菌酶协同发酵饲料在仔猪上的应用进展

现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2021/11/5 10:08:45 关注：608 评论： 我要投稿

  摘要：菌酶协同发酵饲料是当前新兴的高效、安全、绿色替抗型饲料，菌酶协同发酵具有降低饲料中抗营养因子、改善动物肠道健康、提高饲料消化率和保护生态环境等功能。文章综述常用菌制剂以及酶制剂的特性和优势，总结其在仔猪生产上的应用进展，并分析菌酶协同技术目前存在的不足和未来的研究方向，旨在为菌酶协同发酵饲料更广泛地应用于仔猪饲养领域提供参考。
  仔猪断奶后，机体各方面功能发育不完善、肠道屏障功能减弱、腹泻率高、生长缓慢、病死率高。菌酶协同发酵可以利用乳酸菌和芽孢杆菌以及其他有益菌来抑制有害菌繁殖，改善仔猪肠道健康，也可以通过酶制剂来提高仔猪免疫力。菌酶协同发酵饲料在育肥猪上的应用较多，在仔猪生产上的应用研究较少。文章综述菌酶协同发酵饲料在仔猪生产上的应用进展，为菌酶协同发酵饲料在仔猪饲养中的广泛应用提供参考。
  1 菌酶协同发酵饲料的概念及意义
  1.1 菌酶协同发酵饲料的概念
  菌酶协同发酵饲料是指使用农业农村部《饲料原料目录》和《料添加剂品种目录》等国家相关法律法规允许使用的饲料原料、微生物和酶制剂，通过发酵工程和酶工程技术协同作用生产的饲料。在饲料发酵过程中根据发酵基质的特点额外添加酶制剂，或者在饲料酶解处理工艺中加入一定量的菌制剂进行发酵，以期实现生物发酵料中菌制剂和酶制剂“1+1>2”的协同效应。
  1.2 菌酶协同发酵饲料的意义
  菌酶协同发酵可以提高发酵过程中微生物对饲料中大分子物质的利用效率，降低饲料原料中抗营养因子含量，如纤维素酶分解秸秆中的纤维素和半纤维素可以生成单糖，为酵母菌合成菌体蛋白提供能量，也可以解决单独使用微生物发酵产酶不足的问题。因此，采用菌酶协同作用对于饲料的资源开发和应用具有重大意义。
  2 益生菌的种类及作用
  2009年美国饲料控制官员协会和美国联邦食品、药物管理局公布允许在饲料中使用的微生物菌种有46种，2008年我国批准使用的有16种。2013版我国农业农村部发布的《饲料添加剂品种目录》中，允许在饲料中添加的微生物菌种有35种。益生菌属于一种活性微生物制剂，饲料中可以使用的益生菌包括乳酸菌、酵母菌、芽孢菌等。
  2.1 乳酸菌
  乳酸菌是使用最早、最多的益生菌。乳酸菌可以保持机体肠道微生态平衡，抑制腐败菌的滋生和腐败产物的生成，提高畜禽的适口性，提升发酵的品质和有氧稳定性。根据乳酸菌发酵生成乳酸的途径，可以将其划分为同型发酵和异型发酵。同型乳酸菌发酵产酸可以迅速酸化饲料、降低饲料pH值，使大多数不耐酸的腐败菌和致病菌的生长繁殖受到抑制；异型发酵不但可以产生乳酸，还可以产生细菌素、类细菌素、乙酸和二氧化碳气体，这些产物有助于提升发酵饲料的有氧稳定性。
  2.2 酵母菌
  酵母作为一种单细胞真菌，属于兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下都能生存。酵母无害、易生长，空气、水、土壤中、动物体内都含有酵母。厌氧条件下，酵母菌将糖分解成二氧化碳和乙醇，此时饲料有酒香味。有氧条件下，酵母菌将糖分解为水和二氧化碳。酵母菌生长快，含有较高含量的B族维生素、蛋白质、氨基酸等营养物质，可以为动物补充蛋白质，帮助动物消化、抑制病原微生物的繁殖、促进有益菌生长，提高机体免疫力。
  2.3 芽孢杆菌
  芽孢杆菌在动物肠道内含量极少。目前，主要饲料行业主要利用地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等。芽孢杆菌能耐受胃酸，对饲料加工、运输过程中的高温、干燥、氧化、高压等环境因素的抵抗力强、稳定性高，并有很强的蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶活性，能降解植物饲料中一些结构复杂的化合物。
  3 酶制剂的种类及作用
