我国生物发酵饲料研究与应用进展

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导读

近年来生物饲料研究与应用成为我国畜牧饲料行业研究热点。《农业部“十三五”规划》也明确提出生物饲料产业发展是供给侧改革的重要突破口，是解决畜牧业可持续发展的重要途径，对于促进农副资源饲料化与高效利用、推动饲料配方体系的变革、改善动物生产性能、降低养殖成本、实现从减抗到无抗养殖、减排环保以及应对大豆供应危机等具有重要意义。

1、生物饲料的定义与分类


1.1 定义2018 年1 月1 日由生物饲料开发国家工程研究中心起草发布的团体标准T /CSWSL 001—2018《生物饲料产品分类》将生物饲料定义为: 使用农业部饲料原料目录和饲料添加剂品种目录等国家相关法规允许使用的饲料原料和添加剂，通过发酵工程、酶工程、蛋白质工程和基因工程等生物工程技术开发的饲料产品总称，包括发酵饲料、酶解饲料、菌酶协同发酵饲料和生物饲料添加剂等。鉴于生物饲料添加剂种类繁多，本文仅就发酵和酶解饲料进行综述。

1.2 分类
团体标准《生物饲料产品分类》中，根据原料组成、菌种或酶制剂组成、原料干物质的主要营养特性，生物饲料可分为发酵饲料、酶解饲料、菌酶协同发酵饲料和生物饲料添加剂等4 个主类、10个亚类、17 个次亚类、50 个小类和112 个产品类别。

2、我国生物发酵饲料的现状

2.1 发酵饲料的现状

保持稳定发展势头: 目前我国从事生物饲料行业的企业数量达1 000 余家。虽然微生物制剂和酶制剂趋于饱和，而发酵豆粕、酿酒酵母培养物、发酵糟渣和构树叶等发酵产品则稳定增长、逐渐成规模，且在饲料企业和养殖场得到广泛应用。如果发酵饲料在猪料、肉禽料、蛋禽料、水产料、反刍料和其他饲料中的用量分别以5%、2%、5%、5%、10%和5%估计，且按总量普及率20%推测，2018 年发酵饲料总量约195 万t。

开始规范发展: 生物饲料领域第1 个团体标准T /CSWSL 001—2018《生物饲料产品分类》于2018 年1 月1 日发布，《发酵饲料技术通则》、《饲料原料酿酒酵母培养物》、《饲料原料酿酒酵母发酵白酒糟》和《饲料添加剂植物乳杆菌》4 项团体标准于2018 年9 月7 日发布，对规范我国生物饲料产业自律性和行业健康发展意义重大。以发酵饲料湿喂技术模式、糟渣液体饲喂模式和发酵饲料液体饲喂等地源饲料发酵应用新模式兴起，也推动了发酵饲料产业化进程。

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《发酵饲料技术通则》等四项生物饲料产业团体标准正式实施

2.2 发酵饲料应用存在的问题
我国生物发酵饲料整体研发和产业化水平不高，还存在一些亟待解决的问题。在产品研究方面: 发酵过程中小分子营养物质流失，总能下降，发酵菌种、菌剂的协同或拮抗还有待研究，产品质量标准存有争议，产品质量和应用效果受菌种、工艺、养殖品种和饲喂模式的影响较大; 在生产制备方面: 存在菌种、原料的安全性等问题; 在应用技术方面: 对动物营养和微生物营养的协同性和安全性认识需要提高，营养数据库和适宜添加量尚需完善; 在发酵菌种生物安全方面: 常见菌株来源不明、不纯和菌种退化现象，耐药基因转移、有害代谢产物、黏膜损伤、超敏反应等来自菌种的威胁也不断增加; 在发酵饲料标准方面: 除明确的营养常规指标外，酸溶蛋白、乳酸、益生菌活菌数等有益指标和挥发性盐基氮、霉菌和霉菌毒素等有害指标均应纳入产品标准。
3、生物发酵饲料不同领域研究进展

