发酵液体饲料工艺及其在猪生产中应用的研究进展

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来源：猪业科学

我国是************大猪肉生产国和猪肉消费国，生猪产业规模化、集约化程度越来越高，环境污染问题也日益突出。此外，受俄乌冲突、新冠肺炎、极端气候等影响，饲料行业进入高成本时代，生猪养殖成本也有所提高。液体饲料发酵工艺作为一种古老的生物技术，在顺应时代进步与产业需求的基础上不断发展，已被越来越多地应用于全球养猪生产中。液态饲喂，通常是指在饲喂前将各种原料与水按照一定比例混合均匀，然后通过管道等方式饲喂猪只。目前，对发酵液体饲料的研究越来越多，相对于干性颗粒饲料和液体饲料，发酵液体饲料对于动物的生长性能、生产性能、消化生理以及肉质等方面都有显著影响。从长期来看，液态饲喂是推动畜牧行业发展的革新利剑，能******限度提升地源资源的使用量，节约饲料成本，而与生物发酵技术的结合，使其在打造绿色无抗的畜禽产品上也具有广阔的应用前景。本文将基于发酵液体饲料的工艺及其在猪生产中的应用，综述发酵液体饲料的研究进展。
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液体饲料发酵工艺
1.1发酵液体饲料在我国的应用进程
发酵饲料具有改善饲料风味、解除毒性、强化营养等作用，从元代开始就被应用于动物养殖。近代养猪业经历了从煮熟料到固体（粉和颗粒）料再到液态料的过程。发酵液体饲料之所以被人们再次重视起来，是因为随着社会经济的发展，养殖业对绿色、无抗、环保、健康的饲料需求更加迫切。此外，由于现代食品加工业的兴起，大量加工业副产品的产生也推动了液态饲料的快速发展。相对欧洲等养殖业发达的国家，我国发酵液体饲料从工艺、设备和应用技术等方面来讲都相对落后，因此从多方面加速推进液体饲料的应用进程，有利于我国现代化养殖业的健康长远发展。
1.2液体饲料的发酵方式
液体饲料常用的发酵方式包括分批发酵及连续发酵。分批发酵是指：发酵前将饲料、水和发酵剂等所需物质一次性加入，整个发酵过程中不再额外添加营养物质，发酵完成后立即将所有饲料饲喂。分批发酵能迅速达到稳定阶段同时获得足够的菌体细胞，从而提高有益菌数。分批发酵的优势在于发酵体系相对稳定，批次之间无影响，但在实际生产中需要更多的发酵剂，存在生产成本高的问题。连续发酵是指：将部分发酵完成的液体饲料（20%~50%）保留在罐中与新鲜液体饲料混合，或者将一部分发酵的产品作为接种物添加到含新鲜饲料的底物罐再次发酵的生产方式。在实际生产中，连续发酵便于操作，发酵剂用量少，更具成本优势，但需要更严格地控制发酵参数来保障品质。长时间的连续培养，菌种发生变异的可能性较大，存在被肠道杆菌和霉菌等病原菌污染的风险。同时，还可能导致氨基酸脱羧产生生物胺，造成饲料适口性降低，动物采食量下降、健康受损等影响。有报道表明液体饲料随发酵时间的延长，可导致干物质被微生物利用，产生有氧或发酵损失。因此，要生产出品质稳定的饲料，就需要对这个多维过程进行充分的控制。
1.3液体饲料发酵剂
自然发酵的液体饲料常因饲料原料及自身附着的微生物种类的差异性而导致发酵品质不稳定。Missotten等认为液体饲料直接进行发酵不能保证乳酸菌成为最终的优势菌群，从而使肠杆菌、霉菌和梭菌等腐败性微生物活跃，使液体饲料发酵品质不佳。目前，根据液体饲料发酵原理，可以采用接种微生物菌制剂和添加酶制剂等工艺来提高发酵液体饲料的发酵品质。乳酸菌是发酵液体饲料最主要的微生物菌种资源，液体饲料接种乳酸菌不仅能补充自然发酵乳酸菌的不足，而且通过接种不同种类的乳酸菌可以达到人为调控发酵进程，产生易消化吸收营养物质的目的。Canibe等发现，乳杆菌可与大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌产生竞争抑制，阻碍致病菌在肠细胞上定植。李洁等研究发现，在发酵液体饲料中接种2%的乳酸菌，发酵3 d后乳酸的含量可达3.4%，且乳酸菌活菌数达1×1010 CFU/mL。纤维素酶和抗营养因子降解复合酶等是发酵液体饲料最常添加的酶，通过在液体饲料中添加酶制剂，一方面可以降解纤维素和其他抗营养因子从而提高饲料的消化吸收率，另一方面也可改善发酵液体饲料的物理特性达到促进动物采食的目的。Christensen等向发酵液体饲料中添加纤维酶发现其可能导致不溶性膳食纤维含量及饲料粘度降低，但对降低pH无显著影响。Agyekum将乳酸菌与复合酶制剂组合添加至大麦发酵液体饲料中，结果表明酶制剂与乳酸菌组合添加既能快速降低pH，又能降低饲料NDF含量。这可能是因为复合酶制剂为发酵液体饲料中乳酸菌提供了更利于发酵的还原糖，从而提高了液体饲料发酵特性。
