發(fā)酵飼料的應(yīng)用及其對(duì)環(huán)境的影響

金渭武，安泰，鄭曉衛(wèi)，陳博，陳影，盧宗梅，佟毅

（1. 中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司， 北京 102209； 2. 中糧生物化學(xué)（安徽）股份有限公司， 安徽 蚌埠 233010）

發(fā)酵飼料的應(yīng)用及其對(duì)環(huán)境的影響

金渭武1，安泰1，鄭曉衛(wèi)1，陳博1，陳影2，盧宗梅2，佟毅2

（1. 中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司， 北京 102209； 2. 中糧生物化學(xué)（安徽）股份有限公司， 安徽 蚌埠 233010）

當(dāng)前，畜禽養(yǎng)殖中大量使用飼用抗生素并產(chǎn)生大量畜禽糞便，對(duì)環(huán)境構(gòu)成了巨大威脅，也嚴(yán)重制約了我國(guó)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)酵飼料的應(yīng)用有望改變當(dāng)前養(yǎng)殖困境，減少乃至不使用飼用抗生素，提高飼料利用率，減少氮磷排放和氨氣、硫化氫等有害氣體的排放，降低鋅、銅等重金屬的添加，最終緩解畜禽養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的污染。簡(jiǎn)述了發(fā)酵飼料的應(yīng)用及其對(duì)環(huán)境的影響，為發(fā)酵飼料的開發(fā)和應(yīng)用提供支撐。

發(fā)酵飼料；飼用抗生素；環(huán)境

Abstract:At present, the extensive use of antibiotics in the feed industry and the massive manure produced by livestock and poultry have posed a huge threat to the environment. And it seriously hampered the sustainable development of China's animal husbandry. However, the utilization of fermented feed is expected to change the current breeding difficulties. It may replace the use of feed antibiotics to improve feed utilization and reduce the emission of nitrogen and phosphorus. It also can decrease the emission of harmful gas, such as ammonia, hydrogen sulfide. In this paper, application of fermented feed and its Influence on the environment were reviewed to support development and application of fermented feed.

Key words:Fermented feed; Feed antibiotics; Environment

近年來，隨著國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖技術(shù)水平的提高及養(yǎng)殖模式的改進(jìn)升級(jí)，大型集約化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)日漸增多，這也導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖疾病風(fēng)險(xiǎn)增加，疾病的防控壓力大增。大量的畜禽糞便集中排放對(duì)環(huán)境造成的污染加劇，同時(shí)也帶來了養(yǎng)殖成本上升和食品安全壓力劇增等問題，對(duì)我國(guó)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了巨大威脅。

大家知道，養(yǎng)殖是實(shí)現(xiàn)從植物源成分為主的飼料轉(zhuǎn)化為動(dòng)物性產(chǎn)品的過程和有效手段，因此，要解決我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)面臨的困境也得從飼料入手。微生物發(fā)酵飼料綠色、環(huán)保，富含活益生菌及其次生代謝產(chǎn)物和一些功能性小肽，能抑制有害菌的生長(zhǎng)，提高動(dòng)物的腸道健康及生長(zhǎng)性能，有望減少或替代飼用抗生素。另外，發(fā)酵飼料還能減少畜禽糞便中氮磷的排放量和養(yǎng)殖場(chǎng)有害氣體及臭味的產(chǎn)生，還兼具可利用非常規(guī)飼料資源，節(jié)省糧食，減緩人畜爭(zhēng)糧等優(yōu)點(diǎn)，因此是我國(guó)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障，也是我國(guó)今后飼料工業(yè)發(fā)展的長(zhǎng)期戰(zhàn)略［1,2］。

1 發(fā)酵飼料應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)酵飼料應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外養(yǎng)殖中發(fā)酵飼料的使用相當(dāng)普遍且以發(fā)酵液體飼料為主。歐盟許多國(guó)家的豬場(chǎng)采用全價(jià)飼料經(jīng)發(fā)酵后直接飼喂或發(fā)酵谷物原料部分再與多維多礦等營(yíng)養(yǎng)素混合后飼喂。目前，法國(guó)約有15%的豬場(chǎng)使用發(fā)酵液體飼料，荷蘭至少有60%的規(guī)?；i場(chǎng)使用發(fā)酵液體飼料；丹麥有30%以上的母豬飼用發(fā)酵飼料，而在泌乳期則有70%以上的母豬使用；英國(guó)家畜委員會(huì)下屬有25%以上的豬場(chǎng)應(yīng)用液體發(fā)酵飼料飼喂[2,3]。