3.1 发酵菌种研究进展

我国饲料原料种类繁多，物理、化学性质差异较大，而不同的菌种又具备不同的生理特性，在生产实践中应根据不同的饲料原料以及不同的生产目的选择适当的菌种组合以生产合格的生物发酵饲料。例如，新鲜马铃薯渣含水量高达90%以上，适合利用黑曲霉和啤酒酵母等微生物发酵生产蛋白质饲料。目前菌种筛选主要有3 个方向: 一是改变饲料原料的理化性质，包括提高消化吸收率、延长贮存时间和解毒脱毒等; 二是获得微生物中间代谢产物，包括酶制剂、氨基酸和维生素等; 三是培养繁殖饲用的微生物体，用于制备活菌制剂。李如珍等以中文专利数据库中的检索结果为样本，对微生物发酵饲料领域进行了统计分析，发现在588 件申请中，涉及菌种23 种，使用较多的菌种有枯草芽孢杆菌、黑曲霉、酿酒酵母和地衣芽孢杆菌。Missotten 等报道在欧洲发酵液体饲料中经常使用的菌种有乳酸菌和酵母菌。侍宝路等研究表明，以豆渣为原料，添加麸皮作为辅料，以植物乳杆菌与酿酒酵母菌混合接种发酵，发酵产物降低了中性洗涤纤维含量，并提高了总酸含量，产品耐贮存。解淀粉芽孢杆菌具有繁殖速度快、稳定性好、生命力强、富含多种酶的特点，在固态发酵饲料中取得了较好的效果。

3.2 生物发酵原料与工艺研究进展

3.2.1 发酵原料
发酵饲料原料的选择已从豆粕、棉籽粕、菜籽粕等的发酵以提供高品质蛋白质饲料，发展到聚焦鲜糟渣、果渣和蔬菜尾菜等非常规饲料原料发酵，以提供优质、优价的发酵能量饲料和粗饲料等。

3.2.2 主要原料发酵工艺研究进展
在实际生产过程中，根据菌种特性主要分为耗氧、厌氧和兼性厌氧发酵。根据菌种数量选择，主要分为单一菌种、多菌种、菌酶协同发酵等种类。饲用酶制剂的生产以单一菌种液体深层发酵为主，发酵饲料原料和混合饲料的生产以复合菌种发酵为主。吝常华研究了淀粉芽孢杆菌单菌固态发酵豆粕的最佳工艺，发现豆粕经过微生物发酵后小肽含量得到显著提高，营养价值得到明显改善; 蛋白质分子质量显著下降; 酸碱度也发生了明显变化，且单菌与混菌发酵效果存在显著差异; 提出了枯草芽孢杆菌单菌固态发酵玉米的最佳工艺，玉米经过微生物发酵后，可溶性糖含量显著增加，淀粉总量和支链淀粉含量显著下降，直链淀粉含量显著升高，营养物质含量发生明显变化，总酸含量显著提高，pH 发生明显变化，单菌发酵和混菌发酵效果具有差异性; 提出了多黏类芽孢杆菌固态发酵小麦的最佳工艺，与未发酵相比，经单菌、混菌发酵后，小麦提取液黏度均显著降低，营养物质发生显著变化，粗蛋白质、粗纤维、粗灰分、粗脂肪含量有升高趋势，酸碱度发生明显变化，且单菌和混菌发酵效果差异显著; 此外，豆粕、菜籽粕、玉米、小麦4 种原料发酵后肉鸡表观代谢能较发酵前分别显著提高了19. 21%、19. 13%、6.90%和7.03%。

吴正可以硫甙降解率、多肽增加率、总酸增加率为目标研究提出了菜籽粕最佳发酵工艺; 在玉米－豆粕型饲粮中添加15%的发酵菜籽粕对肉鸡生长性能无显著影响，但添加10%发酵菜籽粕组生长性能、免疫指标、肠道发育状况要优于玉米－豆粕型饲粮对照组，同时还提高肉鸡屠宰率、全净膛率、胸肌率、腿肌率、十二指肠和空肠的绒毛高度/隐窝深度。

3.3 酶解饲料研究进展
酶解饲料已被广泛应用于畜禽养殖中，加酶饲料预消化的工艺参数及处理效果已被证实。无机磷、酸性洗涤纤维和还原糖含量是反映加酶饲料体外预消化效果的重要指标。在体外条件下，根据饲用酶制剂反应需要的条件，对饲料进行酶解预消化可以大幅提高饲料利用率，降低配方成本，提高动物的生产性能。

研究表明，加酶预消化饲料能显著改善饲料品质，提高断奶仔猪对饲料养分的消化率，进而促进其生长; 提高蛋鸡的产蛋率，降低料蛋比，改善蛋品质，提高能量的表观代谢率; 提高肉鸡饲粮中养分的表观消化率，极显著改善肉鸡的采食量、增重和料重比; 显著提高绵羊饲粮中养分的表观消化率，显著减少羊粪中养分的排泄量，提高了绵羊日增重，减少了料重比，提高了经济效益;显著提高奶牛的标准乳量、平均乳脂率、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的排出量和表观消化率。

