微生物发酵饲料的研究进展及其应用
随着畜牧业的快速发展以及市场的需求加大，饲料原料价格持续上涨，养殖企业在饲料上的成本越来越大，因此新的低成本饲料原料的研发与生产引起关注。青贮饲料已经在动物生产上应用很广泛，极大地降低了生产成本，然而还存在较多问题，如：营养损失较多，储存不当容易发霉。微生物诱导的TMR（total mixed ration,TMR）发酵已被广泛应用于提高饲料质量。TMR青贮可以稳定瘤胃功能，避免动物的自我选择，如果在青贮过程中通过发酵改变其气味和风味，则可能会将不良副产品纳入到饲料中。乳酸菌改善了青贮发酵过程，使青贮具有较好的营养价值，是青贮饲料中常用的添加剂。另一方面，枯草芽孢杆菌也被用作青贮添加剂，因为它们能够产生纤维分解酶和抗真菌化合物。其中枯草芽孢杆菌作为饲料接种剂能够提高青贮的有氧稳定性，产生淀粉酶、阿魏酸酯酶等酶。研究表明，单独接种枯草芽孢杆菌或与乳酸菌联合接种可提高乳酸菌浓度，降低霉菌和酵母数量，提高玉米青贮的有氧稳定性和改善营养价值，提高肠道有益菌群数量和营养物质消化率。此外，乳酸菌与枯草芽孢杆菌共培养可提高TMR的质量。
微生物发酵饲料因为在动物生产上的价值高、价格低廉而被人们所喜爱。微生物发酵饲料所用的原料种类较多，如玉米、豆粕、棉籽粕、菜籽粕、苹果渣、马铃薯渣和作物秸秆等，由于这些饲料中抗营养因子含量高，很难被动物直接消化吸收，导致饲料利用率低，采用微生物发酵技术能有效去除饲料中的抗营养因子，提高饲料的利用率，且发酵后的饲料风味更加浓烈，适口性更好，从而被动物更好地利用。乳酸菌、芽孢杆菌和酵母菌是发酵饲料中使用最常见也是使用最多的微生物，这些微生物可有效抑制内源性病原体的生长。
益生菌对动物机体的有益作用还受多种因素的影响，如复合益生菌制剂的定植能力、剂量比等。因此，有必要通过评价发酵饲料对动物机体的健康状况来研究细菌定植和益生菌的剂量效应。一般情况下，菌株在发酵过程中会产生有机酸、特殊酶和细菌等一系列代谢产物，刺激免疫系统、消化酶活性和肠道微生物群，从而提高动物的生长性能。此外，由于肠道内活跃的微生物数量众多，构成了一个复杂的生态系统，因此评估饲料对动物肠道菌群的影响至关重要。
微生物发酵饲料的定义及其生产工艺种类
1.1 微生物发酵饲料的定义
微生物发酵饲料是在人力控制的条件下，将植物性农副产品等原料，通过微生物的发酵作用，分解成部分多糖、蛋白质和脂肪等一些大分子物质，生成有机酸和可溶性小肽等小分子物质，形成营养丰富、适口性好的生物饲料。
1.2 生产工艺种类
1.2.1 按发酵工艺分类
按照发酵工艺发酵分为：固态发酵和液态发酵。固态发酵是指在微生物生长的培养基中没有可以流动的游离水而进行的发酵。固态发酵的发酵物质来源广泛，具有发酵终产物浓度较高、易于保存、发酵过程产生的废水较少等特点。液态发酵是指在生化反应器中，通过人工的方式将菌株生长所需要的糖、氮盐以及无机盐等营养物质全部溶在水中作为培养基，灭菌后进行接种，进行菌大量繁殖的过程。液体发酵具有原料来源广泛、菌体生长快速、生产周期短等特点。
1.2.2 按照所用菌种类分类
根据发酵所用菌种类又分单菌发酵和混菌发酵：单菌发酵所用菌主要有乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌，发酵时只选择其中一株菌；混菌发酵主要使用黑曲霉、木霉和乳杆菌、芽孢杆菌、酵母菌等，菌种之间按照比例混合，用于菜籽粕、棉粕、大豆秸秆、茶叶渣、玉米片等杂粕或农产品副产物发酵。
1.2.3 按照对氧气的需要情况
按照微生物对氧气的需要情况可将发酵饲料工艺分为好氧发酵和厌氧发酵以及两段式发酵这三种。对于这三种发酵方式来说，在实际应用过程中，好氧发酵最为实用，这种方式在我国生物发酵中的应用较为广泛，它的特点在于发酵周期短，物料转化率高。厌氧发酵的特点在于发酵呼吸耗损少、香味醇厚。大多情况下，可以进行两段式的发酵，先进行好氧发酵，然后再进行厌氧发酵。