發(fā)酵液體飼料是將營(yíng)養(yǎng)豐富的全價(jià)飼料或谷物原料部分和水按1∶1.5到1∶4之間混合，采用自然乳酸菌或接種乳酸菌發(fā)酵[4]。發(fā)酵24 h內(nèi)乳酸濃度達(dá)到100 mmol/L，就可以消除沙門氏菌確保發(fā)酵飼料的安全[5]。但通常，僅僅依靠自然發(fā)酵，乳酸很難能達(dá)到這個(gè)濃度[6]。通過向液態(tài)飼料中接種乳酸菌，能快速產(chǎn)生高濃度的乳酸，讓飼料pH達(dá)到 4.2或更低，從而殺死沙門氏菌和大腸桿菌[7,8]。發(fā)酵液體飼料因?yàn)楹写罅康娜樗嵋约肮δ苄孕‰?，適口性好，營(yíng)養(yǎng)又安全。此外，發(fā)酵液體飼料也會(huì)因?yàn)榻湍妇髟装l(fā)酵產(chǎn)生較多醋酸而造成適口性不佳的情況[8]。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)酵飼料應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)90年代后開始關(guān)注和研究發(fā)酵飼料，但種種原因一直沒能很好的推廣應(yīng)用[9]。從2012年起，生物飼料呼聲加緊，生物飼料、發(fā)酵飼料再次成為新寵[2]。但我國(guó)發(fā)酵飼料的普及率還很低，且以固態(tài)發(fā)酵飼料為主，以發(fā)酵液體飼料的飼喂模式則剛剛起步。

我國(guó)發(fā)酵飼料的發(fā)展與我國(guó)的國(guó)情及飼料資源短缺息息相關(guān)。首先，我國(guó)優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料資源嚴(yán)重不足，大豆和魚粉的對(duì)外依存度已超過70%。魚粉由于受全球環(huán)境污染、過度捕撈等影響，產(chǎn)量波動(dòng)很大；加之產(chǎn)地分布不均造成市場(chǎng)壟斷，致使魚粉價(jià)格居高不下，也給我國(guó)的養(yǎng)殖業(yè)帶來了沉重負(fù)擔(dān)[10]。因此，我國(guó)發(fā)酵飼料的應(yīng)用首先是通過發(fā)酵豆粕、棉粕、菜粕以及DDGS等植物性蛋白飼料原料來提高現(xiàn)有蛋白質(zhì)飼料資源的利用率，以緩解我國(guó)蛋白飼料資源緊缺為目的的。許多文獻(xiàn)綜述了微生物發(fā)酵餅粕蛋白飼料的特色、功能以及開發(fā)利用情況[10-12]，這里就不再贅述了。其次，我國(guó)糧食資源緊缺，而另一方面非常規(guī)飼料資源豐富，種類多。全國(guó)有各類雜粕、糟渣資源近 2億 t，但由于其粗纖維含量高、含有抗?fàn)I養(yǎng)因子或營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低等因素致使其開發(fā)利用率不高，這不僅造成了很大的環(huán)境污染，同時(shí)也是巨大的資源浪費(fèi)[13]。另外,我國(guó)每年農(nóng)作物秸稈7億多噸，大部分直接還田或被燒荒丟棄。通過微生物對(duì)這些糟渣類資源和秸稈進(jìn)行發(fā)酵處理，可以提升其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值并在養(yǎng)殖業(yè)中得到充分利用，可以緩解我國(guó)飼料原料供應(yīng)不足的困境。因此，我國(guó)發(fā)酵飼料發(fā)展應(yīng)用的另一種常見形式是以農(nóng)、副產(chǎn)品及其加工副產(chǎn)物的深度利用為出發(fā)點(diǎn)的。劉勁松等以玉米秸稈和豆粕為主要原料，接種乳酸菌和枯草芽孢桿菌獲得了感官評(píng)價(jià)不錯(cuò)和益生菌含量較高的發(fā)酵飼料[14]。中糧集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物極其龐大，僅以中糧生化專業(yè)化平臺(tái)公司為例，其下有13家玉米深加工企業(yè)二級(jí)子公司，年加工玉米600萬(wàn)t以上。而每加工1 t玉米，可產(chǎn)生玉米漿0.09 t、胚芽粕0.07 t、玉米蛋白粉0.056 t、玉米麩皮飼料0.13 t，這些副產(chǎn)品很多都沒有充分利用。從2015年5月以來，中糧生化（安徽）利用玉米、木薯等加工副產(chǎn)物以及其它農(nóng)業(yè)加工副產(chǎn)物，通過添加微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵飼料聚酶肽、酸益壯等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品深受市場(chǎng)歡迎，截止目前已經(jīng)生產(chǎn)銷售了3萬(wàn)多噸，并很快將有新的生產(chǎn)線上馬。中糧生化的酸益壯產(chǎn)品在肉雞養(yǎng)殖試驗(yàn)中一定程度上提高了肉雞生長(zhǎng)性能，降低了料重比，提高了養(yǎng)殖收益[15]。像中糧生化這樣將生產(chǎn)、副產(chǎn)物綜合利用和環(huán)境保護(hù)三者有機(jī)結(jié)合起來，既提升了副產(chǎn)物的價(jià)值，又能保護(hù)環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，這也正為國(guó)內(nèi)更多的農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)所借鑒和復(fù)制。

