易蘭蘭 朱俊紅 程文杰 趙素梅

(云南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院,昆明 650201)

微生物是飼料原料發(fā)酵的主要驅(qū)動力,但單純的微生物發(fā)酵對飼料原料中纖維物質(zhì)或抗營養(yǎng)因子的降解有限,在此基礎上添加纖維素酶、植酸酶或蛋白酶等能有效降解纖維物質(zhì)和抗營養(yǎng)因子,提高飼料原料營養(yǎng)價值[1]。外源性酶與微生物間的協(xié)同作用主要涉及纖維素酶和木聚糖酶,它們分別降解纖維素和半纖維素。纖維素酶由至少三大類酶組成,即內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶,同時木聚糖酶在半纖維素的降解中發(fā)揮作用,與纖維素酶協(xié)同降解纖維素[2]。微生物在發(fā)酵過程中能產(chǎn)生少量的酶,可構(gòu)建發(fā)酵環(huán)境,提升發(fā)酵物品質(zhì),且部分益生菌進入畜禽消化道后仍發(fā)揮益生作用。Du等[3]報道,菌酶協(xié)同發(fā)酵桑葉改善桑葉青貯飼料的微生物群落結(jié)構(gòu)、發(fā)酵品質(zhì),有效抑制有害微生物的生長,主導厭氧發(fā)酵過程,其作用機理是乳酸菌作為桑葉青貯過程的優(yōu)勢菌種,能通過糖酵解途徑將葡聚糖酶、果膠酶和羧甲基纖維素酶分解纖維素和半纖維素產(chǎn)生的糖轉(zhuǎn)化為乳酸。全株玉米接種枯草芽孢桿菌青貯,可降低粗纖維含量,增加粗蛋白質(zhì)含量,提升全株玉米的營養(yǎng)價值[4],且枯草芽孢桿菌進入反芻動物消化道仍發(fā)揮益生作用。因此,菌酶協(xié)同發(fā)酵是實現(xiàn)飼料原料高值化利用的重要途徑。

1 植物纖維的降解機制

植物纖維主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。纖維素僅含通過氫鍵網(wǎng)絡連接的晶體結(jié)構(gòu)的葡萄糖鏈,半纖維素具有木糖鏈主鏈和各種乙酰化糖單元的側(cè)鏈,木質(zhì)素是由苯丙烷單體組成的復雜聚合物[5]。纖維素的生物降解涉及纖維素酶(內(nèi)切葡聚糖酶)、纖維二糖水解酶(外切葡聚糖酶)和β-葡萄糖苷酶的協(xié)同作用[6]。內(nèi)切葡聚糖酶切割纖維素鏈的無定形區(qū)域,使纖維二糖水解酶在鏈末端發(fā)揮作用。纖維二糖水解酶、內(nèi)切葡聚糖酶和纖維素酶水解纖維素有“兩步”過程,首先在幾分鐘內(nèi)纖維長度減少,然后在60～90 min內(nèi)無定形纖維素溶解(占初始纖維素的約2%),此外,膨脹素也能通過無定形纖維素來促進纖維斷裂[7]。纖維素酶優(yōu)先水解低序纖維素,纖維長度減少、發(fā)生膨脹并產(chǎn)生斷裂[8]。纖維素酶作用于纖維素底物,是天然結(jié)晶纖維素完全酶促水解的關(guān)鍵。最后,β-葡萄糖苷酶將纖維二糖水解為葡萄糖。

結(jié)晶纖維素和其他頑固多糖(如幾丁質(zhì))可被細菌和真菌中發(fā)現(xiàn)的溶解多糖單加氧酶降解[9]。里氏木霉生產(chǎn)的纖維素酶7B對纖維素的初始水解和溶脹的聯(lián)合作用暴露了單個微纖維和微纖維束,導致纖維結(jié)構(gòu)松散并在纖維表面暴露出微纖維[10]。半纖維素水解是內(nèi)切酶(在內(nèi)部裂解主鏈)、外切酶(釋放單糖)以及相關(guān)酶(切割聚合物或寡糖側(cè)鏈以最終釋放單糖或二糖)協(xié)同作用的結(jié)果。此外,玉米中葡萄糖醛阿拉伯木聚糖的不溶性和高苯酚含量使木聚糖酶降解效率降低,體內(nèi)和體外研究均表明脫支酶(阿拉伯呋喃糖苷酶、α-葡萄糖醛酸酶和酯酶等)能通過破壞酚鍵顯著增加纖維的降解率[11]。微生物分泌的纖維降解酶將纖維素降解為畜禽可利用的單糖或寡糖。

