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发酵饲料的应用及其对环境的影响

       近年来,随着国内养殖技术水平的提高及养殖模式的改进升级,大型集约化畜禽养殖场日渐增多,这也导致畜禽养殖疾病风险增加,疾病的防控压力大增。大量的畜禽粪便集中排放对环境造成的污染加剧,同时也带来了养殖成本上升和食品安全压力剧增等问题,对我国畜牧业的可持续发展构成了巨大威胁。因此,要解决我国养殖业面临的困境也得从饲料入手。微生物发酵饲料绿色、环保,富含活益生菌及其次生代谢产物和一些功能性小肽,能抑制有害菌的生长,提高动物的肠道健康及生长性能,有望减少或替代饲用抗生素。另外,发酵饲料还能减少畜禽粪便中氮磷的排放量和养殖场有害气体及臭味的产生,还兼具可利用非常规饲料资源,节省粮食,减缓人畜争粮等优点,因此是我国畜牧业可持续发展的重要保障,也是我国今后饲料工业发展的长期战略。

01发酵饲料应用现状

1.1 国外发酵饲料应用现状

  国外养殖中发酵饲料的使用相当普遍且以发酵液体饲料为主。欧盟许多国家的猪场采用全价饲料经发酵后直接饲喂,或发酵谷物原料部分再与多维多矿等营养素混合后饲喂。目前,法国约有15%的猪场使用发酵液体饲料,荷兰至少有60%的规模化猪场使用发酵液体饲料;丹麦有30%以上的母猪饲用发酵饲料,而在泌乳期则有70%以上的母猪使用;英国家畜委员会下属有25%以上的猪场应用液体发酵饲料饲喂。

      发酵液体饲料是将营养丰富的全价饲料或谷物原料部分和水按1∶1.5~1∶4之间混合,采用自然乳酸菌或接种乳酸菌发酵。发酵24h内乳酸浓度达到100mmol/L,就可以消除沙门氏菌确保发酵饲料的安全。但通常,仅仅依靠自然发酵,乳酸很难能达到这个浓度。通过向液态饲料中接种乳酸菌,能快速产生高浓度的乳酸,让饲料pH值达到4.2或更低,从而杀死沙门氏菌和大肠杆菌。发酵液体饲料因为含有大量的乳酸以及功能性小肽,适口性好,营养又安全。此外,发酵液体饲料也会因为酵母菌主宰发酵产生较多醋酸而造成适口性不佳的情况。

1.2 国内发酵饲料应用现状

  2012年起,生物饲料呼声加紧,生物饲料、发酵饲料再次成为新宠。但我国发酵饲料的普及率还很低,且以固态发酵饲料为主,以发酵液体饲料的饲喂模式则刚刚起步。

  我国发酵饲料的发展与我国的国情及饲料资源短缺息息相关。首先,我国优质蛋白质饲料资源严重不足,大豆和鱼粉的对外依存度已超过70%。鱼粉由于受全球环境污染、过度捕捞等影响,产量波动很大;加之产地分布不均造成市场垄断,致使鱼粉价格居高不下,也给我国的养殖业带来了沉重负担。因此,我国发酵饲料的应用首先是通过发酵豆粕、棉粕、菜粕以及DDGS等植物性蛋白饲料原料来提高现有蛋白质饲料资源的利用率,以缓解我国蛋白饲料资源紧缺为目的。许多文献综述了微生物发酵饼粕蛋白饲料的特色、功能以及开发利用情况,这里就不再赘述了。其次,我国粮食资源紧缺,而另一方面非常规饲料资源丰富,种类多。全国有各类杂粕、糟渣资源近2亿t,但由于其粗纤维含量高、含有抗营养因子或营养价值低等因素致使其开发利用率不高,这不仅造成了很大的环境污染,同时也是巨大的资源浪费。另外,我国每年农作物秸秆7亿多t,大部分直接还田或被烧荒丢弃。通过微生物对这些糟渣类资源和秸秆进行发酵处理,可以提升其营养价值并在养殖业中得到充分利用,可以缓解我国饲料原料供应不足的困境。因此,我国发酵饲料发展应用的另一种常见形式是以农、副产品及其加工副产物的深度利用为出发点的。刘劲松等以玉米秸秆和豆粕为主要原料,接种乳酸菌和枯草芽孢杆菌获得了感官评价不错和益生菌含量较高的发酵饲料。

