微生物发酵饲料在动物生产上的应用研究进展

河北诚益科技 2018-09-05 16:17:13




导读

我国从20 世纪90 年代开始研究微生物发酵饲料,由于饲料行业的迅猛发展,如今微生物发酵饲料作为新型饲料资源和生态健康型产品已引起国内外广泛的关注和研究。大量研究表明,微生物发酵饲料可改善原料的适口性、风味,产生促生长因子、生物解毒,提高原料的营养价值、改善原料的营养组成及提高动物的消化利用率等特点。此外,发酵饲料可以抵御病原性微生物感染,对建立一个正常、平衡的动物体内微生物生态系统起着非常重要的作用,所以微生物发酵饲料是抗生素替代品之一。微生物发酵饲料具有保护环境、原料广泛存在、不受任何条件限制、投入少和产出高等优势。微生物发酵饲料不但应用于猪(Kim 等,2007 ;何谦等,2008 ;魏金涛等,2009 ;Canibc 等,2003;Dung 等,2005)、牛( 严昌国等,2009) 和鸡( 梁睿等,2012 ;聂存喜等,2011 ;聂存喜等,2011 ;倪玉妓等,2012) 等畜禽,还应用于鱼、虾等水生生物。本文主要针对微生物发酵饲料的概念、分类、作用机制及在动物方面的研究进展做一综述,为其更广泛的应用于动物其他领域提供理论依据。

1微生物发酵的概念与分类

在可控条件下,原料主要是植物性农副产品,通过微生物代谢作用,降解部分蛋白质、脂肪和多糖等大分子物质生成可溶性多肽、有机酸等小分子物质,进而形成活菌含量高、营养丰富和适口性好的生物饲料或其原料( 陆文清等,2008) ;其有效成分包括极易吸收的有益微生物菌体蛋白、活性益生菌、酶类、有机酸、生物活性小肽类和氨基酸等( 孙汝江等,2012)。


微生物发酵饲料应用目的主要有三点

①利用微生物发酵改变饲料原料的理化性质来提高消化吸收效率、延长贮存时间、变废为宝进而达到解毒、脱毒的目的; 

②利用现代微生物发酵工程,积累有用或特殊的微生物中间代谢产物,用于生成酶制剂、氨基酸、抗生素和维生素等饲用原料;

③培养繁殖饲用的微生物体,用以制备活菌制剂、微生态制剂和益生菌等。

具体的发酵原料分为籽实类、糠麸类、薯类、饼粕类( 菜籽饼和棉籽饼)、渣粕类( 薯渣、脚粉、玉米渣等)、青贮、秸秆类、畜禽粪便和动物下脚料等( 饶辉等,2009)。此外,发酵饲料的分类根据产品的不同可分为微生物发酵、微生物代谢产物发酵、微生物菌体发酵和微生物的转化发酵,还有根据需氧程度分为好氧性发酵和厌氧性发酵,根据培养基不同分为固体发酵和液体发酵,根据设备差别分为敞口发酵、浅盘发酵、深层发酵和密闭发酵等( 雷有玲,2012)。同时处于发酵过程中最主要的部分为生产菌种,其主要分为霉菌、梭菌、酵母菌和芽孢菌四类。

2微生物发酵的作用机理

①有益菌竞争抑制有害微生物的附着,可促进营养物质的消化吸收并形成致密性膜菌群,进而减少氨和其它腐败有害物质的产生,这种竞争性抑制作用称为生物屏障( 杨帆,2014)。

②有益微生物产生乙酸、丙酸等有机酸可使消化道内的pH 降低,抑制其他病原体微生物的繁殖,这种抑制作用称为化学屏障( 王颐,2013)。

③ 有益菌直接应用于饲料,在胃肠道内代谢产生多种促进畜禽生长发育、增重的动物营养化因子,这种促进作用称为营养屏障。

此外,微生物可通过细菌本身或细菌壁成分刺激动物的主体免疫细胞,进而提高机体免疫功能。微生物发酵后饲料中的植酸磷或无机磷酸盐被降解、析出,变成了易被动物吸收的游磷,降低基料的粗纤维含量( 饶辉,2009),增加饲料的适口性和消化率,最终促进动物健康生长,提高经济效益。

