙和疾病有很好的預防作用，窩均產(chǎn)仔數(shù)、窩均活仔數(shù)和窩均活仔重均高于對照組，弱仔率、死胎率、木乃伊率和畸形率均比對照組低。在哺乳母豬基礎(chǔ)飼糧中添加0.5%的植物提取物能明顯改善哺乳母豬的泌乳性能，提高哺乳仔豬的生產(chǎn)性能，降低哺乳仔豬的腹瀉率及死亡率。

6.3 天然植物提取物在反芻動物生產(chǎn)上的作用

天然植物提取物能夠提高反芻動物的采食量和飼料消化率，同時改變瘤胃微生物菌群，使得降解粗飼料的微生物數(shù)量增多，從而改善了其發(fā)酵類型。研究發(fā)現(xiàn)，天然植物提取物能夠抑制瘤胃甲烷產(chǎn)生，不僅降低反芻動物甲烷生成對環(huán)境的影響，而且可以減少瘤胃發(fā)酵過程中的能量損失，提高飼料的利用率［104］。近年來，大量研究表明，天然植物提取物中含有皂苷、揮發(fā)精油和單寧等多種生物活性成分，具有抗菌、促生長、提高免疫力和抗氧化等功能，同時具有調(diào)控反芻動物瘤胃發(fā)酵模式、降低飼料蛋白質(zhì)損失、減少甲烷排放的功能［105］。

7 發(fā)酵飼料

發(fā)酵飼料是指在人工控制條件下，微生物通過自身的代謝活動，將植物性、動物性和礦物性物質(zhì)中的抗營養(yǎng)因子分解或轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生更能被畜禽采食、消化、吸收的養(yǎng)分并且無毒害作用的飼料原料。發(fā)酵飼料生產(chǎn)工藝分為液體發(fā)酵和固體發(fā)酵2類。液體發(fā)酵技術(shù)國外使用較多，普遍采用飼料中天然存在的乳酸菌、酵母供發(fā)酵;國內(nèi)普遍使用微生物發(fā)酵劑或菌種，使用固體發(fā)酵技術(shù)。

7.1 發(fā)酵飼料原料

目前，我國新版《飼料原料目錄》中載列了發(fā)酵飼料種類(表2)，并于2013年1月1日起施行。實際生產(chǎn)中使用的生物發(fā)酵原料產(chǎn)品包括發(fā)酵豆粕、發(fā)酵棉籽粕、發(fā)酵菜籽粕、發(fā)酵麩皮、青貯飼料、單細胞菌體蛋白和酵母蛋白等。

當前我國可發(fā)酵用非常規(guī)飼料原料有:米糠餅、統(tǒng)糠、高粱糠、白酒糟、黃酒糟、啤酒糟、麩皮、玉米皮、玉米胚芽粕、玉米芯粉、大豆皮、大豆糖蜜、豆渣、花生粕、椰子粕、葵花籽粕、棗粕、棗粉、甘薯渣、菊苣渣、菊芋渣、馬鈴薯渣、魔芋渣、木薯渣等。

7.2 發(fā)酵全價料

所謂發(fā)酵全價料是對通常的混合飼料經(jīng)過發(fā)酵處理后的俗稱，非規(guī)范名稱，但在實際生產(chǎn)中已廣泛使用，如蛋白質(zhì)飼料原料單獨發(fā)酵后，與能量飼料和預混料混勻后飼喂;能量飼料原料、蛋白質(zhì)飼料原料和預混料混勻后發(fā)酵飼喂;常規(guī)飼料原料發(fā)酵后大比例替代普通全價飼糧等方式都在應(yīng)用。

7.3 常用發(fā)酵菌種

目前生產(chǎn)中常用的發(fā)酵菌種包括:枯草芽孢桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、植物乳桿菌、糞腸球菌、干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、釀酒酵母、米曲霉、黑曲霉等。

7.4 生物活菌制劑與發(fā)酵飼料的異同

生物活菌制劑與發(fā)酵飼料的異同見表3。

表2 我國發(fā)酵產(chǎn)品及副產(chǎn)品原料目錄Table 2 Ingredient list of the fermentation feed and its by-products in China［106］

表3 生物活菌制劑與生物發(fā)酵飼料特性比較Table 3 The specialty comparison between biological live bacteria preparation and biological fermentation feed

