导     语     

    随着国民经济水平高速发展、城乡居民生活水平日益提升，加上对水产品认知不断提升，人们对食用水产品的安全和品质等方面有了更加严格的要求。近年来鱼粉等精饲料因资源紧缺而价格上涨，意味着仅仅靠传统的饲料配方和制作工艺已无法适应当前的水产饲料工业，必须寻求可替代鱼粉等精饲料的廉价而又稳定的蛋白质源，缓解蛋白质原料的供应不足。为了解决此类问题，科研工作者们不断研究与探索，逐渐把关注点转移到生物饲料上。生物饲料与传统饲料相比有其自身独特的优越性，符合当前健康环保型渔业发展的要求，加上微生物发酵工艺正日趋成熟，生物饲料必将引发饲料行业的一场新变革。

 一、生物饲料 

    生物饲料是以饲料和饲料添加剂为对象，以基因工程、蛋白质工程、发酵工程等现代生物技术为手段，利用微生物发酵开发的新型饲料和饲料添加剂的总称。主要包括饲料酶制剂、抗菌蛋白质、天然植物提取物等。在水产生物饲料方面讲，生物饲料是在杂粮、杂粕和农副产品下脚料中人工接种一种或多种有益菌，通过有益菌的发酵作用，降解其中的蛋白质、脂肪、抗营养因子生成可溶性多肽、有机酸、酶等小分子物质，使之适口性好、营养丰富、更能被鱼虾消化吸收。

1．生物饲料的组成

    采用生物发酵的方法生产的饲料含有多种营养因子，使用的发酵原料来源十分广泛。实际生产中使用的生物发酵原料包括发酵豆粕，发酵棉籽粕，发酵菜籽粕，发酵麸皮，青贮饲料，单细胞细菌蛋白质和酵母蛋白质。当前我国使用很多下脚料和废弃物等作为生物发酵饲料的原料，它们都是一些十分常见的种类，包括秸秆加工饲料、饼粕(如油茶籽饼、蓖麻饼、玉米胚芽粕、花生粕、椰子粕、葵花籽粕、枣粕等)、动物下脚料、潲水发酵饲料、渣(木薯渣、甘薯渣、菊苣渣、菊芋渣、马铃薯渣、魔芋渣、果渣、豆渣)、酒糟(白酒糟、黄酒糟、啤酒糟)、菌糠类(米糠、统糠、高粱糠、麸皮、玉米皮)等。

2．生物饲料发酵可用微生物

    我国有丰富的微生物资源，发酵工业中使用的微生物主要有细菌、酵母和霉菌。目前，市场上用于饲料发酵的益生菌种类主要是乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌和霉菌。

(1)乳酸菌：乳酸菌是应用最早、最广泛的益生菌，是一类能在可利用的碳水化合物发酵过程中产生大量乳酸的细菌的总称。它通常是厌氧或兼性厌氧菌，耐酸，在pH低于4．5时仍可生长。目前，广泛应用于发酵饲料的乳酸菌主要有乳酸杆菌和双歧杆菌培养物等几大类。乳酸菌在发酵豆粕、棉粕、秸秆过程中会产生大量乳酸，降低pH，有效抑制病原菌繁殖，改善饲料品质，加速鱼、虾生长。同时，在乳酸菌体内和代谢产物中存在的超氧化物歧化酶，可使动物的体液免疫和细胞免疫能力提高。利用益生乳酸菌发酵而成的饲料对促进鱼、虾的健康生长具有重要的实践意义；生物饲料在发酵过程中会产生多种氨基酸和维生素，并含有多种矿物质，所以乳酸菌发酵饲料技术属于一种生态健康型饲料生产技术。

