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人們一直探索如何解決動物生產(chǎn)產(chǎn)量偏低這一難題，直至20世紀50年代，人們發(fā)現(xiàn)在動物飼料中添加抗生素(antibiotics)可以顯著提高動物的生產(chǎn)率，這一發(fā)現(xiàn)對推進畜牧業(yè)的集約化發(fā)展做出了巨大貢獻。近年來，飼喂含有抗生素飼料的危害受到社會各界的日益關(guān)注。

我國畜牧業(yè)受耕地資源的制約，其發(fā)展使人畜共糧的矛盾日益突出，因此研究與開發(fā)新型飼料資源己成為畜牧業(yè)能否可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，其中利用微生物與酶制劑發(fā)酵飼料這一途徑日益受到重視。21世紀，我國糧食問題本質(zhì)上就是解決畜牧業(yè)飼料資源的短缺問題，而發(fā)酵飼料不僅能夠提高原料中的淀粉、蛋白質(zhì)等成分的消化利用率，改善適口性，提高營養(yǎng)價值，調(diào)節(jié)動物腸道的微生態(tài)平衡，減少抗生素的添加，提高畜產(chǎn)品的食品安全性，還能降解非常規(guī)原料中的抗營養(yǎng)因子和有害成分，改善動物的機體健康，擴大飼料原料的適用范圍。發(fā)酵飼料不但具有質(zhì)量好、安全性高和效果穩(wěn)定的特點，而且具有原料來源廣泛和生產(chǎn)成本較低的優(yōu)勢引起世界飼料行業(yè)的重視，并已開始產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)嘲。因此，開發(fā)新型飼料資源，對推動畜牧養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1.1  發(fā)酵飼料

發(fā)酵飼料是指在人工控制條件下，微生物通過自身代謝活動或者添加酶制劑將植物性、動物性和礦物性飼料原料中的抗營養(yǎng)因子分解轉(zhuǎn)化為易被牲畜消化、吸收且無毒害的飼料。經(jīng)過微生物與酶制劑發(fā)酵處理的飼料，品質(zhì)得到提高，對動物不僅無毒害、易吸收，同時能起到促生長、維持體內(nèi)微生態(tài)的平衡、增強免疫力和防病治病的作用。

1.2  發(fā)酵飼料生產(chǎn)中的有益微生物

近年來，微生物和酶制劑在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中得到廣泛應用，用于發(fā)酵飼料生產(chǎn)的微生物主要包括細菌、酵母菌及部分單細胞藻類等。美國已批準40多種微生物添加劑的生產(chǎn)，1999年我國農(nóng)業(yè)部公布了12種飼料級微生物添加劑的微生物菌種名單。2013年農(nóng)業(yè)部再次發(fā)布《飼料添加劑品種目錄(2013)》(公告第2045號)，允許可用于飼料生產(chǎn)的微生物增加到了34種，包括芽孢桿菌屬(Bacillus sp.)6種(地衣芽孢桿菌B.licheniformis、枯草芽孢桿菌B.subtills、遲緩芽孢桿菌B.lentus、側(cè)孢短芽孢桿菌Brevibacillus laterosporu、短小芽孢桿菌B.pumilus、凝結(jié)芽孢桿菌B.coagulans)，雙歧桿菌屬(Bifidobactenum sp.)6種(長雙歧桿菌B.longum、短雙歧桿菌B.breve、動物雙歧桿菌B.animalis、嬰兒雙歧桿菌B.infantis、青春雙歧桿菌B.adolestentis、兩歧雙歧桿菌B.bifidum)，乳桿菌屬(Lactobacillus sp.)10種(羅伊氏乳桿菌L.reuterii、嗜酸乳桿菌L.acjdophilu、干酪乳桿菌L.casei、乳酸乳桿菌L.delbruckii、植物乳桿菌L.plantarum、纖維二糖乳桿菌L.cellobisus、發(fā)酵乳桿菌L.fermentium、保加利亞乳桿菌L.ulgaricus、布氏乳桿菌L.buchneri、副干酪乳桿菌L.paracasei)，腸球菌屬(Enterococcus sp.)2種(糞腸球菌E.faecalis、屎腸球菌E.faecium)，片球菌屬(Pediococcus sp.)2種(乳酸片球菌P.acidilactici、戊糖片球菌P.pentosaceus)，酵母屬(Saccharomyces sp.)1種(釀酒酵母S.cerevisiae)，假絲酵母屬(Candida sp.)1種(產(chǎn)朊假絲酵母C.utilis)，紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas sp.)1種(沼澤紅假單胞菌R.palustris)，丙酸桿菌屬PropionibacteHurn sp.)1種(產(chǎn)丙酸丙酸桿菌P.acidipropionici)，鏈球菌屬(Streptococcus sp.)2種(乳酸腸球菌S.faecalis、嗜熱鏈球菌S.thermophilus)，曲霉屬(Aspergillus sp.)2種(黑曲霉A.niger、米曲霉A.oryzae)，其中芽孢桿菌科梭菌屬(Clostridium sp.)的丁酸梭菌(C.butyricum)為監(jiān)測期內(nèi)的新飼料添加劑。目前，市場上用于飼料發(fā)酵的益生菌主要包括乳酸菌(lactic acidbacteria，LAB)、芽孢桿菌(Bacillus)、鏈球菌(Streptococcus)和霉菌(mold)等。

