微生物发酵粗饲料在反刍动物生产中的应用研究进展_微生物试验报告与运用_微生物知识

微生物发酵粗饲料在反刍动物生产中的应用研究进展

2020-06-11 09:23:06 点击：

摘要：粗饲料是指天然水分含量小于45%，干物质中粗纤维含量大于或等于18%，并以风干物质为饲喂形式的饲料。利用微生物发酵处理粗饲料，可以改变其适口性差、消化率不高等缺点，降低粗饲料中的抗营养因子，改变其微观结构，提高反刍动物消化率及免疫力。文章就粗饲料原料种类、处理方法、微生物发酵粗饲料作用机理、菌种种类、生产工艺贮存方式以及其在反刍动物生产当中的应用等进行综述。

随着畜牧业的不断发展，农牧民对粗饲料的认知与利用越来越成熟。但是粗饲料适口性差、消化率较低，为改善粗饲料品质，提高适口性、消化率以及控制养殖业饲料成本，新型低成本粗饲料研发开始引起广泛关注。微生物发酵粗饲料因其优异的适口性、低廉的价格、较高的饲用价值逐渐成为研究的热门。

1粗饲料种类和利用近况

粗饲料是反刍动物营养的主要来源途径，通常占饲粮构成的40%~80%，选择优质的粗饲料可以直接影响动物的健康与生长性能。国内粗饲料种类繁多，如各类秸秆饲料、秕壳饲料、干草、树叶和其他饲用林产品等,不同种类之间品质差异较大。在农业农村部制定的《全国节粮型畜牧业发展规划（2011~2020年）》中计划加大牧草、农副产品、轻工副产品等非粮饲料资源的利用，畜牧业在减少粮食消耗的同时可以提高畜产品产量与质量。2017年我国青饲料播种面积1874.14khm2，2018年我国青饲料播种面积1970.69khm2，青饲料播种面积逐步提高，而2019年2~11月全国饲料累计产量达到23756.8万t。要减少其中的粮食消耗，就需要加大我国在粗饲料种类的推广，以提高非粮饲料资源的利用。

2粗饲料常规处理方法

粗饲料除能量外，含有的蛋白质和矿物质等养分都极低，因为有较高纤维素含量，导致其消化能低于10.5MJ/kgDM，有机物消化率低于65%且适口性差，这对于粗饲料的推广利用有很大影响。但通过对粗饲料进行有效预处理，可提高其营养价值、提升适口性、加大转化力度，从而提高资源利用率。目前普遍采用物理加工处理法、化学加工处理法和生物加工处理法。

2.1 物理法

物理法主要包括剪切、粉碎、浸泡、碾青、蒸煮、微波处理等。其中剪切、粉碎、碾青等机械粉碎法主要是通过增大粗饲料表面积，减小粗饲料长度和粒径，提升干物质采食量，加快进食速度，提高适口性。蒸煮、热喷等热处理法通过用高能量破坏粗饲料中的木质素和纤维素等成分的同时破坏纤维结构增大接触面积。微波处理法通过改变纤维素的结晶度、破坏物料表面结构并增大比表面积,提高粗纤维的酶解率。彭霄鹏等利用微波液化法处理木质纤维素组，除了起到去除木质素和木聚糖的作用外，还破坏了纤维素的生物抗降解屏障，使得后续酶解糖化处理中酶解转化效率提高。

2.2 化学法

化学处理法有碱处理法、氨处理法、高锰酸钾处理法、酸处理法、氧化剂处理法、复合化学法等，主要是通过水解纤维素或者破坏组分之间的结合键，分解部分半纤维素，降低纤维素聚合度和结晶度，脱除木质素。

