飼料發酵劑中微生物的組成和發酵飼料類型

微生物發酵飼料是指在人為可控的條件下，通過接種芽孢桿菌、乳酸菌和酵母菌等益生菌組成的飼料發酵劑，使蛋白質飼料和能量飼料中的部分多糖、蛋白質和脂肪提前被微生物降解為小分子營養物質；在發酵過程中，無機微量元素與氨基酸或小肽螯合為有機形式。微生物發酵還消除了飼料中的抗營養因子并積累了大量的益生菌代謝產物（如乳酸和維生素等），形成適口性好、轉化率高、營養豐富的飼料。微生物發酵飼料不僅可以改善飼料的品質，飼喂動物后還可以提高動物的生產性能，維持腸道微生態平衡和腸道健康，增強動物機體免疫。按照原料干物質的主要營養特性不同，發酵飼料分為發酵蛋白飼料、發酵能量飼料和酵母培養物以及發酵型有機微量元素添加劑等。

1.1 發酵蛋白飼料（發酵豆粕）

蛋白質是構成生命的物質基礎，由必需氨基酸和非必需氨基酸組成。蛋白質是豬飼料中一種昂貴的營養成分，它轉化為機體組織前需要經過消化、吸收以及代謝多個反應過程。從功能上講，只有可消化的蛋白質才能提供機體所需要的氨基酸。飼糧中可消化蛋白質水平和氨基酸組成不僅決定了飼料品質，還是影響畜禽的生產性能的主要因素[7]。豆粕中的營養豐富，氨基酸組成比例較好，價格合理且資源量豐富, 一直以來是畜禽飼料中利用最多的植物蛋白源之一[8]。但是，豆粕中的蛋氨酸、賴氨酸和色氨酸等必需氨基酸含量相對較低，適口性較差，存在凝集素、大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制劑、植酸等抗營養因子，限制了豆粕中營養物質的消化利用[9]。特別是幼小的畜禽動物，飼料中添加豆粕會造成動物腸道損傷和炎性反應，損傷畜禽對蛋白質消化吸收的能力，降低動物主動免疫能力。大量未消化蛋白質流通到后腸被有害菌異常發酵，引發動物腸道菌群紊亂，造成畜禽動物腹瀉，加重對動物腸道的損傷。同時，飼料的利用效率降低，大量未被消化利用的有機質隨糞便排出，加重集約化養殖的糞污污染[10]。在沒有抗生素的干預下，因豆粕蛋白質消化吸收因素造成的腸道損傷和腸道微生態紊亂會嚴重危害動物的健康、降低畜禽的生產性能、降低養殖收益。

發酵蛋白質飼料是解決蛋白質飼料利用效率低，保證飼料營養性的有效方式。在人工控制的條件下, 通過有益微生物發酵，不僅可以有效消除豆粕中的抗營養因子，而且在微生物發酵過程中，大豆蛋白水解生成易于消化吸收的小肽和氨基酸，彌補了畜禽動物蛋白質消化能力低下的缺陷[11-13]。在35日齡的斷奶仔豬飼料中添加不同比例的3種益生菌發酵豆粕，自由喂養35 d。添加發酵豆粕組與未發酵豆粕組相比，仔豬腸道發育良好，仔豬的日增重和免疫性能均有所改善，且以10%比例添加發酵豆粕組的仔豬生產性能相關數據最佳[14]。20日齡斷奶仔豬添加不同比例的發酵豆粕喂養2周，可以有效降低斷奶應激造成的仔豬腹瀉，提升仔豬日增重[15]。除此以外，日糧中添加不同比例的發酵豆粕還有助于提高胃腸道的消化酶活力，提高動物消化率，降低糞便中腸桿菌等致病菌的數量，增加乳酸菌等益生菌的豐度[16-18]。在肉雞養殖過程中添加發酵豆粕飼料，具有提升肉雞生產性能，降低料肉比，減緩腸道損傷，抑制大腸桿菌和沙門氏菌致病菌數量，提升肌肉品質的效果[19-22]。綜上所述，飼料中添加合適比例的發酵豆粕，有效改善了飼料的營養性，提升了畜禽動物對飼料的利用效率，保證了畜禽自身的健康狀態。