1.2.1  乳酸菌

乳酸菌作為微生物飼料添加劑中研究報道得最多的一類微生物，是可以轉(zhuǎn)化碳水化合物產(chǎn)生乳酸的一類細菌的總稱。乳酸菌(LAB)在腸道內(nèi)通過代謝可產(chǎn)生多種抑菌物質(zhì)，如細菌素(bacteriocin)、類細菌素(bacteriocin.like)、有機酸(organic acid)和過氧化氫((H₂O₂))等。乳酸菌產(chǎn)生的細菌素對許多革蘭氏陽性菌(G⁺)具有抑制作用，產(chǎn)生的(H₂O₂)能夠抑制革蘭氏陰性(G^-)病原菌的生長。

1.2.2  芽孢桿菌

芽孢桿菌作為零星存在于動物腸道微生物菌群中的一類好氧性生長菌，具有抗逆性強、耐高溫、耐高壓、易貯存，且能夠維持厭氧環(huán)境等特性，促進乳酸菌(LAB)、雙歧桿菌(Bifidobactenum sp.)等厭氧益生菌的生長，抑制需氧致病菌的生長，維持腸道菌群平衡。目前主要應用在飼料添加劑生產(chǎn)中，且作為發(fā)酵飼料生產(chǎn)的芽孢桿菌屬中的微生物包括枯草芽孢桿菌(B.subtilis)和地衣芽孢桿菌(B.licheniformis)等。蠟狀芽孢桿菌(B.cereus)在飼料生產(chǎn)中應用研究有相關(guān)報道，但在《飼料添加劑品種目錄(2013)》中未列出，而據(jù)報道B.cereus能產(chǎn)生一種嘔吐毒素和多種腸毒素(enterotoxin)，主要引發(fā)嘔吐和腹瀉型食物中毒舊，因此其在飼料中應用的安全性有待考證。

1.2.3  鏈球菌

鏈球菌主要包括乳酸腸球菌(S.lactis)和屎腸球菌(S.faecalis)，可產(chǎn)生多種抗菌物質(zhì)和H₂O₂而起到抑制病原菌、消除代謝過程中的有毒、有害物質(zhì)，從而起到整腸的效果。

1.2.4  霉菌

常用的霉菌有曲霉屬(Aspergillus sp.)的黑曲霉(A.niger)和米曲霉A.oryzae)等舊，主要用于分解飼料原料中一些動物難以消化的的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和淀粉等大分子物質(zhì)。根霉屬(Rhizopus sp.)霉菌在《飼料添加劑品種目錄(2013)》中未列出，但實際生產(chǎn)中根霉屬(Rhizopus sp.)的黑根霉(R.nigrican)和米根霉(R.oryzae)廣泛應用于食品加工和飼料生產(chǎn)。

