梁运祥

华中农业大学

教授，博士生导师

导读：我国从2020年起，饲料端全面禁抗。这就需要我们重新研究评估无抗饲料的营养配比和营养物质的消化率以及肠道微生物对于增加动物免疫力、提高营养物质利用率和提升生产性能的重要性。发酵饲料和微生态菌剂在无抗生态养殖中具有极高的应用价值，本期华中农业大学梁运祥教授以“联合使用发酵饲料和微生态菌剂实现畜禽全程无抗生态养殖”为题，介绍了发酵饲料及微生态菌剂的作用机理，提出了发酵饲料与微生态菌剂联合使用实现畜禽无抗养殖的方案，供大家学习。 全文已在《饲料工业》2020年第14期刊出。

发酵饲料概况

饲用抗生素是指长期低剂量添加在动物饲料中，用以改善营养物质代谢、预防疾病、抗炎、促进动物健康生长、提高动物生产性能和降低养殖成本的一类抗生素。多年来，在我国畜禽养殖业快速发展的大环境下，饲用抗生素的广泛使用在提高了生产力的同时，也造成了药物残留、耐药菌产生、动物肠道菌群紊乱、动物免疫功能下降等危害，甚至威胁人类的身体健康[1-2]。目前，欧盟已全面禁止抗生素在饲料中的添加使用，而我国也对抗生素的使用做出了明确的规定，抗生素作为饲料添加剂将在2020年全部退出。

在我国当前的养殖条件和模式下，饲料中禁止添加抗生素，必定会对养殖业造成一定程度的影响。开发无抗饲料，首先应该重视抗生素在增强饲料转化率方面的积极作用。去掉饲料中的抗生素，也就意味着传统饲料营养不可能达到抗生素存在时动物的消化利用效果。饲料中禁止添加抗生素后，我们需要重新评估无抗饲料的营养配比和营养物质消化率。此外，肠道微生物对于增强动物免疫防御能力，提高营养物质利用率和提升生产性能至关重要。无抗饲料的营养需求不仅仅局限于畜禽动物本身，还应该满足动物肠道微生物正常的生长代谢需要[3]。虽然，利用微生态活菌制剂、益生元、酶制剂、酸化剂、抗菌肽以及天然植物及其提取物等替代抗生素已成为本领域的热点[4]。但都不能从根本上解决无抗饲料营养利用率低，营养均衡差的问题。以现代微生物技术为基础的微生物发酵饲料可以提前对饲料中的大分子营养物质进行转化，有助于提高饲料养分的转化率，并且在发酵过程中可以积累大量的微生物代谢产物，有效解决了无抗饲料营养利用率低和营养均衡差的限制[5-6]，是能够替代抗生素且安全、绿色的新型饲料。

微生物发酵饲料是指在人为可控的条件下，通过接种芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌等益生菌，使蛋白质饲料和能量饲料中的部分多糖、蛋白质和脂肪提前被微生物降解为小分子营养物质；在发酵过程中，无机微量元素与氨基酸或小肽螯合为有机形式。微生物发酵还消除了饲料中的抗营养因子并积累了大量的益生菌代谢产物（如乳酸和维生素等），形成适口性好、转化率高、营养丰富的饲料。微生物发酵饲料不仅可以改善饲料的品质，饲喂动物后还可以提高动物的生产性能，维持肠道微生态平衡和肠道健康，增强动物机体免疫。按照原料干物质的主要营养特性不同，发酵饲料分为发酵蛋白饲料、发酵能量饲料和酵母培养物以及发酵型有机微量元素添加剂等。

1.1 发酵蛋白饲料（发酵豆粕）

蛋白质是构成生命的物质基础，由必需氨基酸和非必需氨基酸组成。蛋白质是猪饲料中一种昂贵的营养成分，它转化为机体组织前需要经过消化、吸收以及代谢多个反应过程。从功能上讲，只有可消化的蛋白质才能提供机体所需要的氨基酸。饲粮中可消化蛋白质水平和氨基酸组成不仅决定了饲料品质，还是影响畜禽的生产性能的主要因素[7]。豆粕中的营养丰富，氨基酸组成比例较好，价格合理且资源量丰富, 一直以来是畜禽饲料中利用最多的植物蛋白源之一[8]。但是，豆粕中的蛋氨酸、赖氨酸和色氨酸等必需氨基酸含量相对较低，适口性较差，存在凝集素、大豆球蛋白、胰蛋白酶抑制剂、植酸等抗营养因子，限制了豆粕中营养物质的消化利用[9]。特别是幼小的畜禽动物，饲料中添加豆粕会造成动物肠道损伤和炎性反应，损伤畜禽对蛋白质消化吸收的能力，降低动物主动免疫能力。大量未消化蛋白质流通到后肠被有害菌异常发酵，引发动物肠道菌群紊乱，造成畜禽动物腹泻，加重对动物肠道的损伤。同时，饲料的利用效率降低，大量未被消化利用的有机质随粪便排出，加重集约化养殖的粪污污染[10]。在没有抗生素的干预下，因豆粕蛋白质消化吸收因素造成的肠道损伤和肠道微生态紊乱会严重危害动物的健康、降低畜禽的生产性能、降低养殖收益。