2.3 生物法

生物法主要分为青贮、黄贮、微贮和微生物处理。青贮是将青绿饲料切短后，压实密封入青贮窖或青贮袋中，保持无氧环境，使得乳酸菌持续厌氧发酵形成酸性环境，从而抑制其他微生物的繁衍，达到长时间保存的作用，具有改善反刍动物生产效益，降低饲养成本的优点。黄贮原料选用水分较低的玉米秸秆，添加适量水和生物菌剂后压实密封储存，其同样利用微生物厌氧发酵形成酸性环境，起到保存饲料营养价值的作用。微贮是指在玉米秸秆中加入微生物活性菌，在密闭容器中经过发酵，使木质素糖化，然后糖类在有机酸发酵下转化为乳酸和挥发性脂肪酸，形成酸性环境抑制其他微生物生长。微生物发酵是利用有益微生物将农业与食品加工副产物进行发酵后制备成新型饲料原料，其适口性好、价格低廉、营养价值相对较高，能维持动物肠道微生物平衡，提高免疫水平，提高生产性能。本文仅就微生物发酵粗饲料作用机理、生产贮存、菌种选择以及在反刍动物生产中的应用展开综述。

3微生物发酵的作用

3.1 提高粗饲料适口性及营养价值

粗饲料经微生物发酵有助于提高风味感和色泽，改善适口性，经三菌（白腐菌、酵母菌、康氏木霉菌）发酵后的稻草呈黄色，而添加乳酸菌和纤维素酶的青贮苜蓿，德国农业协会青贮感官评分均为优，且两组青贮苜蓿都散发出较重的香味。在营养价值方面，经微生物发酵的粗饲料，粗蛋白质含量提高，干物质消化速率加快，粗纤维含量降低。Zheng等使用芽孢杆菌发酵豆粕，发现芽孢杆菌能够降解抗营养因子（ANFS）以及改变发酵豆粕蛋白的微观结构，改善发酵豆粕的营养品质。

3.2 促进瘤胃发育和微生物定植

反刍动物维持生产性能及健康所需的能量和蛋白质主要依赖于瘤胃中的微生物的发酵和生长。而瘤胃环境与其中的微生物相互作用，适宜的瘤胃环境有利于微生物定植，有益的瘤胃微生物构成良好的瘤胃环境，促进瘤胃健康发育。改善日粮，优化精粗比是最易实现的调控手段。因为精饲料能促进瘤胃乳头的分化与发育，粗饲料则会促进瘤胃发育与微生物定植。Khonkhaeng等通过给肉牛分别饲喂从平菇和草菇中提取培养的白腐菌发酵的稻草，发现饲喂4h后，瘤胃中的细菌分别增加0.60×1010、0.15×1010cell/mL，原生生物减少0.58×106、1.00×106cell/mL，且瘤胃中NH3-N含量分别增加1.76、1.91mg/dL。原因可能是白腐菌通过分解稻草纤维提高了外源细胞壁降解酶活性，从而使细菌附着增加、刺激瘤胃微生物种群丰富度以及加强与瘤胃微生物水解酶的协同作用。且瘤胃NH3-N是蛋白质消化的主要产物，可供瘤胃微生物利用，NH3-N含量增加利于微生物定植。这一结果也验证了Khonkhaeng经白腐菌发酵过的粗饲料能增加瘤胃中NH3-N含量的观点。有试验发现，酵母培养物含有丰富的活性多糖、多肽、有机酸、多种酶类和促生长因子等营养活性物质有利于瘤胃中的细菌定植，且酵母菌能提高瘤胃细菌对酵母培养物利用率，提高细菌定植数量，进一步有利于瘤胃发育。因此，饲喂微生物发酵的粗饲料更利于瘤胃发育、微生物定植以及能量与蛋白质合成。

3.3 抑制有害微生物，提高动物免疫水平

微生物发酵粗饲料对有害生物的抑制作用主要表现在有益菌会与病原菌相互竞争抑制。益生菌是指当给予某种菌足够数量时，可使宿主获得健康益处的菌种。最常见的益生菌包括乳酸杆菌、双歧杆菌、肠球菌、粪大肠杆菌、梭菌和丙酸杆菌。姜鑫等研究发现，经纳豆芽孢杆菌和乳酸杆菌发酵的饲料可使犊牛血浆IgA和IgG较对照组分别显著增加16.39%和12.16%（P<0.05）；T-SOD、CAT和T-AOC较对照组分别显著提高12.50%、33.89%和23.08%（P<0.05）。免疫球蛋白（IgM、IgG、IgA）是体液免疫系统的重要组成部分，其含量代表了免疫水平，抗氧化能力增强有助于提高机体免疫力。崔莹等通过在肉羊饲喂的TMR中加入10%混合菌（酵母菌、枯草芽孢杆菌以及乳酸菌植物杆菌）。发现其血清IgG、IgM、IL-6含量及GSH-Px活性显著高于未添加混合菌的对照组（P<0.05）。

