广告
利用生物发酵技术处理秸秆、糟渣、饼粕、尾菜等非常规原料或者豆粕、玉米等常规原料,即可拓展饲料原料资源,也可提高原料的营养价值,改善饲粮适口性。饲喂生物发酵饲料在一定程度上还能够提升动物的生产性能和健康水平。当前,我国的母猪养殖中已经大量使用不同类型的发酵饲料,对于提高种母猪生产性能和改善母仔猪健康水平具有积极的影响。本文综述了发酵饲料特点及其在母猪生产上的应用,旨在为母猪养殖中合理使用发酵饲料、提高养猪生产的经济效益和保障养猪业健康可持续发展提供参考。
我国是世界第一养猪大国,2022年,我国生猪出栏量6.99亿头,能繁母猪存栏量4 390万头。母猪的繁殖机能和生产性能对养猪业的健康、稳定、可持续发展具有重要影响。为母猪提供优质饲料和合理的营养供给水平,能够保障母猪的繁殖性能达到最优,并促进新生仔猪的健康发育,提高养猪生产的经济效益。
研究表明,使用优质发酵饲料能够显著改善母猪产活仔数、仔猪出生体重等繁殖性能,增强母猪机体抵抗力,促进产后恢复,减少疾病的发生[1-2]。从作用机理上来看,发酵饲料中的纤维和抗营养因子水平大幅降低,蛋白质、维生素等营养物质含量明显提高[3]。此外,发酵饲料含有乳酸菌等大量益生菌以及短链脂肪酸等多种功能性的微生物代谢物,饲喂发酵饲料可调节母猪肠道菌群,增强肠道吸收功能和免疫机能,改善母猪便秘[4]和生产引起的代谢失衡等问题。本文主要综述了当前国内外发酵饲料的特点、发展趋势及其在母猪养殖中的应用效果,为母猪生产上合理化使用发酵饲料提供参考。
1 发酵饲料
发酵饲料一般是指在饲料原料中接种有益微生物,并在特定环境下使微生物快速生长,使得饲料原料的部分理化特性得到改善和转化的饲料。在这一过程中,微生物可将饲料原料中的某些抗营养因子和纤维等大分子物质分解并转化成易被畜禽吸收消化的小分子营养物质,从而提高饲料利用率。
发酵饲料使用的原料分为常规饲料原料和非常规饲料原料。常规饲料原料主要包括豆粕、菜籽粕、棉籽粕和麦麸等,非常规饲料原料则主要包括酒糟、马铃薯淀粉渣、中草药渣、木薯渣、甜菜粕、饲草以及大量的果蔬加工剩余物等。使用发酵非常规原料,可以减少饲料中玉米、大豆等粮食原料的使用比例,缓解人畜争粮的矛盾,同时也显著降低养殖成本。
当前的生产中常见的是发酵单一饲料原料,如玉米、豆粕、菜籽粕、酒糟、果渣等,然后将发酵原料部分替代配合饲料直接饲喂给动物,或者经过烘干和调制后按照适宜的比例加入配合饲料中使用。也有少量情况将浓缩饲料或者全价配合饲料发酵后使用的。但大量使用发酵配合饲料饲喂动物,可能会由于微生物的消耗造成饲料部分营养成分不足。
1.1 发酵饲料的种类
发酵饲料有多种不同的分类方式。按发酵工艺可分为固态发酵饲料和液态发酵饲料;按发酵微生物可分为单菌种发酵饲料、多菌种发酵饲料以及菌酶协同发酵饲料;按微生物生长情况可分为好氧发酵饲料、厌氧发酵饲料和两段式发酵饲料;按发酵底物可分为发酵饲料原料、发酵全价饲料及发酵浓缩饲料等。
目前,发酵饲料工业化生产中最常见的为菌酶协同发酵饲料和多菌种发酵饲料。菌酶协同发酵饲料是使用国家相关法规允许使用的饲料原料、微生物和酶制剂,在发酵工程和酶工程技术协同作用下生产的单一或混合饲料[5]。在菌酶协同发酵中,酶可以促进底物的分解,并通过调节乳酸的生成和pH的变化来影响微生物的发酵效率;菌种能够降解底物并为酶解反应提供小分子物质,从而加快酶解反应进程,此外,部分微生物还能够生成特定功能的纤维素酶、蛋白酶等,与发酵体系内的外源酶进行协同,共同促进底物酵解。
