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    微生物发酵饲料发展综述
    作者:高银相 林志刚 魏大为 张根宇 访问量: 0

    一、概念

    生物发酵饲料是以植物性农副产品下脚料、饲料原料、添加剂、中药为主要原料,通过原料本身自带的有益菌,或加入乳酸菌、酵母菌、蛋白酶、纤维素酶等,在人为可控制的条件下,通过微生物代谢作用,降解部分多糖、蛋白质、脂肪、纤维等大分子物质,生成有机酸、可溶性多肽等小分子物质,将原料转化为富含菌体蛋白、必需氨基酸、活性益生菌和多种复合酶的生物发酵饲料。

    二、作用机理

    在高效生物因子(各种分解酶、多种微生物活菌)的作用下,将秸秆里的粗纤维(纤维素、半纤维素)、木质素、木聚糖长分子链、木质化合物的酯键发生酶解,把动物不能吸收的高分子碳水化合物转化成可吸收利用的低分子碳水化合物,即能量饲料;多种微生物活菌能大量吸取动物难以利用的有机氮、无机氮,使之转化成营养成份较高的多种菌体蛋白饲料。

    三、饲料发酵剂的制作工艺

    1.原始菌种选购:固体饲料发酵菌种选择:一般选择三种菌:分别是:黑曲霉(蛋白霉)、

    黄曲霉、酵母菌。中国科学院菌种中心或其它菌种中心有供应,三种菌种购买时,均提供培养基配方,按照斜面菌种操作均可完成一级斜面原始菌种的转接,以后就可代代相传,永久使用。

    2.二级固体种子三角瓶培养:参考一级菌种培养基培养。

    3.三级种子饲料发酵剂培养:培养基:麦麸45斤,稻糠45斤,大麦粉5斤,豆饼粉5斤,发酵料加水手抓成团,不滴水为宜,在121℃灭菌3 0分钟,降温至40度左右,接入由35度温开水浸泡40分钟活化的黑曲酶,黄曲酶30克,酵母20克,先与少量培养物混合均匀,在逐步扩大混合,然后放入木盘中45X40X5厘米,上盖南瓜叶、下铺高粱叶,经过3-4天培养,发酵料表层为黄、黑色,晾干备用,做为发酵剂,可存放一年。

    4.规模较小的养殖场,为了节省1-2级菌种制作过程,可直接购买:黑曲霉(蛋白霉)、

    黄曲霉、酵母菌直接制作发酵剂。

    5.生物发酵饲料原料包括:稻草、甘薯藤、花生秧、谷壳、葵花籽、葵花盘、果树叶、水葫芦等。以上原料粉碎后混合88斤,麸皮3斤,红薯面3斤,菜籽饼2.5斤,粗盐0.5斤,发酵剂3斤。干原料加水100斤,青饲料加水20-30斤,充分混合均匀,手抓成团,不滴水为宜。最后用温开水35度把发酵剂催活40分钟,在与发酵料充分混合,装袋子或大缸或大池子中密闭发酵,25-30℃发酵4-5天左右即可,根据发酵原料不同,饲养动物不同,发酵饲料在全价饲料中占的比例为30-80%。

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    发酵饲料操作步骤

    综上所述,发酵饲料通过其作用机理,不仅能够提高饲料的营养价值和适口性,还能改善动物的肠道健康和生长性能,是一种有效的饲料处理方式‌。

    四、发酵饲料的作用

    1. 改善动物胃肠道微生态环境

    微生物发酵饲料含有乳酸菌、酵母菌、芽胞杆菌、链球菌等各种有益菌,动物采食后,占有绝对优势的有益菌群就会产生有机酸(如乳酸和乙酸)使消化道内pH降低,抑制其他病原性微生物生长。

    2.补充营养成分提高饲料利用率

    微生物饲料经发酵后能产生多种不饱和脂肪酸和芳香酸,具有特殊的芳香味和良好的适口性,可明显提高动物采食量。

    3.防止有害物质产生

    微生物发酵饲料不含任何抗生素,无毒副作用,有益菌可降低畜禽舍内氨气、硫化氢等有毒气体的浓度,净化畜禽养殖环境,此外,直接饲用微生态制剂,有益菌在肠道内能形成致密性膜菌群,形成生物屏障,防止有害物质和废物的吸收。

    4. 提高机体免疫功能

    微生态制剂中的有益菌是良好的免疫激活剂,能刺激肠道免疫器官生长,激发机体发生体液免疫和细胞免疫。直接饲用微生物发酵饲料可以提高畜禽抗体水平或提高巨噬细胞的活性,增强机体免疫能力,及时消灭侵入体内的致病菌,从而提高动物对多种疾病的抵抗力。

