1.1 发酵常规蛋白饲料

发酵豆粕、菜籽粕、棉籽粕等植物蛋白原料, 一般以提高其蛋白质的利用率, 降低抗营养因子的毒害作用为目的。目前发酵豆粕技术比较成熟, 2013年3月开始实施NY-T2218-2012饲料原料-发酵豆粕的行业推荐标准, 规定以麸皮、玉米皮等为辅助原料对发酵豆粕进行固态发酵, 发酵用菌种需用《饲料添加剂品种目录》批准使用的, 且不得掺入皮革粉、羽毛粉、肉骨粉和无机氮源等物质。对于发酵菜籽粕、发酵棉籽粕只有一些地方性标准, 且研究多用于蛋鸡、肉鸡养殖。

章亭洲等 (2016) 报道, 选用酵母菌发酵豆粕与芽孢杆菌、乳酸菌相比, 在可消化性、口感、免疫力、对断奶仔猪增重等产品性能上更具优势, 但对抗营养因子的降解能力不如芽孢杆菌、乳酸菌。抗影响因子对仔猪影响最大, 因此建议对体重小于30 kg的仔猪, 可选用枯草芽孢杆菌和乳酸菌发酵豆粕。Jia等 (2013) 研究表明, 用枯草芽孢杆菌发酵豆粕最佳工艺参数是豆粕和水的比例为1∶1, 接种量10%, 温度30℃, 发酵48 h, 蛋白水解度达到13.14%。Yang等 (2013) 用米曲霉、苏氏芽孢杆菌、德布鲁奇乳杆菌的混合菌发酵豆粕, 先用Box-Behnken响应面设计法以蛋白质含量为响应值优化发酵豆粕工艺参数, 预测含水量56%, 接种率9.5%, 发酵时间43.5 h为最佳工艺参数, 得到预测蛋白质含量理论值为57.08%, 经实测后蛋白质最高含量为56.96%, 与预测值很相近。何荣海等 (2014) 用同样的方法优化了枯草芽孢杆菌发酵菜籽粕的工艺参数, 原料粗蛋白质经发酵后为45.04%, 比原来提高了9.40%, 硫苷含量为17.62μmol/g, 降解率为62.14%, 多肽获得率为15.95%。最佳工艺参数为, 液料比1.3∶1 mL/g, 接种量15%, 温度31℃, 发酵70 h。由此可知, 发酵豆粕、菜籽粕的参数条件差异是可以进行数据预测的, 根据发酵目的及发酵菌种的不同, 可在各种发酵条件限定范围内, 确定最佳工艺参数并对其进行优化。

1.2 发酵非常规饲料

发酵秸秆、马铃薯渣、木薯渣等富含纤维素的固体残渣, 可使粗蛋白质含量提高、纤维素含量降低, 优化原料营养成分。一般用微生态制剂和约30%的麦麸、玉米粉、米糠、硫酸铵等原料作为辅料, 加约70%的秸秆或糟渣, 加水混合, 放入发酵池, 控制原料水分、发酵温度及发酵时间, 一般以一定的比例添加到配合料中, 在猪料中可添加日粮的5%~15% (陈宪彬, 2017) 。

我国一年产生秸秆加工副产物有5.8亿吨, 但利用率不到40%, 大多生产面积较大的地区都就地焚烧销毁, 不仅浪费资源还造成空气污染。我国一年产生木薯渣约400万吨左右, 马铃薯渣3000万吨, 豆渣2000万吨, 苹果渣600万吨, 药渣废弃物约3500万吨。这类糟渣经过加工处理剩下的糟渣一般含水量较高, 易腐败变质, 不易储存。但如果能经过发酵得到有效利用, 将成为最具潜力的经济原料。陆敏等 (2017) 分离和筛选高产蛋白酵母菌株的研究表明, 温度32℃, 初始pH5.5, 接种量12%, 装液量100 mL时, 各分离酵母菌生物产量最高, 并确定假丝酵母菌株最适宜用做秸秆发酵饲料的菌种。刘辉等 (2016) 用纤维素酶和酵母菌以8∶15比例混合发酵玉米秸秆的研究表明, 温度35℃, 料液比1∶20, 发酵48 h, 发酵产品粗蛋白质为29.71%, 较发酵前提高4.67倍。由此可知, 经发酵的玉米秸秆能提供较高含量的粗蛋白质, 经烘干处理可做蛋白饲料的替代品, 纤维素含量显著降低, 但是一般达不到低于18%的水平, 因此可以考虑用于对纤维素含量要求不高的动物日粮中, 可节约一定的经济成本。