多菌种发酵饲料是利用复合菌种对饲料基质进行发酵。与单菌种发酵相比,合理组合的发酵多菌种之间存在协同作用,能够在较大程度上分解饲料原料,弥补单菌种发酵不足。如霉菌和酵母协同发酵,霉菌能分泌纤维素酶及蛋白酶等酶类,降解粗纤维及粗蛋白质等物质,生成可被酵母菌直接利用的葡萄糖、氨基酸等小分子物质;酵母菌则在这些小分子营养物质的作用下不断生长繁殖[6],提高发酵产品质量。不过,部分菌种之间也存在相互抑制作用[7],在使用多菌种发酵时应考虑菌种间抑制作用,充分发挥多菌种之间的协同作用。
1.2 发酵饲料的菌种
不同类型的发酵菌种有着其各自独特的生理特点和生长特性,在实际生产应用中,根据不同的生产用途选择合适的原料及菌种,以此满足实际生产需求,获得理想的发酵终产品。当前常用于饲料发酵的菌种有4类,分别是乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌和霉菌,其作用机制及功能见表1[8⇓⇓⇓⇓⇓⇓-15]。
1.3 影响发酵饲料品质的因素
饲料在发酵过程中,由于发酵时间、温度、pH、培养基的性质和组成、菌种接种量、微生物种类以及底物水分含量等因素不同,均会对发酵速度和发酵产物品质产生影响[16-17],导致发酵结果变化很大。其中,微生物的种类和接种量是影响发酵饲料品质的重要因素。菌种接种剂量过大则会导致氧气消耗过快,使得氧气供给不足,影响微生物正常生长代谢的同时引起原料浪费;接种剂量过小则会引起微生物的生长速度缓慢,发酵效率变低。不同微生物对不同底物的反应具有明显差异,并产生不同的代谢产物[18]。例如,随着细菌的增殖,乳酸菌大量产生乳酸,霉菌产生柠檬酸,而酵母菌则代谢产生乙醇和二氧化碳[19]。饲料发酵过程中,乳酸产生量越多,pH就下降越快,原料中含有的沙门氏菌或大肠杆菌等致病菌的生长得到有效抑制[20]。酵母菌是发酵饲料常用的主要菌种,酵母菌可显著提高玉米、豆粕、麸皮等发酵原料中的粗蛋白质、氨基酸和总磷含量,提高发酵饲料营养价值,同时也可降低原料中黄曲霉毒素等毒害物质含量。适当的酵母菌进入畜禽消化道内,与病原体共聚集,可将大肠杆菌等结合到自身表面,从而阻断这些细菌与肠道上皮的结合[21]。但是,高浓度的酵母菌则会因为产生过多乙酸、乙醇和戊醇等化合物影响饲料的适口性,从而降低畜禽采食量[22]。所以,生产中要根据不同底物和环境进行发酵菌种的筛选、协同和复配,在此基础上对发酵工艺进行深度优化和完善。
2 发酵饲料在母猪生产上的应用
母猪的健康水平和生产性能在很大程度上影响养殖场的经济效益。母猪的生产性能容易受到多方面因素的影响,通过营养调控是改善母猪生产性能的主要途径之一。在妊娠母猪饲养过程中,由于母猪自身生理代谢迅速变化以及胎儿发育,其对营养物质的需要不断提高。此阶段营养供给不足会导致母猪体况下降[23],母猪则会动员身体组织来维持胎儿生长发育,进而导致或加剧母猪生产性能下降以及妊娠综合征的出现。在妊娠和泌乳阶段,合理使用优质发酵饲料可以通过均衡营养供给、促进母猪对养分的高效吸收、提高母猪肠道健康和肠道免疫水平以及平衡糖和脂代谢等多个方面来改善母猪的生产性能和健康水平。
2.1 发酵饲料对母猪生长状况和免疫机能的影响
大量研究结果显示,在饲粮中添加部分优质发酵饲料可以在一定程度上提高动物采食量,提高营养物质消化率,进而改善动物生长性能。微生物发酵不但可以赋予饲粮酸、香、甜的良好滋味,而且可以通过多种途径提高饲粮的营养价值,如降低纤维含量、提高粗蛋白质和脂质含量、提高维生素可用性以及改善蛋白质溶解度和氨基酸模式[24]。Wang等[25]报道,用枯草芽孢杆菌和屎肠球菌共同发酵玉米和豆粕,并用15%的发酵原料等量替代基础饲粮饲喂母猪,能够显著增加母猪平均日采食量、出生仔猪体重和母猪个体体重,且与未添加发酵饲料的对照组母猪相比,其母猪背膘损失显著降低。另一项研究发现,给哺乳母猪饲喂含10%发酵玉米-豆粕型饲料的饲粮,母猪在哺乳期间的平均日采食量提高了7.8%,背膘损失下降了30.8%[26]。综上所述,饲料经发酵后具有良好的适口性和消化利用率,饲喂母猪发酵饲料可以提高母猪采食量,促进母猪对营养物质的消化吸收。