4微生物发酵粗饲料菌种

国务院规定，饲料添加剂选用须参照其下属农业行政主管部门制定并公布的种类目录。目前，饲料中允许添加35种微生物菌种。添加益生菌（唾液乳杆菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母）可提高发酵饲料中乳酸含量，降低总挥发性脂肪酸含量，有利于保存更多的营养物质。丰富了一些具有抗菌活性的潜在有益微生物和小分子化合物，可能有助于抑制病原体的生长。不同菌种改善作用不同，一些菌种只改善粗饲料营养成分含量，对降低ANFs（抗营养因子）有正面影响，有一些菌种只对改善肠道内酶活性有正面影响，而另一些微生物可以同时改善这两个方面。比如芽孢杆菌能够降解抗营养因子;植物乳杆菌发酵的饲料能够改善肠道内酶活性从而提高消化率；酵母菌可提高奶牛瘤胃内某些微生物活性，从而提高泌乳性能，并降低高淀粉日粮饲喂奶牛时因谷物改变而引起亚急性瘤胃酸中毒的风险。除了使用单一菌种，如今将两到三种菌种混合使用逐渐成为发展的趋势。王伟等发现混合菌株降解玉米秸秆效果显著高于单菌株（P<0.05）。Li等也通过试验证明，相比单独使用植物乳杆菌，植物乳杆菌、干酪乳杆菌和布氏乳杆菌混合使用能显著提高发酵稻草中的NH3-N占总氮的百分比、粗蛋白质、乙酸以及乳酸含量（P<0.05），使得发酵后的稻草营养水平更高，风味更佳，从而提高稻草的适口性和消化率。花生秸秆经复合菌种发酵后，粗蛋白质含量提高了53.39%，粗灰分含量降低20.10%、粗纤维含量降低57.97%，中性洗涤纤维含量降低14.66%，酸性洗涤纤维含量降低21.53%，纤维素酶活性提高98.51%，因此大大提高了饲料品质。

5微生物发酵粗饲料的生产贮存

5.1 微生物发酵粗饲料生产

微生物发酵粗饲料的生产主要分为液态发酵和固态发酵两种。液态发酵是指将粗饲料与水按1：1.5至1 ：4 的比例混合后，经发酵液中微生物的代谢活动将饲料充分发酵形成稳定状态。液态发酵饲料在养猪生产上应用广泛，在反刍动物中的报道较少。固态发酵是指微生物在不溶于水但具有一定湿度的固体培养基中发酵时，不断吸收固体培养基基质颗粒中的水分，在吸收过程中通过水的流动逐渐将固态发酵发展至黏稠发酵以及固体颗粒悬浮发酵。相比液态发酵，固态发酵更接近于自然发酵。采用酵母菌制备固态发酵饲料，其粗蛋白质、总酚、维生素B2和低分子量肽含量在发酵后显著提高（P<0.05），酵母活菌数折算干重达到1.30×1010CFU/g。

5.2 微生物发酵粗饲料贮存方式

发酵粗饲料的贮存方式决定其使用期限，孙果丽试验结果表明，经桶装与袋装两种不同的贮存方式制成的玉米青贮饲料在pH值、粗蛋白质、粗灰分、可溶性碳水化合物含量上差异显著（P<0.05），桶装要好于袋装。司华哲等认为采用青贮瓶贮存黄贮玉米秸秆的方式在营养物质保存和有氧稳定性结果上相较青贮袋更为优秀。