2 菌酶協(xié)同發(fā)酵中的菌及其生產(chǎn)的酶

2.1 真菌生產(chǎn)的纖維降解酶

微生物在木質(zhì)素的降解過程中產(chǎn)生多種水解酶,包括木質(zhì)素過氧化物酶、纖維素酶、木聚糖酶、漆酶等[12]。木質(zhì)素是一種芳香族聚合物,由愈創(chuàng)木基、紫丁香基和對羥基苯基3種亞基組成。黃孢原毛平革菌是白腐真菌的一種,其產(chǎn)生的木質(zhì)素過氧化物酶于1982年被發(fā)現(xiàn)[13]。使用黃孢原毛平革菌、變色栓菌和平菇降解玉米秸稈能提高纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的降解率[14]。白腐真菌具有強大的木質(zhì)素降解酶系統(tǒng),能通過分泌漆酶、錳過氧化物酶、木質(zhì)素過氧化物酶等木質(zhì)素分解酶參與降解木質(zhì)素[15]。漆酶屬于多銅氧化酶家族,包括抗壞血酸氧化酶、氧化鐵酶、亞硝酸還原酶和銅藍蛋白等,其是由許多具有不同底物特異性和不同生物功能的蛋白質(zhì)組成的酶,銅氧還蛋白樣結(jié)構(gòu)域使所有多銅氧化酶能將氧氣還原為水,而不產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物[16]。除白腐真菌能降解木質(zhì)素外,部分細菌如紅球菌、惡臭假單胞菌、芽孢桿菌、新鞘氨醇菌和弗氏檸檬酸桿菌也表現(xiàn)出木質(zhì)素降解能力[17]。

真菌已被廣泛用于生產(chǎn)纖維降解酶[18],具體見表1。里氏木霉常用于工業(yè)化生產(chǎn)纖維素酶和半纖維素酶[19]。有研究表明,里氏木霉細胞內(nèi)糖轉(zhuǎn)運蛋白利用乳糖協(xié)助其生產(chǎn)纖維素酶[20]。斜臥青霉以纖維素、脫淀粉麥麩和稻草為碳源能生產(chǎn)阿魏酸酯酶和纖維素酶[21]。在自然界廣泛存在的酵母菌是子囊菌門真菌,具有降解纖維素和木聚糖的酶活性[22]。褐腐真菌能生物降解木材,降低其半纖維素和纖維素的含量和纖維素的結(jié)晶度[23]。

表1 真菌生產(chǎn)的纖維降解酶

真菌處理玉米秸稈常用于工業(yè)生產(chǎn)半纖維素酶,黑曲霉、巨大芽孢桿菌和酵母菌是主要用于生產(chǎn)木聚糖酶的菌種,木聚糖酶是分解半纖維素的主要酶類。黑曲霉和巨大芽孢桿菌分別接種于堿處理玉米秸稈,黑曲霉和巨大芽孢桿菌產(chǎn)生的木聚糖酶在40 ℃培養(yǎng)30和45 min后分別達到最高的活性(3.67和3.36 U/mL);pH 5.0時黑曲霉產(chǎn)生的木聚糖酶最高活性達4.58 U/mL,pH 6.2時巨大芽孢桿菌產(chǎn)生的木聚糖酶最高活性達3.58 U/mL[24]。巴斯德畢赤酵母產(chǎn)生的木聚糖酶在最適條件下活性達442.53 U/mL[25]。釀酒酵母MK-157在Sabouraud葡萄糖肉湯中30 ℃下培養(yǎng)48 h,將酵母細胞固定在堿處理玉米芯基質(zhì)上,將固定化基質(zhì)轉(zhuǎn)移到含有1%木聚糖的礦物鹽培養(yǎng)基中,并在30 ℃下孵育24 h,可生產(chǎn)木聚糖酶[26]。釀酒酵母SCPW17能發(fā)酵玉米芯生產(chǎn)纖維素酶、木聚糖酶和木質(zhì)素酶,活性分別為17.63 U/gds、29.35 U/gds和150.75 μmol/min[27]。此外,使用黑曲霉F12發(fā)酵咖啡渣和麥麩的混合物組,120 h后β-甘露聚糖酶和β-糖苷酶的產(chǎn)量分別為51.97和72.54 U/g[28]。

