◆作者：王超普 陳志永 張輝華

◆單位：佛山科學技術學院生命科學與工程學院

近年來，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，我國飼料資源短缺問題日益突出，已成為影響飼料行業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。但我國非常規(guī)飼料資源豐富，對其開發(fā)利用將成為我國畜牧業(yè)發(fā)展的重點。非常規(guī)飼料原料是指在飼料配方中使用較少或者對其營養(yǎng)特性和飼用價值了解較少的一類飼料原料，是一個相對概念。不過，非常規(guī)飼料原料普遍存在適口性差，營養(yǎng)價值低，營養(yǎng)成分不均衡，含有多種抗營養(yǎng)因子或毒物，并且不同產地來源差異較大等等，大大降低了其飼用價值。通過微生物發(fā)酵技術對這些非常規(guī)飼料原料開發(fā)利用，能夠改善飼料消化特性，提高飼料利用率和營養(yǎng)價值，改善腸道微生態(tài)環(huán)境，提高機體免疫力，改善動物健康水平，減少環(huán)境污染，保障人類健康。因此，本文綜述了非常規(guī)飼料資源發(fā)酵飼料的種類、來源、發(fā)酵工藝、作用機制以及在養(yǎng)豬生產中的應用。

1 非常規(guī)發(fā)酵飼料分類和來源

主要種類、來源和營養(yǎng)特性見表1。

表1 非常規(guī)發(fā)酵飼料來源和共同特性（李洋等，2020；宋增廷等，2015）

2 非常規(guī)飼料發(fā)酵效果

通過微生物發(fā)酵能夠提高非常規(guī)飼料的適口性，降低抗營養(yǎng)因子水平，提高飼用價值。部分非常規(guī)飼料發(fā)酵效果如表2。

表2 部分非常規(guī)飼料發(fā)酵效果

3 非常規(guī)飼料發(fā)酵技術

3.1 發(fā)酵形式

3.1.1 固態(tài)發(fā)酵

固態(tài)發(fā)酵是指在沒有游離水或者游離水含量可以忽略不計的固態(tài)基質上進行的一種發(fā)酵方式（Oladapo 等，2019）。固態(tài)發(fā)酵操作簡單，過程易控制，相對于液態(tài)發(fā)酵生產工藝簡化，具有產量高、投資少、耗能低和污染小等優(yōu)點，但是仍然存在生產機械化程度較低，傳質、傳熱性差、生產過程中工藝參數(shù)難以控制等缺點（Susana 等，2005）。目前已開發(fā)的固態(tài)發(fā)酵反應器有淺盤式、攪拌式、壓力脈沖式反應器等（Sidharth 等，2018）。

3.1.2 液態(tài)發(fā)酵

液態(tài)發(fā)酵飼料是指將水和飼料按照1∶1.5~1∶4 的比例混合，添加適量微生物，通過發(fā)酵處理后，產生的一種pH 值相對較低，狀態(tài)穩(wěn)定且容易被腸道消化吸收的飼料形式（Joris 等，2010）。液態(tài)發(fā)酵飼料包括全價飼料和谷物發(fā)酵飼料，前者容易導致維生素和氨基酸等養(yǎng)分的損失，后者則是先通過谷物發(fā)酵，再和其他原料配合成全價飼料，不僅可以避免營養(yǎng)成分丟失的情況，而且發(fā)酵速度更快，一致性更好（Joris 等，2016）。

3.2 發(fā)酵參數(shù)

