菜籽粕发酵脱毒菌种的筛选及在猪饲料中的应用
摘要:菜籽粕通过微生物发酵处理可有效去除抗营养因子,提高菜籽粕营养价值,并且技术操作简单、成本低廉而成为研究热点。文章针对单菌、混菌、菌酶结合等不同方式对菜籽粕发酵处理筛选脱毒能力强的菌种及最佳组合并对发酵菜籽粕在猪饲料中的应用研究进展进行综述,以期为菜籽粕脱毒及提高菜籽粕在猪饲料中的利用率提供参考。
我国是世界上油菜种植大国,油菜籽产量居世界首位,占全球油菜籽产量的21. 14%。普通菜籽粕粗蛋白含量均值为38.6%,其中赖氨酸、蛋氨酸、胱氨酸含量分别为1.52%、0.69%和0.52%,氨基酸组成符合优质蛋白质饲料特点,但菜籽粕中含有一定量的硫代葡萄糖苷、单宁等抗营养因子而影响了其广泛利用。硫代葡萄糖苷被芥子酶分解产生异硫氰酸酯、噁唑烷硫酮、硫氰酸酯、腈等成分,对畜禽内脏器官造成损害并导致甲状腺肿大而影响动物的生长发育;而单宁因具有辛辣和涩味影响动物适口性,从而降低采食量,并且还可使畜禽消化酶失活而影响其消化机能,导致畜禽生长迟缓和抗病力降低。此外,菜籽粕中较高含量的植酸可与蛋白质形成复合物,影响蛋白质的消化吸收。为去除菜籽粕中的抗营养因子,从20世纪50年代开始科研人员进行了大量研究探索,采用了物理、化学及生物发酵等多种方法进行处理。笔者对已发表的研究成果进行统计与梳理发现,采用物理或化学方法脱毒,或是由于菜籽粕中营养成分损失大造成资源浪费,或是存在成本高、环境污染超标等缺点而不能广泛推广利用。相比之下,利用微生物发酵菜籽粕具有许多优点:一是技术操作简单、成本低廉;二是发酵后的菜籽粕抗营养因子含量明显降低,饲用价值有所提高,多种小肽、各种消化酶类以及大量的活性益生菌等营养物质增多;三是菜籽粕经微生物发酵后可替代部分豆粕用于畜禽养殖。文章针对微生物对发酵菜籽粕中采用的单菌、混菌、菌酶结合等方式筛选确定脱毒能力强的菌种和最佳组合的研究报道以及发酵菜籽粕在猪饲料中的应用试验进行综述,以期为菜籽粕在饲料生产及生猪养殖中的应用提供借鉴。
1.微生物发酵菜籽粕
利用微生物对菜籽粕进行发酵,菌种的筛选与确定是关键。理论上,农业农村部(原农业部)2013版《饲料添加剂品种目录》中所列的34种微生物均可选用,但为提高发酵效果,仍需筛选确定最佳菌种及发酵条件,为此学者们采取单菌、混菌及菌酶联合等三种方式进行大量试验研究。
1.1 单菌对菜籽粕发酵的影响
筛选确定脱毒能力强的菌种是提高单一菌种对菜籽粕发酵效果的关键环节,肖翼等用米曲霉对菜籽粕进行发酵试验,结果发现当米曲霉接种量为8%、小麦麸添加量为10%并在30℃条件下培养60h后,菜籽粕中芥子苷与多酚的脱除率分别达到50.6%及67.2%,验证了霉菌对菜籽粕中抗营养因子的去除效果。吴刚以硫苷-MRS 培养基通过菜籽粕固态发酵试验筛选得到戊糖片球菌-1菌株,该菌株对硫苷降解率可达到62.11%。吴正可等以普通菜籽粕所含硫苷为唯一碳源,从发酵青贮与土壤混合液中分离出的菌株中筛选确定了嗜酸乳杆菌,该菌可高效降解菜籽粕中的硫苷,降解率达30.73%。蒋边等选择2种细菌(枯草芽孢杆菌W1-3、枯草芽孢杆菌 10160)和3种真菌(毕赤酵母、酿酒酵母和黑曲霉)对菜籽粕进行单菌、混菌固态发酵试验,结果单菌枯草芽孢杆菌W1-3的发酵效果优于混菌发酵,硫苷和植酸两种抗营养物质含量分别降低62.14%和31.58%。说明枯草芽孢杆菌对菜籽粕中的硫苷具有较好的降解能力。
1.2 混菌对菜籽粕发酵的影响