发酵糟渣常用的微生态制剂是黑曲霉、酿酒酵母和乳酸菌。发酵木薯渣、豆渣和苹果渣、马铃薯渣、中药渣 (罗文等, 2017;孙晓燕等, 2017;魏立等, 2016;宋雅芸等, 2016) 的研究表明, 糟渣原料经过发酵可以提高自身的粗蛋白质和各种有机酸等有益成分的含量, 降低粗纤维和灰分含量, 改善适口性。马铃薯渣真蛋白仅有4.67%, 经黑曲霉和啤酒酵母以1∶1的比例、接种量10%, 水添加量为发酵原料的1.5倍, 28℃发酵5 d后能达到17.87%。但对于粗蛋白质仅含6.25%和2.4%苹果渣和中药渣的原料而言, 即使经发酵后自身粗蛋白水平有所提高也非常有限, 但因苹果渣富含多种维生素、矿物质、可溶性糖等营养物质, 可以作为发酵过程中的碳源底物, 与粗蛋白质含量较高的豆渣和木薯渣的氮源物质按比例进行混合发酵, 能有效的弥补各营养物质的均衡性, 使菌体迅速增长繁殖, 最终获得较高菌体蛋白、小肽等各种易吸收的营养物质。罗文等 (2017) 用豆渣和苹果渣以2∶1的比例, 经3∶2∶4比例酿酒酵母、黑曲霉、里氏木霉, 按接种量1%, 含水量70%, 发酵2 d后, 蛋白质含量由15.87%提高到19.83%。最终获得的发酵产品的蛋白质含量与特定发酵条件下, 所选菌体种类、浓度、接种量、发酵温度、发酵时间有关。孙晓燕等 (2017) 研究得出, 植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌和安琪啤酒酵母混合菌剂发酵中药渣并外源添加15%~20%蔗糖作为碳源的最佳工艺为, 接种0.5%~5%发酵前水分87%, 25~37℃密闭发酵2 d, 药渣中蛋白质含量由21.3%增长到22.7%。丹参、黄芪、三七、甘草等药渣中含有生物碱、多酚、黄铜等活性物质, 用于畜禽养殖能调节机体的代谢, 提高免疫力, 健脾胃, 能对疾病起到预防作用, 可作为抗生素的替代物。因此, 利用产地优势, 可考虑将发酵糟渣用于动物养殖。

1.3 发酵营养均衡的全价饲料

通过生物发酵工程菌种发酵、提取、纯化获得的酶制剂、酸化剂、益生菌等作为添加剂, 成本高且效果不稳定;但若直接选用较优质的菌种加配合饲料自行发酵, 不仅免去中间环节降低了成本, 获得的产品各种营养素全面、天然, 且处于较平衡的状态。但全价配合料在发酵过程中可能会使部分维生素有损失, 故发酵产品也要注意补充维生素, 还有些饲料产品是将发酵饲料按比例添加到日粮中进行饲喂。

