蔡輝益博士：中國生物飼料開發(fā)與應(yīng)用研究進展

2019年3月22-24日，以“巨變、迎變、改變”為主題的2019河北省飼料工業(yè)發(fā)展峰會在石家莊國源朗怡酒店舉行。其間，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所研究員、生物飼料開發(fā)國家工程研究中心主任蔡輝益博士作了題為“中國生物飼料開發(fā)與應(yīng)用研究進展”的報告，以下為根據(jù)蔡博士所做報告整理內(nèi)容，僅供同行參考，未經(jīng)本人審閱。

一、生物飼料發(fā)展現(xiàn)狀

    （一）生物飼料的標(biāo)準(zhǔn)定義與分類

1. 標(biāo)準(zhǔn)定義：

2018年1月1日發(fā)布的團體標(biāo)準(zhǔn)T/CSWSL 001-2018《生物飼料產(chǎn)品分類》將生物飼料定義為：使用《飼料原料目錄（2013）》和《飼料添加劑品種目錄（2013）》等國家相關(guān)法規(guī)允許使用的飼料原料和添加劑，通過發(fā)酵工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和基因工程等生物工程技術(shù)開發(fā)的飼料產(chǎn)品總稱，包括發(fā)酵飼料、酶解飼料、菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料和生物飼料添加劑等。

2. 分類：

根據(jù)原料組成、菌種或酶制劑組成、原料干物質(zhì)的主要營養(yǎng)特性，生物飼料可分為4個主類、10個亞類、17個次亞類、50個小類和112個產(chǎn)品類別。

按原料營養(yǎng)特性，發(fā)酵飼料可分為發(fā)酵蛋白飼料、發(fā)酵能量飼料和發(fā)酵粗飼料等。

（二）發(fā)酵飼料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

目前我國從事生物飼料行業(yè)的企業(yè)數(shù)量在1000多家，但經(jīng)營分化的體現(xiàn)較為明顯。其中，微生物制劑和酶制劑趨于飽和，而發(fā)酵蛋白飼料、發(fā)酵能量飼料和發(fā)酵粗飼料產(chǎn)品將有快速增量。

據(jù)統(tǒng)計，按發(fā)酵飼料在豬料、肉禽料、蛋禽料、水產(chǎn)料、反芻料和其他飼料中的用量分別以5%、2%、5%、5%、10%和5%保守估計，我國飼料工業(yè)配套所需的發(fā)酵飼料年需要量可達(dá)852.62萬噸。

按普及率20%推測，2018年發(fā)酵飼料產(chǎn)品則可達(dá)170.52萬噸，而隨著地源飼料的開發(fā)及液態(tài)飼喂工藝的推廣，我國發(fā)酵飼料的產(chǎn)量將逐年遞增。

（三）生物飼料產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)

二、生物飼料研究與應(yīng)用進展

1. 生物飼料菌種研究進展

我國飼料原料種類繁多，物理化學(xué)性質(zhì)差異較大，而不同的菌種又具備不同的生理特性，在生產(chǎn)實踐中應(yīng)根據(jù)不同的飼料原料以及不同的生產(chǎn)目的選擇適當(dāng)?shù)木N組合以生產(chǎn)合格的生物發(fā)酵飼料。

菌種篩選主要有三個方向：

——改變飼料原料的理化性質(zhì)，包括提高消化吸收率，延長貯存時間和解毒脫毒等；

——獲得微生物中間代替產(chǎn)物，包括酶制劑、氨基酸和維生素等；

——培養(yǎng)繁殖飼用的微生物體，用于制備活菌制劑。

2. 生物發(fā)酵原料研究進展

發(fā)酵飼料原料的選擇已從豆粕、棉粕、菜粕等的發(fā)酵以提供高品質(zhì)蛋白飼料，發(fā)展到聚焦糧食加工廠的副產(chǎn)品、鮮糟渣、果渣和蔬菜尾菜等非常規(guī)飼料原料發(fā)酵以提供優(yōu)質(zhì)的發(fā)酵能量、蛋白飼料和粗飼料等。