3.4 菌酶协同发酵饲料研究进展
近年来研究结果表明，菌酶协同处理的结果优于菌和酶单独作用的结果。在发酵过程中，微生物与酶有很好的协同作用，能使大分子物质降解更加彻底，微生物的发酵效率更高。所以利用微生物和酶的协同作用制备发酵饲料的相关报道逐渐增多。利用菌酶协同作用，既能缩短发酵周期，又能利用芽孢杆菌或乳酸菌抵抗其他杂菌的影响，提高效率，降低生产成本，还能通过产品中含有的大量的芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌等活菌体改变动物肠道内的微生态环境，增强动物对疾病的抵抗能力，减少抗生素的使用。

3.5 地源饲料发酵应用技术研究进展

3.5.1 地源饲料兴起
地源饲料成为当前农副产物饲料资源利用化的热门概念，是指经过饲料化加工处理后可规模化饲用的地方性饲料资源的总称，具有特色的营养价值、不易加工处理、流通成本高、易变质、季节性强和有一定地理范围等特点。地源饲料发酵后采用湿喂或液体饲喂的代表性应用模式诞生，如山东繁育母猪发酵饲料湿喂技术模式、山东中裕酒糟液体饲喂模式和重庆荣昌生长肥育猪固体发酵地源饲料液体饲喂模式等，创新性地加强了饲料资源利用效率。在当今我国畜牧业转型升级过程中，地源性饲料资源研究与应用具有重大意义。

3.5.2 地源饲料应用关键技术进展
近年来生物饲料开发国家工程研究中心就地源饲料的有效应用提出了5 个关键集成技术: 针对不同地源饲料的菌+酶发酵菌剂集成技术; 针对不同产地的发酵设备和工艺技术; 地源饲料营养数据库技术和以某一地源饲料为核心的不同养殖品种的饲料配方技术; 针对不同养殖规模的自动化液体及湿料饲喂设备和工艺技术; 针对畜禽粪污氮磷减排生物处理技术( 参考生物饲料开发国家工程中心编写的内部资料《生物饲料百项技术和产品汇编》) 。通过以上5 大技术集成，降低了饲料成本、猪群整齐度好。但地源饲料存在质量不稳定、营养数据库不完善、液体饲喂料线设备成本高等不容忽视的问题，同时安全有效地应用研究和技术推广任重而道远。

3.6 发酵饲料在动物养殖中的应用

3.6.1 发酵饲料对畜禽生长性能的影响
近年来酒糟、尾菜、桑叶和棉菜粕等饲用资源发酵后饲用效果的研究报道不少，发酵饲料在配合饲粮中添加量在2% ～ 50%，也有全发酵饲粮的应用，饲养动物涵盖了猪、禽、羊、牛。在生长性能方面，总体表现为日增重增加、料重比降低、育肥动物每千克增重的饲粮成本降低、养殖经济效益增加。多数研究证实，发酵豆粕均可提高断奶仔猪的生长性能，也有研究发现，饲喂10%和15%湿发酵豆粕仔猪平均日增重分别提高了16.6%和23. 0%，料重比分别降低了9. 7% 和11.4%; 另有研究表明，发酵豆粕可替代鱼粉等动物性蛋白质饲料应用于保育猪的生长发育，早在1975 年就报道了米曲霉发酵豆粕可提高肉鸡生长性能和饲料转化效率。诸多研究结果表明，4. 5%发酵豆粕显著提高肉鸡21和35 日龄体重，其效果优于鱼粉; 在肉鸡前7 天饲粮中添加3%乳酸菌或枯草芽孢杆菌发酵豆粕的研究表明，前7 天饲粮中使用发酵豆粕可显著提高后期肉鸡的平均日增重、饲料转化率和35 日龄体重，说明前期饲喂发酵饲粮有后续效应且可促进后期生长。在畜产品品质方面，饲喂发酵饲料畜禽肌肉氨基酸和肌间脂肪含量有所增加，抗氧化水平提高; 蛋壳品质提高，蛋白哈夫单位和蛋黄颜色增加，蛋黄中胆固醇含量降低; 胸肌肌苷酸含量提高。

3.6.2 发酵饲料对动物肠道微生态与形态结构的影响
近年来，发酵饲料的作用机理研究渐趋深入。诸多文献报道，微生物活菌发酵饲料对猪、鸡、鸭、奶牛、对鱼等养殖动物的肠道微生态和血清生化指标产生多种影响，总体具有促进有益活性菌在宿主肠道的定植、改善肠道形态结构、促进肠道发育、促进生产性能的效果。

