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液體發(fā)酵飼料及在生豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進展

時間:2021年07月31日 分類:農(nóng)業(yè)論文 次數(shù):

摘要:液體發(fā)酵飼料可利用食品加工副產(chǎn)品和谷物發(fā)酵來降低養(yǎng)殖成本,還可通過改善腸道菌群、提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率來改善豬的生長性能,在生豬養(yǎng)殖中受到越來越多的關(guān)注。本文對液體發(fā)酵飼料制備、影響液體發(fā)酵飼料質(zhì)量的因素以及在生豬養(yǎng)殖中的應(yīng)用進行綜述,

  摘要:液體發(fā)酵飼料可利用食品加工副產(chǎn)品和谷物發(fā)酵來降低養(yǎng)殖成本,還可通過改善腸道菌群、提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率來改善豬的生長性能,在生豬養(yǎng)殖中受到越來越多的關(guān)注。本文對液體發(fā)酵飼料制備、影響液體發(fā)酵飼料質(zhì)量的因素以及在生豬養(yǎng)殖中的應(yīng)用進行綜述,以期為液體發(fā)酵飼料研發(fā)及應(yīng)用提供參考。

  關(guān)鍵詞:液體發(fā)酵飼料;生長性能;腸道健康;加工副產(chǎn)物;豬

發(fā)酵飼料

  隨著現(xiàn)代食品和乳品工業(yè)的迅速發(fā)展,大量液態(tài)副產(chǎn)物的處理問題日益突出,直接排放會污染環(huán)境,而進行干燥再使用會增加處理成本。液體飼料是指使用液態(tài)副產(chǎn)品或水與常規(guī)干飼料混合制備的流體飼料[1,其可利用液態(tài)副產(chǎn)物、促進養(yǎng)分利用[2];一定時間后飼料中天然存在的乳酸菌和酵母菌增殖產(chǎn)生乳酸、乙酸和乙醇等以降低pH,并最終達到穩(wěn)定狀態(tài)的飼料[35]。

  研究發(fā)現(xiàn),液體發(fā)酵飼料更符合豬的消化生理特點,可提高豬只生長性能,并在一定程度上抑制沙門氏菌和大腸桿菌增殖,提高豬只健康程度和動物福利。因此,液體發(fā)酵飼喂正逐漸被接受,歐洲已有大約30%~50%的豬場使用液體發(fā)酵飼料[6]。當(dāng)前我國飼料資源緊缺,加之飼料中禁止使用抗生素,使得液體發(fā)酵飼料的應(yīng)用前景越發(fā)廣闊。本文將基于液體發(fā)酵飼料的制備和營養(yǎng)特性及應(yīng)用效果,綜述液體發(fā)酵飼料的研究進展。

  發(fā)酵技術(shù)論文:復(fù)合蛋白發(fā)酵酸奶飲料的穩(wěn)定體系研究

  1液體發(fā)酵飼料的發(fā)酵方式

  1.1自然發(fā)酵將任何單一或組合飼料成分浸泡在水中時,原料中天然存在的微生物發(fā)酵增殖,其中包括有益菌(如乳酸菌、酵母菌)以及一些有害的微生物(如大腸桿菌、沙門氏菌)等[5]。研究表明,自然發(fā)酵谷物產(chǎn)生乳酸的范圍在27~57mmol/L[79],表明自然發(fā)酵方式產(chǎn)生的乳酸水平不穩(wěn)定;Canibe等[1011]發(fā)現(xiàn),自然發(fā)酵全價料導(dǎo)致飼料中乙酸和生物胺濃度更高,對液體發(fā)酵飼料的適口性和動物采食量產(chǎn)生不利影響,還會導(dǎo)致必需營養(yǎng)物質(zhì)(如維生素和合成氨基酸)的損失。

  1.2發(fā)酵劑發(fā)酵發(fā)酵劑發(fā)酵是指在制備液體發(fā)酵飼料時添加外源發(fā)酵劑進行發(fā)酵。乳酸菌作為益生菌,是發(fā)酵劑發(fā)酵中的常用菌株,能夠利用發(fā)酵底物中的碳水化合物產(chǎn)生乳酸。乳酸菌菌株具有產(chǎn)生高濃度乳酸的能力,并且對病原菌具有抗菌活性[12]。研究發(fā)現(xiàn),液體發(fā)酵飼料中接種約氏乳桿菌、唾液乳桿菌、植物乳桿菌發(fā)酵24h后pH降至4.2~4.4,發(fā)酵48h后可產(chǎn)生100mmol/L以上的乳酸,對沙門氏菌也有很高的抗菌活性[13]。發(fā)酵全價料和接種乳酸菌的發(fā)酵谷物其乳酸菌和乳酸濃度顯著增加,腸桿菌數(shù)量顯著減少,pH顯著降低。

