植物性非常规发酵饲料的特点及其在猪生产中的应用

■周鑫宏蒋 立郑碧波于继英徐 艺张怀丹

（1.乐山市农业科学研究院，四川乐山 614001；2.西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳 621010；3.夹江县农业农村局，四川乐山 614100；4.重庆博益德生物科技有限公司，重庆 402460；5.乐山鑫金兰农牧科技有限公司，四川乐山 614100）

近年来，随着我国动物性产品需求的快速增长，畜牧养殖规模的不断扩大，人畜争粮的问题也日益严峻，饲料用粮成为我国粮食安全的主要压力[1]。我国是世界畜牧业大国，同时也是饲料消费大国，饲料原料缺乏严重影响着我国畜牧业发展[2-3]。除此之外，我国玉米、小麦和大豆等饲料资源长期依靠进口[4]，加上近年来国际贸易紧张，豆粕、玉米、小麦等饲料原料价格的上涨，已严重影响到我国畜牧业的稳定发展[5]。植物性非常规饲料是指由于营养成分含量较低而未被大量投入生产使用的植物性原料，主要来源于农副产品和工业副产品[6-7]，这些副产品一般都是运至垃圾场堆积、焚烧或填埋，不仅造成了环境污染，而且浪费了自然资源。生物发酵技术是将发酵工程与酶工程相结合，从而有效降低植物性原料中的抗营养因子，增加原料中功能性物质和生物活性成分，改善饲料适口性和加工性能，易于动物采食[8]。因此利用生物发酵技术挖掘和开发非常规饲料资源，不仅可以缓解我国饲料资源短缺的问题，还可以为农副产品的资源化利用提供新的路径。

1 植物性非常规饲料的分类及特性

植物性非常规饲料原料大致可分为农业副产物、工业副产物和林业副产物等三类（见表1）。农业副产物类主要优势为产量大、种类多、分布广、蛋白质含量高；工业副产物的优势主要为原料中富含膳食纤维、糖类、有机酸、维生素、矿物质等[9]；林业副产物的主要优势为原料中除了含有一定量的养分以外，还含有一定的具有促生长、抗菌抗病毒、提高畜禽免疫力的功能性物质和生物活性物质[10-11]；植物性非常规饲料原料的共有缺点主要是营养价值较低、营养成分不均衡、含有多种抗营养因子或毒物、适口性差、不同产地之间营养成分差异大、无可靠的饲料数据库[12]。这些缺点严重影响了植物性非常规饲料原料的品质和动物对其的消化与吸收能力。

表1 植物性非常规饲料分类

植物性非常规饲料的处理方式及其特点。目前关于植物性非常规饲料的处理方式可分为物理、化学和生物方法。物理方法主要包括膨化、浸泡、微波、煮熟、挤压、水解等，化学方法主要有氨化、碱化等；生物方法主要包括微生物发酵、青贮、酶解等[13]。物理处理可以在一定程度上促进淀粉糊化、改变蛋白质的空间结构、改变各组分的结构和理化性质，提高畜禽对饲料的消化吸收利用率[14]。化学处理将饲料进行碱化、氨化处理后，可以在一定程度上将粗纤维被分解为单糖或低聚糖，提高蛋白质的含量，同时改变饲料的适口性和营养物质消化率。但物理和化学处理最大的弊端就是难以很好地消除植物性非常规饲料中较高的抗营养因子和毒性物质，生物处理方法尤其是微生物发酵技术，在发酵过程能有效降低其中的抗营养因子以及产生大量益生菌及其代谢产物，其代谢产物可将复杂多糖、脂肪和蛋白质等大分子物质降解成易被消化、吸收的小分子物质，有利于饲料中营养物质的利用，进而提高饲料转化率和动物生产性能，除此之外还能增加原料中的粗蛋白、粗脂肪等含量[9，15-17]。由此可见利用生物发酵技术是解决植物性非常规饲料原料抗营养因子含量高、营养成分低的有效途径。

2 常用发酵菌种

我国农业农村部2013 年发布的第2045 号文件《饲料添加剂品种目录2013》的微生物细目中列出了乳酸菌类、酵母菌类等33个菌种，在微生物发酵饲料中应用较多的菌种主要是芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和霉菌4类菌种（见表2）。发酵形式主要分为固态发酵与液态发酵。