发酵蛋白质饲料是解决蛋白质饲料利用效率低，保证饲料营养性的有效方式。在人工控制的条件下, 通过有益微生物发酵，不仅可以有效消除豆粕中的抗营养因子，而且在微生物发酵过程中，大豆蛋白水解生成易于消化吸收的小肽和氨基酸，弥补了畜禽动物蛋白质消化能力低下的缺陷[11-13]。在35日龄的断奶仔猪饲料中添加不同比例的3种益生菌发酵豆粕，自由喂养35 d。添加发酵豆粕组与未发酵豆粕组相比，仔猪肠道发育良好，仔猪的日增重和免疫性能均有所改善，且以10%比例添加发酵豆粕组的仔猪生产性能相关数据最佳[14]。20日龄断奶仔猪添加不同比例的发酵豆粕喂养2周，可以有效降低断奶应激造成的仔猪腹泻，提升仔猪日增重[15]。除此以外，日粮中添加不同比例的发酵豆粕还有助于提高胃肠道的消化酶活力，提高动物消化率，降低粪便中肠杆菌等致病菌的数量，增加乳酸菌等益生菌的丰度[16-18]。在肉鸡养殖过程中添加发酵豆粕饲料，具有提升肉鸡生产性能，降低料肉比，减缓肠道损伤，抑制大肠杆菌和沙门氏菌致病菌数量，提升肌肉品质的效果[19-22]。综上所述，饲料中添加合适比例的发酵豆粕，有效改善了饲料的营养性，提升了畜禽动物对饲料的利用效率，保证了畜禽自身的健康状态。

1.2 发酵能量饲料

玉米、小麦、稻谷和糠麸类等禾本科作物的籽实是主要的能量饲料，在全价畜禽配合饲料中占比在60%~70%左右，是动物的主要能量来源。谷实类能量饲料的淀粉含量高，一般在70%以上。大分子量的淀粉借助消化酶的水解作用，水解为葡萄糖或其他单糖后被吸收利用。在所有碳水化合物中，只有单糖可以在猪的肠道吸收，并且吸收仅在小肠发生。未被机体消化的碳水化合物则被后肠内微生物分解，转化为有机酸并被吸收。未经消化酶消化和肠道微生物发酵分解的部分碳水化合物，则随动物粪便排出体外，不能给畜禽动物供能。在一定范围内，确保饲料中充足的能量供应及其快速消化利用的速率，可以有效提升动物的生产性能[23]。利用微生物发酵作用，将淀粉类能量大分子物质降解为能被畜禽动物快速吸收利用的寡糖和有机酸，是提高能量饲料利用率的有效手段[24]。能量发酵饲料中的寡糖和有机酸不仅可以被畜禽动物快速吸收利用，提高饲料的利用率，还可以作为饲料中良好的天然诱食剂。试验表明，饲料中添加甜味剂和酸味剂都可以有效提高猪的采食量，增加生产性能[25-26]。能量饲料发酵产生的有机酸随饲料进入消化道，可以降低消化道内的pH值，提高消化酶活性，进一步增加畜禽动物对饲料营养的利用度[25]。除此以外，有机酸还可以抑制肠道内沙门氏菌和大肠杆菌等致病菌的增殖，稳定肠道的内环境，减少动物腹泻等异常情况发生。25日龄仔猪实验表明，无抗饲料中添加发酵小麦和发酵豆粕可以显著提高仔猪的平均日采食量和平均日增重，与抗生素饲料组相比，平均日采食量和平均日增重分别提高了5.83%和3.44%[27]。发酵能量饲料和发酵蛋白饲料配合使用有效解决了无抗饲料营养利用效率低的限制。

