■ 張關(guān)鋒 曾文林 鄭夢莉 陳清華*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410125；2.冷水江市畜牧水產(chǎn)和農(nóng)機事務(wù)中心，湖南婁底 417500）

近年來，隨著我國畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的擴大，飼料資源短缺的問題日益嚴(yán)重。玉米豆粕價格的飆升迫使飼料企業(yè)和養(yǎng)殖企業(yè)尋求能量飼料和蛋白飼料的替代品，但棉籽粕、菜籽粕等非常規(guī)飼料具有存在抗?fàn)I養(yǎng)因子和有毒、有害物質(zhì)較多的缺點，嚴(yán)重制約畜禽對其的消化利用。新興的微生物發(fā)酵飼料技術(shù)不僅可以消除或降解大部分抗?fàn)I養(yǎng)因子和有毒有害物質(zhì)，還可以提高可消化養(yǎng)分的含量，這對于提高常規(guī)飼料的利用率和開發(fā)非常規(guī)飼料原料及促進畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。因此，文章綜述近年來國內(nèi)外關(guān)于微生物發(fā)酵飼料應(yīng)用的研究，總結(jié)其種類、對飼料營養(yǎng)價值的影響、在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果及應(yīng)用替代方案，以期為發(fā)酵飼料的開發(fā)和利用提供理論參考。

1 微生物發(fā)酵飼料的定義和發(fā)酵方式

1.1 微生物發(fā)酵飼料的定義

微生物發(fā)酵飼料是指在人為控制條件下，將一些抗?fàn)I養(yǎng)因子含量高、利用率低、適口性較差的植物性農(nóng)副產(chǎn)品為主要原料（底物），通過微生物發(fā)酵將部分纖維素、蛋白質(zhì)和脂肪等大分子營養(yǎng)物質(zhì)降解成易被動物吸收的糖類和可溶性小肽及有機酸等小分子物質(zhì)，從而制成營養(yǎng)豐富、適口性好及有益微生物含量較高的一類生物飼料[1]。

1.2 微生物發(fā)酵飼料的方式

微生物發(fā)酵飼料按照發(fā)酵工藝分為固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵，固態(tài)發(fā)酵是指在微生物生長的培養(yǎng)基中無可以流動的游離水且發(fā)酵物質(zhì)來源廣泛，具有發(fā)酵終產(chǎn)物濃度較高、易于保存、發(fā)酵過程產(chǎn)生的廢水較少等特點；液態(tài)發(fā)酵是指在生化反應(yīng)器中，通過人工方式將菌株生長所需要的糖、氮鹽以及無機鹽等營養(yǎng)物質(zhì)全部溶于水中作為培養(yǎng)基，滅菌后進行接種，液體發(fā)酵具有原料來源廣泛、菌體生長快速、生產(chǎn)周期短等特點[2]。

目前在飼料行業(yè)生產(chǎn)中固、液態(tài)發(fā)酵均可用于有機酸、酶制劑、維生素、肽類和其他生長因子等飼料添加劑的工業(yè)化生產(chǎn)，但根據(jù)兩種發(fā)酵方式的特點，液態(tài)發(fā)酵更利于規(guī)?；a(chǎn)，固態(tài)發(fā)酵則在改變常規(guī)、非常規(guī)飼料原料的特性和利用工業(yè)殘渣或副產(chǎn)物生產(chǎn)單細胞蛋白質(zhì)飼料方面應(yīng)用更為廣泛。兩種發(fā)酵模式在受限因素方面，液態(tài)發(fā)酵存在發(fā)酵設(shè)備龐大、耗能高和費用大等弊端，固態(tài)發(fā)酵存在生產(chǎn)機械化程度低、發(fā)酵產(chǎn)品穩(wěn)定性差和發(fā)酵過程難以控制工藝參數(shù)（如溫度、pH、營養(yǎng)成分等）等劣勢[3]。

1.3 微生物發(fā)酵的菌種

目前，發(fā)酵常用菌劑多為復(fù)合菌，包括芽孢桿菌（枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌等）；乳酸菌（植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌等）；酵母菌（產(chǎn)朊假絲酵母、釀酒酵母）和霉菌（米曲霉、毛霉、根霉等）[4]，以及這些菌種之間按照不同比例的組合。

1.4 微生物發(fā)酵飼料的原料

微生物發(fā)酵飼料的原料可以分為常規(guī)飼料原料和非常規(guī)飼料原料，常規(guī)飼料原料是指一些常見的、利用價值高、易于消化和吸收的一類飼料原料（如玉米、大豆、小麥等）；而非常規(guī)飼料原料是指一些存在營養(yǎng)價值較低、抗?fàn)I養(yǎng)因子含量高、成分復(fù)雜或不穩(wěn)定而又缺乏營養(yǎng)價值評定標(biāo)準(zhǔn)等問題的飼料原料，大致可分為餅粕類、糟渣類、秸稈秕殼3類[5]。

