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专题文章

肉鸡发酵饲料生产技术的研究进展

2017年 5月 25日 星期四

随着畜牧养殖业的快速发展,我国人畜共粮的矛盾日益突出,饲料原料短缺问题日益严重,生产成本持续攀升。同时由抗生素滥用造成的药物耐受性以及药物残留引起的食品安全问题日益突出。这不仅对畜禽和人类健康造成了较大危害,也给环境污染带来极大的不利。另外,我国“十三五”规划对饲料生产和养殖业提出了新要求,寻找一种能替代抗生素并且安全、无污染、无药残的新型饲料迫在眉睫。因此,微生物发酵饲料顺势而生,得以快速发展。

近年来发酵饲料在养殖业和饲料行业中发展十分迅速,而且前景广阔。本文就肉鸡发酵饲料的特点、发酵菌种、发酵工艺及其对肉鸡生产性能的影响以及目前存在的问题等方面进行了综述。

1 发酵饲料的特点

发酵饲料指在人工控制的条件下,通过微生物自身的代谢活动,将植物性、动物性和矿物性物质中的抗营养因子分解或转化,产生能够被畜禽采食、消化、吸收的养分,且无毒无害的一种饲料。发酵饲料主要具有以下特点:

降解饲料中的有毒物质和抗营养因子

提高营养物质消化率及营养价值

调节肠道菌群,预防疾病

改善饲料适口性,促进采食

有效利用非常规饲料,扩大饲料原料的使用范围

2 肉鸡发酵饲料生产所用菌种

2.1 肉鸡发酵饲料菌种的筛选原则

菌种的种类以及质量的好坏直接关系到发酵饲料成功与否及发酵产品质量。根据试验要求,针对饲料特点进行目的性筛选菌种。例如,筛选产高蛋白酶、淀粉酶等的菌种对饲料进行发酵,可以显著提高饲料的营养价值和消化率。对于原料的毒素和抗营养因子,能够高效降解这些毒素和抗营养因子的菌种即为目的菌种。筛选出来的菌种要具有一定的稳定性,需要用动物进行预试验来验证其安全性。

2.2 发酵饲料的主要菌种及其特点

用于发酵的微生物主要有乳酸杆菌、芽孢杆菌、酵母、霉菌(黑曲霉和米曲霉)、粪链球菌等。

乳酸菌是应用最早、最广泛的菌种,可在厌氧或兼性厌氧、酸性条件下发酵饲料,活菌体内和代谢产物中含有较高的超氧化物歧化酶,从而增强动物体液免疫和细胞免疫。它能够增加饲料的口感,降低酸度,抑制肠道有害菌的生长。

芽孢杆菌是一种好氧菌,可以生产B 族维生素、维生素C、蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等, 可用于蛋白、能量饲料的发酵,可以将蛋白降解为小肽,将多糖降解为低一级的、易吸收的低分子糖, 可以提高动物的生长速度和饲料利用率。

酵母主要分为啤酒酵母和产朊假丝酵母,菌体本身富含丰富的蛋白质,发酵产生的B 族维生素、CO2 可以为发酵培养基中的厌氧微生物提供厌氧环境,提高动物机体免疫力,帮助消化,并且有较好的适口性。

目前, 霉菌的使用相对较少,主要产生纤维素酶和淀粉酶, 用于分解纤维素和淀粉。

2.3 混合菌种发酵的兴起

微生物发酵饲料最初是使用单一功能菌株对某一个饲料原料进行发酵,但在长期的实践中,人们发现发酵过程中有很多重要的生化反应过程仅依靠单一的菌株是不能完成的, 必须利用2 种或多种微生物共同作用完成,因此混合菌种发酵逐渐发展起来。近年来,利用混合菌种进行发酵的研究越来越多,并取得了很好的效果。