1.2 發酵能量飼料

玉米、小麥、稻谷和糠麩類等禾本科作物的籽實是主要的能量飼料，在全價畜禽配合飼料中占比在60%~70%左右，是動物的主要能量來源。谷實類能量飼料的淀粉含量高，一般在70%以上。大分子量的淀粉借助消化酶的水解作用，水解為葡萄糖或其他單糖后被吸收利用。在所有碳水化合物中，只有單糖可以在豬的腸道吸收，并且吸收僅在小腸發生。未被機體消化的碳水化合物則被后腸內微生物分解，轉化為有機酸并被吸收。未經消化酶消化和腸道微生物發酵分解的部分碳水化合物，則隨動物糞便排出體外，不能給畜禽動物供能。在一定范圍內，確保飼料中充足的能量供應及其快速消化利用的速率，可以有效提升動物的生產性能[23]。利用微生物發酵作用，將淀粉類能量大分子物質降解為能被畜禽動物快速吸收利用的寡糖和有機酸，是提高能量飼料利用率的有效手段[24]。能量發酵飼料中的寡糖和有機酸不僅可以被畜禽動物快速吸收利用，提高飼料的利用率，還可以作為飼料中良好的天然誘食劑。試驗表明，飼料中添加甜味劑和酸味劑都可以有效提高豬的采食量，增加生產性能[25-26]。能量飼料發酵產生的有機酸隨飼料進入消化道，可以降低消化道內的pH值，提高消化酶活性，進一步增加畜禽動物對飼料營養的利用度[25]。除此以外，有機酸還可以抑制腸道內沙門氏菌和大腸桿菌等致病菌的增殖，穩定腸道的內環境，減少動物腹瀉等異常情況發生。25日齡仔豬實驗表明，無抗飼料中添加發酵小麥和發酵豆粕可以顯著提高仔豬的平均日采食量和平均日增重，與抗生素飼料組相比，平均日采食量和平均日增重分別提高了5.83%和3.44%[27]。發酵能量飼料和發酵蛋白飼料配合使用有效解決了無抗飼料營養利用效率低的限制。

1.3 酵母培養物

酵母培養物是在特定工藝條件下，在谷物類（玉米、麥麩等）培養基上接種釀酒酵母，經充分發酵而成。酵母培養物包含有變性培養基、酵母細胞和細胞外代謝產物。酵母培養物中含有豐富的氨基酸、維生素、酶及一些重要的輔助因子可以有效提高家禽對飼料中粗蛋白、粗纖維、礦物元素、維生素等營養成分及能量的消化（具體營養成分見表1）。前文中已經提及，無抗飼料的營養需求不僅局限于畜禽動物本身，還應該滿足動物腸道微生物的生長需要。酵母培養物包含有的多種代謝產物成分可以滿足動物消化道內微生物的營養需求。飼料中添加少量的酵母培養物就可以有效滋養定植在胃腸道內的微生物，刺激它們的新陳代謝過程，進而達到提高動物飼料利用率和維持消化道微生態穩定的目的[28]。值得一提的是，酵母壁多糖還是畜禽動物的免疫增強劑，其中的β-葡聚糖是增強動物免疫的重要基質。葡聚糖可以作用于免疫細胞的表面受體，激活巨噬細胞、刺激T細胞分化[29]。實驗發現，畜禽動物飼料中添加酵母壁多糖可以顯著促進免疫器官發育，提高動物的細胞免疫功能，增加機體免疫球蛋白和細胞因子含量，提升宿主抵抗病原微生物的能力[30-31]。