3. 發(fā)酵工藝研究進展

（1）芽孢桿菌單菌固態(tài)發(fā)酵玉米的最佳工藝條件；

（2）以硫苷降解率為目標(biāo)固態(tài)發(fā)酵菜籽粕的最佳工藝條件；

（3）枯草芽孢桿菌單菌固態(tài)發(fā)酵玉米的最佳工藝條件；

（4）芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵小麥的最佳工藝條件；

（5）豆粕、菜籽粕、玉米、小麥四種原料經(jīng)微生物發(fā)酵肉雞表觀代謝能較發(fā)酵前分別提高了19.21%、19.13%、6.90%和7.03%，且均達(dá)到顯著水平。

4. 生物飼料產(chǎn)品形式研究進展

發(fā)酵飼料從早期的有益微生物發(fā)酵飼料、飼用酵母、發(fā)酵糟粕類等，到近年出現(xiàn)的發(fā)酵全價料、發(fā)酵濃縮料、飼料伴侶等產(chǎn)品形式，獲得了研究院所、飼料企業(yè)和養(yǎng)殖者的高度關(guān)注。

5. 產(chǎn)品指標(biāo)研究進展

產(chǎn)品質(zhì)量評價指標(biāo)包括感官指標(biāo)、衛(wèi)生指標(biāo)，以及pH值、總酸、酸溶蛋白、酸溶蛋白/粗蛋白、揮發(fā)性鹽基氮、還原糖、水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分、鈣、磷等化學(xué)指標(biāo)和有效活菌數(shù)等。（T/CSWSL 002——2018《發(fā)酵飼料技術(shù)通則》）

6. 產(chǎn)品功能研究進展——不同加工處理的餅粕飼料在動物體內(nèi)小肽的釋放顯著增加

7. 酶解飼料研究進展

（1）飼料原料預(yù)處理技術(shù)的興起

飼料預(yù)消化技術(shù)是指在動物機體外，根據(jù)不同原料的具體特性進行特定的系統(tǒng)加工處理，以達(dá)到提高飼料中營養(yǎng)物質(zhì)在動物體內(nèi)的利用率和促進動物營養(yǎng)保健的新型飼料加工技術(shù)。

現(xiàn)階段通過發(fā)酵、酶解、膨化等技術(shù)預(yù)先對原料進行處理，以提高飼料利用率等為目的，都是飼料預(yù)處理的范疇。

（2）酶解飼料應(yīng)用效果

——酶解飼料已被廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖中，研究表明，加酶預(yù)消化飼料能顯著改善飼料品質(zhì)，提高斷奶仔豬對飼料養(yǎng)分的消化率，進而促進其生長；

——提高蛋雞的產(chǎn)蛋率，降低料蛋比，改善蛋品質(zhì)，提高能量的表觀代謝率；提高肉雞日糧中養(yǎng)分的表觀消化率，極顯著改善肉雞的采食量、增重和料重比；

——顯著提高綿羊日糧中養(yǎng)分的表觀消化率，顯著減少羊糞中養(yǎng)分的排泄量，綿羊日增重提高，減少料重比，提高了經(jīng)濟效益；顯著提高奶牛的標(biāo)準(zhǔn)泌乳量、平均乳汁率、NDF和ADF的排出量和表觀消化率。

小麥酶解蛋白（酶解單一飼料）

添加2%小麥水解蛋白實驗組與對照組斷奶仔豬相比（在斷奶仔豬飼料中的應(yīng)用研究）：平均凈增重提高2.7千克；平均日增重高96.4克；平均日采食量高60.60克；料重比為低0.29；死淘率為0。