6微生物发酵粗饲料在反刍动物生产应用

6.1 微生物发酵粗饲料对反刍动物生长性能的影响

反刍动物生长性能主要指标为采食量、日增重、料重比、养分消化率。玉霞研究发现，饲喂玉米秸秆发酵饲料的肉羊相比对照组，平均日增重提高（P<0.05）了8.3%，并显著提高（P<0.05）心脏器官重和熟肉率等。为解决粗饲料纤维素含量高的问题。王红梅通过不同配伍酶制剂发酵玉米秸秆饲喂肉羊，发现3组试验组相比对照组平均日增重分别提高1.8%、14.2%、23.5%，料重比分别降低9.2%、13.6%、20.6%，各营养物质表观消化率均高于对照组。血液生化指标也可以较为直观反应动物营养状况、生理状态以及生长状况。陈帅通过研究发现，饲喂膨化秸秆生物发酵饲料的辽育白牛显著提高了（P<0.05）血液中血糖含量和降低（P<0.05）总胆固醇含量,并能显著提高（P<0.05）血液中免疫球蛋白IgG、 IgA含量，对白蛋白和总蛋白含量都有所提高（P>0.05），但差异并不显著。邱玉朗等研究发现，秸秆与玉米浆混合微生物发酵饲料相比未发酵的秸秆与玉米浆混合饲料，肉羊平均日增重提高36%（P<0.01），料重比减少 28.68%（P<0.05），血液中总蛋白（TP）、白蛋白（ALB)、血尿素氮（BUN）、血尿素氮（ALP）含量都显著提高（P<0.05）。这可能是发酵粗饲料中的益生菌可以提高巨噬细胞活性，从而达到增强免疫力的效果。综上所述，微生物发酵粗饲料对于反刍动物生长发育以及健康有积极的影响。

6.2 微生物发酵粗饲料对反刍动物产品质量的影响

在反刍动物生产中，肉品质和奶产量是核心指标。王莉梅等研究表明，饲喂土豆渣发酵饲料能显著（P<0.05）提高小尾寒羊熟肉率，由于发酵土豆渣提高了肉中的肌红蛋白的含量，使得有提升肉色的趋势，并且剪切力相比对照组有降低的趋势，因此有提升嫩度的效果；在肌肉营养价值方面，饲喂不同配方发酵土豆渣的2个试验组相比对照组粗蛋白质含量分别提高3.65%和 5.31%，粗脂肪含量分别提高7.69%和13.46%。仲伟光等研究发现，饲喂玉米秸秆膨化发酵饲料的育肥羊相比对照组，羊肉剪切力降低3.55%，这可能是发酵粗饲料中营养物质和微生物蛋白含量改变，引起了粗脂肪和粗蛋白质沉积发生改变，从而改善了羊肉嫩度。同样的，粗脂肪和粗蛋白质沉积的改变也影响了羊肉质地，发酵粗饲料组的羊肉相比对照组弹性显著降低（P<0.05），咀嚼性显著提高（P<0.05）。试验组羊肉中亚油酸，亚麻酸和二十二碳六烯酸分别比对照组显著提高（P<0.05） 9.38%，14.95%和11.50%，这对于提高羊肉保健效果，预防心脑血管等疾病有重要价值。

7展望

微生物发酵粗饲料，具有改善粗饲料粗纤维结构，降低抗营养因子，提高反刍动物采食量、消化率，提高免疫力等优点，在反刍动物生产中前景广阔。目前，发酵粗饲料中菌种具体作用机制研究尚未完全清楚，在单菌株选用，混合菌种配合机理、比例，粗饲料种类方面研究不够完全。微生物发酵粗饲料对反刍动物生产性能有显著提升，但在反刍动物产品品质方面，尽管有改善肉质的效果，但是并不显著，对奶品质也没有显著提高。因此，开展与之相关的菌种研究、动物免疫、肠道菌群、养分代谢等研究工作，对于深入了解微生物发酵粗饲料作用机制，因地制宜开发不同菌种、不同粗饲料、不同动物种类发酵饲料将具有重要意义。

微生物发酵粗饲料在反刍动物生产中的应用研究进展

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