3.6.3 发酵饲料对动物免疫机能的影响及其机理
关于发酵饲料对动物免疫性能的影响研究报道较少，大多数研究集中在血浆免疫球蛋白、肠道分泌型免疫球蛋白含量等表观指标测定。有研究表明在保持粗蛋白质和代谢能一致的情况下采用脂多糖刺激攻毒试验，结果表明，10%的发酵豆粕可显著降低脂多糖刺激后血浆皮质酮的含量，DNA 芯片检测发现，10%的发酵豆粕通过降低白细胞热休克蛋白70 ( HSP70 ) 、新生儿受体( NFcR) 等基因的表达提高免疫性能。也有研究证明，大豆发酵可提高脾脏自然杀伤细胞的活性，上调干扰素－ γ ( IFN-γ ) 、免疫球蛋白G2a( IgG2a) 、白细胞介素－4( IL-4) 和免疫球蛋白G1( IgG1) 基因表达。Zhu 等添加10%和15%的发酵豆粕显著提高了仔猪血浆免疫球蛋白G( IgG ) 、免疫球蛋白A ( IgA ) 、免疫球蛋白M( IgM) 含量，同时显著降低空肠和回肠自我吞噬因子( LC3B) 的表达，LC3B 的表达是细胞损伤的标志。Roubos 等和朱丽慧等进一步研究了发酵豆粕提高免疫性能的机理: 霉菌和芽孢菌发酵豆科籽实可以产生一种与大肠杆菌相结合的小分子活性物质，从而降低大肠杆菌与肠道上皮细胞的黏附，而这种小分子活性物质是被微生物分泌的酶从大豆细胞壁果胶多糖的阿拉伯糖或阿拉伯半乳聚糖侧链上分解下来的，可以抵制病原菌的侵袭; 此外，在短链脂肪酸( SCFAs) 中的丁酸可诱导杯状细胞黏蛋白( MUC2) 的分泌和T 细胞的分化，同时可抑制核因子－κB( NF-κB) 表达，进而提高动物机体的免疫性能。饲喂发酵豆粕提高了动物对蛋白质的利用效率，降低了回肠、盲肠、结肠中残留蛋白质的含量，进而降低后肠道与蛋白质分解相关菌群丰度和蛋白质发酵的代谢产物，后肠道微生物发酵肠道残余的蛋白质可产生吲哚、组胺、硫化氢、粪臭素等有害物质，破坏肠道细胞结构，引发机体免疫反应。发酵饲料的作用机理研究还表明，动物肠道微生物菌群与宿主肠道代谢轴、肠道免疫功能存在相互作用并对机体健康产生影响。

3.6.4 发酵饲料对水产动物生长性能影响
近年来，很多学者就发酵豆粕替代鱼粉对鱼虾类生长发育免疫等方面的影响做了诸多研究。Ding 等用25%、50%、75%和100%的混菌发酵豆粕替代日本沼虾中的鱼粉，结果表明，发酵豆粕替代鱼粉不会影响日本沼虾的生长性能。Lee等用发酵豆粕替代许氏平鲉饲料中10%、20%、30%和40%的鱼粉，结果表明，发酵豆粕替代20%的鱼粉对许氏平鲉的生长性能和体组成没有显著影响，但会降低饲料转化效率。Novriadi运用Meta 分析方法深入分析了14 篇发酵豆粕替代鱼粉对鱼类生长性能和饲料转化效率影响的研究文章数据，分析结果表明，发酵豆粕替代40%以上的鱼粉会显著降低鱼类生长性能，得出发酵豆粕中未消除的抗营养因子和不同种类的鱼类对抗营养因子的耐受性依然是影响发酵豆粕替代鱼粉比例的主要因素。

3.6.5 发酵饲料对生态环境保护的影响
由于发酵饲料的应用可提高饲料利用率，减少氨气排放，降低锌、铜等重金属的添加，因此可缓解畜禽养殖对环境的污染。

4、生物发酵饲料发展趋势

4.1 特色功能菌株的筛选

未来功能菌株的筛选仍然是生物饲料研究的核心，即针对饼粕类原料中存在的抗营养因子、玉米深加工副产物中的霉菌毒素和含硫物质，筛选高效降解菌; 针对不同畜种的肠道特点及同一畜种不同发育时期的肠道特点等，筛选适应性好、定植能力强的菌株; 以及根据其他特定功能性代谢产物，筛选高效表达菌株。随着科研工作者对发酵饲料技术的不断探索，发酵饲料菌株的筛选也日益多元化，筛选出来的功能菌株也越来越丰富，从高产蛋白酶、纤维酶、脂肪酶、淀粉酶菌株进而到降解棉酚、硫苷等毒素菌株和抗菌抗病毒菌株的筛选，研究者们正致力于筛选高性能、高耐受性、高稳定性的菌株。