    五、发展阶段

    发酵饲料属于固体发酵范畴,起源较早,早在几千年前的泔水养猪就是一种借助自然菌株,对部分原料进行处理的发酵饲料,发酵饲料具有成本低、适口性好、预防部分肠道疾病等功效,得到较多养殖户的认可,新中国的发酵饲料经过3个发展时期:

    第一、初期阶段

    80年代的糖化饲料,将含淀粉较多的原料,通过转化糖酶的作用,将部分淀粉转化为糖分,可促进动物消化吸收,但是由于过度炒作,超过其使用价值而衰退。

    第二、发展阶段

    发展时期是90年代的“酵母粉”,以前苏联的“石油酵母”为主,以廉价的蛋白原料进行发酵,由于技术工艺问题等原因出现而销声匿迹。

    第三、成熟阶段

    菌种选育品种多,加上基因工程技术成熟 合成生物技术逐渐完善,高产、多功能菌株越来越多,工艺上采用了固体浅层发酵和固体厚层通风发酵以及液体深层发酵等,发酵饲料技术趋于成熟和完善。

    六、种类

    1.液体发酵饲料

    液体发酵饲料普遍采用饲料中天然存在的乳酸菌、酵母及加入普遍使用的微生物发酵剂发酵。液体发酵饲料水分高,微生物活跃,营养稳定,适宜长期储存。液态发酵饲料则更适用于饲喂鸟类、鱼类等。

    2 固体发酵饲料

    (1)全价发酵饲料

    全价发酵饲料是在营养均衡全面的无抗生素全价配合饲料中加入微生物和水,混合后在适当的温度下经厌氧或好氧发酵而成的饲料。该类饲料不仅能全面满足动物的营养需要,还能提高多种消化酶如:有机酸、维生素、多肽、小肽、氨基酸的含量,富含大量的益生菌。具有明显的促生长、防治疾病等生物学效应,对肠道疾病的控制效果好,并能节约生产成本。

    (2)发酵浓缩料

    发酵浓缩料是将不含抗生素的浓缩饲料与微生物和水等混合后发酵而成的非全价饲料。发酵浓缩料跟全价益生菌发酵饲料相比只是在制作时少添加能量饲料,其他的功能作用相同,具有体积小、运输使用方便的优点 ,是最具市场前景的一类产饲料。

    (3)发酵豆粕

    发酵豆粕是一种以豆粕为原料,经微生物发酵而成的富含小肽的高档饲料蛋白质。由于小肽营养机理研究的深入 、益生菌发酵豆粕在饲料中应用的优良效果以及全球鱼粉产量减少、价格走高等原因,益生菌发酵豆粕目前成为饲料行业中的热点。

    (4)酵母培养物

    目前,国内外采用较多的酵母培养物发酵产品来看主要分为两大类:一类是以酵母活细胞为主要功能部分的酵母培养物;另一类是以含有的大量的酵母代谢产物为主要功能部分的产品,并不强调活细胞的作用,产品主要由酵母代谢产物、酵母菌体和经过发酵后变性的培养基所构成。酵母培养物可明显提高反刍动物的营养性能。

    (5)其它发酵产品

    除了以上介绍的已进行大规模工业批量生产的益生菌发酵饲料外,还有其他各具特色的发酵产品如:青贮饲料;对棉籽饼 (粕)、菜籽饼 (粕)和油茶枯饼等进行发酵脱毒而制成的饲料蛋白;用工业废弃物如甜菜渣、啤酒渣、白酒渣、豆渣、柠檬酸渣、玉米淀粉渣、果渣等制成的发酵饲料;用农业废弃物秸秆等制成的发酵饲料等。

    七、‌微生物发酵饲料的优势‌

    1.‌绿色环保‌:无污染、无残留,对环境友好。减少养殖环节抗生素使用,可降低畜禽粪氮、粪磷的排放量,大幅度降低环境污染,促进畜牧饲料行业健康可持续发展。

    2.‌提高免疫力‌:生物发酵饲料含有多种益生菌,可增强动物的免疫力。在改善饲料品质、提高利用效率、促进动物健康等方面的效果较好。

    3.‌降低成本‌:生物发酵饲料的取材非常广、就地取材,成本也相对专用饲料更加经济实惠,并且生物发酵饲料具有可再生性。

    4.‌改善养殖环境‌:有利于节约粮食,减缓人畜争粮的问题;对获得优质安全的畜产品具有重要意义。

    微生物是近些年新开发出的一种环保型饲料资源,其自身具有很多优点,不仅原材料获得途径众多,还具备较大的开发与应用潜力,具有广阔的发展前景。

    以生猪生态养殖为例,浙江大学动物科学学院院长、教授汪以真说,“生物发酵饲料是一种含有益生菌及其代谢产物的生物活性饲料,微生物发酵可以通过改变饲料底物的理化特性,提高饲料的消化利用率。同时在发酵过程中,可以扩大培养益生菌菌体,进而通过益生菌的作用,维持猪的肠道微生物稳态,改善其肠道功能和机体免疫,最终达到生猪机体健康提升和优质安全生产的目的。”因此,使用生物饲料是非洲猪瘟、饲料禁抗和环保压力背景下实现生猪健康绿色生态养殖的重要举措。