3微生物发酵应用的研究进展

3.1 微生物发酵对猪的影响

微生物发酵饲料在猪上的应用主要针对猪的生产性能、免疫功能及替代抗生素等方面。

王长彦等为验证微生物发酵饲料的作用及其在商品猪生产条件下的效果,设计了两个试验。一是研究微生物发酵饲料对商品猪经济效益的影响,二是进一步验证微生物发酵饲料对商品猪生产性能及猪肉抗生素残留的影响。试验一选用96 头平均体重21.5±0.5kg 的斯格猪,均使用玉米- 豆粕型基础日粮,对照组为添加饲用抗生素( 金霉素75mg/kg)饲料组;试验组为添加微生物发酵饲料组。试验结果说明,在饲料成本相同的情况下,饲喂微生物发酵饲料的效益优于饲用抗生素常规饲料的效益。试验二选择初始体重基本一致的杜×大× 长三元阉公猪20 头,根据体重随机分两组。采用试验一相同的日粮。试验全程记录采食量及期末体重,并试验期间每日观察和记录生长猪腹泻状况。结果显示,微生物发酵饲料安全、高效、无药物残、无副作用,并为其成为可替代饲用抗生素产品(AGP) 提供有力的试验证明( 李泳宁等,2015)。究其原因主要有两个: ①是由于微生物发酵饲料加强了日粮的酸化作用,显著增加胃的pH 值,从而抑制病原菌的生长、繁殖;②微生物发酵饲料可降低小肠后段空肠和结肠的大肠杆菌数量,从而大幅降低大肠杆菌的隐性感染程度,产生较好的抑菌、杀菌的效果。这为推动了我国无抗肉生产的发展提供试验依据。但微生物酵饲料抗病和促生长机理尚不明确;在实践中微生物发酵饲料替代AGP 的其他配套综合技术措施有待进一步解决( 王长彦,2008)。

林标声等(2010) 对微生物发酵饲料对断奶仔猪生长性能的影响进行研究。通过对日增重、料重比、腹泻率、粪便pH 值和粪便微生物数量的结果分析,得出日粮中添加微生物发酵饲料代替含抗生素的常规饲料能起到改善肠道环境、保持仔猪肠道健康、刺激的采食量和减少仔猪腹泻情况,进而促进仔猪的健康生长的结论,这为推动我国无抗肉生产的发展提供试验依据( 林标声等,2010)。

徐云华等研究了不同微生物发酵饲料对鲁莱黑猪肉质及生产性能影响,选用60 头健康、发育均匀的鲁莱黑猪去势公猪,分别饲喂济南产微生物发酵饲料和广州产微生物发酵饲料。结果显示,不同微生物制发酵饲料对鲁莱黑猪生产性能和肉品质影响不同。

选用优质微生物制剂可显著提高鲁莱黑猪增重速度,改善猪肉品质和缩短出栏周期( 徐云华等,2011)。由于微物发酵饲料生产出来的饲料产品其中包含有大量的乳酸菌、乳酸和消化酶等营养物质和功能性物质(Jenson B.B 等,1998) 不仅可为胃肠道补充酸性物质,也可直接补充活性乳酸菌,促进生长育肥猪胃肠道的酸碱平衡和微生态平衡。此外,微生物发酵饲料的适口性好( 王春林等,2006),可以在一定范围内提高采食量,为猪肠道和机体提供充分的营养,从而促进生长育肥猪的日增重。谢开春等应用含酵菌、乳酸菌和芽孢菌等益生菌发酵饲料饲喂仔猪,研究微生物发酵饲料对仔猪生产性能的影响。试验结果说明,添加5% 微生物发酵饲料中的活菌可起到一定的积极作用,如:①乳酸菌:抑制有害菌( 大肠杆菌和葡萄球菌),提高日粮整体蛋白消化率,增强动物对营养物质的吸收( 涂小丽等,2015) ;②芽孢杆菌:产生维生素B1、维生素B2、维生素B6 等B 族维生素、维生素C、蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶;③酵母菌体:含丰富的蛋白质、B 族维生素、脂肪、糖、酶等营养成分。

因此微生物发酵饲料能提高动物免疫力,减少应激(李永凯等,2009),维持肠道健康,减少腹泻率,进而提高仔猪生长性能、降低料肉比、节约饲料成本,增加养猪的经济效益( 谢开春等,2015)。

王娟娟等研究日粮添加发酵饲料、抗生素对仔猪和抗氧化功能的影响。结果表明,微生物发酵饲料中多种益生素可使仔猪血液白细胞数量( 武晶等,2008)、T 淋巴细胞转化率( 朱元招等,2008)、免疫球蛋白IgA 的含量增加(Erickson K L 等,2000) 和超氧化歧化酶(SOD) 的活性增高( 张江巍等,2005),进而刺激仔猪机体的非特异性免疫反应和体液免疫反应,最终使仔猪机体的免疫功能和抗应激能力增强( 王娟娟等,2011)。罗建(2010)在对无抗微生物发酵饲料对断奶仔猪免疫功能影响的研究中发现,添加无抗微生物发酵饲料能显著提高仔猪血清中 IgA、IgG 和 IgM 的含量,进而增强断奶仔猪体液免疫功能( 罗建,2010)。