1.3  發(fā)酵飼料生產(chǎn)中的有益酶制劑

我國對飼料酶制劑的應用有嚴格的規(guī)定，1999年，我國農(nóng)業(yè)部公布允許使用飼料級酶制劑12類；2013年，農(nóng)業(yè)部發(fā)布《飼料添加劑品種目錄(2013)》可用于飼料生產(chǎn)的酶制劑歸并增加為13類，包括淀粉酶(amylase)、α-半乳糖苷酶(α-galactosidase)、纖維素酶(cellulase)、β-葡聚糖酶(β-glucanase)、葡萄糖氧化酶(glucose oxidase)、脂肪酶(lipase)、麥芽糖酶(maltase)、β-甘露聚糖酶(β-mannanase)、果膠酶(pectinase)、植酸酶(phytase)、蛋白酶(protease)、角蛋白(keratinase)和木聚糖酶(xylanase)。溶菌酶(lysozyme)和黃曲霉毒素B₁分解酶(aflatoxin B₁ decomposition enzyme)為監(jiān)測期內(nèi)的新飼料添加劑。

2.1  微生物類飼料

微生物飼料就是對微生物在自身生長繁殖和新陳代謝過程中利用原料產(chǎn)生的對動物有用的菌體、酶、維生素和抗菌素等代謝產(chǎn)物，并進一步加工和調(diào)制的飼料。根據(jù)其來源和性質(zhì)大致可分為4類：

(1)固態(tài)發(fā)酵飼料

微生物在固體狀態(tài)下發(fā)酵，使原料原有的理化性能發(fā)生改變，如將秸稈、秕殼等殘渣轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)酵飼料，或?qū)⒂卸镜娘炂擅摱尽⒔舛緸闊o毒、低毒的優(yōu)質(zhì)飼料等，這樣不僅能夠提高動物對飼料的消化吸收率，還能延長飼料的貯存期限。這一類型的飼料主要包括：微貯飼料、發(fā)酵粗飼料、擔子菌發(fā)酵飼料、下腳料發(fā)酵飼料、餅粕脫毒飼料、發(fā)酵菌體飼料(如酵母飼料等)，固態(tài)發(fā)酵酶制劑、微生態(tài)制劑等。

(2)菌體蛋白飼料

微生物在液態(tài)培養(yǎng)基質(zhì)中大量繁殖生長出的菌體單細胞蛋白(single cell protein，SCP)，如酵母、菌體培養(yǎng)液、食用菌茵絲、藻類等。

(3)代謝產(chǎn)物飼料

利用生物技術(shù)積累微生物發(fā)酵過程中的有益代謝產(chǎn)物或特殊代謝物質(zhì)，如氨基酸、酶、抗生素、維生素等。

(4)活菌制劑飼料

生產(chǎn)可直接用來飼喂的微生物，又叫微生態(tài)制劑、益生素等。

2.2  酶制劑類

酶制劑作為新型高效的飼料添加劑，既提高了畜禽生產(chǎn)的性能，又為減小飼料的生產(chǎn)成本提供了有效的途徑。根據(jù)飼料中的所含酶的種類，將酶制劑分為消化性酶(digestive enzymes)和非消化性酶(non-digestive enzymes)。消化性酶主要包括α-淀粉酶(α-amylase)、糖化酶(amyloglucosidase)、酸性和中性蛋白酶(acidic and neutralprotease)，能夠輔助動物消化，降解淀粉和蛋白質(zhì)，使之成為易被消化吸收的小分子物質(zhì)。

非消化性酶主要包括木聚糖酶(xylanase)、果膠酶(pectinase)、甘露聚糖酶(mannanase)、β-葡聚糖酶(β-glucanase)、纖維素酶(cellulase)等非淀粉多糖酶和植酸酶(phytase)，添加外來酶系的手段促進動物特別是單胃動物對這類大分子營養(yǎng)物質(zhì)的消化。植酸酶具有解除植酸抗營養(yǎng)作用的能力，在肉食仔雞、產(chǎn)蛋鴨、鵝和豬的飼料中補充植酸酶，具有良好的增值效果㈣。