使用发酵饲料还可以增强母猪及仔猪免疫机能。发酵饲料中的有益菌以及细菌产生的一些功能性成分如氨基酸衍生物、细菌素等可以促进母猪免疫系统发挥作用,提高母猪抗病能力[27]。研究发现,饲喂发酵饲料的泌乳母猪在面对某些病原微生物的侵袭时,能够更快地产生免疫应答[28]。与未饲喂发酵饲料的母猪相比,饲喂发酵饲料的泌乳母猪初乳中的免疫球蛋白G(IgG)和免疫球蛋白A(IgA)含量分别提高了31.51%和17.46%[29],血清中白细胞介素-10(IL-10)含量显著提高,血清中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)含量显著降低[26],母猪及其新生仔猪的免疫功能得以增强,抗病和抗应激能力得到提高。
2.2 发酵饲料对母猪繁殖和泌乳性能的影响
发酵饲料对母猪繁殖和泌乳性能的影响是养猪生产中最受关注的问题。研究表明,发酵饲料可提高母猪繁殖性能,主要体现在提高初窝产活仔数、断奶活仔数和21日龄窝重[30-31]。Xue等[32]研究发现,用5%发酵马铃薯浆替代泌乳母猪饲粮中5%麦麸,显著提高母猪血浆黄体生成素含量,并有提高雌二醇含量的趋势,且能缩短母猪断奶至发情间隔。Wang等[25]的研究也证实了发酵饲料可以缩短母猪的发情间隔,且使断奶至发情间隔缩短了28.9%。发酵饲料改善母猪繁殖性能的原因主要是发酵饲料中含有丰富的有益菌,能够优化母猪肠道微生物,推动肠道内环境趋于稳定。肠道内分泌和肠道免疫介导的微生物-肠-脑轴调控了动物的整体健康和代谢平衡。所以,通过使用发酵饲料改善肠道健康和功能对于维持母猪产前和产后的健康具有重要影响。此外,发酵后的饲料中抗营养因子和纤维等大分子物质被分解并转化成大量小肽、游离氨基酸和短链脂肪酸等小分子营养物质,更容易被母猪及其子代吸收和利用,为母猪产后恢复和仔猪早期的快速发育提供营养保障。同时,优质发酵饲料口感更好,具有明显的酸香味和多汁性,能够刺激产后母猪恢复进食和能量补充,也为新生仔猪提供更为充裕的营养供给。
母乳的产量和品质对新生仔猪的存活和早期快速生长至关重要。母猪乳汁是一种复杂的生物体液,含有满足仔猪早期生长发育所必须的营养物质和多种免疫成分,为仔猪提供养分的同时增强仔猪抵抗力。泌乳母猪的乳成分往往会随着品种、胎次、饲粮和疾病状况发生变化[33]。优质发酵饲料对母猪的泌乳量、初乳和常乳成分具有一定的改善作用。王小明等[34]研究发现,在妊娠后期和泌乳期分别单独饲喂发酵玉米-豆粕型饲粮均能够显著提高母猪的泌乳量。石显亮[35]研究发现,在母猪妊娠后期每天给予母猪0.5 kg发酵芦笋下脚料可以显著提高初乳中乳蛋白质、生长激素、胰岛素和IgG含量,并显著降低初乳中TNF-α含量。胡永强等[36]每天给母猪补饲1 kg发酵中草药饲料,结果发现,母猪乳汁质量和总抗氧化能力得到提高。Zou等[37]也将复方中草药发酵后作为添加剂饲喂母猪,结果表明,补充发酵复方中草药的母猪初乳和常乳中的生物活性成分如槲皮素含量高于未补充发酵复方中草药的母猪,且母猪乳汁中积累了大量具有抗菌、抗炎和免疫增强作用的高水平差异代谢物。中草药含有大量功能活性成分,可杀灭病原体、缓解炎症、增强免疫力和修复肠道屏障等,如槲皮素、腺苷等对大肠杆菌、沙门氏菌等腹泻致病菌具有较强的抗菌作用;次黄嘌呤可以缩短胃肠道转运时间,从而加速粪便中致病微生物和毒害物质的排泄。上述研究表明,使用优质发酵饲料可以改善母猪的泌乳性能和乳品质,并且经母乳提供了部分具有抗炎、杀菌、提高免疫力的生物活性物质,这对于维持仔猪早期健康生长至关重要。
2.3 发酵饲料对母猪便秘的影响