表2 常用菌种及其主要产物

3 植物性非常规发酵饲料的应用现状

生物发酵技术在植物性非常规饲料加工中的应用是未来饲料行业发展的必然趋势[13]，但就现阶段而言，植物性非常规发酵饲料的生产与应用仍然存在一定的问题，例如发酵技术、发酵设备以及相关技术人员较养殖业发达的国家相对落后，目前暂未形成一套统一的行业标准和制度，在饲料生产过程中，存在很多管理、安全、卫生、检测的隐患，极易导致饲料质量不稳定和杂菌污染[18-19]。因此，有必要建立健全行业管理制度，安全、卫生执行标准，检测标准。植物性非常规发酵饲料在养殖中一般作为添加剂使用，不同种类原料之间的添加比例难以确定，作用效果不稳定，不同物种、不同养殖场之间使用效果差异较大，开袋后不及时使用容易变质，基本都为粉料，制粒较为困难，颗粒料之间的混合均匀度较低。但上述在应用中的瓶颈可以通过因原料、物种的不同来设计合理的配方与发酵技术，利用低温制粒与冷制粒技术来解决因传统制粒工艺而导致饲料中微生物失活、功能性成分流失的弊端。

4 植物性非常规发酵饲料的作用效果

4.1 提高营养水平，降低抗营养因子

饲料原料经过微生物发酵后，可以提高其中的营养水平，还能吸附或降解饲料中的抗营养因子、抑制有害霉菌的产生，得到大量的酶和活性肽等物质[20-21]。Wang等[22-23]在两项研究中发现，使用黑曲霉发酵辣木叶和银杏叶后产生了“令人愉悦的香气和强烈的甜味”，辣木叶经过发酵后蛋白质含量和体外消化率分别提高了23.4%和54.4%，并且显著提高了黄酮类化合物和γ-氨基丁酸的含量。银杏叶经过发酵后，每克叶片总黄酮、还原糖和粗蛋白含量分别为（19.95±0.23）、（24.28±2.35）mg 和（162.81±3.46）mg，分别比对照组增加了26.03%、62.73%和14.58%，必需氨基酸和总氨基酸含量分别比对照组增加了96.41%和16.49%。Sonja等[24]研究发现，使用芽孢杆菌发酵麦麸后，能产生植酸酶，可使麦麸中的植酸减少约34%，并使发酵后的麦麸中的无机磷增加到15.5 mg/g，除此之外，淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、甘露聚糖酶和蛋白酶的活性在发酵过程中也有所增加。

4.2 提高生长性能

饲料经过微生物发酵后，能产生一定的酸香味和不饱和脂肪酸，增加饲料的香味，促进动物采食[25]；并且能加快饲料中营养成分的分解，促进机体对营养物质的吸收，从而提高动物生长性能[26]。魏秀莲等[27]以10%的发酵山楂渣等量替代基础日粮饲喂仔猪，发现与对照组相比，平均日增重（ADG）显著增加了8.36%，平均日采食（ADFI）量降低了7.87%，料重比（F/G）显著降低15.04%。巫梦佳等[28]研究发现，在青脚麻鸡日粮中添加1%的发酵茶叶渣可以显著提高末增重(FW)和ADG，显著降低F/G。Ding等[29]研究发现，在肉鸡基础日粮中添加3%发酵桑叶粉将ADG 显著提高了18.39%，F/G显著降低了10.88%。

4.3 增强免疫力

发酵饲料在微生物的代谢过程中，可以产生大量的抗菌物质，抑制细菌、病毒的生长，还能诱导上皮内淋巴细胞分泌细胞因子，激活巨噬细胞，提高抗体水平，提高非特异性免疫和特异性应答，从而提高动物免疫力[30-31]。Zhang等[32]研究发现，饲喂发酵枸杞渣可以提高绵羊的免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白M（IgM）和球蛋白（GLB）水平，并诱导了免疫相关通路基因的表达水平，如白介素-17（IL-17）信号通路和核苷酸结合寡糖聚化结构域（NOD）样受体信号通路的表达升高，从而增强绵羊的免疫力。研究也表明，发酵中草药可以提高大口黑鲈幼鱼肝脏超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和过氧化氢酶（CAT）的活性，降低丙二醛（MDA）的含量，并且能增加肠道抗炎因子转化生长因子-β（TGF-β）和白介素-10（IL-10），降低促炎因子白介素-8（IL-8）、白介素-15（IL-15）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的mRNA相对表达量[33]。张旭晖等[34]研究发现，在基础日粮中添加15%发酵文冠果叶，可以显著提高肉兔的血液白细胞计数、脾脏指数、IgG 和IgA 含量；除此之外还能提高血清和肝脏的GSH-Px和SOD活性，降低MDA含量。

4.4 改善肠道健康

肠道是数百万微生物的家园，是细菌定植最重要的部位[35]，发酵饲料中存在的益生菌可以在肠道中定植，黏附在肠道上皮细胞上，抑制病原菌在肠道内的定植[36]；并且还能产生有机酸、细菌素和溶菌酶等生物功能物质，进而杀死肠道病原微生物，改善肠道微生态环境[37]。王国军等[38]研究发现，在饲料中添加6%发酵苹果渣可以提高仔猪小肠部分肠段的绒毛高度,降低隐窝深度；除此之外还能提高肠道中乳酸杆菌等有益菌的数量，降低大肠杆菌的数量，调节肠道微生态平衡。Zhang 等[39]研究发现，饲喂0.5%的发酵银杏叶可以增加肉鸡十二指肠和空肠的绒毛高度，降低空肠隐窝深度；此外，能增加肉鸡回肠乳酸杆菌数量，降低回肠和盲肠大肠杆菌和沙门氏菌数量，有效调节肠道微生态平衡。