3.2.1 發(fā)酵底物

目前常用的發(fā)酵飼料底物包括全價飼料和單一或者幾種單一原料混合而成的飼料底物兩種（崔藝燕等，2016）。發(fā)酵底物為微生物提供了營養(yǎng)和生存環(huán)境，是影響微生物生長和發(fā)酵質量的重要因素之一（Leya 等，2013）。飼料底物的顆粒大小和含水量會影響發(fā)酵過程中的傳熱、傳質和氧傳遞，從而影響微生物的生長（Oladapo 等，2019）。馮宇杰等（2020）在探究醋糟與剩余污泥共發(fā)酵體系中底物配比對揮發(fā)性脂肪酸產量的影響時發(fā)現(xiàn)，當醋糟的底物配比從33%增加到67%時，揮發(fā)酸產量隨之增加，分別是單獨發(fā)酵時的1.30 倍和2.40 倍，表明醋糟的添加有利于小分子酸的產生，原因可能是醋糟含有大量的纖維素類碳源，為微生物的生長提供足夠的物質基礎。

3.2.2 菌種

菌種是決定發(fā)酵飼料質量的關鍵因素，菌種必須具備碳源利用廣譜性強、耐酸、耐高溫、生長速度快、繁殖力強、蛋白質合成能力強、抗污染能力強和分散性好等優(yōu)良特性（譚顯東等，2013）。我國農業(yè)部2013 年發(fā)布的第2045 號文件《飼料添加劑品種目錄》中規(guī)定了29 種可直接飼喂動物或者允許飼料中使用的微生物。目前，發(fā)酵飼料常用的菌種主要有乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌和霉菌，發(fā)酵效果及發(fā)酵產物（見表2 和表3）。

表3 常用菌種主要功能及發(fā)酵產物

3.2.3 pH

微生物發(fā)酵可以降低pH值，從而抑制有害菌的生長。但是目前固態(tài)發(fā)酵pH 值的維持和變化仍然難以控制。菌種不同，所需要的最適生長pH 也不同。汪倫記等（2018）運用響應面法優(yōu)化黑曲霉固態(tài)發(fā)酵冬凌草時發(fā)現(xiàn)，隨著pH 的升高，纖維素酶活力先升高后下降，當pH 等于7 時，纖維素酶活力最高，黑曲霉生長活性最好。王紅波等（2015）研究表明，當pH 低于4.67時，糞鏈球菌生長受到抑制；當調控發(fā)酵液的pH 區(qū)間為6.3 ~7.8，能增加發(fā)酵液中糞鏈球菌活菌數(shù)，較非調控提高65.9%（P<0.05）。

3.2.4 溫度

在一定范圍內，隨著溫度升高，乳酸的產率和產量會增大，對有害菌抑制效果更好。溫度過高時，會引起發(fā)酵過度，營養(yǎng)物質被過多消耗，影響發(fā)酵質量；溫度過低時，菌體生長太慢，發(fā)酵產量降低（J.D 等，2002）。Gao等（2020）以ASP 為指標，探究發(fā)酵溫度對發(fā)酵質量的影響，結果表明在20 ~ 35℃范圍內，ASP 含量逐漸增加，隨著溫度繼續(xù)升高，其含量開始下降。

3.2.5 含水量

水分含量同樣是影響發(fā)酵質量的主要因素之一。水含量過低，微生物對營養(yǎng)物質的吸收受到抑制，影響生長代謝；水含量過高，基質通透性變差，影響透氣散熱，同時增加了雜菌污染的概率（Wang 等，2014）。湯小朋等（2014） 通過黑曲霉固態(tài)發(fā)酵探究最佳的木薯渣發(fā)酵工藝參數(shù)時發(fā)現(xiàn)，羧甲基纖維素酶活性隨著底物水分的增加而增強，料水比 為1 ∶1.75 時 最 高，為6.60U/g；CP 含量隨著水分的增加而增加，料水比為1∶2.00 時最高，隨后逐漸降低。