4.2 菌株的组合效果
目前很多生物饲料的菌种应用组合比较粗糙，多停留在种的层面，甚至是属的层面，随着菌株筛选及功能研究的不断深入，菌株的功能不断明确，菌株之间的组合研究将开启一个新的发展局面，并实现与肠道微生物组学、代谢组学等前沿研究的同步发展。

不同菌种按照不同的比例组合发酵出来的饲料质量也不相同，有的混合菌发酵效果表现优于单个菌株，有的却不如单个菌株。进行发酵前，要充分了解原料特点、菌种的生存条件、代谢途径、发酵产物和混合菌种之间可能存在的相互关系并根据发酵目的，结合菌种发酵效果，选用菌种的种类和添加比例。有科学家在酒糟发酵蛋白质饲料菌种的筛选研究中，以粗蛋白质、真蛋白质、粗纤维为指标，选用8 种酵母菌和霉菌反复结合进行试验，最终确定出最佳发酵菌种组合。

4.3 生物发酵饲料价值评价指标
未来生物饲料的功能将更进一步明确，其对原料的预消化程度、对饲料利用率的提高程度、对畜体肠道健康的改善程度、对畜产品品质的改善效果，甚至对畜禽粪污资源化利用中限制因子的去除程度，及对畜禽舍内氨气的去除程度等都将进一步量化，评价方法将进一步标准化。

4.4 生物饲料质量安全实施动态预警监测
生物饲料的质量安全性，首先要依据饲料卫生标准; 生物饲料因其微生物学属性，还应对其微生物安全性进行监测。检测内容应包括所用菌种是否合法合规，遵循“法无许可即禁止”的原则，严格禁止《饲料添加剂品种目录( 2013) 》中规定以外的菌种的使用。此外，还包括因发酵工艺等控制不严而导致的有害菌，甚至是致病菌的污染，也应对其进行监测。利用新一代测序技术，通过宏基因组测序等手段，对生物饲料的全部微生物组成进行监测。此外，生物饲料往往还具有动态变化的性质，所以生物饲料质量安全监测也应是一个动态监测的过程。2018 年3 月，农业农村部成立了生物饲料质量安全预警监测工作组，委托中国农业科学院饲料研究所和生物饲料开发国家工程研究中心牵头，联合国内顶级监测机构共同承担生物饲料质量安全预警监测项目，对全国范围内18 个省、市生物饲料生产、经营、使用和养殖环节的生物饲料进行动态监测，对生物发酵饲料产业的健康发展提供了有力保障。

5、小 结

生物饲料应用前景广阔，未来生物饲料将大有可为。生物饲料开发国家工程研究中心联合国内高校和科研院所多年来做了大量储备工作。一是技术方面，5 个关键技术集成，解决发酵产业链中5 个环节的关键技术; 二是标准制定方面，目前发酵产业迅猛发展，生物饲料产业创新战略联盟具有发布团体标准的资格，现在正在加速团体标准和行业标准的制定; 三是发展规划方面，未来的生物饲料将是传统工业饲料中最重要的新的表达方式，或者在2 亿t 饲料的结构再调整中成为非常突出的或最具潜力的一部分，它将会带来养殖业和饲料业的革命性变化; 四是生物饲料质量安全问题，各级政府及科研机构高度重视生物饲料质量安全，为强化安全意识，农业农村部专门成立生物饲料质量安全预警工作小组，在全国范围建立监测网点，监督生物饲料质量安全，从源头上把控产品安全。生物饲料的发展事关长远、事关大局、任务艰巨、责任重大，希望行业从业者抓住机遇，持续创新，共同推动我国生物饲料产业的健康发展，加速我国饲料行业科技进步和转型升级迈向新台阶。

注：本文由生物饲料开发国家工程研究中心（BFC）小编整理发布，如有任何建议或意见及投稿等，请您加小编微信（13260429991）交流互动。

参考文献略

责编：马维军；审阅：陈达 博士

来源：动物营养学报；作者：邓雪娟，于继英，刘晶晶，蔡辉益