  酶制剂是一类具有酶特性的生物活性物质，可以催化物质的分解和各种化学反应，提升反应速率。酶种类繁多，主要包括纤维素酶、木聚糖酶、植酸酶、β-葡聚糖酶、果胶酶及蛋白酶等。酶制剂可以将饲料中不易被动物消化吸收的大分子营养物质分解为可被消化吸收的小分子营养物质，提高饲料的利用率，在饲料业中得到广泛应用。在饲料中酶制剂作用机理主要是破坏植物细胞壁，将细胞内的营养物质释放出来，进而提高蛋白质、可溶性碳水化合物和脂肪的含量。在发酵饲料中酶制剂将发酵原料中不能被乳酸菌直接利用的纤维素和半纤维素降解为单糖，增加乳酸菌发酵底物，进而促进乳酸发酵。酶制剂能够提高青贮玉米秸秆中可溶性碳水化合物含量，增强有氧稳定性。在巨菌草中添加复合酶制剂，可以显著改善其发酵品质。
  4 菌酶协同发酵饲料在仔猪上的应用进展
  全面禁止添加抗生素后，菌酶协同作用处理饲料的研究及应用得到越来越多的重视。养殖者通过益生菌和酶制剂替代抗生素，使饲料通过酶解及发酵在体外进行预消化，最终达到提高仔猪日增重和免疫力、降低仔猪腹泻率等目的。
  4.1 提高仔猪日增重
  饲料经菌酶协同处理后富含乳酸、小分子肽、还原糖、游离氨基酸、维生素和酶等产物，这些产物可以提高仔猪对营养物质的消化率和利用率，进而提高仔猪的生长性能。多数饲料原料中含有较多植物纤维，中性洗涤纤维含量过高会影响食糜黏度，阻碍饲料在仔猪肠道内的正常消化，饱腹感增加，采食量降低。张煜等发现，特定菌和非淀粉多糖复合酶协同发酵处理饲料，可以降解饲料中39.36%的中性洗涤纤维，提高仔猪采食量和日增重。豆粕中的蛋白酶抑制因子和大豆抗原蛋白等抗营养因会降低豆粕消化率，影响动物体内营养物质的吸收率；还会破坏动物体内的某些器官，影响动物的生长发育、生理和健康状况。周爽等通过中性蛋白酶和枯草芽孢杆菌生长时分泌的酶系协同发酵的方式处理豆粕，消除豆粕所含的抗营养因子，肽含量从 13.35mg提高至199.65mg，提高豆粕饲用价值，提高仔猪对豆粕的吸收利用率，提高仔猪日增重。Chang等研究表明，饲粮中添加乳酸菌发酵可以使可溶性氨基酸增加211%，显著提高仔猪养分消化率和ADG。Wang等在饲粮中添加24%发酵豆粕，发现仔猪ADG显著升高。帖余等通过木聚糖酶、蛋白酶体外酶解菜籽粕，使植酸含量从34.45mg/g降低至1mg/g以下，硫苷含量从31.38μmol/g降解为11.31μmol/g，小肽含量提高至21.19%；加入黑曲霉发酵可以有效地抑制杂菌的增殖，改善菜籽粕消化率，提高仔猪日增重。
  4.2 提高仔猪免疫力
  胃肠道免疫系统是仔猪健康的重要防线，益生菌通过刺激机体分泌溶菌酶，增加吞噬细胞的活性可以提高仔猪胃肠等器官对致病菌和病原微生物的抵抗力。有研究表明，饲喂菌酶协同发酵饲料可以使仔猪腹泻频率显著降低7.45%，日增重提高 6.8%，能够促进小肠上皮细胞的发育，使血清中IgG含量提高38.9%，IgM含量提高50.0%。利用益生菌发酵和酶解作用可以将豆粕中的大豆蛋白降解为小肽，提高血管紧张素转换酶的含量，维持畜禽的健康。复合微生物中含有的益生菌能够有效提高仔猪机体内巨噬细胞的吞噬活性，促进免疫器官的发育，提高断奶仔猪机体的抗体水平，从而提高仔猪抵抗疾病的能力和抵抗应激的能力。仔猪血清生化指标可以反映仔猪的健康状态。谷草转氨酶（AST）和谷丙转氨酶（ALT）主要存在于心脏和肝脏的组织细胞中，在机体出现应激情况时，血清中的AST和ALT活性会升高。碱性磷酸酶（ALP）与机体消化代谢功能相关，ALP活性的高低可以反映仔猪的生长情况。刘艳君等给仔猪饲喂菌酶协同发酵饲料，发现仔猪ALP活性无显著变化，血清中AST显著降低，表明饲喂菌酶协同发酵饲料有利于仔猪肝脏的健康发育。
  4.3 降低仔猪腹泻率
  仔猪断奶后，外来菌群进入仔猪肠道，有益菌对宿主细胞有一定的亲和力，可以通过黏附作用在肠道内定植，产生一层“生物膜”，可以抑制致病菌的侵袭和黏附，起维持胃肠道健康的作用，也可以与肠黏膜上皮细胞受体和肠黏膜上层的粘蛋白结合。额外添加的有益菌经定植和黏附成为肠道常驻菌群，当仔猪肠道中的优势益生菌群将大肠杆菌的生存空间挤占后，可以使大肠杆菌数量减少，维持肠道微生态平衡，降低断奶仔猪腹泻率。酶制剂可以通过促进仔猪对营养物质的利用率改变肠道菌群结构，改善肠道健康。