目前，我國(guó)固態(tài)發(fā)酵飼料還是以酵母菌、芽孢桿菌為主的好氧發(fā)酵為主。并且我國(guó)大部分發(fā)酵飼料廠采用沒消毒的原料進(jìn)行發(fā)酵。這些原料一般都會(huì)含有沙門氏菌、大腸桿菌等病原菌及其他雜菌。好氧發(fā)酵較難抑制雜菌生長(zhǎng)，容易污染。同時(shí)耗氧發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱和氣體，造成飼料能量和重量的較大損失。此外，大規(guī)模固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性很難保證，加之檢測(cè)成本較高，安全性評(píng)價(jià)不夠，限制了發(fā)酵飼料產(chǎn)品的推廣。同時(shí)由于各個(gè)發(fā)酵飼料廠技術(shù)水平和發(fā)酵條件參差不齊，產(chǎn)品也是良莠不齊，需要進(jìn)一步規(guī)范。由此可見，我國(guó)目前的發(fā)酵飼料產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段。

2 發(fā)酵飼料對(duì)環(huán)境的影響

2.1 替代飼用抗生素，減少抗生素對(duì)環(huán)境的污染

我國(guó)畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖中抗生素濫用非常嚴(yán)重，豬飼料中抗生素的添加濃度高達(dá)（50～100）×10-6，有的甚至更高[16]。過量使用抗生素會(huì)引起環(huán)境微生物產(chǎn)生大量耐藥性，Zhu Yongguan等（2013）在我國(guó)三個(gè)商業(yè)養(yǎng)豬場(chǎng)的豬糞肥里發(fā)現(xiàn)了149種“獨(dú)特”的抗生素耐藥基因，其數(shù)量是對(duì)照樣本中含量的三倍[17]。飼用抗生素的長(zhǎng)期大量使用，不僅導(dǎo)致畜禽對(duì)疾病抵抗力越來越差，同時(shí)細(xì)菌的耐藥性也越來越強(qiáng)，治療時(shí)不得不加大用藥量，從而使得抗生素殘留越來越多，濃度越來越高，抗生素殘留嚴(yán)重超標(biāo)的動(dòng)物食品也頻頻檢出，食品安全缺少保障。由于公眾對(duì)食品安全的日益重視，禁用飼用抗生素的呼聲高漲。后抗生素時(shí)代如何搞好養(yǎng)殖，是我國(guó)畜牧業(yè)工作者馬上面臨的一個(gè)難題，而發(fā)酵飼料是解決這個(gè)問題的鑰匙。