7.5 發(fā)酵飼料的功能

發(fā)酵飼料具有改善飼料的適口性、刺激畜禽采食、提高飼料中營養(yǎng)物質(zhì)消化率及利用率的功能，還有益于畜禽腸道健康和增強免疫力，降解飼料中的有毒物質(zhì)，產(chǎn)生促生長因子，有效地抑制消化道中的大腸桿菌、沙門氏菌及一些致病性細菌與病原體的繁殖與生長。

脫毒和抗營養(yǎng)因子去除包括:豆粕中的抗原蛋白，棉籽粕中的棉酚，菜籽粕中的硫甙、芥子酸，粗飼料中的纖維、非淀粉多糖。經(jīng)過體外消化，大分子蛋白質(zhì)變?yōu)樾‰?，多糖變?yōu)閱翁?，吸收效率提高?/p>

發(fā)酵飼料能促進斷奶仔豬的生長，提高飼料轉(zhuǎn)化率。飼料經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵之后提供了許多生物活性物質(zhì)，如功能性多肽、酶等，使飼料的消化吸收率大大提高。章世元等［107］和張宏亮等［108］報道，發(fā)酵豆粕可促進斷奶仔豬生長，促進胃腸道組織的發(fā)育，減少腹瀉，提高飼料利用率。王長彥［109］在育肥豬中應(yīng)用微生物發(fā)酵飼料，比常規(guī)飼料表現(xiàn)出較好的生產(chǎn)性能，平均日增重提高了4.67%。

越來越多的養(yǎng)殖企業(yè)正在逐漸增加發(fā)酵飼料的使用量，使用發(fā)酵飼料將是畜牧行業(yè)的發(fā)展趨勢，發(fā)酵飼料市場有較大的發(fā)展空間。但在有關(guān)生物飼料產(chǎn)品的適口性、營養(yǎng)成分、抗營養(yǎng)因子、天然毒素以及對動物健康狀況和畜產(chǎn)品品質(zhì)的影響等方面，都需要建立合適的方法進行安全性評價。

7.6 發(fā)酵飼料生產(chǎn)技術(shù)

發(fā)酵飼料生產(chǎn)技術(shù)除了發(fā)酵菌種以外，生產(chǎn)工藝是決定發(fā)酵技術(shù)成敗的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外關(guān)于發(fā)酵飼料生產(chǎn)技術(shù)主要包括以下幾種:1)青貯技術(shù)。其工藝傳統(tǒng)、歷史悠久、技術(shù)成熟，缺點是季節(jié)性強，原料必須新鮮，且只能就地利用，基本不能遠距離運輸，開窖后必須在短時間內(nèi)用完，目前僅限于反芻動物領(lǐng)域的應(yīng)用。2)固態(tài)好氧發(fā)酵技術(shù)。這種生產(chǎn)方式在20世紀80—90年代很流行，在全國各地都有推廣應(yīng)用。與傳統(tǒng)發(fā)酵工藝一樣，其缺點是發(fā)酵成品需要干燥，否則容易腐敗變質(zhì)，而且這種工藝的機械化程度較低，需要較多人工用于物料的翻拌、散熱等繁瑣操作。隨著勞動力成本和能源價格不斷上漲，目前這種技術(shù)優(yōu)勢也正在逐步喪失。3)固態(tài)厭氧發(fā)酵技術(shù)。相對于好氧發(fā)酵，該技術(shù)能耗低，微生物代謝產(chǎn)生的熱量少，生產(chǎn)過程往往不需要翻拌散熱。發(fā)酵產(chǎn)品只要密封得當，即使長期存放也不會腐敗變質(zhì)?？梢詮V泛利用豆渣、果渣、玉米漿和糖渣等高水分含量的農(nóng)業(yè)和輕工業(yè)副產(chǎn)物作為生產(chǎn)原料，生產(chǎn)技術(shù)實用，產(chǎn)品附加值高，保質(zhì)期長，符合我國國情。接種后發(fā)酵物料含水量在30%～50%，蛋白質(zhì)含量在4.5%～42.0%，操作彈性極大，可大比例使用上述副產(chǎn)物，最大使用比例可以達到30%，成品也不需要干燥，與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比具有很大的成本優(yōu)勢。

