生物饲料科技研究与应用

蔡辉益 张 姝 邓雪娟 刘国华 常文环 闫海洁

(1.中国农业科学院饲料研究所，北京 100081;2.生物饲料开发国家工程研究中心，北京 100081)

生物饲料是目前世界上研究和开发的热点，就保障我国饲料资源、饲料和畜产品安全，促进减排、降低环境污染等诸多方面都显示了极大前景，发展生物饲料具有重大战略意义。国外生物饲料研究从20世纪80年代起步，真正发展起来是在20世纪90年代。我国相应的研究也就不过近几年时间。国外生物活性饲料添加剂的研究进展迅速，总体水平高于国内，尤其在饲用生物活性添加剂的生理生化研究方面已较深入。而我国生物饲料的研究除少数传统发酵产品外，普遍存在生产技术水平不够完善、品种少、应用技术不配套等问题。然而，目前我国生物饲料无论是研究还是实际应用都呈现出快速、高效的态势。现代生物技术的大量应用，在酶制剂的发酵菌种基因改良提升、发酵工艺和水平等方面已经赶上甚至部分领域超过发达国家的相应水平，如耐高温植酸酶裸酶生产技术、高比活葡萄糖氧化酶生产技术等都已经走在世界前列。在抗生素替代品益生素、益生元和天然植物提取物等方面也是如火如荼，取得了很好的成绩。随着全社会对畜产品安全关注的进一步提升，发酵饲料原料，甚至是全价饲料发酵的研究与应用成为行业发展的大趋势。然而，诸如益生素的应用技术、抗菌肽的生产应用技术等还存在许多问题，为此，本文就我国主要生物饲料产品技术的研发与应用进行了综述。

1 生物饲料的定义及种类

2013年11月生物饲料开发国家工程研究中心专家委员会对生物饲料的定义为: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、发酵工程等现代生物技术为手段，利用微生物工程发酵开发的新型饲料资源和饲料添加剂的总称。生物饲料种类主要包括饲用酶制剂、微生物饲料添加剂、功能性蛋白肽、功能性氨基酸、有机微量元素、植物与微生物提取物、益生元、发酵和酶解饲料以及其他生物技术相关产品。

2 饲用酶制剂

2.1 我国目前允许使用的单酶品种

我国目前允许使用的单酶品种包括植酸酶、蛋白酶、木聚糖酶、β-甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶、β-葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、淀粉酶、支链淀粉酶、脂肪酶、麦芽糖酶、果胶酶、纤维素酶13种。

2.2 酶制剂在畜禽生产中的应用

在改善畜禽生产性能方面:综合近年研究结果表明，无论是在仔猪、育肥猪，还是在肉鸡、蛋鸡以及反刍动物(育肥肉牛、羔羊、奶牛等)饲粮中添加包括植酸酶、半乳糖苷酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、葡萄糖氧化酶等单酶都产生了正向效果，表现为提高了动物平均日采食量、平均日增重、产蛋率，改善了饲料转化率［1-6］。

在改变畜产品成分方面:植福华［7］报道，在泌乳前期奶牛饲粮中添加外源非淀粉多糖酶制剂，促进了奶牛泌乳和改善了乳成分。

2.3 饲用酶制剂综合使用效果排名

根据生物饲料开发国家工程技术中心利用单胃动物仿生系统在乳仔猪动物的试验结果，单酶使用效果排名依次为:葡萄糖氧化酶、植酸酶、半乳糖苷酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶、木聚糖酶;单酶性价比排名依次为:植酸酶、甘露聚糖酶、半乳糖苷酶、葡萄糖氧化酶、葡聚糖酶、木聚糖酶。

2.4 新型饲用酶制剂研究与应用

目前，新型饲用酶制剂研发重点首先集中在耐高温酶、耐低温酶和高比活酶等方面，其次是复合酶制剂的研发和应用技术，再次是淬灭酶(N-酰化高丝氨酸内酯酶)、葡萄糖氧化酶等几种新型酶制剂的生产技术和应用方法。