    八、存在的问题

    微生物发酵饲料产品的稳定性不高;菌种在饲料制作中的培养、接种、干燥、分装、保存过程和加工中的高温、机械、制粒等过程都有可能减少菌类的活性;对于菌种的作用机理的研究还不明确;在饲料的制作工艺上还需要进一步完善;对微生物发酵饲料还缺乏完善的科学评价体系等。

    九、未来发展趋势

    1.针对目前微生物发酵饲料发展过程中存在的问题以及进一步促进微生物发酵饲料的发展,需要明确未来微生物发酵饲料发展的主要方向。

    2.微生物发酵饲料不应在功能上单一,不仅要起到增重促生长的效果,还应同时具有如防治疾病、消除粪便臭味、控制氮、磷对环境的污染等多重效果。

    3.要研发针对不同动物、不同生长阶段、不同疾病的微生物发酵饲料。使其作用更具有针对性,效果更加显著,如适用于单胃动物的微生物发酵饲料等。所用菌株一般为乳酸菌、芽抱杆菌、酵母等,而适于反刍动物的却是真菌酵母。而在菌种的使用方面,以后将更倾向于根据菌种的不同特点设计不同的饲料产品,如乳酸菌的产酸能力强,但不耐高温,与一些微量元素等物质易产生颉颃,因此不宜在饲料,特别是颗粒料中添加,但可做成水剂直接饮喂。而芽孢杆菌及粪链球菌等耐受性强,可在饲料中直接添加,方便应用。

    4.注重新菌种的培育和应用。除目前使用的部分生理性细菌作为生产菌种外,尚有许多优势菌群未得到开发利用。目前世界许多国家的生物学家正在对饲用微生物进行基础研究,以培育和开发出比现有菌种更好的新菌种。

    据不完全统计,目前我国从事生物饲料及相关业务的企业数量达1000余家,预计到2025年,生物饲料产品市场份额将达到2000亿元/年,而且生产技术和应用技术水平将大幅度提高并标准化,具有广阔的市场前景。

    十、微生物发酵饲料原料资源丰富

    第一、农作物玉米芯、麸皮、棕榈粕、豆饼、菜籽饼、玉米皮、酒糟、淀粉渣、蛋白渣等,这些副产物经过微生物发酵后可以转化为高质量的饲料,具有较高的营养价值,成为优质的饲料来源。

    第二、花生壳、菜籽壳、豌豆壳、胡豆壳、青豆藤、甘薯藤、玉米芯、嫩玉米秆、嫩高粱秆等发酵后含有相当数量的氨基酸、蛋白质和微量元素,动物不仅爱吃,还能快速增膘,同时也有利于对动物消化系统的养护。

    第三、农作物秸秆‌:如玉米秸秆、小麦秸秆、稻草、甘蔗渣等,富含纤维,适合作为反刍动物的粗饲料,但需适当处理以提高其营养价值和消化率,我国年产8亿吨左右,资源非常丰富。‌‌‌

    第四、树叶为发酵饲料提供了取之不竭的资源

    很多树叶含有丰富的植物蛋白和动物生长发育所需要的多种营养元素,通过发酵可用来作动物饲料。常用的有刺槐叶、杨树叶、桑树叶、香椿树叶、松针、苹果树叶、梨树叶、桃树叶、葡萄叶、柿树叶、枣树叶、刺槐花、杨树花等。加工粉碎发酵等调制后,适口性、树叶的利用率、消化率及营养价值都有提高。树叶种类繁多,用途广泛,一系列以林粮产业为基础的探索,将进一步拓展森林粮食产品价值的转化路径,为持续发展经济林产业和城市树叶输出渠道、促进增收、推动林、草产业高质量发展做出贡献。

    十一、国家产业政策

    在我国逐步实现从饲料大国向饲料强国转变的过程中,发展微生物发酵饲料必将是其中的重要方向之一。国家政策支持和引导促进生物饲料产业健康发展,为了促进养殖业和饲料行业的发展,国家制定了一系列相关政策并提出了未来饲料行业的总体目标,特别是农作物、果树副产物原料非常充足,利用生物技术、就地取材、就地发酵,提供营养、环保饲料。