2 微生物發(fā)酵飼料的特性

2.1 提高飼料營養(yǎng)物質(zhì)含量、降低抗?fàn)I養(yǎng)因子含量

在微生物發(fā)酵過程中，針對不同類型的飼料原料可以使用不同的菌種進行發(fā)酵。發(fā)酵常規(guī)飼料方面，Zhang 等[6]研究表明，利用枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵豆粕，發(fā)酵后豆粕中的大分子糖和蛋白質(zhì)被降解為有機酸、小肽、游離氨基酸等，其中必需氨基酸總量增加了12.2%，非必需氨基酸總量增加了10.8%，游離氨基酸總量是未發(fā)酵組的12.76 倍。Zheng 等[7]研究表明，通過芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵豆粕可以顯著降低豆粕中抗?fàn)I養(yǎng)因子的含量。Jiang 等[8]利用枯草芽孢桿菌（CICC 10262）和嗜酸乳桿菌（ACCC 10637）混合固態(tài)發(fā)酵玉米蛋白粉，結(jié)果顯示發(fā)酵后中性洗滌纖維含量顯著降低，粗蛋白、氨基酸和小肽含量顯著升高。發(fā)酵非常規(guī)飼料方面，Wang 等[9]使用由地衣芽孢桿菌(1.0813)、酵母菌(ACCC20060)和乳酸菌(ACCC10637)組合成的復(fù)合益生菌固態(tài)發(fā)酵菜籽粕，發(fā)酵后可溶性蛋白含量、乳酸含量和總氨基酸含量顯著增加，硫苷和中性洗滌纖維含量顯著降低。Wang 等[10]利用乳酸菌菌株固態(tài)發(fā)酵棉籽粕，結(jié)果顯示，發(fā)酵后棉粕中粗蛋白和必需氨基酸的含量極顯著增加，棉酚降解率達83%。有研究報道，淀粉芽孢桿菌NX-2S 固態(tài)發(fā)酵豆渣，使豆渣中胰蛋白酶抑制劑、植酸和單寧等抗?fàn)I養(yǎng)因子分別降低了98.7%、97.8%和63.2%[11]。此外，有研究表明，通過樺褐孔菌固態(tài)發(fā)酵麥秸，發(fā)酵后顯著提高了麥秸中粗蛋白含量和必需氨基酸中蛋氨酸、賴氨酸的含量[12]。Wang 等[13]使用4 種白色腐真菌（紅腐霉CGMCC 5.600、杏鮑菇CGMCC 5.732、鳳尾菇CGMCC 5.592 和金頂側(cè)耳CGMCC 5.244）固態(tài)發(fā)酵玉米秸稈，結(jié)果顯示，發(fā)酵后4 種白色腐真菌均顯著提高了玉米秸稈中粗蛋白含量，同時降低了中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、半纖維素和纖維素的含量。

由此可見，針對飼料的特性以及改善效果，選擇相應(yīng)的微生物發(fā)酵處理可提高飼料營養(yǎng)成分的含量，降低抗?fàn)I養(yǎng)因子及有毒、有害物質(zhì)的含量，從而提高飼料中可消化營養(yǎng)物質(zhì)的含量[14]。在微生物發(fā)酵飼料的過程中，還需考慮不同菌種之間的協(xié)同和拮抗作用。一般情況下，混合菌種的發(fā)酵效果要優(yōu)于單一菌種，不同菌種分步發(fā)酵效果優(yōu)于混合發(fā)酵，且混菌分步發(fā)酵效果優(yōu)于單菌發(fā)酵和混菌同步發(fā)酵[15-16]。