2.4.1 淬灭酶

淬灭酶是由中国农业科学院饲料研究所近来新研制的一种酶制剂，它可以群体感应调控微生物各种基因表达，协助病原菌感染和定植，调控毒力因子的产生和作用，介导病原菌的免疫能力和耐药性［8-9］。张志刚等［10］试验结果表明，淬灭酶可提高乳仔猪日增重8.57%，降低料重比8.24%;在肉鸡生产实践中淬灭酶可以降低肉鸡料重比3.65%，明显提高肉鸡经济效益。

2.4.2 葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶是中国农业科学院饲料研究所研制的又一杰作，因其特殊性成为目前市场上再次关注的热点。它具有抗氧化、抑菌、保鲜、提高消化酶活性、降解霉菌毒素、保护肝脏等多种功效，是继植酸酶后又一革命性的新型酶制剂。其酶活性定义为:37℃、pH 5.5条件下，每分钟形成1 μmol过氧化氢的酶量为1个单位。其特点是:当pH为4.0～7.0，酶活性≥40%;当温度为25～50℃，酶活性≥85%。其作用机制是:C6H12O6+O2=C6H12O7+H2O2。目前市场葡萄糖氧化酶活性有 500、1 000、3 000 U/g 等规格。杨久仙等［11］报道，葡萄糖氧化酶可以降低仔猪胃中食糜的pH。汤海鸥等［12］试验结果表明，保育仔猪饲粮添加葡萄糖氧化酶，日增重提高12.06%，料重比降低3.56%，采食量提高7.97%，腹泻率降低44.80%。张宏宇等［13］报道，断奶仔猪饲粮中添加200 mg/kg的葡萄糖氧化酶可显著提高断奶仔猪的生长性能以及养殖经济效益。

2.5 酶制剂作用机理

除了已经明确的机制，如降低肠道食糜黏度、提高养分消化率、减少畜禽后肠道有害微生物的繁殖、改变肠壁结构、提高养分吸收能力等之外，最近的研究还表明，肠道中的pH环境可能影响植酸酶的活性。然而，Martinz等［14］研究表明，饲粮中丁酸与植酸酶的效果发挥没有联合效应。Sindt等［15］报道，植酸酶剂量与青年公鸡的生长速率和表观氮校正代谢能(AMEn)具有正相关关系，但在后期该效果减弱。Evans等［16］试验结果表明，酶制剂的添加对不含肉粉和肉骨粉的饲粮作用效果更好。此外，研究人员证实，蛋白质、钙、磷和钠离子水平的降低将显著降低饲料转化效率和骨矿化效果，而植酸酶和木聚糖酶的添加则可以消除该副作用［17］。

2.6 复合酶的应用技术

2.6.1 饲用复合酶制剂的设计

常见复合酶的酶谱由6～9种主要单酶组成(表1)。

表1 常见复合酶的酶谱(添加量:500～1 000 g/t)Table 1 The formula of common enzyme complex(dosage:500 to 1 000 g/t) U/g

2.6.2 使用复合酶后饲料配方调整技术

乳仔猪饲粮应用复合酶后，配方师可以考虑去皮豆粕或膨化大豆降低3% ～5%，鱼粉降低1% ～2%，膨化玉米降低3% ～5%，抗生素可以降至国家允许使用的范围内，酸化剂降低1% ～3%，氧化锌降低1 kg/t。

2.6.3 复合酶制剂的应用效果

综合近年研究结果表明，复合酶应用多数集中在仔猪、育肥猪、肉鸡、蛋鸡、肉鸭、鹅等单胃动物，研究结果都产生了正向效果。表现出提高了动物平均日增重、产蛋率，改善了饲料转化率。同时根据仿生系统评估结果表明，乳仔猪复合酶的应用可以使豆粕利用率提高8.32%;玉米利用率提高6.47%。多数试验结果表明，复合酶应用可以降低200 kJ能量，相当于5 kg油脂;降低蛋白质1%～2%，相当于23 kg蛋白质含量43%的豆粕［18-19］。

在复合酶制剂中单酶互作效应方面，Yan等［20］在小麦-干酒糟及其可溶物型肉鸡饲粮中添加复合酶(1 000 U/g木聚糖酶、75 U/g β-葡聚糖酶和12.5 U/g α-半乳糖苷酶)显著降低消化道食物的黏度26%，明显改善饲料转化效率，但3种酶之间没有互作效应。Gareis等［21］指出，复合酶制剂与饲粮能量间存在互作效应。此外，有研究证实，复合酶的发挥效果与饲粮类型和底物浓度有关［22］。