歐盟自 2006年全面禁用飼用抗生素以來，畜禽養(yǎng)殖的水平不僅沒有下降，還取得長(zhǎng)足進(jìn)步，這很大程度是因?yàn)榘l(fā)酵液體飼料的普及應(yīng)用。這些鮮活的實(shí)例表明，發(fā)酵飼料可以替代飼用抗生素，提高動(dòng)物的腸道健康和生產(chǎn)性能。呂峰等以不加抗生素的發(fā)酵全價(jià)料飼喂28日齡斷奶的杜大長(zhǎng)仔豬，發(fā)現(xiàn)仔豬生長(zhǎng)性能提高，腹瀉率減少，認(rèn)為發(fā)酵飼料可取代抗生素在仔豬飼料中的添加［18］。林標(biāo)聲等用微生物發(fā)酵飼料和金霉素分別飼喂60頭體重約8～10 kg的杜長(zhǎng)大三元雜交斷奶仔豬，發(fā)現(xiàn)飼用微生物發(fā)酵飼料組比抗生素組平均日增重提高了 5.56%，而料重比降低了3.53%，糞便中有益菌群顯著增多，pH值下降，表明微生物發(fā)酵飼料可代替抗生素添加，并有促進(jìn)仔豬健康生長(zhǎng)的功效[19]。王娟娟等用發(fā)酵飼料和抗生素分別飼喂 72頭杜長(zhǎng)大仔豬后發(fā)現(xiàn)日糧添加發(fā)酵飼料提高了仔豬血液中的白細(xì)胞數(shù)量和淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)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，表明發(fā)酵飼料可以增強(qiáng)仔豬機(jī)體的免疫功能和抗應(yīng)激能力[20]。由此可見，使用發(fā)酵飼料后，抗生素等預(yù)防藥物的用量有望大大減少，減少耐藥性菌株的產(chǎn)生幾率及由此對(duì)環(huán)境和食物造成的污染。2.2 提高飼料利用率，減少氮磷排放

飼料原料經(jīng)微生物發(fā)酵后，一些有毒有害物質(zhì)或抗?fàn)I養(yǎng)因子含量降低，蛋白含量提高，消化吸收率增加。同時(shí)，微生物發(fā)酵還產(chǎn)生大量的蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶等酶，一定程度上提高了飼料的利用率。呂月琴等在基礎(chǔ)日糧中添加三個(gè)不同梯度的發(fā)酵飼料并飼喂42周齡的海蘭褐蛋雞發(fā)現(xiàn)：與不添加發(fā)酵飼料組相比，三個(gè)添加組蛋雞腸道中乳酸桿菌數(shù)量顯著提高，大腸桿菌數(shù)量則顯著降低；三個(gè)添加組氮排泄率均有下降，且中劑量組下降顯著；所有添加組磷排泄率均有下降的趨勢(shì)，但差異不顯著。以上結(jié)果表明微生物發(fā)酵飼料可以明顯改善蛋雞的腸道微生態(tài)平衡，降低氮、磷排泄率[21]。廖云瓊等在基礎(chǔ)日糧上加入20%的EM發(fā)酵液飼喂荷斯坦奶牛發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組糞便中的全氮、速效氮和全磷、速效磷的含量均顯著低于飼喂基礎(chǔ)日糧組，表明飼喂EM發(fā)酵飼料能有效降低牛糞中氮磷含量，從而減少糞便中氮磷的排放對(duì)環(huán)境的污染[22]。

2.3 降低養(yǎng)殖舍內(nèi)有害氣體含量，提高動(dòng)物福利

有研究報(bào)道芽孢桿菌能在腸道內(nèi)能產(chǎn)生氨基氧化酶和分解硫化物的酶，從而降低糞便中氨、吲哚等有害氣體的濃度[23]。而發(fā)酵飼料中往往含有大量的這類有益微生物。同時(shí)發(fā)酵飼料因?yàn)樘岣吡说鞍椎南寐剩@著減少了動(dòng)物糞便中氨氮物質(zhì)的含量。因此，發(fā)酵飼料對(duì)于降低養(yǎng)殖舍內(nèi)氨氣等有害氣體的含量，減少環(huán)境污染，作用明顯。Ahmed等在日糧中添加 5 g/kg 的發(fā)酵海藻明顯降低了家禽糞便中有害氣體氨氣的含量[24]。蔣建生等用微生物發(fā)酵木薯渣飼料替代部分全價(jià)飼料飼喂肉鴨，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵木薯渣飼料替代部分全價(jià)飼料有利于降低養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境中硫化氫、氨氣的濃度，且添加比例越高效果越明顯[25]。張光勤等用濕態(tài)酒糟發(fā)酵蛋白飼料飼喂蛋雞，也發(fā)現(xiàn)雞舍內(nèi)氨氣濃度大幅下降，比對(duì)照組降低了 32.0%[26]。盛清凱等在全價(jià)配合飼料中添加枯草芽孢桿菌和乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵后飼喂母豬，發(fā)現(xiàn)豬糞中的糞臭素濃度極顯著降低[27]。養(yǎng)殖舍內(nèi)氨氣、硫化氫以及臭氣的減輕，動(dòng)物的呼吸道疾病減少，也提高了動(dòng)物福利。