4 非常規(guī)發(fā)酵飼料作用效果

4.1 改善適口性，提高營養(yǎng)水平

發(fā)酵飼料可以產生多種芳香酸和不飽和脂肪酸，增加飼料香味，改善適口性，從而促進動物采食（劉艷新等，2017）。飼料經微生物發(fā)酵后不僅可以產生大量的氨基酸，被機體直接吸收利用，同時還可以分解飼料中的毒素和抗營養(yǎng)因子，得到大量的酶和活性肽等物質，降解飼料中的CF 和蛋白質等，使其更好地被動物機體吸收利用，提升營養(yǎng)水平（Chun 等，2016；Sugiharto等，2019）。劉輝等（2016）通過菌酶協(xié)同對玉米秸稈進行發(fā)酵，發(fā)酵產物不僅帶有酒香，適口性好，而且CP 含量從5.24%上升到29.71%，增加了4.67 倍。張文舉等（2006）利用熱帶假絲酵母ZD-3 和黑曲霉ZD- 8 對棉籽餅進行發(fā)酵，結果表明：復合發(fā)酵可極顯著降低棉籽餅底物中游離棉酚含量，脫毒率為91.64%；同時CP、總氨基酸和必需氨基酸含量分別提高27.83% 、18.15%和19.18%，體外消化率分 別 提 高20.90% 、26.16% 、24.47%，其中賴氨酸和蛋氨酸分別增加20.24%和66.29%。

4.2 調節(jié)腸道微生態(tài)環(huán)境

發(fā)酵飼料中的有益菌可以和病原菌競爭腸道上皮結合位點，并黏附在腸道上皮細胞上，從而抑制病原菌在腸道內的定殖（Samiullah 等，2020）。同時，乳酸菌等益生菌進入腸道后形成優(yōu)勢菌群，不僅會產生降低腸道pH 的有機酸，還能產生一定量的過氧化物如過氧化氫，從而抑制或殺滅有害細菌（Surendran等，2017）。此外，這些有益菌還可以產生細菌素和溶菌酶，能夠抑制和殺死沙門氏菌、志賀氏菌和大腸桿菌等病原微生物，進而改善動物腸道微生態(tài)環(huán)境（Shehata 等，2020）。研究發(fā)現(xiàn)，飼喂發(fā)酵菜籽粕（Chiang 等，2010）和發(fā)酵棉籽粕（Sun 等，2013）能夠顯著增加肉雞盲腸乳酸菌數(shù)量和乳酸含量，顯著降低大腸桿菌數(shù)量，并且十二指腸絨毛高度和隱窩深度比值（V/C） 也顯著提高。此外，Shi 等（2019）通過飼喂肉雞發(fā)酵裙帶菜發(fā)現(xiàn)，糞便中乳酸菌數(shù)量顯著增加，并且大腸桿菌數(shù)量顯著降低。這些都表明發(fā)酵飼料對動物腸道菌群平衡和微生態(tài)環(huán)境具有良好的調節(jié)作用，從而保障腸道健康。

4.3 增強機體免疫力

發(fā)酵飼料中的有益菌在代謝過程中，不僅可以產生有機酸和抑菌物質來抑制病原微生物的生長，同時可以通過刺激機體的免疫系統(tǒng)，促進上皮內淋巴細胞產生細胞因子、激活巨噬細胞和增加抗體水平來增強特異性和非特異性免疫應答，從而提高動物機體免疫力（Al-Khalaifah等，2018）。Serge 等（2018）研究表明，20%和50%發(fā)酵菜粕替代魚粉可以顯著增強紅鯛魚血液中溶菌酶過氧化物酶活性，并且對氧化應激具有很高的抵抗力。