3.2 微生物发酵对反刍动物的影响

吴小燕等(2014) 研究微生物发酵饲料对泌乳奶牛生产性能和饲粮养分表观消化率的影响。试验选用产奶量、体况相近的210头荷斯坦黑白花奶牛,对照组饲喂原场全混合日粮,微生物发酵饲料等质量替代原基础精料的试验饲料,预试期10d,正试期24d,每天记录每头牛的产奶量,取样测定各组乳成分和饲粮养分的表观消化率。通过对结果分析得出,添加适当水平的微生物发酵饲料能提高泌乳奶牛的产奶量( 王德培等,2007;郭春华等,2009 ;杜冰等,2002)、饲粮各养分的表观消化率。此外,微生物发酵饲料能改变瘤胃与后段消化道的微生物数量、瘤胃发酵模式、增进营养物质的外流速度、提高饲料的降解率,改善乳品质(乳蛋白、乳脂率、乳糖等)( 陆文清,2008 ;李维炯等,2003 ;WIEDMEIER 等,1987 ;MARTIN 等,1992 ;SONG 等,1997 ;KREHBIEL等,2003 ;KREHBIEL 等,2003 ;EMMANUEL 等,2007 ;YOON 等,1996 ;COLLINGTON 等,1990 ;麻延峰等,2008 ;彭忠利等,2013)。这与王树杰等(2009) 用微生物发酵饲料饲喂泌乳牛的试验研究中得出,在奶牛精料补充料中使用奶牛微生物发酵饲料,对恢复奶牛体况、减缓泌乳中后期产奶下降幅度、增加产奶量具有较好的效果的结论相一致( 王树杰等,2009)。

余淼等研究微生物发酵饲料对肉牛免疫机能的影响。结果显示:①微生物发酵饲料可以通过其中的益生菌与病原菌竞争附着并进入肠上皮细胞,增大细胞间隙,刺激巨噬细胞产生IgA、IgM,有效地抑制感染,且其中的酵母菌、芽孢杆菌作为好氧菌,为乳酸菌的生长繁殖创造了有利的厌氧环境;②乳酸菌大量生长繁殖可以提高免疫球蛋白浓度;③微生物发酵饲料中的芽孢杆菌产生蛋白多肽类物质以拮抗病原微生物,从而抑制肠道病原菌的繁殖并使其逐渐减少,使有益微生物在竞争中占优势;④微生物发酵饲料酵母细胞壁产生的甘露寡糖能吸附有毒物质和病原菌,使细菌不能与肠壁上含甘露寡糖的细胞结合等4 点来保护消化、吸收器官,提高动物机体的免疫力。

陈光吉等对微生物发酵饲料对肉牛瘤胃液pH 值和微生物数量进行了研究,结果得出,微生物发酵饲料能增加瘤胃内黄色瘤胃球菌、白色瘤胃球菌、乳酸杆菌和牛链球菌数量,且随着微生物发酵饲料添加量的增加有增加趋势( 陈光吉等,2015)。但现在对微生物发酵饲料如何增加纤维降解菌等有益菌数量的作用理鲜有报道,这需要对瘤胃内总菌、主要的乳酸利用菌及其他纤维降解菌数量等进行检测。

彭忠利等(2013) 对微生物发酵饲料对山羊生产性能影响进行研究。试验检测了山羊的生产性能、血液生化指标、养分消化率的影响( 彭忠利等,2013)。结果说明,微生物发酵饲料能显著提高山羊生产性能和健康状况,提高经济效益,具有较好的应用价值,在简阳大耳羊饲养中以50% 的微生物发酵饲料替代原精饲料的效果最佳。

由于,其一微生物发酵饲料可以帮助降低简阳大耳羊血清中的尿素氮,降低提高体内氮的沉积量,继而提高氮的利用率(Dung 等,2005 ;严念东等,2010) ;其二是微生物发酵饲料中的有益菌群能在山羊消化道内繁衍,产生消化酶,增强山羊对纤维等大分子物质的降解作用,同时诱导动物机体内源消化酶的分泌( 张红艳等,2008),从而提高饲料转化率。与已有研究报道(Kim 等,2007 ;魏金涛等,2009 ;倪玉妓等,2012 ;张文举等,2006)结果一致。在此试验基础上彭忠利等(2013) 再次对微生物发酵饲料针对乐至黑山羊生产性能、养分消化率与血液生化指标的影响进行研究,结果表明,山羊精料中添加50% 的微生物发酵饲料,可提高山羊日增重和养分消化率,增强抗病能力,提高经济效益,具有推广应用价值( 彭忠利等,2013)。陈光吉等(2015) 得出相似的结论。