王赫等 (2017) 用乳酸菌发酵玉米、菜籽粕、棉籽粕的研究表明, 500 g日粮在含乳酸菌105 kg、水分40%、32℃的密封条件下, 饲料发酵后常规营养成分均显著高于未进行发酵的饲料, 且活菌、代谢能、粗蛋白质、氨基酸均随着时间的变化呈二次曲线关系, 持续发酵5 d时含量最高, 并根据研究中各营养素含量后期的变化给出建议, 使用乳酸菌发酵饲料, 最佳使用时间为5~10 d, 在发酵5~25 d使用完毕。乳酸随着时间的延长呈增长趋势, pH降低有益于肠道菌群的平衡, 促进有益菌的定植, 但是会抑制乳酸菌的增殖, 且乳酸积累过量会导致饲料过酸发出刺鼻酸味, 影响饲料品质, 因此根据菌种和原料的差异, 发酵工艺参数差异较大, 需要多次探究验证, 形成严格的发酵工艺标准, 以便更好的控制发酵饲料的品质。

胡红伟等 (2017) 用乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌的复合益生菌发酵玉米、小麦粉、菜籽粕、豆粕百分比为39∶21∶14∶26混合原料, 再加入32 g琼脂提供氮源, 综合乳酸含量、乳酸菌含量、pH等指标, 且发酵饲料感官最好的情况下, 获得最佳工艺参数为接种量5%、水分40%、温度30~35℃、发酵3 d, 粗蛋白质含量并未随接种量的不同而变化, 说明配合饲料中各种营养成分使益生菌和发酵原料之间对蛋白质的消耗和利用基本达到了平衡。而对于糟渣等蛋白质低的饲料而言, 经发酵后将碳水化合物消化利用后转化成菌体蛋白, 所以蛋白质含量提高的较为明显。因此, 发酵配合饲料的情况下, 要注意根据情况调控粗蛋白质含量。

2.1 对适口性的影响

大豆蛋白和玉米蛋白水解产生的大豆肽和玉米肽是食物中常见的苦味肽。发酵玉米、豆粕等原料时, 会因产生这些苦味肽而影响发酵饲料的适口性, 苦味肽的G蛋白偶联受体是T2Rs (雷燕, 2017) 。鲜味肽可通过苦味受体来抑制苦味 (Min等, 2015) 。另外万琦等 (2003) 筛选出的枯草芽孢杆菌产生的蛋白酶可将大豆蛋白水解成短肽, 进而经羧肽酶能切除短肽末端的疏水性氨基酸, 所以用枯草芽孢杆菌具有酶解和脱苦的作用。由此可知, 将枯草芽孢杆菌和其他发酵菌种混合发酵含豆粕的原料可能更有利于发酵饲料的适口性。研究表明, 酵母菌和枯草芽孢杆菌对乳酸菌数量有促进作用, 但是酵母菌在发酵第4天后会抑制乳酸菌增长, 但芽孢杆菌组至发酵的第8天乳酸菌仍呈增长趋势 (李可义, 2017) 。乳酸菌代谢可产生大量的乳酸, 乳酸有较浓酸香味对发酵过程中产生的苦涩味有一定的掩盖作用, 乳酸使饲料p H降低, 酸度增加能促进饲料在仔猪胃消化, 加快胃排空速度, 促进采食。黄继红等 (2010) 通过发酵脱谷小麦朊粉苦味的研究发现, 如前期先用酶制剂处理, 然后再用酵母菌和乳酸菌1∶1发酵, 可能会有效降低发酵饲料的苦味, 另外纤维素、淀粉、多糖经发酵后转化为易吸收的小分子物质, 饲料乳化性提高, 发酵饲料产品的质感变软, 更易被仔猪采食消化。

对于断奶后采食教槽料的仔猪, 因为一般教槽阶段饲喂期仅为2周, 判定仔猪对多种饲料的先天性采食偏好可选在试验最初4天, 判定是否有获得性采食偏好可选在试验中后期, 发酵料的适口性是否较常规配合饲料更具优势, 可以做偏好试验进行验证。

