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猪液态发酵料:面向未来的古老技术

来源:猪相关   


     在漫长的人类养猪历史中,给猪喂颗粒饲料的历史其实是很短暂的。养猪长期作为家庭的“农业及厨余垃圾消化器,大部分时间吃的是汤汤水水。

液态料(或称稀料饲喂作为一种古老的饲喂方式在率先进入养猪现代化的欧洲的养猪强国普及度越来越高。

据统计,在丹麦和瑞典,超过60%的出栏猪是使用的液料喂,而母猪使用液态料比例也差不多。荷兰和法国出栏猪液料饲喂比例为33%左右,但在养猪集中区,这个比例约为50-60%。

常与液态料饲喂相伴的词组是“”,即发酵液态料。液态料饲喂中一个比较突出的问题是饲料卫生的控制,也正因此液态料饲喂长期在北欧流行,在南欧应用比例却比较低。

在液料制备过程中利用天然存在的或人工加入乳酸菌、酵母菌等天然有益菌,给与一定的时间使其达到发酵稳定状态,产生的混合物即为发酵液态料。上述有益菌在增殖过程中会产生乳酸、醋酸和乙醇,从而降低混合物的pH值。这种低pH值的混合物饲喂给猪之后,可以降低猪胃中的pH值,阻止大肠杆菌和沙门氏菌等病原体在胃肠道中的增殖。

但是结合了发酵技术的液态饲喂不仅解决了饲料卫生控制问题,还带来额外的好处,包括提高猪肠道健康提高消化率等。在欧盟宣布禁止使用抗生素作为猪的生长促进剂后,人们对发酵饲料改善仔猪和育肥的性能的兴趣急剧增加。

本文综述发酵液态料相关的一些基础知识,包括发酵料使用的理想条件、影响因素,以及发酵料的优缺点。

发酵料生产的关键考虑

1. 发酵全价料还是发酵原料

发酵料的制备既可以对全价料进行发酵;也可以单独对谷物进行发酵,然后把发酵后的谷物按比例混合以配制全价日粮。直接发酵全价日粮是最简单的方法,但是这种方法会有一些问题;比如发酵过程势必造成一些必需营养物质如维生素和氨基酸的损耗。因此有学者主张只对谷物部分进行发酵,与成分复杂的全价混合发酵料相比,发酵谷物是一种更稳定的产品,而且可以更方便制备“阶段饲喂”的液态发酵料。此外,由于谷物的缓冲能力比配合饲料低,所以谷物的发酵往往会更快。

2. 自发发酵与分批发酵

为了控制液料中有害微生物的滋生,发酵液态料中必须含有足够数量的乳酸。乳酸的产生可以来自于自发发酵,也可以是人工接种。自发发酵的开展通常采用批次发酵方式。这种方式的有点是发酵更易控制,如果发生不理想发酵,只会浪费一批次饲料。但是,分批发酵可能需要几天时间才能生产出高质量的发酵液体饲料。此外,在商业农场的条件下,分批次喂养系统比较难以搭建,因为在每次灌装时都需要对系统进行清洁和消毒,几乎很难实现。

3. 提高自发发酵质量办法

Beal研究认为,自发发酵系统不可靠,因为发酵模式会发生变化。其他研究表明,不受控的自发发酵会导致高浓度的醋酸和生物胺,对适口性产生负面影响。因此,自发发酵是不可取的。然而,如果必要使用自发发酵的情况下,可以通过在发酵介质中添加铜来提高发酵质量,因为铜可以加快乳酸的产生。

4. 接种发酵

在液态料中接种乳酸菌可以迅速产生高浓度乳酸。如果只发酵谷物部分,则应进一步提高乳酸浓度,以补偿加入其他饲料成分形成的稀释和缓冲,这种情况下接种更显得有价值。用作生产接种剂的菌株必须具有较高的乳酸生产能力,并应具有抗肠道病原体的活性。这方面有大量研究,经常用于接种的细菌种类是植物乳杆菌和片球菌属。