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微生物发酵饲料的作用机理
2.1 产生化学屏障
饲料中添加的益生菌中乳酸菌占很大一部分比例，会产生像乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等有机酸，病原微生物在酸性环境下，其生长就会遭受抑制，尤其是沙门氏菌和大肠杆菌的生长繁殖功能大幅减弱，从而维持了动物为肠道微生物菌群的平衡，提高了动物机体健康水平。
2.2 产生生物屏障
饲料中添加的有益微生物通过竞争性作用会抑制有害微生物在肠道黏膜上的定植，比如嗜酸乳杆菌率先附着在猪肠道，这样就使得大肠杆菌与肠道上皮结合的位点减少，从而在肠道中建立优势菌群。
2.3 产生营养屏障
微生物发酵饲料的原理就是将大分子的多糖、蛋白质降解成为小分子的有机酸、小肽、维生素等营养物质，从而更容易被动物体所消化吸收。
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微生物发酵饲料对于饲料品质的影响
3.1 微生物发酵饲料对饲料形态、色泽、气味的影响
李绍章等用植物乳酸菌对饲料进行了发酵，发现液态转固态发酵最为理想，饲料形态，随发酵时间的延长，质地逐渐变得松散；饲料色泽在发酵72小时内呈现淡黄色或黄白色，72小时之后逐渐呈现灰黄色；气味随发酵时间的增长，由酸香味变为香甜味最后出现醇味。吴进东等用乳酸菌对毛苕子进行发酵发现：对照组的饲料颜色呈现黄褐色，添加乳酸菌的饲料颜色随接种量的增加，饲料颜色从黄褐色变成黄色再到黄绿色；气味方面，对照组的饲料逐渐出现霉味，添加乳酸菌的饲料随乳酸菌接种量的增加，气味由开始的轻微酸味过渡到芳香味、酒酸味；在质地形态方面，对照组的饲料发霉腐烂、结块，而添加了乳酸菌的饲料，饲料柔软松散。
3.2 微生物发酵饲料对饲料pH及有机酸的影响
魏立民等用复合酪酸芽孢杆菌对木薯渣发酵后发现：pH、丙酸含量显著降低，乳酸和乙酸含量显著升高，丁酸含量升高，但差异不显著，并且丁酸随着菌液添加量的增多而略有下降。刘圈炜等用复合酶制剂对玉米秸秆青贮发酵，结果发现：发酵后产物较未发酵相比，pH显著降低，乳酸、乙酸、丙酸有不同程度的升高，丁酸含量呈现下降趋势。
3.3 微生物发酵饲料对饲料常规营养成分的影响
程方等用黑曲霉和啤酒酵母对马铃薯渣进行发酵发现：马铃薯渣的粗蛋白（crudeprotein,CP）含量、蛋白酶活性、纤维素酶活性均显著提高（P<0.05），粗纤维（crude fiber,CF）含量显著降低（P<0.05）。魏立民等研究发现：在木薯渣中添加复合酪酸芽孢杆菌，其CP、粗脂肪（ether extract,EE）的含量均显著增加（P<0.05），干物质（dry matter,DM）、中性洗涤纤维（neutral detergent fibre,NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fibre,ADF）以及钙的含量均显著降低（P<0.05）。孟碟方等用乳酸菌对平菇菌糠进行发酵发现：发酵产物中的氨态氮、可溶性碳水化合物、NDF、ADF与对照组相比均不显著，这可能是随着发酵时间的增长，适合乳酸菌生长的底物物质消耗太多，导致有益菌生长变慢与有害菌的竞争作用减弱，从而使得有害菌生长加快，影响了发酵品质。陆永祥等用植物乳杆菌对玉米进行发酵处理。结果表明：发酵产物中的氨态氮含量显著上升（P<0.05），出现与上面结果不同的原因可能是植物乳杆菌较孟碟方等人选取的乳酸菌菌株不同，对发酵底物的消耗较少，从而保证了有益菌的正常生长代谢，发酵效果良好。吴鹏昊等在全株玉米中添加复合乳酸菌制剂，结果表明：和对照组（未添加菌剂）相比，淀粉含量显著增加（P<0.05），有氧稳定性优于对照组，储存时间更长。