8. 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料研究進展

（1）菌酶結(jié)合的機制

微生物與酶有一個很好的協(xié)同作用，能使大分子物質(zhì)降解更加徹底，微生物的發(fā)酵效率更高；

補充宿主在消化酶上的不足，幫助營養(yǎng)物質(zhì)在消化道內(nèi)充分水解。

利用微生物和酶的協(xié)同作用制備發(fā)酵飼料，處理結(jié)果優(yōu)于酶和菌單獨作用的結(jié)果。

（2）菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料應(yīng)用效果

利用菌酶協(xié)同作用，既能縮短發(fā)酵周期，又能利用芽孢桿菌或乳酸菌抵抗其他雜菌的影響，提高效率，降低生產(chǎn)成本，還能通過產(chǎn)品中含有的大量的芽孢桿菌、乳酸菌和酵母菌等活菌體改變動物腸道內(nèi)的微生態(tài)環(huán)境，增強動物對疾病的抵抗能力，減少抗生素的使用。

（3）菌酶“芯片”技術(shù)在水產(chǎn)發(fā)酵飼料中的應(yīng)用前景

水產(chǎn)發(fā)酵飼料產(chǎn)品研發(fā)：低蛋白型（主用于雜食性魚類）和高蛋白型（主用于蝦蟹類和肉食性魚類）；

水產(chǎn)用保健產(chǎn)品研發(fā)（肝解毒、護腸道、免疫增強、抗應(yīng)激、促生長等）；

水產(chǎn)用微生態(tài)制劑產(chǎn)品研發(fā)（水質(zhì)改良、底質(zhì)改良、培藻肥水等）。

9. 地源飼料發(fā)酵應(yīng)用技術(shù)研究進展

地源飼料是指經(jīng)過飼料化加工處理后可規(guī)模化飼用的地方性飼料資源的總稱，具有特色的營養(yǎng)價值、不易加工處理、流通成本高、易變質(zhì)、季節(jié)性強和有一定地理范圍等特點。（生物飼料開發(fā)國家工程研究中心技術(shù)專家委員會第四次會議（2016））

在當(dāng)今我國畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中，地源性飼料資源研究與應(yīng)用進展有重大意義，是打造中國特色配方體系的基礎(chǔ)。

（1）地源飼料應(yīng)用模式

針對糟渣、果渣和凈菜等資源豐富但開發(fā)利用率低的情況，近年來我國畜牧業(yè)中出現(xiàn)了一些高水分物料發(fā)酵后采用濕喂或液體飼喂的有代表性應(yīng)用模式，比如山東繁育母豬發(fā)酵飼料濕喂技術(shù)模式、山東中裕酒糟液體飼喂模式、重慶榮昌生長肥育豬固體發(fā)酵飼料混合應(yīng)用模式、廣西“微生態(tài)+”現(xiàn)代生態(tài)養(yǎng)殖模式、飼用構(gòu)樹產(chǎn)業(yè)種養(yǎng)加消生態(tài)循環(huán)模式等，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟和社會效益。

（2）地源飼料應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

為避免漿、渣和糟類等烘干帶來的成本增加，降低其抗?fàn)I養(yǎng)因子或毒性成分，地源飼料應(yīng)用集成以下五大關(guān)鍵技術(shù)：

針對不同地源飼料的菌+酶發(fā)酵菌劑集成技術(shù)；

針對不同產(chǎn)地的發(fā)酵設(shè)備和工藝技術(shù)；

地源飼料營養(yǎng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)和以某一地源飼料為核心的不同養(yǎng)殖品種的飼料日糧配方技術(shù)；

針對不同養(yǎng)殖規(guī)模的自動化液態(tài)飼料及濕料飼喂設(shè)備和工藝技術(shù)；

畜禽糞污氮磷減排生物處理技術(shù)。

（3）地源飼料+固體發(fā)酵+液態(tài)飼喂集成應(yīng)用技術(shù)

生長育肥豬應(yīng)用案例

10. 發(fā)酵飼料對動物生產(chǎn)性能的影響

（1）對畜禽生長性能的影響

酒糟、尾菜、桑葉和棉菜粕等發(fā)酵后，在豬、禽、羊、牛等配合飼料/TMR中添加量2%-50%不等，也有全發(fā)酵日糧的應(yīng)用。

——在生產(chǎn)性能方面，總體表現(xiàn)為日增重增加，料肉比降低，育肥動物每千克增重的飼料成本降低，養(yǎng)殖經(jīng)濟效應(yīng)增加；