5 植物性非常规发酵饲料在猪生产中的应用

5.1 母猪

植物性非常规发酵饲料应用于母猪中，可以改善母猪的繁殖性能。韩俊成等[40]研究发现，在妊娠母猪日粮中添加10%的发酵苹果渣可以提高血清总蛋白含量；提高妊娠母猪血液孕酮浓度，有利于维持母猪的正常妊娠；还可以提高母猪的采食量、生产性能、背膘厚度，降低血清谷丙转氨酶活性，改善仔猪断奶窝重。Grela 等[41]研究发现，在日粮中以4%～9%的发酵菜籽粕代替豆粕可改善母猪的生产性能，能增加28日龄仔猪重与存活率，并降低仔猪腹泻率；还有助于提高粗蛋白、脂肪和粗纤维的消化率，并改善母猪的肠道菌群，维持肠道健康。Luo等[42]研究发现，在日粮中添加4%的发酵葛根渣可以增加断奶仔猪数和断奶窝重，改善免疫能力，降低仔猪腹泻率。除此之外，大量研究表明，在母猪的日粮中添加发酵膨化玉米秸秆、发酵药渣、发酵甜叶菊渣、发酵甘草渣等也能改善母猪的繁殖性能[43-46]。

5.2 仔猪

植物性非常规发酵饲料可以有效改善仔猪生长性能、免疫性能以及腹泻率。研究发现，在日粮中添加6%的益生菌发酵苹果渣能够提高仔猪平均日增重和平均日采食量，显著降低料重比；还能提高仔猪小肠部分肠段的绒毛高度，降低隐窝深度，改善肠道环境，从而提高饲料的表观消化率；除此之外还能降低断奶仔猪粪便中大肠杆菌数量，降低腹泻率[38，47]。Zhou等[48]研究发现，在日粮中添加10%发酵银杏渣可以提高仔猪的生长性能和养分消化率[干物质（DM）、氮（N）和总能（GE）]，增强免疫力，并且可以作为抗生素的部分替代品。彭俏丽等[49]研究发现，在饲粮中添加5%发酵香菇渣可提高断奶仔猪肠道消化酶活性，增加结肠挥发性脂肪酸含量，调节肠道微生物区系组成，对断奶仔猪的生长具有一定促进作用。大量研究表明，在日粮中添加发酵中药渣、发酵柑橘渣、发酵海带渣能够降低仔猪的腹泻率，促进生长性能[50-52]。

5.3 生长育肥猪

在生长肥育猪饲粮中添加植物性非常规发酵饲料，可改善其育肥性能、肉品质和经济效益。王宣力等[53]研究发现，用发酵秸秆代替部分玉米可以有效降低育肥猪料重比，提高饲粮的利用率；并且能提高育肥猪对饲粮中磷的吸收，从而促进生长发育，降低饲养成本。Ding等[54]研究发现，发酵茶渣可以通过提高育肥猪的养分消化率、消化酶活性和抗氧化能力来改善育肥性能、消化性能、肠道形态和猪肉品质。范文静[55]研究发现，豆渣经发酵处理能够提高豆渣中粗蛋白、粗脂肪、粗灰分等营养成分含量，降低豆渣中水分含量。利用发酵豆渣饲喂育肥猪，能促进猪的生长发育，提高机体免疫力及抗氧化能力，降低饲养成本。同时发酵豆渣增加了猪肠道菌群物种丰富度和多样性，添加15%发酵豆渣组猪肠道微生物中乳酸杆菌丰度较高。肠道中有益菌丰富度增加，在一定程度上利于猪肠道微生物环境的改善，维持肠道菌群平衡，提高机体免疫力，促进了猪的生长发育。王富辰等[56]研究发现，在日粮中添加5%的发酵葡萄皮渣可以提高生长育肥猪的生长性能，改善胴体品质、肉品质。除此之外，发酵桑叶、发酵苹果渣、发酵菠萝叶渣和发酵酒糟等可提高育肥猪的育肥性能，增加经济效益[57-60]。

6 总结

植物性非常规发酵饲料在猪生产中的应用，不仅能够提高饲料的营养价值和生猪的生产性能，有益于生猪健康，降低养殖成本，还可以解决我国饲料资源短缺的问题。但由于原料的种类、来源以及发酵工艺的不同，未能得到广泛应用。因此，通过进一步完善植物性非常规饲料原料的营养指标数据，构建发酵菌种库，完善发酵工艺、建立更加全面完善的综合评价体系。实现植物性非常规发酵饲料由基础研究向产业化的过渡，将会带来更大的经济效益和社会效益。