学者们还将多种菌种复合后对菜籽粕进行发酵试验,邱良伟等利用植物乳杆菌与黑曲霉按3∶1比例接种菜籽粕,在料水比为1∶0.8g/mL及菜籽粕、玉米和麸皮之比为8∶1∶1条件下发酵48h,结果发现菜籽粕中粗蛋白、小肽及总氨基酸含量分别提高了6.57%、88.76%和11.59%,抗营养因子异硫氰酸酯、噁唑烷硫酮及硫苷分别降低了64.00%、81.82%和75.16%。高冬余等研究发现,采用植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌混合厌氧固态发酵菜籽粕15d后,菜籽粕中的抗营养物质硫苷含量从84μmol/g降低到33μmol/g,降解率为60.7%,同时菜籽粕中的粗蛋白含量较发酵前提高了4.15%。胡永娜等研究发现,采用枯草芽孢杆菌、啤酒酵母和植物乳杆菌混合发酵菜籽粕,其品质得到明显改善,主要抗营养因子硫苷、噁唑烷硫酮、单宁素、植酸均较发酵前降低,降解率分别为93.44%、99.99%、34.86%、18.15%;此外,粗蛋白、水溶性蛋白质和小肽含量较发酵前提高,提高率分别为5.37%、105.8%和96.9%。付敏等采用枯草芽孢杆菌、黑曲霉、白地霉3个菌种混合对菜籽饼进行固态发酵,结果3个菌种同时添加且比例为1∶1∶3、接种量为16%、料水比为1∶1、发酵4d时,能够取得最佳发酵效果,发酵后的菜籽粕硫苷含量由10.04μmol/g降低到0.65μmol/g,降幅为93.53%,噁唑烷硫酮完全被降解。陈娟等将白地霉、产朊假丝酵母、黑曲霉和热带假丝酵母4个菌种组合后对菜籽粕进行发酵,结果菜籽粕粗蛋白含量提高46.9%,植酸及粗纤维的降解率分别达到43.9%和9.8%。
1.3 菌酶协同对菜籽粕发酵的影响
为检验微生物与酶联合使用对菜籽粕发酵效果的影响,魏炳栋等以乳酸菌和酸性蛋白酶(5万U/g)为发酵剂对菜籽粕进行固态厌氧发酵,72h后异硫氰酸酯和噁唑烷硫酮降解率分别达到78.24%和88.44%,说明乳酸菌固态发酵酶解对菜籽粕中某些抗营养因子具有明显的降解作用。杨家帅研究了枯草芽孢杆菌、蜡质芽孢杆菌及干酪乳杆菌与中性蛋白酶协同发酵对发酵效果的影响,结果在3个菌接种量分别为1%、2%、3%,酶添加量为200U/g,料水比为1∶0.9,发酵温度为35℃,发酵时间为48h时,菜籽粕中硫苷脱毒率为69.83%,且发酵后粗蛋白含量升高,小肽含量达到17.1%以上。
无论采取单菌、混菌还是菌与消化酶联合使用对菜籽粕发酵,都能有效降解其中的抗营养因子,提高粗蛋白含量,且混菌或菌与酶协同效果优于单菌。然而,在发酵过程中微生物菌株数量并非越多越好,有学者曾采用5种菌株和6种菌株混合对菜籽粕进行发酵试验,结果发现底物中植酸酶和纤维素酶产生量或活性降低,植酸降解率、粗纤维素降解率和粗蛋白含量下降,究其原因可能是由于菌种过多造成菌种间产生竞争性抑制。说明多种微生物复合协同对菜籽粕发酵成功的关键在于筛选合适的单一微生物后,通过正交试验确定不同微生物间的最优组合及最佳比例,以实现对菜籽粕发酵的最佳效果。
2.发酵菜籽粕在猪饲料中的应用
2.1 在仔猪饲料中的应用
丁小玲等选用5周龄左右健康断奶仔猪为试验动物,将干物质、粗蛋白、乳酸及小肽含量分别为93.5%、50.0%、4.8%和4.1%,硫苷含量为15.0μmol/g的固态发酵菜籽粕按不同比例等氮替代粗蛋白含量为43%的膨化豆粕,结果发现发酵菜籽粕等氮替代膨化豆粕的最佳比例为40%,且仔猪的采食量、日增重、饲料转化效率、腹泻率等指标差异不显著。吴明文等用添加10%发酵菜籽粕+15.5%普通豆粕的试验日粮与含25%普通豆粕的基础日粮对仔猪进行饲喂试验,两种日粮的粗蛋白、消化能、赖氨酸含量分别为16.82%、13.4MJ/kg、0.98%和17.05%、13.9MJ/kg、1.07%,结果发现,用发酵菜粕替代日粮中的部分豆粕,试验组较对照组仔猪日增重可提高13.04%,料重比降低13.15%,同时腹泻发生率降低。多项试验结果表明,仔猪饲料中使用发酵菜籽粕部分替代豆粕对采食量、日增重、腹泻率等无不良影响。但是生产实践中要注意发酵菜籽粕的质量,添加量由少到多逐渐增加。