——在畜產(chǎn)品品種方面，雞肉氨基酸和肌間脂肪有所增加，胸肌肌苷酸含量提高；蛋殼品質(zhì)提高；蛋黃顏色增加，蛋黃中膽固醇含量降低；肉蛋奶品質(zhì)得到改善。

（2）對動物腸道微生態(tài)與形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

據(jù)報道，微生物活菌發(fā)酵飼料對豬、禽、水產(chǎn)等養(yǎng)殖動物的腸道微生態(tài)和血清生化指標(biāo)產(chǎn)生影響，具有促進有益活性菌在宿主腸道的定殖，改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，促進腸道發(fā)育，而促進生產(chǎn)性能提高。

11. 生物發(fā)酵飼料在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

產(chǎn)生作用：替代魚粉；減抗替抗；改善品質(zhì)；優(yōu)化水質(zhì)。

應(yīng)用案例：2017年，我國對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量120萬噸，其中海水蝦70萬噸、淡水蝦50萬噸。年使用蝦飼料140萬噸左右，魚粉的使用比例在30%左右。

在蝦料上，發(fā)酵豆粕替代魚粉，低于20%時對南美白對蝦的增重?zé)o顯著影響，Ding等用發(fā)酵豆粕替代魚粉喂養(yǎng)日本沼蝦，發(fā)酵豆粕最佳替代量為25%。

三、我國生物飼料亟待解決的問題

（一）研究方面急需系統(tǒng)評價菌種特性并提出統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)酵飼料主要以改善原料品質(zhì)為目標(biāo)，生產(chǎn)富含高活性益生菌及其代謝產(chǎn)物的生物飼料產(chǎn)品。因此，菌種來源規(guī)范性以確保菌種、菌株安全性和明確應(yīng)用菌種/菌株的特性居首要地位。

（二）制備方面急需重視工藝標(biāo)準(zhǔn)化和工藝質(zhì)量的穩(wěn)定

發(fā)酵飼料產(chǎn)品質(zhì)量直接受菌種特性、工藝設(shè)計和設(shè)備性能的影響。

當(dāng)前我國發(fā)酵飼料的工藝設(shè)計已呈現(xiàn)趨同，對應(yīng)的設(shè)備性能已得到逐步提高，但工藝的安全性保證、標(biāo)準(zhǔn)化措施、設(shè)備配套性和工藝質(zhì)量的檢測或監(jiān)控繼續(xù)加強。

發(fā)酵過程中菌劑、菌種、菌株和底物的配伍相宜，菌種活化、滅菌與否、烘干程度等也需要深入研究。

（三）應(yīng)用方面急需提高對動物營養(yǎng)和微生物營養(yǎng)的協(xié)同性認(rèn)識

養(yǎng)殖生產(chǎn)中，日糧首先必須滿足不同養(yǎng)殖品種對飼料營養(yǎng)的需求。缺乏營養(yǎng)或營養(yǎng)不平衡情況下，發(fā)酵飼料替代配合飼料的量受限。微生態(tài)制劑的研究證明：過多地添加微生態(tài)制劑日增重和飼料報酬反而下降。

（四）行業(yè)支撐方面急需建立發(fā)酵飼料基礎(chǔ)營養(yǎng)數(shù)據(jù)庫

隨著發(fā)酵飼料產(chǎn)量和用量的加大，發(fā)酵飼料的基礎(chǔ)營養(yǎng)數(shù)據(jù)庫建立尤為緊急。而發(fā)酵功能性物質(zhì)和安全指標(biāo)的標(biāo)識，也需要形成標(biāo)準(zhǔn)以利于市場的健康發(fā)展。發(fā)酵飼料有益于動物健康和養(yǎng)殖環(huán)境的科學(xué)評價系統(tǒng)急需建立。