2.2 降低飼料毒性和抑制有害菌產(chǎn)生

微生物通過固態(tài)發(fā)酵的方式發(fā)酵飼料還可以降低飼料中毒素的含量、抑制有害菌的生長，尤其在餅粕類等非常規(guī)飼料中效果顯著（見表1）。

表1 微生物發(fā)酵降低飼料毒性和抑制有害菌相關(guān)研究報道

2.3 提高飼料中抗氧化成分含量

經(jīng)微生物發(fā)酵后的飼料原料會產(chǎn)生植物肽類[22]、酚類和黃酮[23]等抗炎、抗氧化物質(zhì)。研究表明，利用枯草芽孢桿菌和米曲霉固態(tài)分步發(fā)酵豆粕，顯著提高了豆粕總酚化合物濃度和體外抗氧化活性[24]。Jiang等[25]通過枯草芽孢桿菌MTCC5480固態(tài)發(fā)酵玉米蛋白粉，結(jié)果顯示，36 ℃時發(fā)酵后玉米肽的濃度達到最大值，此外，還通過D-半乳糖誘導(dǎo)衰老大鼠試驗驗證了發(fā)酵所產(chǎn)生玉米肽具有良好的抗氧化能力，可作為天然抗氧化劑，這也表明了發(fā)酵所產(chǎn)生的玉米肽具有安全性和可靠性。凌阿靜等[26]使用真菌發(fā)酵麥麩，結(jié)果顯示，黑曲霉菌、米曲霉菌和里氏木霉菌3 種菌均能顯著增加麥麩中總游離酚含量、阿魏酸含量及抗氧化活性；其中，米曲霉菌發(fā)酵麥麩效果最好，可以得出結(jié)論：米曲霉菌是降解麥麩生產(chǎn)阿魏酸、提高麥麩抗氧化活性的優(yōu)良菌種。阿魏酸是一種自由基清除劑，具有抗炎、抗氧化、抗菌活性等生理功能[27]。Wang 等[28]通過枯草芽孢桿菌YY-4 和植物乳桿菌CICC6026 混合固態(tài)發(fā)酵菜籽粕，發(fā)酵后小分子肽濃度極顯著增加，表現(xiàn)出高可用性、抗氧化活性和免疫調(diào)節(jié)活性。Karakurt等[29]利用枯草芽孢桿菌ATCC 6633固態(tài)發(fā)酵葵花籽粕，發(fā)酵后總酚含量和抗氧化活性顯著增加。此外，Xu等[30]研究表明可以通過樺褐孔菌發(fā)酵小麥、水稻秸稈和甘蔗渣生產(chǎn)抗氧化活性胞外多糖，從而提高發(fā)酵產(chǎn)物的抗氧化能力。由此可見，不同的飼料原料經(jīng)微生物發(fā)酵后可以產(chǎn)生不同的抗氧化物質(zhì)，從而提高飼料中抗氧化成分的含量。

2.4 改善飼料風(fēng)味、提高飼料適口性

有研究表明飼料的風(fēng)味[31]和適口性[32]可直接促進動物進行采食行為，是影響動物的采食量的主要因素。在發(fā)酵的過程中，會產(chǎn)生芳香族化合物等，改善飼料風(fēng)味，提高適口性[33]。韓翠萍等[34]研究表明，經(jīng)植物乳桿菌和釀酒酵母菌復(fù)配發(fā)酵的玉米粉可明顯提高芳烴化合物、氮氧化合物和醇類物質(zhì)的揮發(fā)；同時，由于兩種菌種之間產(chǎn)生的協(xié)同作用，發(fā)酵過程中會產(chǎn)生更多有機酸、多糖和酶等物質(zhì)，使玉米粉帶有淡淡水果香氣。吳正可等[35]使用嗜酸乳桿菌、枯草芽孢桿菌和釀酒酵母菌固態(tài)發(fā)酵菜籽粕，發(fā)酵后的菜籽粕呈蓬松狀，顏色為黃褐色，有濃郁的酸香味。Liu等[36]用乳酸菌發(fā)酵液吸附和發(fā)酵稻草飼料，發(fā)酵后的稻草飼料不僅具有獨特的酸香味，適口性也得到了改善。Jiang等[37]用毛木耳菌株固態(tài)發(fā)酵麥麩纖維，通過氣相色譜-質(zhì)譜分析，毛木耳菌能降解麥麩纖維并產(chǎn)生多種芳香化合物。綜上，無論是常規(guī)飼料原料還是非常規(guī)飼料原料，經(jīng)微生物發(fā)酵后其形態(tài)、顏色、氣味、適口性等多方面都會得到很大程度改善，從而可提高飼料的飼用價值。

3 微生物發(fā)酵飼料在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

微生物發(fā)酵飼料可應(yīng)用于斷奶仔豬、母豬、育肥豬的各個階段，且在不同階段的應(yīng)用效果也有所不同。由于斷奶仔豬本身分泌的消化酶含量不足且酶活性較低，而斷奶仔豬日糧中蛋白質(zhì)含量較高，所以容易發(fā)生營養(yǎng)性腹瀉[38]，另外，斷奶應(yīng)激造成仔豬的腸道菌群失調(diào)和抗氧化能力降低也會導(dǎo)致仔豬發(fā)生腹瀉[39]，使仔豬生產(chǎn)效率大大降低。而微生物發(fā)酵飼料應(yīng)用于斷奶仔豬日糧中可促進仔豬腸道健康、提高抗氧化能力，從而減少斷奶仔豬腹瀉，提高生長性能。此外，微生物發(fā)酵飼料應(yīng)用于母豬日糧中可以提高母豬免疫力和繁殖性能，應(yīng)用于育肥豬日糧中可以提高育肥豬的生長性能、降低飼料成本和提高豬肉品質(zhì)等（見表2）。微生物發(fā)酵飼料在豬生產(chǎn)中等比例替代基礎(chǔ)日糧中某一原料或部分營養(yǎng)成分的范圍為4%～25%，若發(fā)酵非常規(guī)飼料作為豬的基礎(chǔ)日糧替代方案，則以6%左右的等比例替代效果最好。