  1.3溢回發(fā)酵和分批發(fā)酵

  溢回發(fā)酵是指將部分發(fā)酵完成液體飼料保留在罐中與新鮮液體飼料混合,或者將一部分發(fā)酵的產(chǎn)品作為接種物添加到含新鮮飼料的底物罐再次發(fā)酵的方式[17]。溢回發(fā)酵可以避免多次接種菌,可加快發(fā)酵速度提高生產(chǎn)效率。分批發(fā)酵無需替換液體發(fā)酵飼料,但需要分批添加發(fā)酵劑。分批發(fā)酵更容易控制,當(dāng)出現(xiàn)不良發(fā)酵時也只會影響一個發(fā)酵批次。保留20%發(fā)酵完成液體飼料至新鮮液體飼料中能顯著降低飼料pH和大腸桿菌數(shù)量,并增加乳酸濃度[18]。

  研究發(fā)現(xiàn),發(fā)酵酒糟及其殘液干燥物(istillersriedrainswitholubles,DDGS)的低初始pH導(dǎo)致該底物在最初48h的培養(yǎng)過程中微生物活性較低,而微生物活性和乳酸濃度在溢回發(fā)酵后急劇增加[19];溢回發(fā)酵更適合在實際生產(chǎn)中應(yīng)用,但發(fā)酵過程需要嚴(yán)格把控,避免雜菌污染。2液體發(fā)酵飼料質(zhì)量的影響因素微生物組成、發(fā)酵參數(shù)、發(fā)酵底物、飼喂方式等因素都會影響液體發(fā)酵飼料的質(zhì)量[4,20]。而目前液體發(fā)酵飼料質(zhì)量尚沒有一個明確標(biāo)準(zhǔn),普遍認(rèn)為,液體發(fā)酵飼料pH應(yīng)低于4.5,乳酸菌濃度高于109CFU/mL,乳酸濃度高于150mmol/L,乙酸和乙醇濃度分別低于40mmol/L和0.8mmol/L[12]。

  2.1微生物組成

  液體發(fā)酵飼料的微生物組成豐富,乳酸菌和酵母菌在液體發(fā)酵飼料中是最常見的菌種。研究者對丹麥40個農(nóng)場的液體發(fā)酵飼料進行分析,篩選出能夠在發(fā)酵飼料和豬的胃腸道中產(chǎn)生大量乳酸并具有抗菌作用的益生菌,其中最常見的是乳酸菌,主要包括面包乳桿菌、類食品乳桿菌、南特西乳桿菌、法式乳桿菌、泡菜乳桿菌、戊糖乳桿菌、植物乳桿菌、類植物乳桿菌、脂肪乳桿菌、舊金山乳桿菌、林氏醋桿菌[21];分離的酵母菌種主要是腐殖假絲酵母米假絲酵母、野生酵母、博伊丁酵母、近鄒褶念珠菌,這種酵母占全部酵母分離物的87%[21]。但Olstorpe等[22]發(fā)現(xiàn),在發(fā)酵小麥酒糟、發(fā)酵乳清和自然發(fā)酵的液體飼料中,盔狀畢赤酵母、膜畢赤酵母和異常畢赤酵母始終為優(yōu)勢酵母。

  酵母在液體發(fā)酵飼料中存在兩面性。一方面,酵母能將腸桿菌結(jié)合到自身表面,阻斷腸桿菌與腸上皮的結(jié)合[23]。另一方面,高濃度酵母會消耗發(fā)酵底物并產(chǎn)生大量乙醇和乙酸等物質(zhì),從而影響適口性[1,24]。采用不同微生物菌株對液體飼料進行發(fā)酵發(fā)現(xiàn),植物乳桿菌和鏈球菌發(fā)酵17h后,乳酸含量分別261mmol/L和84mmol/L,pH分別為3.36和4.2,乙酸含量分別為14mmol/L和5mmol/L[13]。

  同樣,Missotten等[14]發(fā)現(xiàn),與自然發(fā)酵液體飼料、乳酸片球菌液體發(fā)酵飼料相比,采用嬰兒鏈球菌和植物乳桿菌發(fā)酵后,乳酸濃度顯著升高,乙酸、乙醇顯著降低,表明微生物菌株對發(fā)酵產(chǎn)物有顯著影響。總體上,液體發(fā)酵飼料制備過程中微生物結(jié)構(gòu)分為個階段:第一階段,高pH使得大腸桿菌繁殖,乳酸菌和酵母菌數(shù)量增長緩慢;第二階段,乳酸菌數(shù)量明顯增長并于發(fā)酵過程中產(chǎn)生有機酸,進而降低pH以抑制腸桿菌繁殖;第三階段,乳酸菌數(shù)量和穩(wěn)定,隨著發(fā)酵時間推移,飼料中的酵母數(shù)量會逐漸增加[5,2425]。