8 生物飼料未來研究重點

8.1 生物飼料資源評估與發(fā)掘

針對生物飼料產(chǎn)品的特性要求，開展相關(guān)微生物和基因的篩選、分離和功能驗證，尤其要注重特殊環(huán)境微生物和未培養(yǎng)微生物中的基因資源，利用最新發(fā)展起來的分子生物學技術(shù)手段，建立基因資源直接分離的高通量技術(shù)方法及有效的快速功能評估系統(tǒng)，獲得一批有自主知識產(chǎn)權(quán)、有應(yīng)用價值的新基因資源，建立生物飼料產(chǎn)品相關(guān)基因資源的高通量篩選技術(shù)和快速功能評估體系。

8.2 生物飼料基因工程技術(shù)平臺的建立

利用現(xiàn)代分子生物學技術(shù)，如基因打靶技術(shù)、error-proven PCR技術(shù)、DNA shuffling技術(shù)、DNA微突變高通量快速篩選技術(shù)、基因敲除技術(shù)、基因刪除技術(shù)等各種不斷更新的基因工程技術(shù)，構(gòu)建高效生物反應(yīng)器技術(shù)平臺和多功能菌株改良技術(shù)平臺，提高工程菌的應(yīng)用效率，降低生產(chǎn)成本，以期規(guī)模化廉價生產(chǎn)。

8.3 生物飼料蛋白質(zhì)工程技術(shù)平臺的建立

根據(jù)蛋白質(zhì)的精細結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，利用蛋白質(zhì)工程手段，按照人類自身的需要，根據(jù)對分子預先設(shè)計的方案，通過對天然蛋白質(zhì)的基因進行改造，來實現(xiàn)對它所編碼的蛋白質(zhì)進行改造，達到定向地改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子，蛋白質(zhì)工程技術(shù)的運用，可以提高重組蛋白質(zhì)的活性，改善制品的穩(wěn)定性等。

8.4 生物飼料發(fā)酵工程技術(shù)平臺的建立

針對多種飼用安全重組生物反應(yīng)器，建立高效的高密度發(fā)酵技術(shù)平臺，并開發(fā)高效穩(wěn)定的產(chǎn)品加工技術(shù)，提高生物飼料產(chǎn)品的穩(wěn)定性、實用性和應(yīng)用的高效性，并加快生物飼料產(chǎn)業(yè)化和實際應(yīng)用的步伐。

8.5 生物飼料生產(chǎn)與技術(shù)系統(tǒng)集成

生物飼料的系統(tǒng)集成是生物飼料工程化研究的重點之一，一種生物飼料產(chǎn)品的研發(fā)往往需要應(yīng)用幾種生物技術(shù)，需要進行集成創(chuàng)新和重點突破，研究其使用方法和標準。此外，也應(yīng)當研究生物飼料產(chǎn)品應(yīng)用和其他飼養(yǎng)技術(shù)的系統(tǒng)集成，建立相應(yīng)的配套應(yīng)用技術(shù)體系，可促進重大生物飼料產(chǎn)品的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用。

8.6 生物飼料產(chǎn)品飼用價值與安全性評價

生物飼料產(chǎn)品關(guān)鍵成分檢測包括:營養(yǎng)成分、抗營養(yǎng)因子和天然毒素以及其他由于生物技術(shù)而發(fā)生改變的成分(包括新物質(zhì)的表達量、功能和穩(wěn)定性等)。生物飼料產(chǎn)品的飼用價值與安全性評價包括飼喂后對動物的健康狀況和畜產(chǎn)品品質(zhì)的影響。動物可食部分添加到飼料后還需進行試食試驗，解決適口性問題，同時建立合適的方法進行安全性評價。

9 小結(jié)

生物飼料涉獵的范圍較廣，難以全攬和逐一評述所有生物飼料科技內(nèi)容。目前的研究主要集中在生物飼料添加劑和飼料原料及全價料的生物發(fā)酵菌種、工藝及其安全性和有效性的評價等方面?？梢钥隙ǖ氖牵曈妹钢苿?、微生物添加劑、益生元添加劑等生物飼料添加劑的生產(chǎn)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)日趨完善，它們的集成應(yīng)用為抗生素時代的終結(jié)積累了理論知識和實踐經(jīng)驗?，F(xiàn)代生物技術(shù)，尤其是基因工程技術(shù)和高密度發(fā)酵工程技術(shù)的應(yīng)用，使飼料原料和部分動物特殊階段全價料的生物發(fā)酵處理可以更好地實現(xiàn)，同時為全面徹底解決畜產(chǎn)品安全，提高肉蛋奶風味品質(zhì)以及提升生態(tài)環(huán)境治理開辟了嶄新的研究領(lǐng)域和巨大的產(chǎn)業(yè)前景。

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