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微生物发酵饲料在动物生产方面的应用
4.1 微生物发酵饲料在猪生产方面的应用
Lin等研究发现：6%发酵玉米芯饲料显著提高了猪的日采食量（daily intake,DI）、日增重（ADG）（P<0.05）。屠宰性能、肉质等指标均有明显改善。此外，肥育猪肠道中乳酸菌等有益细菌显著增加，肠道和粪便中大肠杆菌等致病菌显著减少（P<0.05）。肥育猪的肠隐窝深度、回肠黏膜免疫力也显著提高（P<0.05）。细胞因子含量及sIgA（分泌型IgA）、IL-8（白细胞介素8）、TNF-α（肿瘤坏死因子α）基因表达显著升高（P<0.05）。熊莹等研究表明：将发酵豆粕添加到保育猪基础饲粮中，猪的ADG显著提高，料重比、腹泻率显著下降（P<0.05），血清中的免疫球蛋白M（immunoglobulin M,IgM）、免疫球蛋白A（immunoglobulin A,IgA）的含量显著提高（P<0.05），提高了保育猪的生产性能和免疫力。陈玉龙等研究发现：饲喂发酵豆粕后，保育猪腹泻率与发酵豆粕的添加比例呈现负相关，血尿素氮（bloodurea nitrogen,BUN）呈现下降趋势，血清中的白蛋白（albumin,ALB）、球蛋白（globulin,GLB）含量与发酵豆粕的添加比例呈现正相关，差异也不显著，谷丙转氨酶（alanine aminotransferase,ALT）的活性在添加l5%的发酵豆粕后显著降低（P<0.05）。辛小召等研究发现：饲喂发酵豆粕后，泌乳母猪的采食量、断奶仔猪重、成活率显著提高（P<0.05），缩短母猪断奶发情间隔时间，降低哺乳期间仔猪的腹泻率，促进母猪机体对CP、EE、钙、磷等营养物质的消化吸收；乳蛋白、乳糖、乳脂肪的含量提高，但差异不显著（P>0.05），母猪血中总胆固醇、BUN和谷草转氨酶（aspartate aminotransferase,AST）水平均显著降低（P<0.05）。Choi等研究发现：用发酵的开菲尔饲喂断奶仔猪，仔猪的生产性能得到提高，粪便中大肠杆菌数量减少，IL-6促炎细胞因子减少，IgM增加，增加了机体的免疫力。
4.2 微生物发酵饲料在鸡生产方面的应用
阿布都如苏力艾尔肯等研究发现：在生长后期，饲喂嗜酸乳杆菌发酵的豆粕，肉鸡料重比、腹脂率显著降低（P<0.05），全净膛率、腿肌率显著提高（P<0.05）。陈婷等发现：添加复合益生菌发酵饲料，雪峰乌骨鸡胸肌率、胸肌亮度显著增加（P<0.05），胸肌pH、蒸煮损失、滴水损失显著降低（P<0.05）。Gungor等研究发现：饲喂生石榴渣和发酵石榴渣不会改变肉鸡血清中的谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和过氧化氢酶（catalase,CAT）水平，但会降低母乳中的丙二醛（malondialdehyde,MDA），高添加量的生石榴渣和高低添加量的发酵石榴渣都会显著降低盲肠产气荚膜梭菌（P<0.05），低添加量生石榴渣的隐窝深度高于对照组和高添加量组。Huāng等研究发现：添加植酸酶发酵的麦麸，可提高蛋壳的重量、厚度、强度，血清中的SOD、CAT显著提高（P<0.05），同对照组相比，蛋鸡粪便中的磷含量显著降低（P<0.05）。
4.3 微生物发酵饲料在羊生产方面的应用
玉霞等研究发现：饲喂发酵玉米秸秆后，肉羊生长性能略有提高（P>0.05），心脏的重量、瘤胃氨态氮、丙酸的含量显著提高，乙酸/丙酸的比例显著下降（P<0.05）。邱玉朗等研究发现：饲喂秸秆与玉米浆混合微生物发酵饲料后，肉羊ADG显著提高，料重比显著降低，血液中总蛋白（total protein，TP）、ALB、BUN等血液生化指标都显著提高。王小平等研究发现：在青贮玉米中加入乳酸菌和酵母菌的复合菌剂，滩羊的日均采食量极显著提高（P<0.01），ADG、末增重降低了，料重比降低、但差异均不显著（P>0.05），但跟上面趋势相同。Ouyang等在生长羔羊上的研究表明：在青贮稻草中加入青贮植物乳杆菌、木霉属木霉菌和麦麸的混合添加剂，可以显著提高瘤胃液中的菌体蛋白（microbial protein,MCP），总挥发性脂肪酸（TVFA），乙酸，丁酸和戊酸的浓度（P<0.05）。此外，稻草青贮饲料与植物乳杆菌，三叶草和小麦麸皮可以提高羔羊整体生长性能，瘤胃发酵能力。