3.3 微生物发酵对家禽的影响

吕月琴等(2012) 对微生物发酵饲料对蛋鸡肠道菌群和氮磷排泄率的影响进行研究。选择42 周龄海兰褐蛋鸡480 只,随机分组。分别饲喂基础日粮和每100kg 基础日粮中添加微生物发酵饲料10kg、12kg、14kg。预试期为14d,正试期为42d。结果显示,微生物发酵饲料可以明显改善蛋鸡的肠道微生态平衡,降低氮磷排泄率;添加量以每100kg 基础日粮中添加微生物发酵饲料10kg 可以有效提高蛋鸡的生产性能和经济效益。孙汝江等(2012)得出相似的结果。赵春全(2014) 对无抗微生物发酵饲料对蛋鸡生产性能和蛋品质影响的研究。试验结束时,每组随机抽取12 枚蛋( 每个重复取2 枚),当日进行蛋品质的测定。试验表明,在日粮中添加发酵饲料有助于提高蛋清的粘稠度,提高蛋黄的高度和直径,提高蛋黄指数;添加10% 的发酵饲料可极显著提高蛋黄等级,增加鸡蛋的商品价值。且在日粮中添加5% 发酵饲料量可以获得较好的生产性能( 赵春全,2014)。李泳宁等(2015) 研究一种富含红曲色素微生物发酵饲料在蛋鸡养殖中的应用。结果表明,富含红曲色素的微生物发酵饲料在蛋鸡的基础日粮中添加量为0.5% 时能显著提高产蛋率,降低破蛋率和料蛋比,并能有效提高平均蛋重和平均蛋黄质量,改善了蛋黄的着色度,降低了蛋黄中胆固醇含量,是一种较为理想的蛋鸡微生态制剂( 李泳宁等,2015)。


3.4 微生物发酵对水生动物的影响

对鱼类下脚料微生物发酵饲料进行初步研究,以海水鱼加工下脚料为主要原料,辅以玉米面和麸皮,进行嗜酸乳杆菌发酵。以粗蛋白含量为指标,通过正交试验确定发酵的最适条件。结果表明,发酵后原料中的可溶性氮含量、乳酸和氨基酸含量都有所提高,针对复合微生物发酵饲料在罗非鱼养殖中的应用进行研究。

结果显示,添加适量微生物发酵饲料养殖商品罗非鱼可促进其生长、提高成活率、免疫性能、减少罗非鱼链球菌疾病的发病率、降低饲料系数和提高经济效益,且以添加15% 为宜,可在广西罗非鱼养殖主产区进行示范推广。得出相似的结论。对一种复合微生物发酵饲料在凡纳滨对虾养殖中的应用进行研究。结果发现,在凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei )养殖过程中投喂经过复合微生物发酵的饲料能显著的促进幼虾的生长,提高虾苗成活率及饵料效率,与对照组比较,处理组虾苗体色鲜明,摄食时间缩短。


原因可能有以下几点

①经过微生物发酵,饲料原料中大分子物质被分解成更容易被养殖生物吸收的活性肽、氨基酸等小分子物质,鱼体对饲料能够有效的消化、吸收和利用,进而提高饲料营养价值。

②微生物发酵饲料中存在大量有益活菌,通过鱼、虾摄食进入肠道,改变肠道微生物菌群结构,提高鱼、对虾对营养物质的消化吸收率;同时,这些活菌也能作为菌体蛋白,易被鱼、对虾消化吸收。

③发酵饲料中富含核苷酸和壳聚糖等可促进免疫器官发育的营养成分,可以激发动物机体的细胞免疫和体液免疫,提高血淋巴中凝集素、抗菌肽等活性,增强机体免疫力;同时,发酵饲料中蛋白含量为22% ~ 25% 大大减轻了鱼、虾肝胰脏负荷,提高鱼、虾对病原菌的抵抗力。

④生物发酵饲料诱食效果好,促进摄食量,使肠道粗壮,有利于鱼、虾生长。

⑤微生物发酵饲料中还可能产生对鱼类生长有利的促生长因子,促进了鱼、虾类的生长,而且发酵中的微生物菌群在后续的饲料加工过程中没有完全被杀灭,这些活菌体改善了鱼、虾体肠道内环境,提高机体免疫力。

4结语

当前,微生物饲料在我国动物营养中的综合利用远落后于畜牧业发达的国家,应用前景非常广阔。开展微生物发酵饲料在家畜及水生动物领域的研发和综合利用,对于开发新的替代抗生素饲料、提升家畜及水生动物生产性能和养殖效益、促进家畜及水生动物健康可持续发展具有深远意义。


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