酶菌结合发酵剂将菌糠发酵成优质饲料及其在家禽养殖中的应用方法和效果

2020-10-11 09:47:08 点击：

摘要：随着食用菌产业的蓬勃发展，产生了数量庞大的食用菌菌糠。菌糠在微生物发酵后具有良好的饲用价值。家禽饲料对于实现农业资源的再利用以及缓解环境压力具有重要意义。本文主要对食用菌菌糠的营养特性、发酵工艺以及在家禽中的应用进行了综述。

随着食用菌产业的蓬勃发展，产生了数量庞大的食用菌菌糠（刘昆丽，2019）。中国食用菌产量由2000年的664万吨升至2016年的3596万吨，是世界第一大食用菌生产国，占世界食用菌总产量的75%以上（杨国良，2018；罗小芳等，2017）。食用菌生产过程中，培养基的生物学效率只有10%～40%（卫智涛等，2010；吴学谦等，2002），所以每栽培1kg食用菌会产生2.4～9kg菌糠，仅2016年至少产生8690万t食用菌菌糠。不能被转化利用的食用菌菌糠不仅造成资源浪费，而且会严重污染生态环境。我国一直面临着饲料资源匮乏、农作物价格持续上涨等问题。威胁着畜牧行业的发展前景（吕新业等，2013）。所以充分开发菌糠类生物资源，合理利用微生物发酵技术将食用菌菌糠转化为动物可消化利用的饲料，既能改善饲料资源匮乏的问题，也能缓解大量食用菌菌糠对环境的压力，实现农业资源的多级利用和可持续发展。

1菌糠的特性

1.1 菌糠的来源

在食用菌栽培过程中，培养基中通常添加木屑、水稻秸秆、玉米秸秆、玉米芯、棉籽壳等高纤维农副产物，以及醋糟、酒糟、造纸厂废液等工业下脚料，采摘食用菌后培养基中剩余的废弃物称之为食用菌菌糠或菌渣（张变英等，2016；吴琼等，2003）。菌糠包括培养基原料残渣和菌体遗留物。培养基原料一部分用来菌体合成，一部分用来维持菌体呼吸代谢，一部分则以新的形式存在于菌糠中（杨和川等，2018；王德汉等，2007）。目前国内各个地区栽培的食用菌菌种不同，其选用的培养基原料也各有不同。东北地区主要以木屑、农作物副产品（秸秆等）作为培养基原料；河北、山东等地主要以玉米芯、棉籽壳、木屑还有少量的麦麸等培养食用菌；长江三角洲地区主要以稻草、牛粪为主料培养食用菌（卫智涛等，2010）。

1.2 菌糠饲料的营养价值

菌糠原料多为秸秆、木屑、麸皮等高纤维农作物副产物，因其营养价值低、适口性差、消化吸收率低，饲用价值不高。但是，食用菌能够将原料中的纤维素、半纤维素和木质素生物降解成菌类多糖、有机酸和菌体蛋白等营养物质。此外，菌糠原料本身含有丰富的钙、磷、灰分以及一些微量元素，因此菌糠原料在原有物质的基础上，经过微生物发酵能使其营养价值得到改善，适口性与饲用性能也能得到提升。不同种类菌糠原料栽培前后养分变化程度不同（陈鑫珠等，2019；魏涛，2018），表1为四种常见菌糠及其原料营养成分之间的变化。以醋糟、棉籽壳为原料的菌糠粗纤维含量分别下降7.3%和8.5%（李志香等，2003）。玉米芯菌糠中的粗蛋白质含量比玉米芯原料提高3.54%，粗纤维含量下降16.55%；水稻秸秆菌糠的粗蛋白质含量提升4.11%，粗纤维含量下降51.33%，粗灰分含量升高26.05%（高立鹏等，2017；张变英等，2016；冯伟林等，2012）。

2菌糠发酵饲料

2.1 发酵菌糠

一般菌糠发酵饲料制作工艺流程为：（1）挑选干净、菌丝洁白的菌糠进行粉碎，搅拌、高温灭菌、过筛、冷却；（2）在适宜的条件下将菌株活化，将活化后的菌株数量控制在1×109CFU/g以上，接种到发酵培养基中发酵菌糠；（3）将发酵菌株和发酵缓冲剂接种到已灭菌的菌糠中进行密封发酵；（4）将发酵完成的菌糠摊开晾晒、干燥，最终得到菌糠发酵饲料（赵祎等，2016；孟梅娟等，2016；李志涛等，2015）。在菌糠发酵饲料的制作过程中，试验步骤、操作大同小异，但不同菌糠营养成分存在差异，发酵目的不同导致发酵菌种类、温度、pH也各不相同，多菌种共同发酵时，接种次序、时间、比例等因素也会影响发酵效果（Thomas等，2013）。