2.2 細菌生產(chǎn)的纖維降解酶

將地球微生物組計劃發(fā)布的序列與測序的原核基因組之間進行大規(guī)模比對,Li等[29]認為幾乎所有原核生物群落都具有降解纖維素、木聚糖和幾丁質(zhì)的功能潛力。部分細菌利用不同底物生產(chǎn)的纖維素降解酶的種類見表2。原小單孢菌屬VP111處理麥稈和甘蔗渣產(chǎn)生纖維素酶、木聚糖酶和果膠酶,其中纖維素酶水解多種纖維素底物,包括羧甲基纖維素鈉、Whatman 1號濾紙、微晶纖維素、對硝基苯基-β-D-吡喃葡萄糖苷、昆布多糖和纖維素粉[30]?？莶菅挎邨U菌亞種JJBS250以甘蔗渣為底物固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶,產(chǎn)量為20.35 U/g底物[31]。嗜熱地芽孢桿菌GS90在pH為8和溫度為55 ℃條件下生產(chǎn)的木聚糖酶比活性最佳為1 671.4 U/mg[32]。高地芽孢桿菌RS3025利用堿處理的稻草廢棄物生產(chǎn)木聚糖酶,72 h獲得最大木聚糖酶活性(2 518.51 U/mL)[33]。芽孢桿菌屬以麥麩為唯一發(fā)酵底物,144 h生產(chǎn)木聚糖酶2 943 U/g[34]。沙福芽孢桿菌M35和高地芽孢桿菌J208發(fā)酵柑橘皮和麥麩的混合底物,可同時生產(chǎn)木聚糖酶和果膠酶[35]。

表2 細菌生產(chǎn)的纖維降解酶

枯草芽孢桿菌能降解沉香粉的纖維素,纖維素酶活性高達0.22 U/mL,并且對花椒和黃檀具有類似作用[36]。在玉米秸稈中添加枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌和鏈霉菌形成共降解系統(tǒng),可促進子囊菌門產(chǎn)生更多腐殖質(zhì)前體,提高纖維素分解效率[37]。假單胞菌屬、黃桿菌屬、固氮螺菌屬、毛球菌屬、不動桿菌屬和短波單胞菌屬降解秸稈14 d后,濾紙酶和內(nèi)切葡聚糖酶的活性分別為2.55和2.34 U/mL;28 d后,木聚糖酶、漆酶和木質(zhì)素過氧化物酶活性分別為9.86、132.16和85.43 U/mL;高通量測序結(jié)果發(fā)現(xiàn)變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門是秸稈不同降解階段的主要菌門[38]。地芽孢桿菌屬除具有高纖維素酶活性外,還具有良好的木聚糖酶、纖維二糖酶和淀粉酶活性,適用于生產(chǎn)各種生物技術(shù)和工業(yè)應用的酶[39]。芽孢桿菌PM06能在淀粉和羧甲基纖維素作為唯一碳源的培養(yǎng)基中生長,α-淀粉酶和纖維素酶在48 h時獲得最大產(chǎn)量[40]。

甘露聚糖是半纖維素的主要成分,廣泛存在于植物組織中,β-甘露聚糖酶是主要的甘露聚糖降解酶,可由不同的植物、動物、放線菌、真菌和細菌產(chǎn)生[41]。地衣芽孢桿菌HDYM-04以葡萄糖或魔芋粉為碳源時,24 h β-甘露聚糖酶活性分別為288.13和696.35 U/mL[42]。枯草芽孢桿菌US191在0.25 g/L刺槐豆膠、5 g/L咖啡渣粉、5 g/L棗子粉和5 g/L仙人掌果粉的條件下發(fā)酵生產(chǎn)β-甘露聚糖酶,產(chǎn)量為8.75 U/mL[43]。Thermobacillusxylanilyticus是一種嗜熱半纖維素分解細菌,可用于生產(chǎn)熱穩(wěn)定性半纖維素酶,可使用麥麩和麥稈作為碳源生產(chǎn)半纖維素酶[44]。