3 肉鸡发酵饲料原料及其工艺

3.1 发酵原料

微生物发酵生产饲料的原料来源十分广泛,目前使用的发酵原料主要包括豆粕、棉籽粕、菜籽粕、麸皮、青贮饲料等,我国新版《饲料原料目录》中也详尽列载了发酵饲料种类(表1),并在2013 年1 月1 日已经开始实施。豆粕经过微生物发酵以后,成分会发生很大变化,在一定程度上抗营养因子得到降解,而且营养成分也得到很大程度改善。王龙昌等采用多菌种二次发酵豆粕来替代部分优质鱼粉,促进了肉鸡的生长。棉粕通过微生物发酵, 并进行发酵工艺优化,使得游离棉酚含量显著降低, 同时,增加了粗蛋白含量,补充了豆粕作为蛋白饲料的不足。研究者不断开发新的发酵原料,例如用黑曲霉发酵小麦代替肉鸡饲粮中玉米、用米曲酶和枯草芽孢杆菌发酵玉米,探索发掘能量饲料的营养潜力。

而当前我国可利用的非常规发酵饲料原料同样来源比较丰富,最常见的有玉米秸秆、玉米胚芽粕、花生粕、饼粕等,动物下脚料,植物渣(木薯渣、豆渣、菊苣渣等),酒糟、菌糠类等。将动物屠宰后的血粉利用微生物发酵部分替代进口鱼粉饲喂肉鸡,投资较少且具有较好的经济效益和环境效益,替代效果较为理想。

3.2 发酵工艺

发酵工艺对发酵效果影响较大。发酵工艺的优化主要包括发酵培养基配方的优化和发酵条件优化。

发酵培养基的优化主要是对发酵培养基的组成以及比例进行筛选优化。发酵基质所含有的物质应满足微生物的生长需要,主要包括碳源、氮源、无机盐等。首先是培养基组成的自由化,将培养基中的碳源分别以蔗糖、淀粉、葡萄糖、玉米粉来试验, 测定发酵效果,确定最佳碳源。同理用尿素、硫酸铵、硫酸钠等来确定最佳氮源。以 MgSO4·7H2O、CuSO4·5H2O、MnSO4 等不同种类的盐来确定其最适无机盐。然后采用单因素试验的方法,选用最佳培养基质,选择其中1 种元素设置比例梯度,进行发酵并测定发酵效果,确定最佳添加比例,其他成分亦是如此。

发酵条件的优化主要是利用单因素试验对发酵培养基的料水比、初始pH、发酵时间、发酵温度和接种量进行的筛选。根据发酵的原料以及微生物生长特性,设置不同料水比的固体培养基,检测对比发酵结果。值得注意的是,料水比之间的梯度要尽可能的小。根据微生物生长对酸碱度的要求,在适合微生物生长的酸碱度范围内设定pH 梯度,测定不同酸碱度的发酵效果,确定最佳发酵pH。发酵过程中每6 h 取1 次样检测发酵效果,以此来确定最佳发酵时间。在菌种生存温度范围内设置温度梯度进行发酵,检测对比发酵产品,确定最佳发酵温度。

不同比例的种子培养液接种到发酵原料中进行固体发酵,发酵结束后,检测对比发酵产品,从而确定最佳接种比例。各个条件优化之后,再利用正交设计, 对发酵条件进行整体优化。

4 发酵饲料在肉鸡饲养中的应用

4.1 发酵饲料对肉鸡生长性能的影响

众多研究报道表明,与无抗生素日粮相比,饲喂微生物发酵饲料能明显地促进肉鸡的生长,提高肉鸡的生长性能;与含有抗生长素的日粮相比,饲喂微生物发酵饲料的肉鸡在生产性能指标方面也会表现出一定的优势。

4.2 发酵饲料对肉鸡肠道微生态与形态结构的影响

Missotten 等分别用全价发酵饲料和未发酵的基础日粮饲喂肉鸡,发现后期试验组肉鸡饲料转化率高、肠道健康,尤其是小肠组织形态、绒毛高度以及肠道内的菌群组成均显著优于对照组。Zhang 等报道,在饲粮中添加经过黑曲霉或者黑曲霉和假丝酵母混合发发酵的银杏叶,可以明显提高肉鸡小肠消化功能以及改善微生态系统。Heres 等指出,发酵饲料饲喂肉鸡可以明显改善小肠上半部分的形态, 抑制沙门氏菌的功能,显著增加回肠和盲肠中的乳酸菌和米曲霉的数量,显著降低大肠杆菌的数量。