5. “引子”发酵(back-slopping fermentation)

这种技术是把前一次成功发酵的混合物作为接种剂(“引子”)混合到新鲜稀料中进行发酵。这回对乳酸菌进行逐步选育并加速发酵。相比于分批发酵过程需要几天时间才能完成,“引子”法可以在几小时之内完成发酵。但是Brooks支出,引子法可能会导致酵母菌为主的微生物区系的发展。而酵母菌的大量生长会对发酵饲料的营养价值产生消极或积极的影响,这取决于存在的菌种。

在实际应用中通常会留50%余液作为引子,但是有研究表明,20-25%的余液就足够保持正常发酵。

影响发酵液态料质量的因素

影响发酵液体饲料质量的因素显示在图1中。影响最终成品质量的因素包括最初存在的微生物类型、底物数量和质量以及各种发酵参数。

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图1:液态料发酵过程中三因素之间的相互作用。

1. 微生物

饲料中天然存在的或人工接种的乳酸菌的数量越多,乳酸产生越快,pH下降就越快,有害菌的减少就越快。

菌种方面有大量详实研究。植物乳杆菌和戊糖片球菌是在发酵饲料中最多的乳酸菌群。Olstorpe等人报告说,液体发酵料在发酵过程中菌群会发生变化。自发发酵过程中,前期戊糖片球菌为主导菌种,连续发酵3天后植物乳杆菌成为主导菌种。在接种发酵中也有类似情况,用于接种的菌种最后未必是主导是菌种。

发酵液体饲料中存在的酵母菌种群多样性非常高,有待进一步研究。酵母菌存在的数量会对发酵液态料的品质造成影响。由于酵母菌可以吸附肠道细菌,因此高浓度酵母菌有有益的作用。但是酵母菌也会导致异味,以及产生一些影响适口性的物质如乙酸、乙醇和戊醇。

可以在发酵过程中添加弱酸来抑制酵母生长。

2. 发酵条件

Jensen和Mikkelsen的研究显示,发酵液态料生产过程中,在20℃以上发酵与20℃以下相比没有任何优势。但是,如果要求饲喂时pH值低于4.5,则温度需要至少20℃。20℃是有效发酵的最低温度,温度越高,乳酸产生越快,对于有害菌的减少越有利。

应避免向发酵系统中直接注入冷水,冷水会使肠道致病菌受冷应激,产生冷休克蛋白,这种蛋白会对致病菌形成保护。此外冷休克会抑制乳酸菌生长,使酵母菌成为主导。

发酵液态料的水料比可以在1:1.5 - 1:4之间波动,最常见比例是1:2 到 1:3之间。

发酵液体料的理性品质特征

Van Winsen等人将发酵液体饲料的理想特性描述为pH值低于4.5,乳酸菌浓度高于9 log10 CFU/mL,乳酸浓度高于150 mmol/L,乙酸和乙醇浓度分别低于40和0.8 mmol/L。

Beal等人报告说,为了防止沙门氏菌的生长,液体饲料需要含有至少75mmol/L的乳酸。Beal和Brooks等人另一份报告中说,为了减少肠杆菌的浓度,乳酸的浓度应高于100mmol/L。这一浓度的乳酸可以对采食量、日增重和饲料效率产生有利影响。

尽管Van Winsen等人将乙酸的上限设定为40 mmol/L,但其他作者表示,乙酸浓度超过30 mmol/L已经可以对发酵液体饲料的适口性产生负面影响。然而,Canibe等人报告说,仔猪饲喂添加了高达120 mmol/L乙酸的发酵液体饲料,对体重增长没有负面影响。

发酵液体料的优点

1. 替抗的最优策略之一

发酵液体料最大的优点是提高猪生产性能。Kil和Stein研究认为,发酵液体料是替代抗生素的最有效饲喂策略之一。在乳猪、断奶猪和生长猪和育肥猪上已经观察到了有益的效果。改善的程度与特定猪场中存在的病原体水平有关。