5 非常規(guī)發(fā)酵飼料在養(yǎng)豬生產中的應用

5.1 在母豬生產中的應用

非常規(guī)發(fā)酵飼料可以提高母豬的繁殖性能，增強免疫力。Song 等（2017）報道，在母豬日糧中添加發(fā)酵高粱干酒糟可以顯著提高母豬產奶量（P<0.05）、乳脂和蛋白質。Grela 等（2019）在基礎日糧中添加4%和9%的發(fā)酵菜籽粕，顯著提高了母豬對CP、EE 和CF 的消化率，減少了腸道中大腸桿菌數(shù)量，對母豬腸道健康有積極影響，顯著改善了生產性能，尤其對于初產母豬，顯著增加了28 日齡仔數(shù)和窩重，并且能夠降低植酸磷和硫代葡萄糖苷等抗營養(yǎng)因子和提高乳酸含量，刺激免疫系統(tǒng)，減少仔豬腹瀉程度和死亡率。Anna等（2020）研究表明，母豬飼糧中添加發(fā)酵菜籽粕可以顯著提高血漿中紅細胞比容、血紅蛋白含量、紅細胞計數(shù)以及磷、鈣、鐵等礦物質含量，同時也可以增強母豬和仔豬血清堿性磷酸酶活性以及提高血漿總蛋白尤其是白蛋白的含量。此外添加發(fā)酵菜籽粕還可以提高母豬以及后代仔豬血漿中總膽固醇和三酰基甘油含量以及肝臟酶活性，特別是仔豬的天冬氨酸轉氨酶活性，從而對脂質代謝產生積極作用。Zhang 等（2021）研究了妊娠期飼糧中添加發(fā)酵桑葉對母豬及其子代生產性能和腸道微生物群的影響，結果表明，發(fā)酵桑葉顯著增加了母豬泌乳期采食量和斷奶窩重，背膘厚和體重損失顯著降低，并且顯著增加母豬糞便微生物多樣性和相對豐度，降低了有害菌數(shù)量。此外，通過母體微生物群的轉移，改善仔豬腸道微生態(tài)環(huán)境，有助于仔豬腸道健康，降低腹瀉率，增加泌乳增重。Wang 等（2020）研究了枯草芽孢桿菌和糞腸球菌共發(fā)酵飼料對泌乳母豬生產性能、免疫性能和腸道微生物群的調節(jié)效果，結果顯示，與對照組相比，發(fā)酵飼料組顯著提高了母豬ADFI 和仔豬增重，提高了母豬的產奶量和乳質。胡永強等（2020）通過補飼中草藥－農副產品混合發(fā)酵飼料，顯著增加了圍產期母豬乳汁中乳脂、乳糖和乳蛋白含量，顯著提高了乳汁中IgG、IgM、免疫球蛋白A（IgA）含量，增強了母豬免疫力，顯著增強了乳汁總抗氧化能力（T-AOC），并且顯著提高了仔豬數(shù)和斷奶仔豬成活率以及提高了仔豬血清中多不飽和脂肪酸和脂酰肉堿類代謝物水平，對哺乳仔豬的生長發(fā)育有積極影響。

5.2 在仔豬生產中的應用

斷奶是仔豬生產的關鍵時期，環(huán)境、飼料等的轉變會引起仔豬的各種應激，從而降低仔豬對營養(yǎng)物質的消化吸收，引起氧化應激，造成仔豬斷奶后前2 周生長緩慢以及腹瀉等狀況，造成巨大的經濟損失（Vitaly 等，2015；Chen 等，2018）。非常規(guī)發(fā)酵飼料可以降低抗營養(yǎng)因子，提高營養(yǎng)物質的消化吸收，減少應激，提高仔豬生長性能，降低料肉比和腹瀉率，并且產生大量有益菌，改善腸道黏膜形態(tài)和微生態(tài)環(huán)境，增強免疫力。丁小玲等（2011） 通過固態(tài)發(fā)酵菜籽粕等氮替代40%膨化豆粕，顯著提高了仔豬血清中磷和免疫球蛋白IgA 的含量，同時IgG、IgM 也有增加趨勢，但是對仔豬采食量、平均日增重和飼料轉化率以及腹瀉率無顯著影響。王帥（2014）研究指出基礎日糧添加8%發(fā)酵柑橘渣，可以顯著提高斷奶仔豬平均日采食量，降低腹瀉率和空腸、回腸pH 值，顯著增加了空腸、盲腸乳酸桿菌數(shù)量，并且降低了空腸大腸桿菌水平，提高了腸道絨毛高度以及降低了隱窩深度，改善了腸道形態(tài)發(fā)育從而提高了對營養(yǎng)物質的消化吸收。