  2.2發(fā)酵參數(shù)

  發(fā)酵參數(shù)主要包括發(fā)酵溫度、料水比、發(fā)酵時間等。發(fā)酵溫度會影響微生物的繁殖速度。將液體發(fā)酵飼料溫度從15℃提高到30℃時,飼料pH降至4.0的時間縮短約倍,在15℃時,液體發(fā)酵飼料中大腸桿菌數(shù)量始終不變,但提高溫度至20℃或30℃時大腸桿菌數(shù)量于46h后降低至檢測閾值以下[24],將溫度從20℃提高到37℃時乳酸含量顯著增加,但超過37℃乳酸含量開始降低[26]。料水比主要影響干物質(zhì)含量,實際生產(chǎn)中一般在∶2~1。

  研究發(fā)現(xiàn),將液體發(fā)酵飼料的料水比從∶4.5升高至5升,顯著提高了還原糖濃度,改善飼料的適口性[27],但料水比不宜過高,干物質(zhì)含量增加會降低飼料的流動性,從而限制液體發(fā)酵飼料在液體進料系統(tǒng)中使用。發(fā)酵時間同樣影響飼料中微生物及代謝產(chǎn)物產(chǎn)生,馮江鑫等[28]發(fā)現(xiàn),隨著發(fā)酵時間延長,大腸桿菌數(shù)量逐漸降低,飼料中乳酸和酸溶蛋白水平增加,發(fā)酵18h后飼料中乳酸菌數(shù)量顯著升高。

  2.3發(fā)酵底物

  液體發(fā)酵飼料中不同的發(fā)酵底物會影響發(fā)酵質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn),與干飼料相比,發(fā)酵小麥和大麥可降低谷物中果聚糖、淀粉和非淀粉多糖,其中蔗糖減少以上,但干物質(zhì)、有機質(zhì)和能量的回腸消化率提高了6%[29];與發(fā)酵谷物相比,發(fā)酵全價料時由于含蛋白原料導(dǎo)致氨基酸損失和產(chǎn)生生物胺的風(fēng)險更高,必需氨基酸(如賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸)損失較多[25]。因此,發(fā)酵谷物比發(fā)酵全價料更具優(yōu)勢。大多數(shù)液態(tài)副產(chǎn)物含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪,液體飼料中添加液態(tài)副產(chǎn)物能降低養(yǎng)殖成本[30]。

  3液體發(fā)酵飼料對豬腸道健康的影響

  飼料是影響豬胃腸道健康的重要外界因素,液體發(fā)酵飼料主要通過影響胃腸酸環(huán)境、菌群結(jié)構(gòu)、胃腸道形態(tài)組織等途徑調(diào)控豬腸道健康。飼喂液體發(fā)酵飼料會改變豬胃腸pH。如表所示,與干飼料、新鮮液體飼料相比,斷奶仔豬飼喂液體發(fā)酵料后胃中pH顯著降低[3];由于液體發(fā)酵飼料具有低pH和高乳酸濃度,導(dǎo)致胃腸中大腸桿菌濃度顯著降低[34]。Lindecrona等[35]發(fā)現(xiàn),與干飼料相比,斷奶仔豬飼喂液態(tài)發(fā)酵料可顯著降低豬痢疾發(fā)病率,其原因可能是與液體發(fā)酵飼料的低pH抑制豬痢疾桿菌繁殖有關(guān)。 飼喂液體發(fā)酵飼料會改變豬腸道菌群結(jié)構(gòu)。仔豬飼喂液體發(fā)酵飼料后,胃腸中乳酸菌顯著增加,由于乳酸菌在胃腸道中消耗氧氣并產(chǎn)生有益代謝物乳酸和乙酸,降低胃腸道中[8],從而抑制腸桿菌在腸道的定植[10,12]。

  Tajima等[36]研究發(fā)現(xiàn),斷奶仔豬飼喂液態(tài)發(fā)酵料后盲腸細菌多樣性改變,主要體現(xiàn)在厚壁菌門中的多爾氏菌屬、糞球菌屬、玫瑰菌屬和糞桿菌屬增加。飼喂液體發(fā)酵飼料會改善仔豬腸道結(jié)構(gòu)與功能。飼喂液體飼料可顯著增加斷奶仔豬小腸絨毛高度和隱窩深度,有利于腸道發(fā)育[7,37]。研究發(fā)現(xiàn),與干飼料相比,斷奶仔豬飼喂液體發(fā)酵或菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料后,仔豬十二指腸絨毛高度與隱窩深度比例提高,空腸黏膜杯狀細胞數(shù)量提高31%,回腸絨毛高度提高,小腸黏膜厚度增加154%[3738]。

  作者:李汶濤,劉陽,王力,吳德,車煉強1

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