2.6.4 影响酶制剂应用的因素

要使复合酶制剂的作用充分发挥，除了考虑目标动物、生理阶段、饲粮类型等因素外，更重要的是考虑饲料生产加工工艺。在生产实践中，粉料中使用酶制剂效果较颗粒料显著。这主要因为酶制剂对温度比较敏感。如果制粒温度超过85℃，应采用制粒后液体酶制剂喷涂技术，可避免高温蒸汽对酶活性的不利影响。目前，国内科学家利用菌种转基因技术生产出一种植酸酶，真正解决了酶制剂耐高温问题，这种无需包被的裸酶具有极大发展潜力。

2.7 酶制剂生产与应用技术发展趋势

2.7.1 生产技术方面

酶制剂生产技术包括以下几项:1)酶表达的基因遗传设计技术。应用组建蛋白质结构的新方法能获得自然界并不存在的具有全新结构和功能的蛋白质。在确定设计目标和初始序列后，经过结构预测和建模，对序列进行初步修改，然后进行酶基因表达或多肽合成，再经过结构功能检测结果指导修改原先设计。2)酶表达基因的修饰技术。多位点定点突变技术:定点突变是蛋白质工程中采用的重要技术之一，但以往一般每次只能引入单点突变，突变效率较低，所以多点突变技术成为研究热点。酶定向进化技术:利用的主要原理有基因嵌合酶、易错PCR及DNA体外随机拼接技术。利用酶的定向进化技术对酶基因进行遗传修饰，可能获得具有特殊性能的突变酶及突变菌株。3)目标酶性质优秀基因的克隆和表达。随着越来越多的物种基因组的物理图谱和DNA测序的完成、DNA重组技术的完善以及各种蛋白质结构和功能关系数据的积累，人们在很大程度上能突破天然酶缺陷的限制，通过克隆和改造各种功能基因使其在微生物中高效表达，再通过优化发酵工艺获得廉价优质产品。

2.7.2 应用技术方面

对影响饲用酶制剂应用效果因素的研究成为获得最佳效果的关键，必须对如下几方面加以关注:1)饲用酶的添加方式是选择体外消化还是在动物体内起作用;2)针对不同原料和目标动物的专用型复合酶制剂的研究;3)酶制剂随动物生长变化的动态应用技术，不同生长阶段的同一动物的酶制剂配方差异性研究;4)复合酶中各单酶制剂间的拮抗关系以及复合酶制剂的添加对不同动肠道微生态环境的影响评估;5)耐高温裸酶制剂的应用方法研究。

3 微生物饲料添加剂

微生物饲料添加剂或饲用微生物，俗称益生素，在我国已有十余年的发展历程，然而，一直存在应用技术研发落后、行业标准制定落后等问题，阻碍了该领域的发展。

3.1 提高机体免疫力，改善生产性能方面

胡顺珍等［23］研究报道，复合微生态制剂能够提高肉鸡生产性能，改善肠道微生态环境，提高抗氧化能力，增强免疫功能。尹清强等［24］报道，微生态制剂的使用能减少哺乳和断奶仔猪消化道疾病发生，降低死亡率，提高机体免疫力。苏云［25］研究表明，微生态制剂均能够增加仔猪和蛋鸡的生产性能，饲粮中添加不同的微生态制剂可改善断奶仔猪的生产性能。

许多科研人员探索了粪肠球菌、嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌、植物乳杆菌、戊糖片球菌等对仔猪、肉鸡生产性能的影响及其应用新技术新方法，综合结果表明，其应用可以提高平均日增重，降低料重比和腹泻率，降低粪便中大肠杆菌数量，提高血液中白蛋白和总蛋白含量，降低尿素氮含量;其对雏鸡具有促进生长的作用，可提高雏鸡肠道乳酸杆菌和双歧杆菌的数量，减少大肠杆菌和沙门氏菌在肠道内的定植和增殖，可提高钠葡萄糖共转运载体(SGLT1)和小肽转运蛋白(PepT1)mRNA转录水平，进而提高对葡萄糖和小肽的吸收［26-34］。还有科学家利用酿酒酵母等探讨了其对仔猪、肉鸡生产性能的影响及应用新技术新方法，结果表明酿酒酵母等添加剂能改善仔猪消化道微生物区系，促进有益菌的增殖，对大肠杆菌等有害菌的生长有抑制效果［35-36］。