載脂蛋白具有抗炎作用，被認為是急性期蛋白的主要陰性指標，當豬感染炎癥時，載脂蛋白升高；乳酸和揮發(fā)性脂肪酸能夠抑制腸道病原體，當豬發(fā)生應激反應時，血漿乳酸含量升高（Magorzata 等，2015；Kafantaris 等，2018；Rempel 等，2018）。Huang 等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵酒糟可以顯著升高血清載脂蛋白含量，降低血漿乳酸含量以及提高尿乳酸含量（P<0.05），說明它能夠降低斷奶仔豬炎癥發(fā)生率，緩解仔豬斷奶期間的氧化應激。Kafantaris 等（2018）在基礎日糧中添加發(fā)酵葡萄渣，總多酚含量和自由基清除能力顯著提高，提高了日糧抗氧化能力，顯著增加了仔豬斷奶前和斷奶后平均日增重，顯著提高了斷奶后仔豬T-AOC，糞便中乳酸菌和雙歧桿菌水平顯著提高，并且改善了肉質。李海洋等（2016）研究表明基礎日糧中添加6%的蘋果渣發(fā)酵飼料可以顯著提高仔豬平均日增重（ADG）和采食量，降低F/G，提高了飼料的利用率，血液中尿素氮和膽固醇水平顯著降低，增強了仔豬對蛋白的合成代謝能力，同時腸道微生物豐度增加，大腸桿菌數(shù)量減少，有益于腸道健康，增強了機體免疫力。

5.3 在生長肥育中的應用

微生物發(fā)酵飼料可以提高肥育豬的生長性能，提高飼料利用率，降低料重比，提升豬肉品質，增強免疫功能，改善養(yǎng)殖環(huán)境，減少環(huán)境污染。SHI 等（2016）研究黑曲霉發(fā)酵菜籽粕對生長豬生長性能和養(yǎng)分消化率的影響，結果表明，10%的發(fā)酵菜籽粕可以顯著提高生長豬ADG，降低飼料系數(shù)，提高飼料轉化率，顯著提高了干物質（DM）、蛋白質、鈣、磷的全腸道表觀消化率，血清天冬氨酸轉氨酶水平顯著降低。此外，SHI 等（2016）還發(fā)現(xiàn)發(fā)酵菜籽粕可以顯著提高天冬氨酸、甘氨酸、酪氨酸的回腸表觀消化率， 增加飼糧代謝能（ME） 和消化能（DE）。Yan 等（2011） 通過添加30g/kg 的發(fā)酵葡萄渣顯著增加了肥育豬ADG，顯著提高了大理石紋評分、紅度值（a*）、黃度值（b*）和抗氧化能力，改善了肉質，顯著提高了干物質和氮的全腸道表觀消化率，皮下脂肪中棕櫚酸、硬脂酸和花生酸等飽和脂肪酸水平顯著降低，多不飽和脂肪酸總量增加，豬最長肌中花生酸水平降低。張娜娜等（2016）通過在育肥豬飼糧中添加15%的發(fā)酵桑粉，平均日增重顯著提高2.51%，屠宰率有提高趨勢，但差異不顯著，肌內脂肪顯著提高17.82%，豬肉剪切力顯著降低9.86%，豬肉飽和脂肪酸含量顯著降低，不飽和脂肪酸水平顯著提高。

6 小結

非常規(guī)發(fā)酵飼料在養(yǎng)豬生產上，不僅能夠提高飼料營養(yǎng)價值和生豬生產性能，有益于生豬健康，提高經濟效益，還可以緩解人畜爭糧的矛盾，減少環(huán)境污染。但是由于原料來源不同、菌株性能不穩(wěn)定、菌種配比不同、發(fā)酵工藝不同、飼喂比例不同，導致研究結果不同。因此，針對不同菌種作用機理、不同原料營養(yǎng)成分、畜禽不同階段生長特性需要進行更加深入的研究，建立更加全面完善的綜合評價體系。隨之，其應用前景會越來越廣闊，將會帶來更多的經濟和社會效益。