（五）行業(yè)發(fā)展急需建立相關(guān)團體標(biāo)準(zhǔn)

隨著發(fā)酵飼料生產(chǎn)企業(yè)、品種和產(chǎn)量的增加，統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)在行業(yè)的規(guī)范可持續(xù)發(fā)展中至關(guān)重要。除明確的營養(yǎng)常規(guī)指標(biāo)外，酸溶蛋白、乳酸、甘露寡糖、益生菌活菌數(shù)等有益指標(biāo)和揮發(fā)性鹽基氮、霉菌和霉菌毒素等有害指標(biāo)均直接反應(yīng)發(fā)酵效果，均需在制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時權(quán)衡參考。從菌種、工藝、原料、產(chǎn)品和應(yīng)用等方面系統(tǒng)而全面的建立相關(guān)團體標(biāo)準(zhǔn)刻不容緩。

四、生物飼料產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

（一）特色功能菌株的篩選

未來功能菌株的篩選仍然是生物飼料研究的核心，即針對餅粕類原料中存在的抗?fàn)I養(yǎng)因子、玉米深加工副產(chǎn)物中的霉菌毒素和含硫物質(zhì)，篩選高效降解菌；

針對不同畜種的腸道特點及同一畜種不同發(fā)育時期的腸道特點等，篩選適應(yīng)性好、定植能力強的菌株；以及根據(jù)其他特定功能性代謝產(chǎn)物，篩選高效表達(dá)菌株。

（二）菌株的組合效果

目前很多生物飼料的菌種應(yīng)用組合比較粗糙，多停留在種的層面，甚至是屬的層面，隨著菌株篩選及功能研究的不斷深入，菌株的功能不斷明確，菌株之間的組合研究將開啟一個新的發(fā)展局面，并實現(xiàn)與腸道微生物組學(xué)、代謝組學(xué)等前沿研究的同步發(fā)展。

原核生物界-細(xì)菌界-厚壁菌門-芽孢桿菌綱-乳桿菌目-乳桿菌科-乳桿菌屬熱乳酸桿菌亞屬-德氏乳桿菌種-保加利亞乳桿菌ND02菌株（Lactobacillus bulgaricus）-來自乳的乳酸菌

（三）菌株功能明確

（四）發(fā)酵飼料業(yè)態(tài)變化帶來的影響

發(fā)酵飼料的逐步發(fā)展，將引入大量非常規(guī)原料及地源飼料的使用，必將發(fā)展出新的飼料配方體系，飼料配方將更加多樣化。也將推動上游原料供應(yīng)商或食品加工企業(yè)，適當(dāng)改善加工工藝流程，不斷提高副產(chǎn)物的質(zhì)量。

（五）生物飼料生物學(xué)效價評價指標(biāo)

未來生物飼料的功能將更進一步明確，其對原料的預(yù)消化程度、對飼料利用率的提高程度、對畜體腸道健康的改善程度、對畜產(chǎn)品品質(zhì)的改善效果，甚至對畜禽糞污資源化利用中限制因子的去除程度，以及對畜禽舍內(nèi)氨氣的去除程度等都將進一步量化，評價方法將進一步標(biāo)準(zhǔn)化。

（六）生物飼料質(zhì)量安全實施動態(tài)預(yù)警監(jiān)測

生物飼料的質(zhì)量安全性，首先要依據(jù)飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；生物飼料因其微生物學(xué)屬性，還應(yīng)對其微生物安全性進行監(jiān)測。包括所用菌種是否合法合規(guī)，發(fā)酵工藝等控制不嚴(yán)而導(dǎo)致的有害菌，甚至是致病菌的污染；利用新一代測序技術(shù)，通過宏基因組測序等手段，對生物飼料的全部微生物組成進行監(jiān)測。此外，生物飼料往往還具有動態(tài)變化的性質(zhì)，所以生物安全監(jiān)測也應(yīng)是一個動態(tài)監(jiān)測的過程。

文章來源:蛋雞微傳媒