(2)芽孢杆菌：芽孢杆菌是一种好氧或兼性厌氧革兰氏阳性菌，在缺乏营养物质或不利环境下可形成内生孢子，克服了水产动物酶制剂易失活和热稳定性差的问题，还具有净化水质等作用。目前在生产中应用的芽孢杆菌有近10种，主要为以下3种：地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌。芽孢杆菌在肠道中生长繁殖能消耗大量氧气，从而使肠道处于厌氧环境，抑制有害微生物的增殖；并且芽孢杆菌能直接产生多种营养物质(维生素、氨基酸、促生长因子等)，如枯草芽孢杆菌就能产生B族维生素及各种消化酶，还可降解植物性饲料中的纤维素、半纤维素和木质素等，所以芽孢杆菌发酵饲料具有提高饲料转化率、减少鱼虾发病率的效果。芽孢杆菌制成的生物饲料，可耐高温、耐酸碱和耐挤压，而且芽孢杆菌在饲料加工、储藏和投喂过程中活力和性能均稳定不减。许国焕等使用分别加有枯草芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌的饵料饲喂奥尼罗非鱼，经过一段时间饲喂后发现奥尼罗非鱼体重分别提高12．27％和8．56％，饲料系数分别降低10．92％和8．18％，结果表明，加有这两种益生菌的饵料使奥尼罗非鱼具有良好的吸收和消化能力，生长发育速度较快。刘小刚等在异育银鲫基础饲料中添加0．2％的芽孢杆菌，结果表明，添加0．2％芽孢杆菌的异育银鲫肠道、肝胰脏蛋白质酶活性分别比对照组提高466．2％和85．4％。

(3)酵母菌：酵母为单细胞真核生物，一般为兼性厌氧，不可运动，细胞大多呈圆形、椭圆形，个别种类可形成假菌丝。在自然界分布广泛，大多数生长在含糖量较高的环境中，喜酸性(pH 4．0～5．0)，生长温度在25～30℃。酵母价格低廉，繁殖迅速，极易获得，目前有20多种在生产中应用，主要是酿酒酵母、热带假丝酵母、产朊假丝酵母等。饲料酵母含有动物生长发育所必需的各种营养物质，包含多种氨基酸、多糖、蛋白质、脂肪、维生素、消化酶、蛋白质酶、纤维素酶等，将其应用于发酵饲料中可以使发酵饲料的营养价值得到提高。酵母菌可以直接和肠道病原体结合，达到中和肠道毒素的作用，此外酵母菌还具有浓烈的酵母香味，可以增强鱼虾食欲，促进消化吸收。杨旭等发现，使用酵母菌发酵可以有效改善豆粕中氨基酸含量，其中苏氨酸、蛋氨酸和赖氨酸的含量比发酵前分别提高了17．01％、56．41％和16．28％，豆粕中必需氨基酸的实际含量提高了6．58％，从而显著提高了豆粕的饲料品质和蛋白质含量。

(4)霉菌：霉菌是真菌类的一种，即能长出可见菌丝的一类真菌，以无性或有性孢子进行繁殖，营养方式为异养，多营腐生生活。绝大多数霉菌会使饲料原料产生霉变，生成有毒物质，对水产动物的健康造成了极大危害。但当前研究发现利用霉菌的发酵效应可使廉价的粗蛋白质原料作为发酵底物，催化它合成纤维素酶、半纤维素酶和蛋白质酶，从而生产出高活性的蛋白质饲料或者粗酶制剂。黑曲霉、米曲霉等是目前常用的霉菌，可以将纤维和淀粉很好地分解利用，同时发现存在于霉菌中的真菌多糖可以帮助鱼、虾抵御外界病毒、细菌等有害微生物。刘金海以黑曲霉菌株为发酵菌种，以白酒渣、香菇残渣为发酵原料，经7天发酵制成“红酒香菇多糖”营养饲料添加剂。

  二、生物饲料发酵工艺   

    生物饲料的发酵生产工艺有多种形式，例如固体发酵、厌氧发酵、液体表面发酵、液体深层发酵、吸附在固体载体表面的膜状发酵以及其他形式的固定化细胞发酵等。目前应用最多的还是固态发酵和液体深层发酵。