2.2 常见菌糠发酵菌株

2.2.1 黑曲霉

黑曲霉是能够产生蛋白酶、纤维素酶、柠檬酸、葡萄糖酸等有助于改善发酵饲料营养价值的大型真菌。黑曲霉在20~55℃都能生存，但不同温度下生理功能会受到影响，温度过高容易破坏生物大分子的生化结构，导致失活，温度过低酶活性受到限制。有报道称在36℃黑曲霉分泌单宁酶的活性最高，菌体蛋白产量最多（朱飞等，2018）。汤小鹏等（2014）发现在36℃用黑曲霉发酵木薯渣，羧甲基纤维素酶CMcase活性和粗蛋白质含量最高，发酵效果最好。所以黑曲霉的适宜发酵温度在36℃左右。

2.2.2 乳酸菌

乳酸菌是一类能够利用碳水化合物产生乳酸的革兰氏阳性菌的总称，发酵固态饲料时可将大分子物质如蛋白质、多糖、脂肪等降解为小分子物质，有利于动物体吸收利用。其代谢主要是糖酵解和磷酸戊糖途径。在发酵过程中，产生乳酸使发酵物pH下降，抑制其他有害菌的生理活动，进而减少底物营养物质流失（李慧芬等，2018）。Oboh（2006）利用酿酒酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）、德式乳杆菌（Lactobacillus delbrukii）和棒状乳杆菌（Lactobacillu scoryneformis）发酵得到的木薯皮蛋白质含量显著升高13.3%，氰化物和植酸盐含量分别显著降低38.4、253.9mg/100g。

2.2.3 酵母菌

酵母菌是兼性厌氧型真菌，分布广泛，稳定无致癌性，应用于发酵工艺中已有几千年的历史。石伟（2008）发现在青贮饲料中添加酵母菌能够提高饲料中干物质的含量，并且改善饲料的适口性。已有研究证明，利用酵母菌混菌发酵菌糠无论从感官还是营养成分上都得到了良好的改善（郑有坤等，2013；Yang等，2004）。

3菌糠及菌糠发酵饲料在家禽生产中的应用

菌糠主要由玉米芯、麸皮、木屑等高木质纤维素原料组成，具有膳食纤维和非淀粉多糖丰富、价格低廉等特点，但肉鸡没有足够的内源木质纤维素降解酶，所以利用微生物固态发酵的方式对菌糠中木质纤维素进行降解、破坏，可提高肉鸡肠道对纤维多糖原料的利用率（WanzenbёOck等，2017；Yuan等，2017；Leo等，2012）。韩鹏伟等（2016）研究发现，用6%发酵杏鲍菇菌糠代替肉鸡饲粮中玉米，饲养前期的经济效益高于饲养后期，能显著增加整个饲养阶段肉鸡的平均日增重、降低肉料比。Feng等（2020）通过利用产生木聚糖酶的蜡状芽孢杆菌固态发酵麸皮，替代饲粮中5%玉米饲喂肉鸡，发现其对肉鸡生长性能未产生不利影响，但增加了肉鸡空肠淀粉酶活性和肠道菌群丰富度。由于发酵食用菌菌糠相关研究较少，缺乏相关研究之间结果比较，有待进一步研究。张书良等（2016）以4：1和3：2的比例将玉米粉和杏鲍菇菌糠混合饲喂肉鹅，结果显示日增重分别显著提高37.84%和27.50%，混合比例3：2时经济效益最好。也有研究表明，杏鲍菇菌糠添加比例越高其经济效益越好（杜学振等，2016）。基础饲粮中添加5g/kg茶树菇菌糠多糖提取物能够显著提高肉鸡免疫能力，其中溶菌酶C浓度和总抗氧化能力分别显著提高22.4%和49.2%（连永权等，2016）。闫昭明等（2018）在鸡饲粮中用金针菇菌糠替换基础日粮中玉米和豆粕，结果显示肌肉红度显著降低，鸡肉必需氨基酸和风味氨基酸的含量极显著提高。邹知明等（2013）试验发现，在肉鸭饲养前期饲粮中添加20%平菇发酵菌糠可极显著降低雏鸭的生长性能、日采食量；在肉鸭生长后期，添加20%发酵菌糠再配以2%的植物精油能显著提高肉鸭的日增重和饲料转化率，这可能是因为肉鸭在不同生长时期对粗纤维的消化能力不同和植物精油的协同改善作用，导致生长性能和日采食量在前期、后期出现差异。

4总结与展望

如今畜牧业面临饲料资源短缺、玉米-豆粕型饲料的高依赖性、全面禁抗等问题与变革，饲料资源的开发利用、传统型饲料向发酵饲料的转变需要加快前进步伐。许多试验已经证明菌糠可以替代部分玉米、麸皮等能量型饲料，因此菌糠发酵饲料的发展前景开阔。然而由于菌糠易发霉变质，粗纤维含量高，可利用代谢能偏低，所以利用生物发酵手段能降低其作为家禽饲料的不足，微生物能发掘菌糠饲料的潜在价值。目前对于菌糠开发作家禽饲料的限制是地源性菌糠原料差异较大，很难建立起系统的微生物发酵系统，并且由于菌糠中多为木质纤维素，单一菌种很难完成较好的发酵效果，所以多菌混菌和菌酶协同发酵菌糠值得深入研究。