光合细菌(沼泽红假单胞菌)在饲料中的使用方法方面:研究报道，沼泽红假单胞菌按照1.25×106CFU/mL水体用量处理对虾养殖水体，可有效降低对虾养殖废水中的化学耗氧量(COD)、游离态 氨(N-N)、硝 态 氮 (N-N)、正 磷 酸 盐(P-P)的含量;按照1.5×106～7.5×106CFU/mL水体用量处理泥鳅养殖水体，能够稳定养殖水体的pH，显著提高溶氧量和化学耗氧量，氨氮去除效果明显，氮磷比值得到了有效调节［37-38］。

复合菌制剂在饲料中的使用方法方面:科学家们分别就两歧双歧杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母等对肉仔鸡、海兰褐蛋鸡的试验结果表明，产蛋数、产蛋率、蛋重和饲料利用率无直接影响，但明显降低蛋的破损和提高机体的抵抗力，减少死淘率，减少鸡舍内氨气含量，降低环境污染，促进肉仔鸡生长，提高肉仔鸡存活率，降低直肠中大肠杆菌数量;同时强调，益生素加上复合酶可以成为常用抗生素的替代物［39-43］。

3.2 改善肉品质方面

宋良敏［44］报道，猪饲粮中应用微生态制剂有利于提高育肥猪对钙、磷和粗蛋白质的表观消化率，并提升猪肉的品质。杨华等［45］利用枯草芽孢杆菌、乳酸菌、双歧杆菌、酵母菌饲喂奶牛可显著提高奶牛产奶量，但对牛奶品质改善作用不明显。

3.3 微生态制剂技术发展趋势

1)筛选更多具有直接促生长作用的优良微生物，包括改造菌群遗传基因，选育优良菌种，提升抗酸、抗热等能力。2)应注意从动物营养代谢与微生物代谢关系方面研究益生素的作用机理和方式。3)加强剂型加工工艺的研究，例如真空冻干技术和微胶囊技术保护产品，采用真空包装或充氮气包装延长产品保质期技术等，提高活菌浓度及其对不良环境的耐受力。

4 功能性蛋白肽

4.1 功能性蛋白肽在畜禽生产中的应用

在提高生产性能方面:包括含蛋白肽极高的血浆蛋白粉在内，其应用都显著提高了仔猪、雏鸡的平均日增重、平均日采食量和饲料转化率，增强了雏鸡免疫力，降低了仔猪腹泻率［46-49］。在改善动物肠道微生态平衡方面:单春乔等［50］报道，大豆小肽能促进益生菌的增殖作用。

4.2 功能性蛋白肽发展趋势

目前，我国部分科研单位和企业在该类产品上已经开发出效果显著的产品，但因国家管理方面的严格至今还没有真正的抗菌肽面市。未来在饲用肽产品的结构与功能关系方面，利用现代生物技术改进活性肽，如将编码某种抗菌肽的基因整合到某些生物体内，通过生物细胞的发酵或培养来直接表达出目的抗菌肽等方面尚需加强研究。

5 益生元

继益生素后，人们发现许多多糖或寡糖具有通过调节动物肠道微生物生长而影响微生态平衡的作用，称之为益生元，受到全球研究者们的高度重视。

5.1 新型生物多糖

多糖是存在于自然界的醛糖和(或)酮糖通过糖苷键连接在一起的聚合物(一般10个以上)，分布于动植物及微生物中，具有广泛的生物学功能，它不仅是所有生命有机体的重要组分，还控制细胞分裂和分化，参与细胞间的识别、转化及物质运输，参与机体免疫功能的识别、肿瘤细胞的凋亡等过程。在畜牧生产中，多糖主要作为重要的抗生素替代品，发挥免疫调节、抗病毒、调节肠道微生态及抗细菌等功能。