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影响发酵液体饲料品质的关键因素
优质的发酵液体饲料发酵完成后乳酸菌应是其主要优势菌（＞109 CFU/mL），同时具有低pH（＜4.5）、高乳酸含量（＞150 mmol/L）和低乙酸乙醇浓度（40 mmol/L；0.8 mmol/L）等特点，表观特性表现为具有酸香味和较强的流动性。其中，发酵参数、发酵底物、发酵方式及微生物组成是影响液体饲料发酵品质的重要因素。
2.1液体饲料发酵参数及发酵原料
发酵参数与发酵原料共同影响着发酵液体饲料基本的发酵进程及发酵品质。发酵参数包括发酵温度、发酵时间、料水比等。温度主要通过影响微生物活跃及相关代谢酶活性来影响发酵品质。Dujardin等研究发现当发酵温度低于20℃时，发酵液体饲料酸化时间至少需要18.2 h，pH降至4.0以下至少需要30 h。当发酵温度提升至25-30℃时，更利于乳酸菌的繁殖以及乳酸的快速积累，从而达到抑制肠杆菌及沙门氏菌增殖的目的。根据液体饲料的要求，饲料与水的比例可以在1∶1.5至1∶4 之间波动，但高料水比会降低饲料的流动性，影响饲喂设备的运行，而低料水比则不利于发酵饲料的酸化和pH的降低，因此在实际生产中料水比一般在1∶2至1∶3之间。饲喂适宜料水比的液体饲料有利于家畜对干物质进行采食，Scholten等研究表明当饲料与水的比例从1∶2增加到1∶4时，DM和能量消化率都有线性改善。全价颗粒饲料、谷物类饲料原料是猪发酵液体饲料的主要原料。全价饲料由于必需氨基酸、蛋白质等营养物质比例适宜，因此通过微生物发酵后，营养平衡破坏的风险增大。但也有研究表明发酵全价料后酸性可溶性蛋白质提高，风味增加更利于采食量的增加。大量研究表明玉米粉、大麦、小麦等谷物类饲料原料经发酵后可降低纤维含量，非可溶性多糖和可溶性寡糖转化为单糖，利于动物肠道吸收。另外，谷物类发酵饲料原料含有丰富的水溶性碳水化合物，能够为乳酸菌发酵提供充足的发酵底物，从而保证发酵液体饲料的稳定性。因此，对于液体饲料发酵原料而言，发酵谷物类饲料原料更具有应用潜能。
2.2微生物组成
微生物组成也是影响发酵液体饲料品质的重要因素。乳酸菌、酵母菌、肠杆菌及沙门氏菌等是发酵过程中主要的微生物。在适宜的条件下，乳酸菌的数量是液体饲料发酵潜能的评判指标，保证乳酸菌在动态发酵过程中成为优势菌，有利于pH的快速下降。然而饲料原料天然附着的微生物组成是极其复杂的，Stewart等研究发现饲料自然发酵液体会导致乙酸和生物胺浓度升高，从而对发酵液体饲料的适口性产生不利影响，由此认为添加益生乳酸菌保证液体饲料发酵初始乳酸菌数量，可以达到人工调控发酵品质的目的。胡虹等在植物乳杆菌液态发酵仔猪全价饲料的试验研究中指出，当接种2%植物乳酸杆菌时，可利于乳酸菌的发酵和粗蛋白的提高。Dujardin等研究指出采用分批次发酵方式乳酸菌的初始数量为6×1010 CFU/mL时，更利于乳酸菌成为主要优势菌，在发酵24 h后乳酸菌数量可稳定维持在9×1010 CFU/mL。Meara从8个商品化猪舍的混合罐和肥育区的料槽中分别进行了取样，并对取得的液体饲料样品进行了微生物学和理化分析，结果表明无论是在发酵还是未发酵的液体饲料中酵母菌都是普遍存在的。酵母菌在液体饲料中具有两面性，一方面可以抑制霉菌等有害微生物的增殖，酵母菌菌体及其次生代谢产物能吸附致病病菌，阻碍致病菌与肠道黏膜结合，其丰富的营养成分还可以提高动物抗病力，减少应激。但酵母菌在利用大量底物发酵的同时会产热生成乙醇和二氧化碳气体，导致营养物质的损失。肠杆菌及沙门氏菌是发酵液体饲料主要的有害菌，其大量增殖会直接导致动物采食后引发代谢异常，肠道内膜受损等病变。肠杆菌及沙门氏菌具有耐酸性弱，厌氧条件下生长不佳等特点，因此保证液体饲料发酵初期乳酸菌的快速增殖，产生大量乳酸，能达到抑制其生长的目的。