       目前,我国固态发酵饲料还是以酵母菌、芽孢杆菌为主的好氧发酵为主。并且我国大部分发酵饲料厂采用没消毒的原料进行发酵。这些原料一般都会含有沙门氏菌、大肠杆菌等病原菌及其他杂菌。好氧发酵较难抑制杂菌生长,容易污染。同时好氧发酵过程中会产生大量的热和气体,造成饲料能量和重量的较大损失。此外,大规模固态发酵生产的产品质量稳定性很难保证,加之检测成本较高,安全性评价不够,限制了发酵饲料产品的推广。同时由于各个发酵饲料厂技术水平和发酵条件参差不齐,产品也是良莠不齐,需要进一步规范。由此可见,我国目前的发酵饲料产业尚处于起步阶段。

02发酵饲料对环境的影响

2.1 替代饲用抗生素,减少抗生素对环境的污染

  我国畜禽、水产养殖中抗生素滥用非常严重,猪饲料中抗生素的添加浓度很高。过量使用抗生素会引起环境微生物产生大量耐药性,饲用抗生素的长期大量使用,不仅导致畜禽对疾病抵抗力越来越差,同时细菌的耐药性也越来越强,治疗时不得不加大用药量,从而使得抗生素残留越来越多,浓度越来越高,抗生素残留严重超标的动物食品也频频检出,食品安全缺少保障。由于公众对食品安全的日益重视,禁用饲用抗生素的呼声高涨。后抗生素时代如何搞好养殖,是我国畜牧业工作者面临的一个难题,而发酵饲料是解决这个问题的钥匙。

     欧盟自2006年全面禁用饲用抗生素以来,畜禽养殖的水平不仅没有下降,还取得长足进步,这很大程度是因为发酵液体饲料的普及应用。这些鲜活的实例表明,发酵饲料可以替代饲用抗生素,提高动物的肠道健康和生产性能。吕峰等以不加抗生素的发酵全价料饲喂28日龄断奶的杜大长仔猪,发现仔猪生长性能提高,腹泻率减少,认为发酵饲料可取代抗生素在仔猪饲料中的添加。林标声等用微生物发酵饲料和金霉素分别饲喂60头体重约8~10kg的杜长大三元杂交断奶仔猪,发现饲用微生物发酵饲料组比抗生素组平均日增重提高了5.56%,而料重比降低了3.53%,粪便中有益菌群显著增多,pH值下降,表明微生物发酵饲料可代替抗生素添加,并有促进仔猪健康生长的功效。王娟娟等用发酵饲料和抗生素分别饲喂72头杜长大仔猪后,发现日粮添加发酵饲料提高了仔猪血液中的白细胞数量和淋巴细胞转化率;血清中免疫球蛋白IgA的含量和超氧化物歧化酶(SOD)的活性都有所提高,表明发酵饲料可以增强仔猪机体的免疫功能和抗应激能力。由此可见,使用发酵饲料后,抗生素等预防药物的用量有望大大减少,减少耐药性菌株的产生几率及由此对环境和食物造成的污染。

2.2 提高饲料利用率,减少氮磷排放

  饲料原料经微生物发酵后,一些有毒有害物质或抗营养因子含量降低,蛋白含量提高,消化吸收率增加。同时,微生物发酵还产生大量的蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶等酶,一定程度上提高了饲料的利用率。吕月琴等在基础日粮中添加三个不同梯度的发酵饲料并饲喂42周龄的海兰褐蛋鸡发现:与不添加发酵饲料组相比,三个添加组蛋鸡肠道中乳酸杆菌数量显著提高,大肠杆菌数量则显著降低;三个添加组氮排泄率均有下降,且中剂量组下降显著;所有添加组磷排泄率均有下降的趋势,但差异不显著。以上结果表明微生物发酵饲料可以明显改善蛋鸡的肠道微生态平衡,降低氮、磷排泄率。廖云琼等在基础日粮上加入20%的EM 发酵液饲喂荷斯坦奶牛发现,试验组粪便中的全氮、速效氮和全磷、速效磷的含量均显著低于饲喂基础日粮组,表明饲喂EM发酵饲料能有效降低牛粪中氮磷含量,从而减少粪便中氮磷的排放对环境的污染。