表2 微生物發(fā)酵飼料在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.2 在禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

微生物發(fā)酵飼料在禽生產(chǎn)中主要應(yīng)用于肉雞、蛋雞、肉鴨和蛋鴨日糧中，其中在肉雞、肉鴨生產(chǎn)中應(yīng)用，可以提高其生長性能、抗氧化能力和腸道健康，還可以改善肉品質(zhì)；應(yīng)用于蛋雞、蛋鴨生產(chǎn)中可以提高腸胃健康、蛋品質(zhì)、機體免疫力和降低料蛋比等（見表3）。微生物發(fā)酵飼料在禽類日糧中等比例替代某一原料或部分營養(yǎng)成分的范圍為4%～10%左右，其中以6%左右的等比例替代效果最好。

表3 微生物發(fā)酵飼料在禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.3 在反芻動物中的應(yīng)用

微生物發(fā)酵飼料在反芻動物生產(chǎn)中主要應(yīng)用于肉牛、奶牛、肉羊和奶山羊日糧中[52]，其中在肉牛、肉羊生產(chǎn)中應(yīng)用可以提高其生長性能、屠宰性能、肉品質(zhì)、對于營養(yǎng)物質(zhì)的消化率和提高瘤胃優(yōu)勢菌的相對豐度從而穩(wěn)定瘤胃內(nèi)環(huán)境；在奶牛、奶山羊生產(chǎn)中應(yīng)用可以提高其瘤胃發(fā)酵功能、泌乳性能和降低飼料成本等（見表4）。與單胃動物不同的是反芻動物日糧中粗飼料的比例較高，其他原料成分占總?cè)占Z比例相對較低，所以微生物發(fā)酵飼料等比例替代某一原料或部分營養(yǎng)成分的范圍為10%～100%，但具體替代量要根據(jù)所替代發(fā)酵飼料原料的種類進行調(diào)整。

表4 微生物發(fā)酵飼料在反芻動物中的應(yīng)用

3.4 在水產(chǎn)動物中的應(yīng)用

在水產(chǎn)動物日糧中因魚粉相較于其他飼料原料具有蛋白質(zhì)含量高、易消化吸收等特點，所以使用比例較大，而微生物發(fā)酵飼料具有營養(yǎng)豐富、抗?fàn)I養(yǎng)因子含量低、抗氧化成分含量高等特點，且價格相比魚粉有較大優(yōu)勢，常用于一定比例替代魚粉[58]。微生物發(fā)酵飼料替代魚粉可以提高魚蝦的生長性能、消化功能、抗氧化能力和改善腸道健康，并且可以降低飼料成本（見表5），且在水產(chǎn)動物日糧中等比例替代魚粉的范圍在25%～50%。

表5 微生物發(fā)酵飼料在水產(chǎn)動物中的應(yīng)用

4 小結(jié)

常規(guī)和非常規(guī)飼料經(jīng)微生物發(fā)酵后，可降低原料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子、有毒有害物質(zhì)含量，提高飼料中抗氧化物質(zhì)的含量并改善飼料的適口性。同時，微生物發(fā)酵飼料可改善動物的生長性能、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、提高動物免疫力和改善肉品質(zhì)等。但在生產(chǎn)實踐中，微生物發(fā)酵飼料技術(shù)仍然存在很多局限性（如發(fā)酵菌種穩(wěn)定性不足）；菌種代謝產(chǎn)物的成分和作用機制尚不清楚；不同飼料原料與菌種之間以及不同菌種之間的組合作用研究尚淺；部分發(fā)酵工廠生產(chǎn)的工藝水平和設(shè)備相對落后等。未來微生物發(fā)酵飼料要充分利用生物工程技術(shù)，篩選出耐受能力強、表達量高的優(yōu)良菌種；加大對于菌種作用機制的研究；不斷優(yōu)化發(fā)酵工藝提高發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量，從而節(jié)約飼料資源、降低飼養(yǎng)成本、減少環(huán)境污染，促進畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。