木質(zhì)素的降解率影響纖維素和半纖維素的降解率。木質(zhì)素在堆肥處理中難以降解,進而影響纖維素和半纖維素的降解。堆肥處理的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的降解率分別為19.9%、14.7%和12.5%,添加混合微生物處理后降解率分別提高至44.4%、34.9%和39.2%[45]。漆酶、木質(zhì)素過氧化物酶和錳過氧化物酶處理玉米秸稈的試驗發(fā)現(xiàn)漆酶是混合酶反應的起始酶,3種酶協(xié)同破壞木質(zhì)素的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)并打開苯環(huán),產(chǎn)生更多酸性化合物,木質(zhì)素降解率達25.79%[46]?？莶菅挎邨U菌和地衣芽孢桿菌都能分泌漆酶,漆酶降解木質(zhì)素的能力已被充分證明[47]。解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵降解秸稈15 d后木質(zhì)素降解率為28.55%,與真菌達到的降解率接近[48]。因此,提高木質(zhì)素的降解率是提高可溶性糖含量的有效途徑。

2.3 其他酶

飼料中常使用植酸酶、脂肪酶、蛋白酶等提升其營養(yǎng)價值。植酸酶是飼料中的常用酶,能改善單胃動物生長性能?？莶菅挎邨U菌JJBS250在30 ℃、pH 5.0的條件下發(fā)酵麥麩48 h后,分泌出高植酸酶滴度[49]。嗜熱真菌發(fā)酵米糠,添加0.5%硫酸銨為氮源,在45 ℃下培養(yǎng)9 d,植酸酶、內(nèi)切葡聚糖酶和木聚糖酶產(chǎn)量分別為58、12和48 U/g底物[50]。微生物脂肪酶催化長鏈脂肪酸的水解,芽孢桿菌屬、無色桿菌屬、產(chǎn)堿菌屬、節(jié)桿菌屬、假單胞菌屬和屬于真菌的青霉屬、鐮刀菌屬、曲霉屬能用于生產(chǎn)脂肪酶[51]。乳酸菌能將糖發(fā)酵為乳酸并產(chǎn)生蛋白水解酶,蛋白水解酶在細菌細胞內(nèi)合成,大部分分泌到細胞外,其主要功能是將蛋白質(zhì)水解為細菌能吸收的成分[52]。果膠酶是水解果膠的混合酶,主要存在于微生物和高等植物中,已能利用微生物尤其是真菌進行商業(yè)化制備[53]。淀粉酶可將淀粉水解成糊精和更小的葡萄糖單元聚合物,熱穩(wěn)定淀粉酶占淀粉酶市場的近25%[54]。

3 菌酶協(xié)同發(fā)酵的飼料原料

3.1 高纖維飼料原料

菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料主要分為2種類型:一是單獨發(fā)酵某種飼料原料后配制飼糧;二是配制全價飼料后添加菌酶進行發(fā)酵。根據(jù)飼料原料的營養(yǎng)特性使用不同的菌酶組合處理,其目的主要是降解纖維素和消除抗營養(yǎng)因子,菌酶協(xié)同發(fā)酵高纖維飼料原料的效果見表3。高纖維飼料原料以玉米秸稈為代表,全球玉米秸稈年產(chǎn)量約10億t,主要被焚燒、掩埋和堆肥,難以形成經(jīng)濟效益。玉米秸稈主要可分為纖維皮和纖維芯兩部分,纖維皮由纖維素和木質(zhì)素組成,纖維芯主要包含半纖維素和少量木質(zhì)素[55-56]。利用黃孢原毛平革菌、纖維素酶和木聚糖酶青貯玉米秸稈19 d后,其中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)和酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)含量比未添加菌酶青貯玉米秸稈分別降低23.4%、20.13%和7.68%[57]。甜高粱與植物乳桿菌、纖維素酶和木聚糖酶青貯21 d,pH降至4.2以下,乳酸/乙酸>2.0,乳酸/總有機酸>0.65,實現(xiàn)甜高粱青貯效果優(yōu)化[58]。在全株玉米和花生蔓中添加植物乳桿菌和纖維素酶,可使pH、ADF和NDF含量降低,乳酸含量增加,乳酸桿菌、克雷伯氏菌、沙雷氏菌和魏斯氏菌為主要微生物[59]。使用黑曲霉、嗜酸乳桿菌、布氏乳桿菌、產(chǎn)朊假絲酵母、纖維素酶和木聚糖酶室溫密封發(fā)酵香菇菌糠30 d能改善其營養(yǎng)價值,使NDF、ADF、ADL、鈣和磷含量下降,粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量提高[60]。使用釀酒酵母、黑曲霉、枯草芽孢桿菌和植酸酶在30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵辣木莖稈粉7 d,可提高其乳酸和蛋白質(zhì)含量,降低NDF、ADF和植酸含量[61]。在苜蓿和羊草中添加植物乳桿菌和纖維素酶混合室溫青貯1～30 d,pH隨青貯時間的增加而降低,30 d時NDF含量、微生物Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)降低,乳酸菌的相對豐度增加,乳酸和乙酸的濃度提高[62]。桑葉中添加干酪乳桿菌和纖維素酶混合青貯,28 ℃發(fā)酵30 d,乳酸、真蛋白質(zhì)和總黃酮含量提高,抗氧化活性和微生物蛋白產(chǎn)量增加,pH、氨態(tài)氮和纖維含量較低[63]。