4.3 发酵饲料对肉鸡免疫机能和肠道酶活的影响

Ahmed 等研究发现,添加10、20 g/kg 发酵香橙(乳酸杆菌、酵母菌、肠球菌、芽孢杆菌的混合菌发酵) 可显著增加血清抗体IgM 浓度,而且后者明显地抑制了大肠杆菌的增殖。Tang 等用芽孢杆菌发酵的棉籽粕代替饲粮中部分豆粕发现,替代量为8% 组肉鸡血清IgM 和IgG、补体C3 和C4 水平较对照组有明显提高,肉鸡体液免疫水平得到了很大改善。

4.4 发酵饲料的环境保护作用

畜牧业发展带来的环境污染问题一直难以解决,而发酵饲料具有较高的消化利用率,可以明显地减少动物粪便中的氨氮物质的含量,可对环境起到一定的保护作用。最重要的是,微生物发酵饲料没有添加抗生素等药物,间接地减少了耐药菌株对人体抗药性的影响。

4.5 发酵饲料改善肉鸡饲养经济效益

俸祥仁等研究发现,在肉鸡饲料中添加10%、20% 木薯渣的饲养毛利润分别提高了28.36%、26.63%, 可以降低养殖成本,提高经济效益。Apata 等发现,用180 g/kg 发酵橄榄仁代替基础日粮中40% 的玉米对肉鸡生长性能、血清生化指标、表观代谢均无不良影响,同时使废弃物原料得到利用,大大地减少玉米原料的使用,节省了原料成本。

5 肉鸡发酵饲料生产存在的问题
5.1 发酵原料和混合料种类繁多,没有明确的标准

发酵涉及到植物、动物以及矿物质等原料,每一种原料都有其特定的营养成分和不足之处。发酵时原料的状态、料水比例、菌种、发酵过程中的注意事项,以及混合原料进行发酵时原料配比、菌种的选择等均无明确的标准。因此,在进行发酵时可能会面临着各种问题。

5.2 发酵所用菌种的复杂性及其安全性

用于发酵的微生物包括真菌、细菌等很多种类,并且每一菌种都有各自特定的生存条件和代谢途径,在发酵前要明确所用菌种的生存和代谢特点。在选用混合菌种进行发酵时,还要考虑菌种生存条件的差异及其相互关系。同时,菌种的产物以及其安全性同样至关重要。

5.3 发酵饲料的添加以及保存问题

不同的饲料经过不同的菌种发酵后,饲料的理化性质、生物功能都可能存在很大的区别。在添加到饲粮中使用时, 添加的比例、时间、饲喂方式等要求可能都不相同。饲料经过发酵后,水分含量与微生物种类增加,饲料生产出来以后就会一直处于发酵状态,且饲料在饲喂前暴露于空气中会受到空气温度、湿度、微生物等影响,容易发霉变质,使得饲料的保存变得困难。若保存时间过长,发酵饲料中的营养物质会被微生物代谢过多致使其营养价值下降。

6 肉鸡发酵饲料的研究趋势
6.1 特色功能菌株的筛选

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。

6.2 菌种的组合效果

目前,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。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。例如张建华在酒糟发酵蛋白质饲料菌种的筛选研究中,以粗蛋白、真蛋白、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。

6.3 发酵饲料应用到的技术

目前,饲料发酵主要是在传统发酵的基础上对发酵工艺、菌种选育、菌种复配等进行了改进,还需要不断探索发现新的应用技术,如通过基因工程实现对菌种的目的性改造, 保证菌种高效稳定性遗传。

6.4 发酵饲料应用效果的评价指标

发酵饲料在肉鸡养殖中的效果,不仅仅体现在生产性能、肠道环境、肠道形态等方面。鸡肉一直是我国主要肉食消费品之一,因此在追求高产低消耗时,肉品质也是应该关注的重点之一。鸡粪中潜在的有害微生物以及散发臭味的吲哚等,都可以作为探索发酵饲料在肉鸡养殖中应用中的出发点。

注:本文原文刊登在《中国畜牧杂志》2017年5期,作者为吝常华,王 冰,蔡辉益

 

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