  张海波等通过蛋白酶和酵母协同作用使断奶仔猪的腹泻率显著降低39.7%、死亡率降低44.4%。张煜等通过菌酶协同发酵饲料与添加抗生素饲料组对比，发现菌酶协同发酵处理可使饲料乳酸含量达到122.18mmol/kg，降解饲料中80%的大豆抗原蛋白，在改善仔猪腹泻效果上与抗生素组无显著差异。Kiers等研究发现，发酵料中添加20%由枯草芽孢杆菌和根霉联合发酵的大豆可提高仔猪生长速度，缓解仔猪腹泻，仔猪采食量增加12%，平均日增重提高21%。利用粪肠球菌、枯草芽孢杆菌和非淀粉多糖酶协同处理饲料中的纤维和大分子蛋白，使其发酵降解为游离氨基酸和小分子肽，饲喂仔猪可以提高仔猪对氨基酸的消化和利用。钟琴等发现，饲喂协同发酵饲料使仔猪胰蛋白酶和空肠黏膜淀粉酶活性分别提高22.91%和15.38%，有效恢复腹泻仔猪空肠杯状细胞数，肠道绒毛高度增加11.48%，降低仔猪腹泻率，提高仔猪成活率。Kantas等研究发现，微生物发酵饲料可以有效调节断奶仔猪肠道内微生态平衡，提高乳酸菌含量并降低致病菌含量，降低仔猪腹泻率和料重比，提高仔猪平均日增重。Zhu等研究表明，将发酵豆粕应用在断奶仔猪日粮中可以改善仔猪肠道微生态环境，减少仔猪肠道内结肠细菌和大肠杆菌的数量，减少腹泻。仔猪断奶后，胃肠道分泌的消化酶较少，酸性环境差，消化系统不能充分代谢利用采食到的饲料导致仔猪腹泻。额外添加饲料酶制剂可以补充仔猪内源酶的不足，消除饲粮中抗营养因子非淀粉多糖等，提高粗蛋白、干物质和总能的表观消化率，调节机体健康状况。葡萄糖氧化酶（GOD）在仔猪机体内外均可催化葡萄糖氧化分解，生成的过氧化氢可以非药物性抑制或杀灭细菌；可以使葡萄糖氧化转化为更利于动物消化吸收的葡萄糖酸，降低pH值，效果类似酸化剂；可以消耗肠道内氧气，形成厌氧环境，使病原微生物繁殖扩增受到抑制。研究发现，GOD能够提高仔猪自身免疫力、生长性能及肠道有益菌群数量，调节仔猪健康，可以显著降低断奶仔猪死淘率和腹泻率。
  4.4 替代抗生素
  近年来，酶制剂和益生菌在饲料中的利用逐渐被重视，菌酶协同逐步成为替抗的重要工具。韩丽等利用菌酶协同的发酵技术优化发酵参数和体系pH值，降解大豆皮中80%以上的抗原蛋白，有效改善动物肠道健康，提高饲用价值。周相超等将菌酶协同处理后的饲料与添加抗生素的饲料进行生产对照试验，发现菌酶协同发酵料富含乳酸、酶、维生素、游离氨基酸和小分子肽等多种生物处理产物。上述产物可以提高动物对营养物质的利用率及其生产性能，达到替代抗生素的目的。张煜等在仔猪饲料中添加10%的菌酶协同发酵饲料，观察仔猪的采食量、料肉比、日增重和腹泻率等指标，发现菌酶协同发酵可以替代抗生素。邓琳等研究表明，微生物发酵饲料能够使仔猪日采食量和日增重分别提高6.90%和4.77%，腹泻率降低65.67%，可以调节仔猪肠道菌群平衡，降低大肠杆菌，提高乳酸杆菌，改善肠道健康，可以替代抗生素使用。Zhang等研究发现，在仔猪日粮中添加10%玉米豆粕混合发酵饲料，可以显著改善仔猪的消化功能、肠道形态和菌群结构，替代抗生素的使用。
  5 菌酶协同发酵饲料的不足
  目前，很多生物饲料的菌种和酶制剂应用组合比较粗糙，多数停留在种的层面，甚至属的层面。菌酶协同效应不明确，其用法用量、协同机制、评价标准及方法尚不明确，缺少坚实可靠的试验数据作支撑。
  饲用酶制剂和菌制剂的热稳定性不够，生产条件粗放导致菌酶活性降低，不能充分发挥其理想效果，且增加了饲养成本。
  对于菌酶协同的安全问题更是不容小觑，针对其微生物学属性，还应严格监测其微生物的安全性。所用菌酶是否合法合规、是否会在有益机制进行的同时产生有害菌，甚至是致病菌的污染。
  6 展望
  未来功能菌株和酶制剂的筛选将是生物饲料研究的核心，需要针对同一畜种不同发育时期的肠道特点及不同畜种的肠道特点等，筛选定植能力强、适应性好的酶制剂和菌株；根据其他特定功能性代谢产物，筛选高效表达菌株。改进生产中菌种和酶制剂的工业加工条件，减少生产中高温高压高湿、重金属离子等不良环境的影响。随着菌株和酶制剂筛选及功能研究的不断深入，菌酶协同的功能不断明确，菌酶之间的组合研究将开启新的发展局面，并实现与肠道微生物组学、代谢组学等前沿研究的同步发展。

  来源：饲料研究
  作者：张蓉 韩淑敏 王涛 陆奇 李建涛