表3 菌酶協(xié)同發(fā)酵高纖維飼料原料的效果

3.2 高蛋白質(zhì)飼料原料

我國畜禽養(yǎng)殖中主要使用玉米-豆粕型飼糧,但豆粕含有抗營養(yǎng)因子如大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白抑制劑和植酸,損害動物腸道健康,降低生產(chǎn)性能[64]。菌酶協(xié)同發(fā)酵可消除蛋白質(zhì)飼料原料中的抗營養(yǎng)因子,其對高蛋白質(zhì)飼料原料的效果見表4。使用枯草芽孢桿菌和堿性蛋白酶30 ℃發(fā)酵豆粕72 h,β-伴大豆球蛋白消除率為75.27%,氨基酸含量提高3.96倍,并能提高乳酸、檸檬酸、乙酸等有機酸的含量,顯著改善豆粕的營養(yǎng)價值和適口性[65]。使用釀酒酵母、枯草芽孢桿菌、干酪乳桿菌和蛋白酶發(fā)酵豆粕,37 ℃發(fā)酵72 h,水蘇糖、棉籽糖、大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制因子等抗營養(yǎng)因子消除率增加[66]?；ㄉ纱嬖诳範I養(yǎng)因子、過敏蛋白和黃曲霉毒素等[67]。使用短乳桿菌、纖維素酶、植酸酶和酸性蛋白酶發(fā)酵處理花生粕48 h,粗蛋白質(zhì)含量由46.4%提高至50.6%,總酸含量由0.6%提高至4.7%,且抗氧化性明顯增強[68]。

表4 菌酶協(xié)同發(fā)酵高蛋白質(zhì)飼料原料的效果

菌酶協(xié)同發(fā)酵可提高豆粕與高纖維飼料原料混合后的多糖含量。豆粕、玉米芯和麩皮混合后加入枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、植物乳桿菌、酵母菌、纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶和甘露聚糖酶36 ℃發(fā)酵72 h,木聚糖含量達1.421 mg/g[69]。豆粕、黃芪、絞股藍和馬齒莧混合后加入植物乳桿菌、枯草芽孢桿菌、纖維素酶和果膠酶,在料液比為1∶1.2(g/mL)、發(fā)酵溫度35 ℃、發(fā)酵時間60 h、接種量12%的最適發(fā)酵工藝下,粗多糖含量為280.46 mg/g[70]。