5.1.1 多糖作用机制

多糖能够通过影响细菌对细胞的黏附，抑制动物肠道有害菌的生长和提高有益菌的生长，从而改善动物肠道微生态，抑制细菌对宿主细胞的危害［51-54］。

5.1.2 新型多糖在动物生产中的应用

大量研究表明，多糖可作为一种理想的抗生素替代品，在畜牧业中具有广阔的研究与应用前景。近年来涉及试验的多糖包括芦荟多糖、乙酰化甘露聚糖、香菇多糖、姬松茸多糖、黄芪多糖、白术多糖、海藻多糖、沙葱多糖等10多种;涉及的试验动物有8种，包括黄羽肉鸡［55-56］、快大型肉仔鸡［58-59］、仔猪和育肥猪［60-65］、口裂腹鱼、南美白对虾［66-67］、樱 桃 谷 鸭［68］、断 奶 犊 牛［69］、肉 羊［70］等。结果表明，多糖可以提高试验动物日增重，改善饲料转化效率，降低腹泻率，降低死淘率。然而在多糖的提取分离纯化技术、多糖结构与功能的关系及多糖的剂量与效应关系等方面仍需更深入的研究。

5.2 寡糖

寡糖是由2～10个单糖组成的一类聚合物。构成寡糖的单糖主要是5碳糖和6碳糖，包括葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖等。这些单糖可以以直链或分支结构形成寡糖。目前常用且研究较为集中的寡糖主要包括果寡糖、甘露寡糖、半乳寡糖、大豆寡糖、木寡糖、异麦芽寡糖、壳寡糖等。寡糖具有独特和多样的生理功能及安全、稳定的产品性能，能够促进机体肠道内有益微生物菌群的形成，结合、吸收外源性病原菌，调节机体的免疫系统。因此用作饲料添加剂前景广阔。

5.2.1 促进肠道内有益菌群的形成，改善肠道结构，阻止有害菌定植方面

寡糖可作为营养物质被双歧杆菌、乳酸杆菌以及拟杆菌等有益菌代谢利用，而梭状芽孢杆菌和大肠杆菌等有害菌对其代谢利用率很低。有益菌代谢产生的丙酸是黏膜代谢的主要能源物质，具有促进正常细胞形成的作用。寡糖能显著增加动物的肠绒毛高度和肠壁厚度。寡糖与动物肠内壁细胞表面的受体结构相似，在肠道竞争性的和病原菌细胞表面的外源凝血素结合，抑制病原菌在肠道的定植与繁育［71-73］。Shang 等［74］研究结果表明，果寡糖添加到肉鸡饲粮改变了肉鸡肠道微生物结构，同时表明饲粮中钙、磷的数量和比例均能影响肠道微生物种群。

5.2.2 改善动物生产性能方面

近年来寡糖在动物生产应用效果方面的报道较多，其应用效果受寡糖种类、饲粮组成、动物年龄和种类、使用剂量等因素的影响。但总体结果表明，寡糖可以改善肠道微生态平衡，改善动物消化吸收功能，提高血清中低密度脂蛋白含量，提高日增重，改善饲料转化效率，降低腹泻率，改善肉品质等。涉及的寡糖包括壳寡糖、果寡糖、木寡糖、甘露寡糖、大豆寡糖等多种;涉及的试验动物包括猪［75-79］、家禽(肉鸡、蛋鸡、北京肉鸭、樱桃谷肉鸭)［80-87］、反刍动物(羔羊、犊牛)［88-89］、水产动物(罗非鱼、南美白对虾)［90-91］等。

5.3 其他益生元在畜禽生产中的应用

赵兴鑫等［92］研究了中草药益生元对肉鸡肠道微生物和形态结构的影响，1.0% ～2.0%添加处理显著降低肠道内大肠杆菌的数量，而2.0%添加处理能有效抑制总需氧菌生长，并显著促进乳酸杆菌和双歧杆菌增殖。王赤龙等［93］研究了乳源性益生元对西伯利亚鲟生产性能和营养成分消化率的影响，结果显示，在西伯利亚鲟饲料中添加2%乳源性益生元，能提高饲料中氨基酸的消化率和饲料利用率。还有研究指出，益生素和益生元可以替代抗生素和抗球虫药，改变肠道微生态平衡关系，改善小肠潜力，改变肠组织发育，对采食量、饲料转化效率、死亡率等无显著影响，肉鸡的生长在后期都可以补偿回来［94-95］。