1.3 酵母培养物

酵母培养物是在特定工艺条件下，在谷物类（玉米、麦麸等）培养基上接种酿酒酵母，经充分发酵而成。酵母培养物包含有变性培养基、酵母细胞和细胞外代谢产物。酵母培养物中含有丰富的氨基酸、维生素、酶及一些重要的辅助因子可以有效提高家禽对饲料中粗蛋白、粗纤维、矿物元素、维生素等营养成分及能量的消化（具体营养成分见表1）。前文中已经提及，无抗饲料的营养需求不仅局限于畜禽动物本身，还应该满足动物肠道微生物的生长需要。酵母培养物包含有的多种代谢产物成分可以满足动物消化道内微生物的营养需求。饲料中添加少量的酵母培养物就可以有效滋养定植在胃肠道内的微生物，刺激它们的新陈代谢过程，进而达到提高动物饲料利用率和维持消化道微生态稳定的目的[28]。值得一提的是，酵母壁多糖还是畜禽动物的免疫增强剂，其中的β-葡聚糖是增强动物免疫的重要基质。葡聚糖可以作用于免疫细胞的表面受体，激活巨噬细胞、刺激T细胞分化[29]。实验发现，畜禽动物饲料中添加酵母壁多糖可以显著促进免疫器官发育，提高动物的细胞免疫功能，增加机体免疫球蛋白和细胞因子含量，提升宿主抵抗病原微生物的能力[30-31]。

1.4 发酵型有机微量元素饲料添加剂

猪的生长需要多种无机元素，包括钙(Ca)、铬(Cr)、铜(Cu)、碘(I)、铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)、硒(Se)、磷(P)和锌(Zn)等。这些无机元素的生理功能尤为多样化。它们或是某些组织的结构成分，或参与其他组织多种多样的理化调节，可以作为许多酶的组成要素(辅酶)或者辅基，可以提高动物对蛋白质和能量的利用效率[32]。因此，尽管在数量和成本上，这些元素可能是日粮中很小的部分，但在畜禽动物养殖过程中，对动物的健康生长和生物学功能发挥都有重要影响。值得注意的是，饲料中的日粮组成和矿物质元素的存在形式会影响其利用率，动物对无机微量元素利用率普遍低于有机络合形式的微量元素[33]。有机微量元素是金属元素与蛋白质、小肽、氨基酸、有机酸、多糖衍生物等配位体以共价键或离子键形成的络合物或螯合物。饲料中添加高铜高锌无机盐可以提高生产性能，但其中接近70%~95%会排出体外，加重环境污染；无机铬在胃肠道的吸收率一般为0.4%~3%，蛋氨酸铬等有机形式的铬吸收利用率升高，可以显著改善母猪的繁殖能力；蛋氨酸螯合铁和甘氨酸螯合铁的利用率是硫酸铁的180%[34]。近年来，随着工艺和发酵技术的发展，酵母类微量元素进入人们视野，酵母锌、酵母锰、酵母硒和功能性小肽螯合微量元素等有机微量元素利用率高，有着较广阔的发展空间。富硒酵母来源的硒存留量往往高于亚硒酸钠，添加酵母硒可以降低死胎率[35]；酵母铁比无机铁有较高的生物利用效价，可提高猪采食量、生长速度、饲料效率和健康水平。

除此以外，日粮（豆粕和玉米等）中植酸或植酸盐会大幅度降低无机元素的利用率。例如，饲料中60%~75%的磷是以植酸磷和植酸钙镁盐形式存在，畜禽利用率低[36]；植酸还会与钙、镁、锌形成稳定的植酸复合物，降低它们在饲料中利用率。虽然添加植酸酶可以改善部分无机元素的吸收利用效果，但添加植酸酶增加了饲料成本，且植酸酶在饲料加工过程中受高温影响易失活，降低了实际使用效果。微生物发酵过程可以有效去除饲料中的植酸，低植酸的发酵蛋白饲料和发酵能量饲料可以减少形成利用率低的植酸盐螯合物，更有利于增大无机微量元素的利用率。因此，大力发展低植酸发酵饲料和发酵型有机微量元素（螯合物和蛋白盐），减少矿物质和无机元素添加，可以显著提高矿物质饲料的可利用率，改善动物生产性能。无抗发酵饲料和发酵型有机微量元素更有利于环保要求，特别是在集约化的生产区域，来自动物粪便的磷、铜、锌等矿物质已经超过了庄稼的利用能力，造成土壤微量元素富集和重金属污染。此外，大量的磷、硫等元素排入河流和湖泊中，引起水体的富营养化，恶化水质，严重影响了居民的健康。我国是畜禽生产大国，因粪磷、粪硫等带来的环境问题也远远大于其他国家。因此，在我国降低微量元素的排泄，具有更加重要的生态学和社会意义。

当前，欧美等国家和地区微生物发酵饲料的使用比例大于50%。其中，荷兰、芬兰规模化猪场应用发酵饲料饲喂达到60%；丹麦发酵饲料养猪的比例达到80%[37]。我国发酵饲料起步晚，普及率低。但近几年，发酵饲料的发展势头强劲，逐渐成为国际上发酵饲料的重要市场。针对不同畜禽动物的营养需求差异，或者是同种动物不同生长阶段的营养需求，在饲料中合理搭配发酵蛋白质发酵饲料、发酵能量饲料、酵母培养物和有机微量元素是升级无抗饲料营养配比，提高无抗饲料营养物质转化率的最有效措施。