4 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在畜禽生產(chǎn)中的應用

4.1 在豬生產(chǎn)中的應用

菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料能有效降低仔豬腹瀉率,提高仔豬和育肥豬的生長性能,對腸道菌群組成也具有積極作用,其在豬生產(chǎn)中的應用效果見表5?？莶菅挎邨U菌、植物乳桿菌、纖維素酶、蛋白酶、甘露聚糖酶、α-淀粉酶和葡聚糖酶協(xié)同發(fā)酵復方中草藥與玉米-豆粕型飼糧,第1步是37 ℃好氧發(fā)酵20 h,第2步是37 ℃厭氧發(fā)酵5 d,將得到的菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料飼喂杜×長×大斷奶仔豬28 d,可改善斷奶仔豬的生長狀況,減少腹瀉,提高機體免疫和抗氧化功能[71]。將植物乳桿菌、戊糖片球菌、黑曲霉、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纖維素酶發(fā)酵12 h的玉米-豆粕型飼糧飼喂杜×長×大豬21 d,可提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率,改善仔豬的腸道健康,降低腹瀉率,提高生長性能,且效果相當于或優(yōu)于添加金霉素飼糧[72]。在1 kg玉米芯混合料加入2.5%的復合益生菌(發(fā)酵乳桿菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌)和0.06%～0.08%的非淀粉多糖酶協(xié)同發(fā)酵制備發(fā)酵飼料,發(fā)酵溫度25～30 ℃,發(fā)酵時間5～7 d,使用發(fā)酵飼料替代飼糧中6%的玉米和豆粕,能顯著增加杜×長×大豬的日采食量、日增重和養(yǎng)分消化率,降低料重比,增加腸道中乳酸菌等有益菌的相對豐度,顯著減少腸道和糞便中大腸桿菌等致病菌的相對豐度,提高免疫能力,顯著增加回腸黏膜中細胞因子含量和分泌型免疫球蛋白A(sIgA)、白細胞介素-8(IL-8)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)基因表達水平,提高生長性能、屠宰性能和肉品質(zhì),改善其腸道微生態(tài)平衡和免疫力[73]。芽孢桿菌、糞腸球菌和復合酶制劑厭氧發(fā)酵玉米-豆粕型飼糧48 h,可降解飼料中80%的大豆抗原蛋白,且乳酸含量達到122.18 mmol/kg,替代10%基礎飼糧后飼喂杜×長×大仔豬24 d,采食量和平均日增重提高[74]。

表5 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在豬生產(chǎn)中的應用效果

4.2 在反芻動物生產(chǎn)中的應用

使用菌酶協(xié)同發(fā)酵高纖維飼料原料飼喂反芻動物,一方面可提高營養(yǎng)物質(zhì)的表觀消化率,另一方面可補充瘤胃益生菌,具體效果見表6。將鼠李糖乳桿菌和枝頂花纖維素酶添加到柱花草中發(fā)酵,能提高青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì),尼龍袋法測定海南黑山羊?qū)竻f(xié)同青貯柱花草的瘤胃降解率,結(jié)果表明該菌酶組合可能具有有益的協(xié)同作用[75]。植物乳桿菌、布氏乳桿菌、纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果膠酶和漆酶密封發(fā)酵水稻秸稈45 d,配制精粗比為5∶5的全混合日糧,飼喂肉羊68 d,結(jié)果表明菌酶制劑的合理組合有利于促進肉羊?qū)I養(yǎng)物質(zhì)的消化利用,其效果達到或超過羊草水平[76]?？莶菅挎邨U菌、酵母菌、纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶塑封袋密封發(fā)酵金針菇菌糠12 d,在精料補充料中添加30%,飼喂湖羊60 d,可提高湖羊的生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率和抗氧化能力[77]。使用乳酸菌和纖維素酶發(fā)酵蠟熟期全株玉米,將其飼喂荷斯坦經(jīng)產(chǎn)奶牛70 d,奶牛的采食量和泌乳量提高,牛乳品質(zhì)和奶牛機體免疫功能得到改善[78]。此外,使用益生菌(動物乳桿菌、費氏丙酸桿菌、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、屎腸球菌)和酶(淀粉酶、半纖維素酶和木聚糖酶)在模擬高產(chǎn)奶牛瘤胃環(huán)境的發(fā)酵罐中參與干燥粉碎的青貯玉米秸稈的消化,發(fā)酵罐發(fā)酵條件為39 ℃、連續(xù)注入氮氣維持厭氧環(huán)境,3.05 mL/min的恒定速率注入人工唾液,丁酸鹽的摩爾比例增加,而丙酸鹽的摩爾比例下降,但沒有導致體外瘤胃發(fā)酵發(fā)生重大改變[79]。