1.4 發酵型有機微量元素飼料添加劑

豬的生長需要多種無機元素，包括鈣(Ca)、鉻(Cr)、銅(Cu)、碘(I)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、錳(Mn)、硒(Se)、磷(P)和鋅(Zn)等。這些無機元素的生理功能尤為多樣化。它們或是某些組織的結構成分，或參與其他組織多種多樣的理化調節，可以作為許多酶的組成要素(輔酶)或者輔基，可以提高動物對蛋白質和能量的利用效率[32]。因此，盡管在數量和成本上，這些元素可能是日糧中很小的部分，但在畜禽動物養殖過程中，對動物的健康生長和生物學功能發揮都有重要影響。值得注意的是，飼料中的日糧組成和礦物質元素的存在形式會影響其利用率，動物對無機微量元素利用率普遍低于有機絡合形式的微量元素[33]。有機微量元素是金屬元素與蛋白質、小肽、氨基酸、有機酸、多糖衍生物等配位體以共價鍵或離子鍵形成的絡合物或螯合物。飼料中添加高銅高鋅無機鹽可以提高生產性能，但其中接近70%~95%會排出體外，加重環境污染；無機鉻在胃腸道的吸收率一般為0.4%~3%，蛋氨酸鉻等有機形式的鉻吸收利用率升高，可以顯著改善母豬的繁殖能力；蛋氨酸螯合鐵和甘氨酸螯合鐵的利用率是硫酸鐵的180%[34]。近年來，隨著工藝和發酵技術的發展，酵母類微量元素進入人們視野，酵母鋅、酵母錳、酵母硒和功能性小肽螯合微量元素等有機微量元素利用率高，有著較廣闊的發展空間。富硒酵母來源的硒存留量往往高于亞硒酸鈉，添加酵母硒可以降低死胎率[35]；酵母鐵比無機鐵有較高的生物利用效價，可提高豬采食量、生長速度、飼料效率和健康水平。

除此以外，日糧（豆粕和玉米等）中植酸或植酸鹽會大幅度降低無機元素的利用率。例如，飼料中60%~75%的磷是以植酸磷和植酸鈣鎂鹽形式存在，畜禽利用率低[36]；植酸還會與鈣、鎂、鋅形成穩定的植酸復合物，降低它們在飼料中利用率。雖然添加植酸酶可以改善部分無機元素的吸收利用效果，但添加植酸酶增加了飼料成本，且植酸酶在飼料加工過程中受高溫影響易失活，降低了實際使用效果。微生物發酵過程可以有效去除飼料中的植酸，低植酸的發酵蛋白飼料和發酵能量飼料可以減少形成利用率低的植酸鹽螯合物，更有利于增大無機微量元素的利用率。因此，大力發展低植酸發酵飼料和發酵型有機微量元素（螯合物和蛋白鹽），減少礦物質和無機元素添加，可以顯著提高礦物質飼料的可利用率，改善動物生產性能。無抗發酵飼料和發酵型有機微量元素更有利于環保要求，特別是在集約化的生產區域，來自動物糞便的磷、銅、鋅等礦物質已經超過了莊稼的利用能力，造成土壤微量元素富集和重金屬污染。此外，大量的磷、硫等元素排入河流和湖泊中，引起水體的富營養化，惡化水質，嚴重影響了居民的健康。我國是畜禽生產大國，因糞磷、糞硫等帶來的環境問題也遠遠大于其他國家。因此，在我國降低微量元素的排泄，具有更加重要的生態學和社會意義。

當前，歐美等國家和地區微生物發酵飼料的使用比例大于50%。其中，荷蘭、芬蘭規?；i場應用發酵飼料飼喂達到60%；丹麥發酵飼料養豬的比例達到80%[37]。我國發酵飼料起步晚，普及率低。但近幾年，發酵飼料的發展勢頭強勁，飼料發酵劑產品需求急劇增加，逐漸成為國際上發酵飼料的重要市場。針對不同畜禽動物的營養需求差異，或者是同種動物不同生長階段的營養需求，在飼料中合理搭配發酵蛋白質發酵飼料、發酵能量飼料、酵母培養物和有機微量元素是升級無抗飼料營養配比，提高無抗飼料營養物質轉化率的最有效措施。