2.2 维护肠道健康, 调节肠道菌群

生物发酵能降低原料中抗营养因子对仔猪肠道的不良影响。大豆球蛋白和和β-伴大豆球蛋白等是大豆及其加工副产品的主要抗营养因子, 经高温调制不能被破坏, 且作为抗原蛋白会引起仔猪过敏, 造成肠道损伤, 导致仔猪腹泻, 降低饲料蛋白质利用率。王波等 (2011) 研究表明, 植物乳酸菌发酵大豆粉可使大豆球蛋白和和β-伴大豆球蛋白的免疫活性分别降低64.22%、71.08%。菜籽饼中存在硫甙、单宁等抗营养因子, 硫甙在酶的作用下可降解产生异硫氰酸酯、腈类等毒素, 促使甲状腺肿大、造成动物肝肾重大等病症, 且味苦, 单宁使消化酶失活, 对消化不利, 且味苦涩、辛辣影响适口性。孙林等 (2017) 用混合菌种 (植物乳酸菌、黑曲霉菌、枯草芽孢杆菌) 发酵菜籽粕, 硫甙、单宁、植酸含量分别降低了77.6%、93.8%、87.3%。说明经过发酵处理的蛋白饲料, 毒性显著降低, 生物安全性更高, 对仔猪肠道健康有维护作用。

发酵产生的消化酶、有机酸可促进仔猪消化吸收, 调节肠道菌群平衡。在28日龄断奶仔猪的配合日粮中添加种菌数为5×10¹⁰cfu/g的乳酸菌、枯草芽孢杆菌, 并用20%的过夜水混合, 饲喂15 d后, 相比于对照组, 小肠各部位的乳酸菌含量均显著增加, 回肠和结肠道中的芽孢杆菌数量显著增加, pH和大肠杆菌数量显著降低, 仔猪腹泻率降低了10.37% (李旋亮, 2017) 。在仔猪日粮中添加10%发酵饲料, 相比于添加抗生素的对照组能显著降低大肠杆菌和沙门氏菌含量, 显著提高乳酸菌和双歧杆菌含量 (康丽慧等, 2017) 。说明在配合日粮中添加乳酸菌、枯草芽孢杆菌发酵菌液或发酵饲料能促进乳酸杆菌在仔猪肠道定植并调节肠道菌群, 抑制大肠杆菌等有害菌, 改善肠道健康。

王韫和黄芳 (2016) 在仔猪日粮中添加不同比例的生物发酵饲料, 结果表明添加生物发酵饲料, 平均采食量有所提高, 且料比随添加量增加逐渐降低, 皮肤更红润, 毛色光泽, 且相比与含抗生素的对照组, 添加40%和50%生物发酵饲料组, 平均日增重分别提高了20.7%和23.7%, 腹泻率分别降低了50%和52.2%。由此可知, 发酵饲料替代抗生素的方案有效可行。

2.3 对生长性能及免疫力的影响

康慧丽等 (2016) 用植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌、鼠李糖乳杆菌的混合菌发酵玉米、豆粕1∶1的饲料, 然后将日粮中添加10%该发酵饲料, 与添加50 mg/kg金霉素和100 mg/kg喹乙醇组相比平均日增重、平均采食量均显著提高, 料比显著降低。仔猪日粮中添加由乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌混合菌发酵的饲料, 相比于含抗生素的对照组, 添加量20%组的腹泻率降低了63.6%, 但添加量达到30%时平均日采食量、平均日增重降低, 料比和腹泻率显著提高 (胡新旭等, 2013) , 毛春瑕 (2017) 研究表明, 过多添加发酵饲料, 会使肠道菌种和内容物发生改变, 而对生长性能和腹泻率起到不良作用。但另有研究表明生物发酵饲料添加比例为40%~50%时对仔猪生长性能促进作用效果最明显 (王韫和黄芳, 2016) 。这可能与发酵所用菌种和发酵工艺不同有关。

无抗发酵饲料能显著提高IgG含量, 20%、30%组的血清总蛋白、球蛋白、白蛋白、IgA、IgM含量有所提高, 但未达到显著水平 (胡新旭等, 2013) 。发酵饲料对于仔猪免疫的影响与其特殊活性肽有关, 可通过多种途径提高仔猪免疫力, 但具体的作用机理还有待进一步研究。