6 天然植物提取物

近年来，天然植物提取物因其绿色、无公害、环保等特点被国内外研究人员关注，并成为发展绿色饲料添加剂的主要趋势之一。尤其是随着欧盟及一些国家限用或禁用抗生素法规的出台，天然植物提取物饲料添加剂已作为饲料中抗菌抑菌物的首选替代品，并成为开发研究的重点之一［96］。

6.1 天然植物提取物在肉鸡生产中的作用

天然植物提取物在肉仔鸡上的应用以降低仔鸡发病率、提高成活率为主要目的。Waihenya等［97］研究发现，饲喂芦荟提取物能降低肉鸡因禽沙门氏菌感染而引起的死亡率，提高抗体水平，降低脏器中沙门氏菌数量。王君荣等［98］研究了紫苏籽提取物对蛋种鸡的影响，发现其能提高产蛋率、种蛋合格率、种蛋受精率和孵化率，提高单枚蛋重和饲料转化率。Adhikari等［99］采用天然植物提取物、油混合物+酸制剂、益生素复合物饲养肉鸡，发现天然植物提取物和益生素复合物具有最好的增重效果。

在改善肉蛋品质方面，很多天然植物提取物自身具有较强的抗氧化活性，可以提高动物体内的抗氧化能力，对于提高鸡的免疫力、抗应激能力、生产性能和肉蛋品质等方面具有良好的作用。例如:在肉鸡饲粮中添加1%～2%鲜大蒜或0.2%的大蒜素，鸡肉的鱼腥味便会消失，鸡肉香味变浓;在肉仔鸡饲粮中添加芦荟多糖可以降低肌肉的滴水损失，提高肌肉的持水力，改善鸡肉品质。

6.2 天然植物提取物在养猪生产中的作用

对仔猪生产性能的影响:天然植物提取物具有提高仔猪的生长速度，降低料重比的作用。研究表明，在断奶仔猪饲粮中添加牛至油30～50 g/kg，可提高饲料利用率3.35%，饲粮中添加黄芪、黄连、刺五加等复合提取物，可显著促进仔猪生长和降低腹泻率［100］。

对育肥猪生产性能的影响:饲粮中添加黄芪多糖具有提高生产性能的趋势，而且黄芪多糖还能提高生长猪的体液免疫和细胞免疫能力。在饲粮中添加茶多酚能提高育肥猪肌肉总抗氧化能力，降低生长猪腹泻率［101-102］。

对母猪生产性能的影响:侯晓礁等［103］研究表明，在妊娠后期母猪饲粮中添加300 g/t黄芪多糖粉，能有效提高妊娠后期母猪的生产性能和出生仔猪的健康水平，对妊娠母猪的各种繁殖障碍和疾病有很好的预防作用，窝均产仔数、窝均活仔数和窝均活仔重均高于对照组，弱仔率、死胎率、木乃伊率和畸形率均比对照组低。在哺乳母猪基础饲粮中添加0.5%的植物提取物能明显改善哺乳母猪的泌乳性能，提高哺乳仔猪的生产性能，降低哺乳仔猪的腹泻率及死亡率。

6.3 天然植物提取物在反刍动物生产上的作用

天然植物提取物能够提高反刍动物的采食量和饲料消化率，同时改变瘤胃微生物菌群，使得降解粗饲料的微生物数量增多，从而改善了其发酵类型。研究发现，天然植物提取物能够抑制瘤胃甲烷产生，不仅降低反刍动物甲烷生成对环境的影响，而且可以减少瘤胃发酵过程中的能量损失，提高饲料的利用率［104］。近年来，大量研究表明，天然植物提取物中含有皂苷、挥发精油和单宁等多种生物活性成分，具有抗菌、促生长、提高免疫力和抗氧化等功能，同时具有调控反刍动物瘤胃发酵模式、降低饲料蛋白质损失、减少甲烷排放的功能［105］。