2. 帮助仔猪建立好的微生物印记

新生猪的肠道是无菌的,通过与母亲和环境的接触获得其特有的菌群。根据Kenny等人的研究,出生后的这段时间可能是建立潜在有益细菌群落的最重要窗口期,这可能导致终身的、稳定的关联,也被称为细菌 "印记"。给母猪喂食发酵的液体饲料会影响其子代的肠道细菌群。与喂养非发酵液体饲料或干饲料的母猪的仔猪相比,喂养发酵液体饲料的母猪的仔猪粪便中的大肠菌群数量较低。此外,与其他仔猪相比,饲喂发酵液体饲料的母猪的仔猪粪便中的乳酸菌计数更高。这可能表明,使用正确的益生菌菌种来生产发酵液体饲料,可能会导致仔猪微生态的微生物印记,因此有可能发展出一种细菌群体,在断奶等时期能够抵抗不利的生态环境转变。

Missotten等人总结了用干饲料、液体饲料或发酵液体饲料进行的几个体内试验,以及它们对断奶猪性能的影响。这证实了Jensen和Mikkelsen早先作出的结论。在对发酵液体饲料与干饲料的4项试验的总结中,他们报告了增重提高22.3%,饲料效率提高10.9%。

3. 提高干物质摄入

以液体形式饲喂日粮的一个好处是,断奶猪可以同时得到水和饲料。这样,仔猪不需要单独学习采食和饮水行为。Barber指出,虽然有些猪可能在进入猪圈的几分钟内就找到饮水器,但其他猪可能需要超过24小时,而这一时间足以诱发脱水的症状。

Russell等人得到的结果表明,通过提供发酵液体饲料可以增加新断奶猪的干物质摄入量。当向仔猪提供不同干物质百分比(14.5~25.5%)的发酵液体饲料时,它们通过增加总体积的摄入量来维持干物质的摄入量。所有这些研究都支持这样的理论:在饲喂液体料或发酵液体料时,猪会限制非饲料来源(如来自乳头饮水器)的水的摄入,以最大限度地提高饲料摄入量。因此,当同样的日粮以液体或干燥形式饲喂时,干物质和水的总体积摄入量将是相当的。

由于断奶猪在饲喂液体饲料或发酵液体饲料时的干物质摄入量往往高于饲喂干燥日粮时的干物质摄入量,因此在配制发酵液体饲料的日粮时,应注意根据对干物质摄入量的实际估计来配制。否则,仔猪会消耗过多的营养物质,如蛋白质,从而降低饲料转化率,最终抑制干物质的摄入量或导致蛋白质引起的腹泻。Brooks指出,营养均衡的饲料的发酵只有在增加采食量或改善肠道健康的前提下才会提高性能。如果采食量没有变化,很可能会导致营养不均衡。

4. 改善肉质

给生长育肥期的猪喂食发酵的液体饲料所获得的好处与断奶猪所获得的好处不一样大。Jensen和Mikkelsen总结了9项体内试验的结果,比较了喂食干饲料和液体饲料的猪的表现,并报告说,使用液体饲料,生长育肥猪增重提高4.4%,饲料效率提高6.9%。尽管生长育肥期的猪在性能上的改善没有断奶猪那么大,但在胴体质量方面可能有好处。饲喂发酵的液体饲料已被证明可以将肠后段中色氨酸的转化转向产生吲哚而不是粪臭素,从而降低育肥公猪背膘中粪臭素的浓度,从而减少公猪膻味。显然,这种好处只有在育肥完整公猪时才有。

5. 发酵提高饲料原料利用率

使用发酵液体饲料观察到的性能改善的一个解释是对病原体的控制。然而,另一种解释是营养物质消化率的提高。尽管饲喂发酵液体饲料时获得的结果并不直接,但平均而言,它们似乎表明有改善消化的趋势。这可能是发酵过程所固有的,在谷物中有机酸的形成和内源酶(如植酸酶)的激活之间存在着细微关联,这可能会提高某些营养物质的消化率和利用率。