      液体发酵工艺中，发酵液含水量在90％以上，而固体发酵的含水量只有50％～60％。发酵结束后，对于90％的水分的处理难度远远高于对50％水分的处理，所以生物发酵饲料常用固体发酵工艺。固态发酵主要是指在没有或几乎没有自由水存在的条件下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物发酵的一个生物反应过程。固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程，发酵过程中受发酵基质特征、通风程度、含水量、温度、pH等多种因素影响，所以在发酵过程中应根据不同的发酵情况设计不同的工艺流程。吝常华等通过固态发酵方法利用豆粕与解淀粉芽孢杆菌、植物乳杆菌、酿酒酵母成功地生产出发酵饲料，与发酵前相比，发酵产物中小肽、粗蛋白质、粗灰分和粗脂肪含量显著提高。该法技术简单、培养基来源广泛、投入少、产量高、节能环保，但也存在着易染杂菌、通风散热困难、发酵参数难以控制和不适于工业化批量生产等问题。

    液态深层发酵是现代发酵工业生产中常用的一种发酵技术，其主要有分批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类型。与固态发酵一样，液态深层发酵也受温度、pH、时间等关键因素影响。孙科等在黑曲霉液体深层发酵柠檬酸优化研究中发现，在对发酵效果的影响中：原料处理方式>发酵温度>初始pH>溶解氧>接种>发酵时间>搅拌转速，并以此设计出最佳的发酵方式。此法具有发酵周期短、劳动强度低、生产效率高、适合于工业化生产和便于无菌操作等优点，但也存在着操作要求严格、生产成本较高等缺点。

  三、生物饲料的优点  

    通过微生物发酵，可以将秸秆、蔗渣及药渣等农产品废弃物和各种杂粕转化为营养丰富的生物饲料，降低污染，变废为宝。由生物饲料构建的饲料配方体系，能够集成替代抗生素综合解决方案，具有提高饲料转化率、增强饲料适口性、改善肠道微生物菌群、净化水体、提高水产动物免疫力等优点。

1．饲料利用率提高，降低饲料成本

    有益微生物在水产动物体内代谢产生大量的蛋白质酶、脂肪酶、纤维素酶、植酸酶等酶类和B族维生素、氨基酸等营养因子，可以有效促进水产动物消化吸收，显著提高饲料的利用率。比如微生物产生的酶通过生化反应转化饲料原料中的植物细胞壁成分，将纤维素、果胶质等难以降解的大分子物质转变为单糖和寡糖等小分子物质，并伴随多种有机酸、生物酶以及多种生长因子产生，极大地提高发酵物料的营养水平和消化利用率。此外能量饲料经发酵后转化成了菌体蛋白质饲料，可减少50％左右的蛋白质饲料的用量，可不用或少用鱼粉，从而有效降低成本。周国忠在鲤鱼、草鱼日粮中饲喂54％的风干人工瘤胃发酵饲料，饲喂80天后，试验组增重比对照组高19．4％，基础饵料系数比对照组少耗163％，每千克增重节省0．93％基础饵料。

2．饲料适口性增强

    生物饲料中富含呈味核苷酸、谷氨酸等天然诱食成分，具有独特的发酵香味，能刺激水产动物的食欲，促进消化液的分泌，提高消化酶的活性，加速饲料营养成分的分解，从而促进营养物质的吸收，使得所养鱼、虾采食量和采食速度全面提高。

3．改善水产动物的胃肠道环境，促进体内微生态平衡

    生物饲料中含有乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、链球菌等各种有益菌。这些有益菌在代谢过程中会产生大量有机酸(如乳酸和乙酸)，降低肠道pH，有效抑制各类有害菌的生长繁殖；同时乳酸菌可以产生抗菌物质，包括嗜酸菌素、溶菌酶、过氧化氢等。在水产动物摄食消化过程中，体内含有的有害菌群和有益菌群都在其中生长繁衍，当有益微生物夺取了病原菌在肠道微生态环境中的定植部位和营养物质，有益菌群可以占据绝对优势，抑制其他病原性微生物的附着和繁殖，提高水产动物的抵抗力，促进肠道微生态环境平衡。比如乳酸和链球菌肽等，在鱼虾肠道内能抑制沙门氏菌、志贺氏菌、绿脓杆菌和大肠杆菌的生长。此外有些有益微生物可以产生溶菌酶，也可起到抑制病原菌的生长作用，进而改善鱼虾胃肠道微生态环境。