7 发酵饲料

发酵饲料是指在人工控制条件下，微生物通过自身的代谢活动，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，产生更能被畜禽采食、消化、吸收的养分并且无毒害作用的饲料原料。发酵饲料生产工艺分为液体发酵和固体发酵2类。液体发酵技术国外使用较多，普遍采用饲料中天然存在的乳酸菌、酵母供发酵;国内普遍使用微生物发酵剂或菌种，使用固体发酵技术。

7.1 发酵饲料原料

目前，我国新版《饲料原料目录》中载列了发酵饲料种类(表2)，并于2013年1月1日起施行。实际生产中使用的生物发酵原料产品包括发酵豆粕、发酵棉籽粕、发酵菜籽粕、发酵麸皮、青贮饲料、单细胞菌体蛋白和酵母蛋白等。

当前我国可发酵用非常规饲料原料有:米糠饼、统糠、高粱糠、白酒糟、黄酒糟、啤酒糟、麸皮、玉米皮、玉米胚芽粕、玉米芯粉、大豆皮、大豆糖蜜、豆渣、花生粕、椰子粕、葵花籽粕、枣粕、枣粉、甘薯渣、菊苣渣、菊芋渣、马铃薯渣、魔芋渣、木薯渣等。

7.2 发酵全价料

所谓发酵全价料是对通常的混合饲料经过发酵处理后的俗称，非规范名称，但在实际生产中已广泛使用，如蛋白质饲料原料单独发酵后，与能量饲料和预混料混匀后饲喂;能量饲料原料、蛋白质饲料原料和预混料混匀后发酵饲喂;常规饲料原料发酵后大比例替代普通全价饲粮等方式都在应用。

7.3 常用发酵菌种

目前生产中常用的发酵菌种包括:枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、植物乳杆菌、粪肠球菌、干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、酿酒酵母、米曲霉、黑曲霉等。

7.4 生物活菌制剂与发酵饲料的异同

生物活菌制剂与发酵饲料的异同见表3。

表2 我国发酵产品及副产品原料目录Table 2 Ingredient list of the fermentation feed and its by-products in China［106］

表3 生物活菌制剂与生物发酵饲料特性比较Table 3 The specialty comparison between biological live bacteria preparation and biological fermentation feed

7.5 发酵饲料的功能

发酵饲料具有改善饲料的适口性、刺激畜禽采食、提高饲料中营养物质消化率及利用率的功能，还有益于畜禽肠道健康和增强免疫力，降解饲料中的有毒物质，产生促生长因子，有效地抑制消化道中的大肠杆菌、沙门氏菌及一些致病性细菌与病原体的繁殖与生长。

脱毒和抗营养因子去除包括:豆粕中的抗原蛋白，棉籽粕中的棉酚，菜籽粕中的硫甙、芥子酸，粗饲料中的纤维、非淀粉多糖。经过体外消化，大分子蛋白质变为小肽，多糖变为单糖，吸收效率提高。

发酵饲料能促进断奶仔猪的生长，提高饲料转化率。饲料经过乳酸菌发酵之后提供了许多生物活性物质，如功能性多肽、酶等，使饲料的消化吸收率大大提高。章世元等［107］和张宏亮等［108］报道，发酵豆粕可促进断奶仔猪生长，促进胃肠道组织的发育，减少腹泻，提高饲料利用率。王长彦［109］在育肥猪中应用微生物发酵饲料，比常规饲料表现出较好的生产性能，平均日增重提高了4.67%。

越来越多的养殖企业正在逐渐增加发酵饲料的使用量，使用发酵饲料将是畜牧行业的发展趋势，发酵饲料市场有较大的发展空间。但在有关生物饲料产品的适口性、营养成分、抗营养因子、天然毒素以及对动物健康状况和畜产品品质的影响等方面，都需要建立合适的方法进行安全性评价。