便秘是妊娠母猪饲养中常见的问题,长期便秘会造成母猪采食量低下、营养不良及免疫抵抗力下降等[38]。母猪在妊娠期间,随着胎儿的持续发育,母猪的肠胃受到挤压,从而降低了母猪的采食量和饮水量;且该阶段母猪黄体酮水平持续升高,导致平滑肌收缩、肠道蠕动减少,消化道中的食糜排空时间延长,粪便中的水分被大量吸收,导致大便干燥,进而导致母猪排便困难,造成便秘。母猪分娩后,其消化器官受到的挤压减小,肠道活动增加,肠道对水分的吸收增加,还会加重产后便秘[39],对母猪的生产性能产生不良影响。
研究发现,发酵饲料可以使母猪肠道内膳食纤维和有益菌的数量得到增加,改善肠道内环境,促进肠道运动,提高食糜在肠道内的流通速度,改善母猪粪便形态并降低母猪便秘发生率[40]。张秀江等[41]用10%、20%和30%发酵玉米-豆粕型饲料等量替代基础饲粮,结果发现,母猪在妊娠前期便秘发生率分别降低了50%、50%和75%,妊娠中期便秘发生率分别降低33.33%、66.67%和66.67%,妊娠后期和哺乳期便秘发生率分别降低60%和50%。章红兵等[42]用5%发酵饲料代替常规饲粮中5%的玉米饲喂母猪,在整个试验期母猪的平均便秘率下降73.89%。综上所述,饲喂发酵饲料能够有效缓解母猪的便秘问题。
2.4 发酵饲料对仔猪生长性能的影响
仔猪在胎儿时期发育所需的营养物质全部来源于母猪。在妊娠的早期阶段,母猪处于一个以合成代谢为主的代谢状态,且随着胎儿的不断发育,母猪采食量增加,为妊娠后期和泌乳期做好营养物质储备[43]。研究发现,给母猪饲喂发酵饲料可以影响仔猪的生长发育[44],并在一定程度上改善仔猪的健康水平,促进其生长。Sun等[4]用4%的发酵竹纤维饲喂母猪,发现能提高仔猪血清IgG、免疫球蛋白M(IgM)和胰岛素样生长因子-1含量,促进仔猪肠道形态发育,并提高仔猪肠道有益菌的丰度,降低仔猪腹泻发生率。苏莹莹等[45]发现,用5%、10%的发酵苜蓿饲喂母猪后显著提高了新生仔猪第7天和第14天的窝重,对仔猪断奶体重也有一定提高作用。而生长早期的体重快速增加能够保障仔猪的健康发育,抵抗断奶应激和腹泻等疾病,减少死淘率。
发酵饲料对仔猪生长的调控可能主要是通过影响仔猪肠道菌群的定植和稳定。肠道的微生物定植是一个复杂过程,涉及微生物-宿主和微生物-微生物相互作用[46],通常认为仔猪出生时肠道内没有微生物,在出生后通过与母体和环境接触迅速获得并形成肠道菌群,并在断奶后逐渐稳定[47]。在母猪上使用发酵饲料有助于给仔猪消化道导入更多的益生菌,加速肠道菌群的成熟。Wang等[33]研究发现,给母猪饲喂发酵玉米-豆粕型饲粮会影响其子代的肠道细菌数量和多样性,明显改善断奶仔猪肠道菌群结构,提高肠道乳酸菌属的丰度,增强肠道菌群对氨基酸等营养物质的代谢和利用。
3 小结与展望
大量的试验研究和生产应用案例反映了发酵饲料在母猪生产中具有广泛的应用潜力。发酵饲料通过改善母猪生产性能和增强免疫机能,提高其繁殖和产仔性能,增强仔猪早期快速生长和抗病能力,为养殖业提供了一种健康、经济和高效的饲养方式。然而,目前对于发酵饲料的研究和使用还存在一些问题和挑战。例如:饲料发酵使用不当会造成营养不均衡或者霉变,发酵粗饲料的过量使用也会引起母猪生产性能下降或者健康风险;发酵饲料所用的菌株具有多样性和复杂性,需要进行严格的筛选和鉴定,进一步研究发酵过程中微生物之间的对话机制和工艺参数优化。此外,发酵产品质量标准尚不完善,缺乏统一的发酵产品质量评价标准。在应用方面,随着发酵时间的增加,微生物代谢会消耗饲料中部分营养物质,导致发酵饲料营养不均衡,需要提高微生物和动物营养的协同作用,寻求适宜添加剂量、发酵时间和适用范围。未来的研究需进一步完善发酵饲料的机制研究和应用技术,为养殖业的可持续发展做出更大的贡献。