四、生物饲料在水产养殖中的应用

    我国拥有3.2 万千米海岸线和43 万千米江河线，水产养殖发展迅速。水产类对饲料的蛋白质要求高，鱼粉一直是最主要的蛋白质原料，但随着鱼粉需求量逐年上升，导致其价格不断上涨且供应不稳定，而研究发现粕类等原料经过微生物发酵后可有效消除或降低饲料原料中抗营养因子，替代鱼粉用于鱼、虾等养殖中。此外，当前国家限制了许多药物饲料添加剂的使用，特别是部分抗生素的限制使用，使整个水产养殖行业发展绿色环保的生物饲料来作为一部分抗生素的替代品变得十分迫切。

    生物饲料包含多种饲料产品，但目前在饲料工业中还是以价格低廉、来源丰富，且蛋白质含量高的植物蛋白质饲料形成的生物饲料为主，主要包括豆粕、菜籽粕、棉籽粕、花生粕等。本文主要以发酵豆粕为例，阐述相关发酵豆粕型生物饲料在水产养殖中的应用。已知豆粕蛋白质含量高达44%～49%，成本低，但豆粕中存在许多抗营养因子，如胰蛋白酶抑制剂、血球凝集素、植酸、大豆抗原蛋白等。微生物发酵豆粕会产生多种蛋白酶，这些蛋白酶可以降解豆粕中的蛋白质类抗营养因子，同时发酵过程还可消耗非蛋白质类抗营养因子，从而减轻抗营养因子对动物健康及生长产生的不良影响。刘稳结等将豆粕与混合菌发酵，测定主要营养成分和抗营养因子的含量，结果表明，豆粕发酵后蛋白质含量增加了22.03%；游离氨基酸含量增加了88.18%，抗原蛋白降解率达81.77%，营养价值显著提高，抗营养成分大幅度降解，无异味，蛋白质含量接近三级鱼粉水平。

    在豆粕发酵过程中对其质量产生影响的主要发酵工艺参数包括：接种量、发酵温度、发酵时间、料水比等，不同的发酵模式，影响豆粕发酵效果的主要工艺参数也不同。目前，发酵豆粕的工业生产通常采用固体发酵进行大规模生产，而固体发酵主要的影响工艺参数是发酵时间，其次为发酵温度和料水比。在实际生产中，通常使用常规的饲料混合装置将发酵物料与发酵剂、培养基、水混合，发酵混合物的水分含量一般可达到25%，因此材料的黏度系数较大，一般2 吨混合装置只能搅拌1 吨发酵物料。受发酵容器、发酵方式、发酵菌种等因素影响，在实际生产中需要依据不同的发酵条件设计出最佳的发酵方案所需的各项发酵工艺参数。比如李立文采用枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌混合发酵豆粕，通过比较多组不同的接种量、料水比、发酵时间、发酵温度等发酵参数形成的发酵方式，发现最佳发酵方案为：接种量枯草芽孢杆菌4%、酵母菌5%、乳酸菌2%，料水比1∶0.9、发酵的起始温度为30℃，发酵时间为72小时，培养基的初始pH为中性。