表6 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在反芻動物生產(chǎn)中的應用效果

4.3 在家禽生產(chǎn)中的應用

菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在家禽生產(chǎn)中的應用效果見表7。給羅斯308肉雞飼喂添加益生菌(包括羅伊氏乳桿菌、唾液乳桿菌、屎腸球菌、動物雙歧桿菌、乳酸片球菌)+木聚糖酶組合的飼糧,飼喂21 d后,料重比和血清非酯化游離脂肪酸含量降低,肝糖原含量升高[80]。將植物乳桿菌、釀酒酵母、甘露聚糖酶、纖維素酶和α-半乳糖苷酶添加在呼吸袋中,30 ℃協(xié)同發(fā)酵棕櫚仁粕3 d,粗蛋白質(zhì)含量提高了15.10%,粗纖維和NDF含量分別降低了25.10%和21.96%,17種氨基酸總量增加了7.12%,將最佳條件下發(fā)酵5 d的棕櫚仁粕替代基礎飼糧的15%后飼喂愛拔益加(AA)肉雞7 d,其表觀代謝能和16種氨基酸的標準回腸消化率增加[81]。使用乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、纖維素酶和果膠酶協(xié)同發(fā)酵玉米-豆粕型飼糧5～7 d,將其飼喂河田肉雞90 d,結(jié)果表明飼糧中添加5%菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料有利于提高雞肉風味物質(zhì)含量,加強了氨基酸、次級產(chǎn)物及免疫功能等代謝通路基因的上調(diào)差異表達,改善了腸道菌群結(jié)構(gòu),對病原菌免疫、腸道健康起到了一定的作用[82]。

表7 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料在家禽生產(chǎn)中的應用效果

菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料飼喂蛋雞能提高雞蛋品質(zhì),降低膽固醇含量。將乳酸桿菌、酵母菌、纖維素酶和蛋白酶協(xié)同發(fā)酵的飼料等蛋白質(zhì)替代25%的豆粕蛋白質(zhì),飼喂京紅蛋雞49 d,改善了其生產(chǎn)性能和蛋品質(zhì),提高了養(yǎng)分表觀消化率,降低了糞中氨氣排放[83]。使用乳酸菌、酵母菌、芽孢桿菌和非淀粉多糖酶發(fā)酵配合飼料,發(fā)酵菌株提前用紅糖水活化,發(fā)酵原料與1%復合多維、0.07%非淀粉多糖酶和活化好的復合菌株共同混合,補充水分至30%,裝入帶單向透氣孔的聚乙烯(PE)膜袋中密封,25 ℃發(fā)酵5～7 d,將該菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料等量替代基礎飼糧的5%,飼喂商品蛋雞346 d,料蛋比、破蛋率以及蛋黃中脂肪和膽固醇含量顯著降低,產(chǎn)蛋率、蛋黃比率和蛋殼強度顯著提高,蛋黃中總飽和脂肪酸含量提高了4.75%,總單不飽和脂肪酸含量提高了2.63%,總多不飽和脂肪酸含量提高了18.24%[84]。

5 小 結(jié)

豆粕減量替代行動是國家糧食安全中的重要環(huán)節(jié),非常規(guī)飼料原料的開發(fā)利用和現(xiàn)有飼料原料的高值化利用是替代畜禽飼糧中豆粕的主要途徑,而利用益生菌(多種微生物)和工業(yè)生產(chǎn)的酶制劑協(xié)同青貯或發(fā)酵飼料原料是實現(xiàn)飼料原料高值化利用的重要方法,乳桿菌屬、芽孢桿菌屬、木質(zhì)素過氧化物酶、纖維素酶和木聚糖酶等是常用的菌酶協(xié)同組合。反芻動物生產(chǎn)中主要使用的是高纖維飼料原料的菌酶協(xié)同發(fā)酵,單胃動物和家禽生產(chǎn)中主要使用的是全混合日糧或蛋白質(zhì)飼料原料的菌酶協(xié)同發(fā)酵。菌酶協(xié)同發(fā)酵單一飼料原料或配合飼料可提高飼料營養(yǎng)價值和改善適口性,對畜禽生長性能和腸道微生物群落組成也具有積極作用。但菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料的最適菌酶組合及其對畜禽生長性能和腸道微生物群落改變的具體機制還有待深入研究。