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发酵液体饲料应用在猪生产中的应用
3.1对猪肠道健康的影响
3.1.1肠腔营养供给
在发酵过程中，相比于传统颗粒饲料，液体饲料有更多的营养物质产出，其中维生素和氨基酸可以为肠腔发育提供必需的营养元素，促进断奶仔猪的肠腔发育。有研究表明使用发酵液体饲料饲喂断奶仔猪能够增加小肠绒毛表面积，显著增加绒毛增殖因子。另外，断奶仔猪肠道发育初期，还可以通过补充发酵液体产生的益生菌代谢酶，弥补胃肠道中消化酶产量不足的问题，从而缓解断奶应激，促进饲料中营养的吸收，使其消化代谢功能提升。
3.1.2阻碍病原菌定植，建立优势菌群环境
液体饲料经发酵后，可营造利于消化的酸性环境，调节肠道菌群，而其中含有的大量有益微生物，可利用自身的特性吸附在肠道黏膜上，从而形成生物屏障，有效阻碍肠道内病原体的定植，已有在母、仔猪上应用的相关报道。仔猪断奶后，由母乳到颗粒料的转变使其肠道黏膜受到刺激产生细胞因子，发酵液体饲料中的益生菌能有效激活肠道黏膜中的有益细胞，吞噬坏死的细胞组织，抵制肠道外的病原菌，如短螺旋体疫痢菌和胞内劳森氏菌等，从而减少胃肠道的肠杆菌科的数量。Jensen等报道，饲喂发酵液体饲料能显著降低仔猪小肠后部、盲肠及结肠中大肠杆菌的数量，从而大幅降低大肠杆菌的隐形感染率，降低腹泻的发生。
新生猪的肠道是无菌的，只能通过与母体和环境的接触逐渐获得其特有的菌群，而出生后的一段时间则是建立肠道微生态稳态的重要窗口期，这可能对其造成长远影响。母猪饲喂发酵液体饲料也会对其子代肠道细菌群产生的影响，后代仔猪粪便大肠菌群数量低于饲喂非发酵液体饲料或干性饲料的仔猪，且乳酸菌数量较高。因此，使用适合的益生菌生产发酵液体饲料可能会正向影响仔猪肠道的微生物区系。
3.2对猪生产性能的影响
液体饲料可通过发酵过程消除抗营养因子，从而提高营养成分的生物利用度。已有许多研究报道发酵饲料对饲料中抗营养因子具有消除效果，如降低硫代葡萄糖苷含量并促进菜籽粕的营养价值，降低棉粕中游离棉酚含量等。目前已有多项研究表明，结合液态饲喂和生物发酵技术饲喂，对不同阶段猪的生长性能有一致性的正向规律，即采食量和日增重的显著增加。
使用发酵液体饲料饲喂猪时，大量乳酸菌的产生会产生特有的酸香味，刺激猪的采食欲望，起到良好的诱食作用。从断奶到出栏全阶段来看，由于生长育肥猪的消化道和免疫系统已发育完善，断奶和保育阶段增重效果更加明显。Huailu Xin等研究表明，FLF饲粮显著提高了猪的终末体重和平均日增重，有提高ADFI的趋势，但对料重比无显著影响。8 ~ 20 kg阶段，FLF组表观消化率显著高于CON组。50~125 kg阶段，盲肠和结肠食糜中乳酸菌的丰度显著提高，同时盲肠和结肠食糜中大肠杆菌丰度显著降低。上述试验结果表明，发酵液体饲料可以促进胃肠道内乳酸杆菌生长，同时使大肠杆菌数量显著降低对生长育肥猪的健康有潜在影响。
母猪的液态饲喂模式对设备的自动化和精细化程度要求较高，有研究表明，在母猪妊娠期和泌乳期饲喂发酵液体饲料，猪只日采食量从2.3 kg增加到3.9 kg，有效减少了母猪在繁殖周期中的背膘损失，增加了繁殖寿命。由于胎儿生长速度的提升集中在妊娠后期，因此该时期采食量的增加可提高繁殖性能，增加仔猪的初生重。
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小结与展望
发酵液体饲料是减轻饲料原料供应压力，实现养殖降本增效、打造绿色无抗有机畜产品同时助力饲料工业实现碳中和的有效途径。与干性颗粒饲料和液体饲料相比，发酵液体饲料更具优势，在减少氨基酸的损失的同时，还能防止生物胺的产生。目前，发酵液体技术已在育肥猪各阶段的应用中呈现出采食和增重优势，在母猪上的应用也有着采食量增加和产仔重提高等效果。尽管发酵液体饲料优势众多，但仍存在副产物原料生物安全、液体饲料运输保鲜、设备管道防霉等问题，其规模化推广应用必然会面临困难。因此，进一步提升发酵液体饲料质量、丰富菌种资源、提升养殖户降本增效，拓宽应用渠道等，是今后的主要研究方向。我国具有丰富的地源性原料作为液体饲料资源，随着人们对发酵液体饲料认可度的不断提高，发酵液体饲料的开发及应用前景一片光明。

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