2.2 在育肥猪饲料中的应用
邓卉等用发酵菜籽粕等氮替代日粮中的豆粕饲喂28kg左右生长猪,其中菜籽粕采用酿酒酵母菌、浅层通风分级、在28~35℃条件下固态发酵36~48h制得,结果表明,发酵菜籽粕等氮替代猪日粮中7.5%豆粕可提高参试猪的生长性能和血清超氧化物歧化酶(SOD)活性、总抗氧化能力(T-AOC)和lgA、IgG以及白细胞介素 2(IL-2)含量。说明用发酵菜籽粕部分替代日粮中豆粕可以改善猪只的免疫功能。吴东等研究结果表明,应用4%、5%的发酵菜籽粕(粗蛋白、小肽、蛋氨酸含量分别为 35.6%、4.56%和0.46%,主要抗营养因子硫苷、异硫氰酸酯及噁唑烷硫酮含量分别为33.96μmol/g、1.57mg/g和1.02mg/g)分别等量替代生长猪及肥育猪日粮中的豆粕,对猪只生长情况无不良影响。说明应用发酵菜籽粕可以等氮替代育肥猪日粮中的豆粕,对猪的日增重、采食量及免疫力等方面无不良影响,发酵菜籽粕替代豆粕用量以不超过8%为宜,过量使用将产生不良影响。
2.3 在繁殖母猪饲料中的应用
国内学者重点研究了发酵菜籽粕对仔猪、育肥猪生长发育情况的影响,而对母猪繁殖性能如发情、妊娠、产仔、泌乳等的影响研究得不多。刘文峰等报道了国外学者分别在母日粮中添加20%溶剂浸提型菜籽粕以及10%低硫代葡萄糖苷型菜籽粕,结果母猪所产仔猪的初生重、窝增重等指标未受日粮中菜籽粕添加水平的影响。因此,深入研究发酵菜籽粕对母猪的产仔数、仔猪初生重、断奶窝重等繁殖性能的影响,以确定发酵菜籽粕在母日粮中的最佳添加量和降低母猪饲养成本很有必要。
3.小结
1)在确定发酵菌株时,应对菜籽粕中的主要抗营养因子硫代葡萄糖苷和单宁分解能力强的菌种进行筛选,其中枯草芽孢杆菌、啤酒酵母、植物乳杆菌、曲霉等均能大幅度降低硫苷含量;饲料通过乳酸菌发酵可以有效抑制有害细菌的生长和繁殖,乳酸菌与酸性蛋白酶复合固态发酵菜籽粕除能降低其中的抗营养因子外,还可降低底物 pH值、增加酸度,且发酵产物具有特殊的发酵酸香味,从而改善饲料品质,提高营养价值,具有良好的生产和应用价值;酵母菌富含蛋白质、氨基酸(粗蛋白含量高达 50%)及多种维生素,同时含有多种动物所需的消化酶(α-淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶等)和其他代谢产物,在提高动物的免疫、生长和繁殖能力方面具有显著功效。
2)多数试验结果表明,混菌或菌酶结合发酵菜籽粕效果优于单菌,不断筛选确定高水平脱毒菌种并通过正交试验确定不同菌种间的最优组合及其最佳比例是提高微生物发酵菜籽粕效果的关键环节。
3)发酵工艺与菜籽粕的发酵品质息息相关,当前采用固态发酵比较普遍。研究筛选更为合理的发酵工艺,不断完善产品质量检测、生产过程监控条件等可以有效解决菜籽粕发酵中的杂菌污染问题,同时制订相应的菜籽粕发酵生产技术及工艺标准,是高效利用菜籽粕的主要研究方向。
4)在不同生长阶段的猪日粮中添加发酵菜籽粕等氮替代部分豆粕试验取得一定效果,但发酵菜籽粕替代豆粕用量以不超过8%为宜。发酵菜籽粕用于母猪日粮的研究报道不多,进一步研究发酵菜籽粕对母猪、仔猪生产性能的影响对提升生猪生产经济效益很有必要。
实战操作技术——棉菜籽饼脱毒变身优质饲料替代豆粕操作新技术
当前豆粕价格很高有些地方货源紧缺,而棉菜籽饼(棉籽粕、菜籽粕)价格相对便宜,棉菜籽饼是棉子、油菜籽榨油后剩下的饼状残渣,蛋白质含量较高,含有各种氨基酸成分。但由于棉菜籽饼中含有植酸、芥子碱等物质,这些物质含有一定的毒性,还会影响动物的消化吸收,不能大量使用,因此不建议直接饲喂给动物!