    《饲料工业“十二五”发展规划》就明确提出:未来生物技术与生物饲料在保障饲料安全与食品安全、促进饲料产业健康可持续发展的方向及产业布局模式等方面具有重要意义,是促进我国畜牧业健康持续发展的必要条件和物质基础,是我国今后饲料工业发展的长期战略。

    国家“十三五”规划,在局部地区继续强化饲料原料、发酵类饲料添加剂等产业优势的同时,重点发展猪、奶牛和肉牛饲料加工业,加快发展全株青贮玉米,推进秸秆饲料化利用,着力培育种植、饲料、养殖和加工一体化的大型农牧企业,促进饲料原料就地转化、增值。

    国家“十四五”发展规划,生物饲料是指以饲料和饲料添加剂为对象,以基因工程、蛋白质工程、酶工程、发酵工程等现代生物技术为手段,利用微生物酶解发酵开发的安全高效、环境友好、无残留的新型饲料资源和饲料添加剂。

    以生猪生态养殖为例,浙江大学动物科学学院院长、教授汪以真说,“生物发酵饲料是一种含有益生菌及其代谢产物的生物活性饲料,微生物发酵可以通过改变饲料底物的理化特性,提高饲料的消化利用率。同时在发酵过程中,可以扩大培养益生菌菌体,进而通过益生菌的作用,维持猪的肠道微生物微生态环境,改善其肠道功能和机体免疫,最终达到生猪机体健康提升和优质安全生产的目的。”因此,使用生物饲料是非洲猪瘟、饲料禁抗和环保压力背景下实现生猪健康绿色生态养殖的重要举措。

    参考文献:

    1.中国科学院科研进展

    2.中国科学院微生物研究所

    3.中国食品发酵工业研究院

    4.中国农科院饲料研究所

    5.工业和信息化部

    6.中国饲料工业协会

    7.中国农业大学

    8.杨天庆,刘作华,王琪,齐仁立.发酵饲料在母猪生产上的应用研究进展 动物营养学报 2024-910.11 24

    9.刘晓洁 郭玲玲 于本良 李树博 江志阳 微生物发酵饲料在绿色养殖中应用研究进展 微生物学杂志 . 2023 ,43 (02) 

    10.魏倩倩 微生物发酵饲料的应用现状与发展前景 甘肃畜牧兽医 . 2021 51 (11)

    11.李 言 黎观红 周 华 皮雄娥 李孝辉 付浩 微生物发酵饲料在生猪生产中的应用 中国饲料 2024 (15)

    12.王金胜 刘江伟 胡利兵 微生物发酵饲料在生猪养殖中的应用 畜牧业环境 2024 (08) 

    13.王涛 钟永庆 微生物发酵饲料在猪养殖中的应用研究进展 中国畜牧业 2024 (12) 

    14.胡鹏程 微生物发酵饲料在水产养殖中的应用 畜牧兽医科技信息 2022 (10) 

    15.许志辉 微生物发酵饲料在养猪中的应用前景 中国畜禽种业2021 10 26

    17.许金新 发酵饲料的发展历程和研究现状 山东畜牧兽医 . 2020 ,41 (10) 

    18.中国生物工程学会

    19.中国数子科技馆

    作者简介:高银相:中国科学院老科协科技报告团秘书长。曾任中国科学院研究生院应技所常务所长,中国产业政策和创新项目主编。从事生物技术研究与开发,1995年主持省部级重大项目(生物酶饲料添加剂)获一等奖,授权多项发明专利。中国生物工程学会终身会员。主持策划创作习主席提倡弘扬科学家精神等微视频800余部,在新媒体发布,观众300万人以上。中国科学院科学家精神宣讲团视频课件后期制作总策划。长期以来,深入学校、社区科普讲座200余场。林志刚:北京中科老专家技术中心项目主管,奥克兰大学生物医药科学博士,新西兰科学家协会和奥克兰癌症研究协会成员。曾就职于奥克兰大学、奥克兰癌症研究中心等多家单位,主要研究方向包括:表观遗传学在癌症和免疫系统的影响;饮食与营养和消化系统关系;药物临床和临床前药理;生物基因工程等。魏大为,北京中科老专家技术中心科技项目处处长、载波科技(北京)有限公司执行董事、北京市创业导师。先后于瑞典查尔姆斯理工大学与新西兰奥克兰大学获得无线通信硕士与商业创新硕士。多年全球领先信息技术企业管理与技术经验。现负责包含科普研学、大健康、新媒体在内的具体科技与商业项目的落地经营。张根宇:中国科学院老科协科技报告团副秘书长,参与创作习主席提倡弘扬科学家精神微视频800余部,在新媒体发布,观看200万人以上。中国科学院科学家精神宣讲团视频课件后期制作日常工作。曾在中国科学院研究生院参与生物技术开发工作,取得多项成果。