4.4 微生物发酵饲料在牛生产方面的应用
余淼等研究发现：在饲料中添加乳酸菌、酵母菌后，肉牛血清中TP、ALB、IgA、IgG和IgM的含量显著提高（P<0.05），同时血清中MDA含量、AST、ALT活性显著降低，总抗氧化能力、总SOD的活性极显著增强（P<0.01）。Suryanto等研究发现：可可豆壳发酵的饲粮，饲喂肉牛后，其肉骨比、肋部眼肌面积和胴体率等生产性能均显著增加（P<0.05），肉品质也得到显著改善。吴小燕等研究表明：用乳酸菌、枯草芽孢杆菌和酵母菌等益生菌对食品工业副产物进行发酵，奶牛的全期产奶量显著提高，乳密度、乳糖、乳蛋白、乳脂肪的含量也显著提高了（P<0.05）。Vailati等研究发现：在添加酵母菌发酵产物应对奶牛乳房炎挑战时，酵母菌发酵产物能够降低直肠温度、体细胞评分和感染季的温度。还发现，酵母菌发酵产物补充剂上调了与免疫细胞抗菌功能、上皮组织保护和抗炎活性相关的乳腺基因。酵母菌发酵产物奶牛对乳腺炎反应中TNF-α、热休克蛋白（heat shock protein,HSP）反应的上调。其他解毒和细胞保护功能通路以及紧密连接通路也在酵母菌发酵产物喂养的奶牛中上调。Wanapat等在肉牛上的研究发现：给肉牛饲喂桑麻青贮，瘤胃内TVFA和单独的挥发性脂肪酸（volatile fatty acid,VFA）极显著升高（P<0.01）；氮利用效率和尿嘌呤衍生物含量极显著提高（P<0.01）。金红岩等研究发现：微生态制剂会提高围产期牦牛瘤胃中乙酸、丙酸含量、降低丁酸含量，差异均不显著（P>0.05）。我们推测其原因可能是由于围产期要为泌乳期提供能量准备，乙酸、丙酸等通过糖异生途径为机体提供能量，有生成又经过消耗，效果就不那么明显了。Neves等在阉牛上的研究发现：添加益生菌组的ADG增加更大。各组间采食量差异不明显，背最长肌面积和背脂厚度均增大。益生菌改善了生产性能，有助于纤维消化率的提高，并改善了胴体评价指标。
4.5 微生物发酵饲料在其他动物生产上的应用
吴灵丽等研究发现：在獭兔饲粮中添加发酵苹果渣，养分消化率、ADG提高（P<0.01），料重比、腹泻率显著降低（P<0.01）。He等研究发现：添加10%的发酵大米蛋白代替饲料中的鱼粉效果最好，石斑鱼的生长性能提高，差异不明显，肠道中的消化酶如：淀粉酶、胰蛋白酶等活性高于对照组，TNF-α、IL-2等免疫相关基因等表达下调，肠道菌群α多样性与对照组差异不显著（P>0.05）。
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存在的问题
5.1 饲料报酬有待提高
我们学过免疫学都知道微生物的代谢产物是抗原，随着动物采食饲料进入动物体内，将会产生抗体，而动物体产生抗体的同时就会消耗自身的能量与蛋白，此时饲料报酬就会降低。
5.2 饲料营养物质有损耗发酵
饲料在消毒、干燥的时候由于温度较高，高温会导致维生素遭到破坏，矿物质的形态和分布发生改变。
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未来愿景
生物发酵饲料作为抗生素的替代品，备受行业的关注，生物发酵饲料的饲喂效果已经得到了业界的肯定，正在加大力度研究发酵饲料，经过无数次的试验，从刚开始的固态发酵逐渐倾向于液态发酵，这也说明了发酵技术的成熟，因此我们可以坚信，随着畜牧业的发展，行业人士将不断攻坚克难，研发更加优质的发酵饲料，实现真正意义上的无抗养殖，为人类提供更加安全健康的畜产品，实现人畜健康。