现在通过微生物饲料发酵剂的除毒脱毒技术,可以成功将菜籽饼变为优质添加饲料,直接按照1公斤发酵的棉菜籽饼(发酵前的重量)代替约0.85公斤豆粕进行使用。饲料发酵剂中的有益微生物,在发酵过程中分泌的代谢产物,可将棉菜籽饼中的毒性物质等有效分解。
豆粕、菜粕、棉粕成分对比
1.豆粕是一种高蛋白原料,无需脱毒即可用作饲料。其中蛋白质含量为40%-48%,赖氨酸含量为2.5%-3.0%,色氨酸含量为0.6%-0.7%,蛋氨酸含量为0.5%-0.7%。2020年11月12日报价每吨在3500元左右。
2.菜粕的粗蛋白含量在34%-38%之间,特点是蛋氨酸含量高(仅次于芝麻饼、粕),赖氨酸含量亦高。而精氨酸含量低,是饼、粕饲料中含量最低的。菜籽粕的有效能值偏低(淀粉含量低、菜籽壳难以消化利用)。矿物质中,钙和磷的含量均高,硒和锰的含量亦高。特别是硒的含量是常用植物饲料中最高的。2020年11月12日报价每吨在2900元左右。
3.棉粕蛋白质含量一般为44.32%,仅次于豆粕的蛋白质含量48%,而高于菜籽粕的蛋白质含量36.04%。精氨酸含量高达3.6%-3.8%,而赖氨酸含量仅有1.3%-l.5%,只有豆粕的一半。2020年11月12日报价每吨在3000元左右。
是否需要脱毒处理
1.豆粕无需经过脱毒即可用作饲料。而且豆粕中富含蛋白质和多种氨基酸,在不需要额外加入动物性蛋白的情况下,仅豆粕中含有的蛋白质和氨基酸足以平衡家禽和猪的食谱,促进它们的营养吸收。只有当其他粕类单位蛋白成本远低于豆粕时,豆粕才有可能被替代。
2.菜粕菜籽中含有硫葡萄糖苷、芥酸、单宁、皂角苷等不良成分,其中主要是硫葡萄糖苷。硫葡萄糖苷本身无毒,但在一定温度和水分条件下,经过菜籽本身含有的芥子酶的酶解作用而产生异硫氰酸酯、唑烷硫酮和腈类等有害物质。这些物质可引起甲状腺肿大,从而造成动物生长速度下降,繁殖力减退。单宁则妨碍蛋白质的消化,降低适口性。而芥酸阻挠脂肪代谢,造成心脏脂肪蓄积及生长受到抑制。。使用前需进行一定的脱毒处理,并且使用时要加以限制,具体喂量应根据菜粕中有害成分含量而定。经过脱毒处理的菜籽粕喂量可以加大,而“双低”油菜籽生产的菜粕喂量要受限制。同时,应结合菜粕的氨基酸组成特点,适当搭配其它饼粕。
3.棉籽中含有对动物有害的棉酚及环丙烯脂肪酸,尤其是棉酚的危害很大。在制油过程中,由于蒸炒,压榨等热作用,大部分棉酚与蛋白质、氨基酸结合而变成结合棉酚,结合棉酚在动物消化道内不被动物吸收,故毒性很小。另一部分棉酚则以游离形式存在于饼、粕及油品中,这部分游离棉酚对动物毒性较大,尤其单胃动物过量摄取或摄取时间较长,可导致生长迟缓、繁殖性能及生产性能下降,甚至导致死亡。幼小动物对棉酚的耐受能力更低。由于棉籽饼、粕中游离棉酚对动物有害,因此,在使用棉饼、粕时,要根据饲喂对象及饼粕中游离棉酚的含量加以限量。反刍家畜在有优质粗料及多汁青料的情况下,棉籽饼、粕的用量不受限制,不会造成中毒。对单胃动物要限制喂量,最好使用经过脱毒处理的棉籽饼粕。同时,使用棉籽饼、粕配制饲粮要注意氨基酸平衡,尤其是棉籽饼、粕的赖氨酸含量低,且利用率差,应注意添加赖氨酸。
发酵操作技术
发酵棉菜籽饼其实也是一个脱毒技术,具体操作如下:
1.仔细检查棉菜籽饼,剔除棉菜籽饼中严重变质发霉的部分,轻度发霉的原料可以忽略,因为微生物发酵能够脱霉。
2.将棉菜籽饼粉碎并添加适量的玉米粉淀粉类的能量饲料等,调节饲料营养比例。
3.每吨棉菜籽饼加入2公斤食盐、玉米粉(其它淀粉、面粉次粉等也可以,或者粉碎的生红薯300公斤也可以)100公斤、“99多功能饲料发酵剂”1包(500g/包,市场售价约25元,以高浓度乳酸菌、酵母菌、复合酶制剂的专业发酵剂)。
4.在混合物料中添加适量水分,使混合物料含水量保持在55%左右,以“手抓一把并紧握,无水滴落,松手后轻触即散”为宜,一般上述配方中需要加入清水约500-600公斤。
5.发酵方式根据实际环境条件各异,在桶、缸、塑料袋等容器中发酵均可。
6.发酵时要尽可能排尽空气进行密封发酵。如果使用的发酵容器有密封不严实的隐患,要在一开始就在其外层包裹一层塑料袋并扎紧。发酵过程中不能启封。
7.发酵时间受环境温度影响,通常夏季发酵2-3天,冬季发酵5-7天即可完成。发酵完成后,有较为强烈的酸香味,ph值在3-4。
规模运用混合发酵现场
塑料缸、饲料袋(有内膜)均可做发酵饲料
采用池子发酵
发酵完成的棉菜粕饲喂动物技术
需要注意的是,发酵后的饲料酸度较低,不可以取代禽畜全部日粮。其他类发酵饲料同理。饲喂时根据不同情况,将发酵饲料按照一定比例添加到日粮中,发酵完成的棉菜粕为湿料,具体使用量每大概1.5-2公斤发酵棉菜粕(湿料)代替动物日粮配方中1公斤豆粕的使用量进行代替使用,与其它饲料混合后直接饲喂,由于棉菜籽粕蛋白较高,最高使用量不要超过禽畜日粮饲喂量的40%(湿料重量)。如果发现发酵饲料过酸适口性变差,可在饲喂前在阳光下晒1-2小时,或添加适量的碳酸氢钠(小苏打)即可改善。
发酵过程中与发酵后使用过程中,发酵的容器要一直保持密封状态,可以长时间保存(一年左右)。
当前养殖业成本高居不下,而饲料成本是其中最高的,利用廉价原料发酵饲料(包括一些轻度发霉的粕类低价收回)是极佳解决办法。通过微生物饲料发酵剂的发酵作用,可以将轻度霉变饲料变成优质饲料,将不易消化的物质分解为可被畜禽吸收的小分子糖类、氨基酸等。同时发酵饲料中富含有益微生物、酶制剂、酸化剂等,可调节畜禽肠胃微生态环境并进一步提高饲料利用率。发酵饲料气味清香,提高了饲料的适口性,加上发酵饲料中有大约4℃的酒度,能够促进动物新陈代谢促进健康抵御疾病,是当前养殖业发展中重要的一环。
本技术也可以同样发酵菜籽粕(饼)、棕榈粕等,方法同上。
【视频】部分发酵饲料养猪鸡鸭带给你无臭味健康无抗养殖效果
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2020年已全面禁抗,我们之前经常在饲料中添加的抗生素进行促生长行为将是违法,否则面临巨额罚单。如何既能够促进动物生长又能够形成无抗养殖呢?其实中草药在促进畜禽养殖健康和生长、改善肉蛋奶品质大有可为,特别是将中草药发酵后效果提升4-28倍等好处,这个实施方案比你想象中效果更好,运用的没有不被效果折服的,值得尝试验证
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