2.4 提高微量元素的利用率，減少重金屬的污染

在畜禽養(yǎng)殖過程中，飼料中常添加適量Cu、Zn等重金屬元素，以提高畜禽的生產(chǎn)性能及維護(hù)機(jī)體的健康。有研究表明日糧中添加高劑量的銅可顯著提高豬的生長(zhǎng)性能，添加高劑量鋅能顯著降低仔豬斷奶后腹瀉并促進(jìn)其生長(zhǎng)[28]。朱元招等用高銅高鋅+金霉素和低銅低鋅+2%濕基態(tài)發(fā)酵植物蛋白質(zhì)飼料分別飼喂15 kg左右的仔豬，發(fā)現(xiàn)盡管發(fā)酵飼料組鋅、銅的添加量較低，但其腹瀉率降低，表明發(fā)酵飼料可以提高微量元素的利用率[29]。盛清凱等在全價(jià)配合飼料中添加枯草芽孢桿菌和乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵后飼喂母豬，也發(fā)現(xiàn)發(fā)酵飼料和豬糞中醋酸提取態(tài)的銅、鐵、鋅、錳含量均顯著或極顯著增加，還原態(tài)的銅、鐵含量顯著增加，氧化態(tài)的銅、鐵含量顯著或極顯著減少，殘?jiān)鼞B(tài)的銅含量無明顯變化，表明飼料發(fā)酵改變了飼料和豬糞中銅、鐵、鋅、錳的化學(xué)形態(tài)，與飼料中添加有機(jī)微量元素的效果類似[27]?？梢?，發(fā)酵飼料可以提高微量元素的利用率，可以降低飼料中銅鋅的添加量，從而減少重金屬對(duì)環(huán)境的污染。

3 發(fā)酵飼料應(yīng)用展望

當(dāng)前由于傳統(tǒng)的谷物和蛋白原料成本不斷上升，采用替代性原料降低飼料成本已成為全球飼料加工企業(yè)和養(yǎng)殖企業(yè)的新常態(tài)。面對(duì)此種狀況，低成本、高營(yíng)養(yǎng)的發(fā)酵飼料被越來越多的養(yǎng)殖企業(yè)接受和采納，并逐步增加發(fā)酵飼料的使用量，因此發(fā)酵飼料的開發(fā)和應(yīng)用是畜牧行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，具有較大的市場(chǎng)發(fā)展空間。

近幾年，國(guó)內(nèi)發(fā)酵飼料的發(fā)展方向逐漸分化，第一種是保證益生菌增殖的同時(shí)，兼顧日糧營(yíng)養(yǎng)的基本需求，添加比例5%～30%。第二種是強(qiáng)調(diào)發(fā)酵飼料的腸道調(diào)節(jié)功能，大幅提高發(fā)酵飼料中益生菌的種類與濃度；第三種是關(guān)注微生物的代謝產(chǎn)物。綜合考慮成本、效益、安全等方面，飼料加工企業(yè)和養(yǎng)殖廠對(duì)此三種類型的微生物發(fā)酵飼料越來越重視，也在不斷的研究與開發(fā)更好的加工方式和更好的動(dòng)物應(yīng)用方案。另有報(bào)道稱，未來10年，我國(guó)發(fā)酵飼料將占飼料總量的10%～20%，達(dá)到3 000～6 000萬(wàn)t，其產(chǎn)值也將達(dá)到1 000億元以上[30]。

綜上所述，發(fā)酵飼料必然將成為解決我國(guó)飼料資源短缺和規(guī)?；B(yǎng)殖對(duì)環(huán)境污染的重要途徑和手段。發(fā)酵飼料會(huì)擁有更廣闊的市場(chǎng)前景，進(jìn)而為飼料行業(yè)、養(yǎng)殖行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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Application of Fermented Feed and Its Influence on Environment

JIN Wei-wu1,AN Tai1,ZHENG Xiao-wei1,CHEN Bo1,CHEN Ying2,LU Zong-mei2,TONG Yi2

（1. Nutrition & Health Research Institute, COFCO Corporation, Beijing 102209，China；2. Biochemical (Anhui) Co., Ltd, COFCO Corporation, Anhui Bengbu 233010，China）

TQ 929

A

1671-0460（2017）09-1887-04

2017-09-01

金渭武（1976-），男，北京市人，高級(jí)工程師，博士，2006年畢業(yè)于中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生化與分子生物學(xué)專業(yè)，研究方向：生物飼料。E-mail：jinweiwu@cofco.com。

佟毅（1963-），男，教授級(jí)高工，博士，研究方向: 玉米深加工。E-mail：tongyi@cofco.com。