日粮发酵72小时(30-35℃)可以提高生长育肥猪对粗蛋白、粗纤维和中性洗涤纤维的回肠消化率以及粗蛋白的总肠道消化率。饲喂发酵液体饲料的猪的蛋白质消化率提高的原因之一是与胃的pH值下降有关。胃的pH值低,会刺激胃内的蛋白质分解活动,减缓胃排空的速度,使胃内的消化有更多的时间进行。

据报道,与干饲料相比,发酵液体饲料中的有机物、氮和钙的回肠消化率有明显的改善。对这些提高的一个可能的解释是,饲喂发酵液体饲料改变了胃肠道的形态。Scholten等人报告说,饲喂发酵液体饲料的猪的绒毛长度和绒毛/隐窝比率明显增大,这两个特征都与消化能力的提高有关。

也有研究表明,饲料的发酵可以通过激活内源性谷物植酸酶而引起植酸磷的动员。Lyberg等人报道,与干饲料相比,喂食发酵液体饲料的猪对磷的回肠消化率更高(30%对48%)。

6. 发酵减少抗营养因子

发酵饲料的另一个优点是可以减少饲料中含有的各种抗营养因子的含量。Chiang等人对以菜籽粕为基础的日粮进行了发酵,报告称发酵1天后,异硫氰酸盐的含量减少了17%,发酵3天后减少了68%。豆类发酵96小时后,α-半乳糖苷、植酸、胰蛋白酶抑制剂、单宁酸和皂苷等抗营养因子的浓度下降。这在Egounlety和Aworh对大豆、豇豆和碎豆的发酵的研究中也可以看到。然而,在大豆发酵过程中,胰蛋白酶抑制剂略有增加。

7. 减少粉尘以及呼吸道疾病压力

据报道,使用发酵液饲喂时,猪舍内的粉尘量减少了。这样的减少不仅改善了猪和工人的环境,而且有助于加剧呼吸道疾病对猪性能的影响。

发酵液体料的缺点

尽管使用发酵液体饲料有许多优点,但也有缺点。液体喂养有时与疾病的发生有关,如出血性肠道综合征、胃扭转、胃肠道鼓膜和胃溃疡。

此外,发酵过程会造成饲料中必需营养物质的损失,特别是有意添加到饲料中的合成氨基酸。例如,由于合成L-赖氨酸的脱羧作用,会产生生物胺,如尸胺。生物胺的形成会给猪带来不可逆转的氨基酸损失。这种损失的影响可以通过只发酵谷物部分而不是全部饲料来减少。

最后,如果液体饲料发酵控制不好,高浓度的酵母会导致饲料产生 "异味 ",这是因为产生了醋酸、乙醇和戊醇等化合物,使饲料的适口性降低。

总结

给猪饲喂发酵的液体饲料已被证明可以提高乳猪、断奶猪和生长育肥猪的生长表现。

通过降低猪胃中的pH值,饲喂发酵液体饲料可以防止大肠菌群和沙门氏菌等病原体在胃肠道中的繁殖。液体饲喂的其他好处包括提高营养物质的消化率,改善肠道形态,减少饲料中各种抗营养因子的含量,以及减少猪舍中的灰尘含量。

然而,液体饲喂有时与疾病的发生有关,如出血性肠道综合征、胃扭转、胃肠道鼓膜和胃溃疡。此外,发酵过程会导致饲料中必需的营养物质的损失,特别是合成氨基酸。最后,如果饲料没有得到适当的发酵,高浓度的酵母会导致产生 "异味 ",这是因为产生了醋酸、乙醇和淀粉醇等化合物,使饲料的适口性降低。

总的来说,使用发酵液体饲料似乎是替代抗生素的一个具有成本效益的替代策略。

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