    生物饲料在水中的溶解速度慢、不容易污染水质，且保质期明显延长。利用发酵豆粕产生的生物饲料养殖的鱼虾具有生长速度快、抗病力强、日食饵量快且多、养殖周期短、卖相好等优点。目前发酵豆粕为主的生物饲料在水产养殖中的应用十分常见，已有不少研究表明，适量添加发酵豆粕替代饲料中的鱼粉可以显著促进水产动物的生长。比如李晓颖等进行了40 天添加含有抗菌肽成分的发酵豆粕替代鱼粉对罗非鱼生长性能的影响研究，发现适量添加发酵豆粕组的罗非鱼生长发育得到提高，饵料系数得到降低。在此基础上，宋庆新发现使用不同水平的发酵豆粕代替饲料中的鱼粉对各种组织蛋白酶的活性具有显著影响，随着替代水平的增加，胃肠道蛋白酶的活性先上升、后下降，实验证明只有添加适量发酵豆粕才有优良的促消化生长的效果，添加过量只会适得其反。已知与哺乳动物相比，鱼类的免疫系统并不是很完善，非特异性免疫防御机制是鱼类抵抗病原的第一道屏障。而有关试验发现，使用添加发酵豆粕的生物饲料可以显著提高水产动物免疫能力。比如陈萱等报道，在日粮中添加发酵豆粕能够提高异育银鲫吞噬百分比和吞噬指数，其中发酵豆粕30%组白细胞吞噬百分比和吞噬指数分别较对照组提高12.5%(P＜0.05)和32.56%(P＜0.05)。宋文新在黑鲷幼鱼饲料中发酵豆粕部分替代鱼粉的研究中发现用10%的发酵豆粕替代，可以提高黑鲷幼鱼超氧化物歧化酶活性，血清溶菌酶活性显著增加；当替代水平达到30%、40%和50%时，超氧化物歧化酶活性显著低于对照组，表明发酵豆粕不能代替鱼粉过高，只有适量的发酵豆粕才能促进免疫功能。

五、生物饲料在水产养殖中的应用展望

    据最新的中国渔业统计年鉴显示， 截至2017 年，全国水产品总产量达到6445.33 万吨，全国水产养殖量达到4905.99 万吨，养殖产量占总产量的76.12%，中国已经是名副其实的水产养殖大国。随着养殖规模的不断扩大，鱼粉等精饲料资源逐渐面临枯竭和价格持续上涨等不利条件；加上现代人对绿色安全水产品的要求，中国作为一个水产品生产大国，迫切需要解决相关问题。目前微生物发酵饲料作为一种新型环保饲料，不添加抗生素，抗营养因子低，富含益生菌、乳酸等营养物质，是一类优良的鱼粉、骨粉等动物性蛋白质替代物。此外现代化微生物发酵工艺愈发先进，发酵技术在饲料工业生产中正大量投入使用。这都促使了我国许多的饲料企业、研究单位、养殖户使用和研究各种类型的生物饲料用于饲料配制和养殖，诸如山东宝来利来生物股份有限公司、华中农业大学农业微生物国家重点实验室、四川新希望集团有限公司、通威股份有限公司等。

    虽然我国生物饲料发展迅速，但在实际饲料生产工业中仍然存在着许多不能忽视的问题：①与发达国家的生物饲料工业相比，我国生物饲料起步较晚，还没有形成统一的生产技术标准，发酵设备在灭菌消毒和操作执行方面亟需专业人员，发酵环境卫生条件也较差；②目前使用的菌种都是市场上流通的大众菌种，来源广泛，产品质量难以保证；③发酵成本较高，饲料转化率较低。这都需要我们在不断探索和实践中进行联合创新和研究，通过优化发酵工艺路线，改进发酵设备，以此提高发酵饲料的质量，为水产养殖业的发展提供更加健康、可持续的发展保障。

    从未来饲料工业和养殖业发展来看，优质绿色生物饲料成为市场的主流是一种必然的趋势。应用现代生物工程技术成果，重视绿色生物饲料产品资源的开发利用，已成为促进水产养殖业发展的重要课题。我国目前生物饲料的年总产值近50 亿元，并以年均20%的速度递增，发展潜力十分巨大，应大力提倡使用优质绿色生物饲料新技术。按照中国饲料业发展规划，预计到2020 年，我国配合饲料的需求量将达到1.7 亿吨，这对于当前在提高水产动物生产性能、提高饲料转化率、减轻环境污染方面表现优异的生物饲料产品而言，无疑有着广阔的推广应用前景和市场。可以预见，未来10 年，通过生物饲料产品的研发、生产和高效应用配套技术，可大幅提高我国水产业的生产水平。

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