微生态菌剂概况

在完善的发酵饲料替代抗生素的营养方案基础上，还需要在饲料中添加微生态菌剂，强化动物免疫能力，维持肠道微生态稳定。现阶段的养殖过程中，畜禽出现腹泻等异常情况，大剂量抗生素干预是首选治疗方式[38]。大剂量使用抗生素治疗，不仅会杀灭病原菌，也会剔除畜禽动物肠道中定植的大量有益菌，导致菌群紊乱。肠道菌群失衡会直接扰乱肠道的发育、营养物质代谢和免疫调控，降低畜禽的生产性能[39-40]。畜禽无抗饲料中补充使用益生菌，可以有效地维持肠道微生态平衡，增强动物的免疫功能，保证动物健康，进而减少动物生产中预防性和治疗性抗生素的压力[41]。目前，国内普遍在饲料中添加使用的益生菌大致分为三类：以枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌为代表的好氧菌；兼性厌氧的乳酸菌和酵母菌；严格厌氧的丁酸梭菌等[41]。这三类菌根据其氧偏好性和营养需求会在动物的不同肠段发挥益生作用。

2.1 芽孢杆菌菌剂的应用

芽孢杆菌属于革兰氏阳性好氧菌，可以分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶，产生抗菌素，消耗动物肠道内氧气等，这些特性使其具有促进营养物质消化吸收、促进动物生长、提高动物的饲料转化率和防病的作用[42]。在26日龄断奶仔猪日粮中添加枯草芽孢杆菌，显著降低粪便中大肠杆菌数，降低腹泻率，提高生产性能[43]。在哺乳仔猪应用枯草芽孢杆菌同样可以增加日增重，促进肠道发育和屏障功能，降低大肠杆菌数量[44]。

2.2 乳酸菌菌剂的应用

乳酸菌通过竞争性颉颃作用，优化和恢复动物肠道内环境，产抑菌生物素，提高机体免疫力以及提供营养等机制来促进动物健康生长、防止疾病发生、降低死亡率[45]。断奶仔猪日粮中使用乳酸菌可以增加日增重和日采食量，同时减少腹泻发生率，可提高血清干扰素-γ和总蛋白浓度，对断奶仔猪肠道菌群平衡、免疫和生长性能均有一定的改善作用[46]。在致病性大肠杆菌感染的情况下，乳酸菌治疗可以降低腹泻发生率和肠道损伤，增加仔猪的粪便中乳酸菌的数量，保证生长性能[47]。四种复合乳酸菌制剂提高了仔猪断奶后2周的平均日采食量和平均日增重，增强了对大肠杆菌感染的抵抗力，总氮和总磷消化率也有提高，增加了消化道组织黏膜的乳酸菌和厌氧菌数量，改善了胃肠道微生物平衡[48]。

2.3 丁酸梭菌菌剂的应用

丁酸梭菌可以定植在动物的后肠段，产生大量丁酸。丁酸不仅是肠道上皮细胞再生和修复的主要营养物质，还可以降低肠道内pH值，抑制葡萄球菌、念珠菌、克雷伯菌、弯曲杆菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、痢疾杆菌、伤寒沙门氏菌等致病菌的生长。丁酸梭菌的细胞壁成分及其产生的胞外多糖具有激活巨噬细胞的作用，可以增强动物的免疫防御能力[49]。仔猪饲料中添加丁酸梭菌能够显著增加十二指肠、空肠、回肠绒毛高度，降低肠道炎症和腹泻，提高饲料报酬，降低大肠杆菌数[50]。丁酸梭菌还可以改善致病性大肠杆菌（Escherichia coli K88）侵染造成的仔猪肠道损伤和腹泻，有一定的治疗作用[51]。丁酸梭菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等联合应用可以更加有效地提高动物对饲料的消化利用效率，增加肠道有益菌的丰度，降低肠道炎症和肠道损伤，降低腹泻发生率，提高动物免疫力[52-54]。总之，在养殖过程中，补充使用微生态制剂可以有效维持动物肠道健康，增强动物的免疫能力，降低动物腹泻等异常发生。

在畜禽无抗养殖过程中，通过添加微生态制剂和发酵饲料，促进畜禽动物的饲料利用率、肠道健康和肠道微生态平衡，提高动物的免疫防御能力，减少动物发病率；通过喷洒乳酸菌改善养殖环境，可以切断畜禽疾病的传染源和传播途径。联合使用发酵饲料和微生态制剂，既可以替代抗生素在饲料中的添加使用，又可以减少治疗用抗生素的用量，实现无抗生态养殖的目标，获得高品质畜禽食品。