7.6 发酵饲料生产技术

发酵饲料生产技术除了发酵菌种以外，生产工艺是决定发酵技术成败的关键。目前，国内外关于发酵饲料生产技术主要包括以下几种:1)青贮技术。其工艺传统、历史悠久、技术成熟，缺点是季节性强，原料必须新鲜，且只能就地利用，基本不能远距离运输，开窖后必须在短时间内用完，目前仅限于反刍动物领域的应用。2)固态好氧发酵技术。这种生产方式在20世纪80—90年代很流行，在全国各地都有推广应用。与传统发酵工艺一样，其缺点是发酵成品需要干燥，否则容易腐败变质，而且这种工艺的机械化程度较低，需要较多人工用于物料的翻拌、散热等繁琐操作。随着劳动力成本和能源价格不断上涨，目前这种技术优势也正在逐步丧失。3)固态厌氧发酵技术。相对于好氧发酵，该技术能耗低，微生物代谢产生的热量少，生产过程往往不需要翻拌散热。发酵产品只要密封得当，即使长期存放也不会腐败变质。可以广泛利用豆渣、果渣、玉米浆和糖渣等高水分含量的农业和轻工业副产物作为生产原料，生产技术实用，产品附加值高，保质期长，符合我国国情。接种后发酵物料含水量在30%～50%，蛋白质含量在4.5%～42.0%，操作弹性极大，可大比例使用上述副产物，最大使用比例可以达到30%，成品也不需要干燥，与传统发酵技术相比具有很大的成本优势。

8 生物饲料未来研究重点

8.1 生物饲料资源评估与发掘

针对生物饲料产品的特性要求，开展相关微生物和基因的筛选、分离和功能验证，尤其要注重特殊环境微生物和未培养微生物中的基因资源，利用最新发展起来的分子生物学技术手段，建立基因资源直接分离的高通量技术方法及有效的快速功能评估系统，获得一批有自主知识产权、有应用价值的新基因资源，建立生物饲料产品相关基因资源的高通量筛选技术和快速功能评估体系。

8.2 生物饲料基因工程技术平台的建立

利用现代分子生物学技术，如基因打靶技术、error-proven PCR技术、DNA shuffling技术、DNA微突变高通量快速筛选技术、基因敲除技术、基因删除技术等各种不断更新的基因工程技术，构建高效生物反应器技术平台和多功能菌株改良技术平台，提高工程菌的应用效率，降低生产成本，以期规模化廉价生产。

8.3 生物饲料蛋白质工程技术平台的建立

根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用蛋白质工程手段，按照人类自身的需要，根据对分子预先设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，来实现对它所编码的蛋白质进行改造，达到定向地改造天然蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子，蛋白质工程技术的运用，可以提高重组蛋白质的活性，改善制品的稳定性等。

8.4 生物饲料发酵工程技术平台的建立

针对多种饲用安全重组生物反应器，建立高效的高密度发酵技术平台，并开发高效稳定的产品加工技术，提高生物饲料产品的稳定性、实用性和应用的高效性，并加快生物饲料产业化和实际应用的步伐。

8.5 生物饲料生产与技术系统集成

生物饲料的系统集成是生物饲料工程化研究的重点之一，一种生物饲料产品的研发往往需要应用几种生物技术，需要进行集成创新和重点突破，研究其使用方法和标准。此外，也应当研究生物饲料产品应用和其他饲养技术的系统集成，建立相应的配套应用技术体系，可促进重大生物饲料产品的研发、产业化和推广应用。

8.6 生物饲料产品饲用价值与安全性评价

生物饲料产品关键成分检测包括:营养成分、抗营养因子和天然毒素以及其他由于生物技术而发生改变的成分(包括新物质的表达量、功能和稳定性等)。生物饲料产品的饲用价值与安全性评价包括饲喂后对动物的健康状况和畜产品品质的影响。动物可食部分添加到饲料后还需进行试食试验，解决适口性问题，同时建立合适的方法进行安全性评价。

9 小结

生物饲料涉猎的范围较广，难以全揽和逐一评述所有生物饲料科技内容。目前的研究主要集中在生物饲料添加剂和饲料原料及全价料的生物发酵菌种、工艺及其安全性和有效性的评价等方面。可以肯定的是，饲用酶制剂、微生物添加剂、益生元添加剂等生物饲料添加剂的生产技术和应用技术日趋完善，它们的集成应用为抗生素时代的终结积累了理论知识和实践经验。现代生物技术，尤其是基因工程技术和高密度发酵工程技术的应用，使饲料原料和部分动物特殊阶段全价料的生物发酵处理可以更好地实现，同时为全面彻底解决畜产品安全，提高肉蛋奶风味品质以及提升生态环境治理开辟了崭新的研究领域和巨大的产业前景。

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