2.3 降低养殖舍内有害气体含量,提高动物福利

       有研究报道芽孢杆菌能在肠道内能产生氨基氧化酶和分解硫化物的酶,从而降低粪便中氨、吲哚等有害气体的浓度。而发酵饲料中往往含有大量的这类有益微生物。同时发酵饲料因为提高了蛋白的消化利用率,显著减少了动物粪便中氨氮物质的含量。因此,发酵饲料对于降低养殖舍内氨气等有害气体的含量,减少环境污染,作用明显。蒋建生等用微生物发酵木薯渣饲料替代部分全价饲料饲喂肉鸭,发现发酵木薯渣饲料替代部分全价饲料有利于降低养殖场环境中硫化氢、氨气的浓度,且添加比例越高效果越明显。张光勤等用湿态酒糟发酵蛋白饲料饲喂蛋鸡,也发现鸡舍内氨气浓度大幅下降,比对照组降低了32.0%。盛清凯等在全价配合饲料中添加枯草芽孢杆菌和乳酸菌进行发酵后饲喂母猪,发现猪粪中的粪臭素浓度极显著降低。养殖舍内氨气、硫化氢以及臭气的减轻,动物的呼吸道疾病减少,也提高了动物福利。

2.4 提高微量元素的利用率,减少重金属的污染

       在畜禽养殖过程中,饲料中常添加适量Cu、Zn等重金属元素,以提高畜禽的生产性能及维护机体的健康。有研究表明日粮中添加高剂量的铜可显著提高猪的生长性能,添加高剂量锌能显著降低仔猪断奶后腹泻并促进其生长。朱元招等用高铜高锌+金霉素和低铜低锌+2%湿基态发酵植物蛋白质饲料分别饲喂15kg左右的仔猪,发现尽管发酵饲料组锌、铜的添加量较低,但其腹泻率降低,表明发酵饲料可以提高微量元素的利用率。廖云琼等在全价配合饲料中添加枯草芽孢杆菌和乳酸菌进行发酵后饲喂母猪,也发现发酵饲料和猪粪中醋酸提取态的铜、铁、锌、锰含量均显著或极显著增加,还原态的铜、铁含量显著增加,氧化态的铜、铁含量显著或极显著减少,残渣态的铜含量无明显变化,表明饲料发酵改变了饲料和猪粪中铜、铁、锌、锰的化学形态,与饲料中添加有机微量元素的效果类似。可见,发酵饲料可以提高微量元素的利用率,可以降低饲料中铜锌的添加量,从而减少重金属对环境的污染。

03发酵饲料应用展望

  当前由于传统的谷物和蛋白原料成本不断上升,采用替代性原料降低饲料成本已成为全球饲料加工企业和养殖企业的新常态。面对此种状况,低成本、高营养的发酵饲料被越来越多的养殖企业接受和采纳,并逐步增加发酵饲料的使用量,因此发酵饲料的开发和应用是畜牧行业的发展趋势,具有较大的市场发展空间。

  近几年,国内发酵饲料的发展方向逐渐分化,第一种是保证益生菌增殖的同时,兼顾日粮营养的基本需求,添加比例5%~30%。第二种是强调发酵饲料的肠道调节功能,大幅提高发酵饲料中益生菌的种类与浓度;第三种是关注微生物的代谢产物。综合考虑成本、效益、安全等方面,饲料加工企业和养殖厂对此三种类型的微生物发酵饲料越来越重视,也在不断的研究与开发更好的加工方式和更好的动物应用方案。另有报道称,未来10年,我国发酵饲料将占饲料总量的10%~20%,达到3000~6000万t,其产值也将达到1000亿元以上。

04结语

      发酵饲料必然将成为解决我国饲料资源短缺和规模化养殖对环境污染的重要途径和手段。发酵饲料会拥有更广阔的市场前景,进而为饲料行业、养殖行业带来巨大的经济效益和社会效益。


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