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生物饲料在反刍动物生产中的应用

发布时间:2020-08-31 14:12

大自然给予人类两大恩赐,一是豆科植物,二是反刍动物。前者生产丰富的植物蛋白,后者将人类不能直接食用的植物纤维转化为动物蛋白。通过发展反刍动物,增加牛奶、牛羊肉等畜产品供给,对满足人民群众消费需求不断升级发挥了重要作用。反刍动物是我国畜牧业发展的短板,但有很大的发展潜力。2019年全国猪牛羊禽肉产量7649万吨,其中,牛肉产量667万吨,增长3.6%;羊肉产量488万吨,增长2.6%;禽肉产量2239万吨,增长12.3%;禽蛋产量3309万吨,增长5.8%;牛奶产量3201万吨,增长4.1%;猪肉产量4255万吨,下降21.3%,牛羊肉和牛奶产量稳步增长。展望未来,随着人类生活水品的提高和消费意识的改变,无论是牛奶还是牛羊肉都有较大的发展潜力。

发酵技术在人类生活中无处不在,历史悠久,从古代的酿酒、酿醋到现在的酸奶、泡菜,发酵充当了非常重要的角色。生物饲料具有替抗、促进动物生长和健康等有利作用,现已广泛应用于畜牧生产上,其在反刍动物的应用上也展现了较好的前景。

一、反刍动物用生物饲料产品

生物饲料是指使用饲料原料目录和饲料添加剂品种目录等国家相关法规允许使用的饲料原料和添加剂,通过发酵工程、酶工程、蛋白质工程和基因工程等生物工程技术开发的饲料产品总称,包括发酵饲料、酶解饲料、菌酶协同发酵饲料和生物饲料添加剂等。
目前,市场上流通的生物饲料产品种类繁多,根据T/CSWSL 001-2018《生物饲料产品分类》的分类原则,反刍动物常用的生物饲料产品主要包括生物饲料添加剂和发酵饲料两类,生物饲料添加剂又分为酶制剂和微生物饲料添加剂等,发酵饲料又分为发酵单一饲料(如酵母源生物饲料、发酵粗饲料等)、发酵浓缩料、发酵精补料和发酵全混合日粮等。

二、生物饲料在反刍动物生产中的应用

1. 生物饲料添加剂

生物饲料添加剂是指通过生物工程技术生产,能够提高饲料利用效率、改善动物健康和生产性能的一类饲料添加剂,主要包括微生物饲料添加剂、酶制剂和寡糖等。

1.1 微生物饲料添加剂

T/CSWSL 001-2018《生物饲料产品分类》中规定的微生物饲料添加剂包括35种,常用的主要是乳酸菌、酵母菌和芽孢杆菌3大类。
芽孢杆菌可能通过抑制有害菌群生长、改善瘤胃发酵环境及模式、增强营养物质消化、提高饲料能量利用率及提高动物免疫力等一系列作用,提高动物的生产性能。

 

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图1 芽孢杆菌对反刍动物生产性能影响的可能机制(栾嘉明等,2019)


酵母菌能产生多种高活性消化酶,有助于饲料消化吸收,同时能产生多种氨基酸和B族维生素,因富含多种矿物质, 能直接被动物吸收,故有利于动物健康。在高精料条件下,活性酵母可以通过提高瘤胃内pH,降低瘤胃乳酸含量,提高微生物利用氨态氮(NH3-N)的效率和合成微生物菌体蛋白(MCP)的能力,提高瘤胃挥发性脂肪酸(VFA)含量来改善瘤胃内环境,从而提高对营养物质的消化和吸收。
乳酸杆菌是反刍动物瘤胃和肠道内微生物的重要组成部分,犊牛瘤胃内乳酸杆菌的数量在其出生后逐渐增多,数量能够达到108109个/克。乳酸菌类微生态制剂到达胃肠道后,形成乳酸菌优势菌群,形成肠道正常的微生物防御屏障结构,通过生物夺氧及竞争性排斥作用抑制过路菌或侵袭菌等病原微生物在胃肠道黏膜上皮的的定植和生长。乳酸菌与瘤胃及肠道微生物呈现出共生、共栖、竞争及吞噬等复杂关系,主要通过调节动物胃肠道内的微生态平衡、增强免疫力及提高饲料营养水平等发挥作用。此外,乳酸菌具有吸附和降解霉菌毒素等功能。
反刍动物胃肠道微生态受诸多因素的影响,日粮、宿主、日龄、环境因子、管理方式等因素都会引起其变化。微生物饲料添加剂的应用效果也受微生物的种类、动物生理阶段、日粮组成和营养水平、添加方式和添加量等因素的影响。因此,今后需要针对动物的不同品种、不同生理阶段以及饲粮组成和营养水平进一步研究在生产实践中微生物的适宜种类、添加方式和添加量。此外,饲用微生物的安全性问题也开始引起学者和从业者的重视,避免耐药菌株和携带有致病基因菌株的使用,建立相应的规范与标准,也是行业亟需解决的问题。

1.2 酶制剂

酶制剂是指为提高动物对饲料的消化、利用效率或改善动物体内的代谢效能而加入饲料中的酶类物质。T/CSWSL 001-2018《生物饲料产品分类》中规定的酶制剂包括淀粉酶、α-半乳糖苷酶、纤维素酶、β葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、麦芽糖酶、β-甘露聚糖酶、果胶酶、植酸酶、蛋白酶、角蛋白酶和木聚糖酶13类,主要产自黑曲霉、米曲霉、木霉、芽孢杆菌和毕赤酵母等。其中,反刍动物生产中应用较广泛的是非淀粉多糖酶,如纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶或者是由2种或2种以上的单一酶组合而成的复合酶。
饲用酶制剂对于改善饲料营养价值以及提高反刍动物生长性能、屠宰性能和经济效益均存在一定作用。适量的酶在动物瘤胃内起到促进内源酶分泌的作用,可补充内源酶的不足,提高瘤胃内容物的降解; 并且,高活性的纤维素酶通过降解纤维素减少抗营养因素,能够促进瘤胃内微生物的良好发育,使微生物区系达到稳定的健康状态,从而利于营养物质的吸收。
与微生物饲料添加剂类似,饲用酶制剂的使用效果也受到诸多因素如酶的种类、活性、添加方式和添加量以及动物的种类、生理状况、饲养管理等的影响。因此,今后需要针对动物的不同品种、不同生理阶段以及饲粮营养水平进一步研究在生产实践中酶制剂的适宜种类、添加方式和添加量。

2. 发酵饲料

发酵饲料是指使用饲料原料目录和饲料添加剂品种目录等国家相关法规允许使用的饲料原料和生物饲料添加剂,通过发酵工程技术生产的单一饲料和混合饲料。根据添加剂的不同,可分为微生物发酵饲料和菌酶协同发酵饲料。菌酶协同发酵饲料是指使用饲料原料目录和饲料添加剂品种目录等国家相关法规允许使用的饲料原料、酶制剂和微生物,通过发酵工程技术生产的单一饲料和混合饲料。

2.1 能够提高饲粮的营养价值和适口性

微生物发酵饲料中有益菌在发酵过程中可以降解饲料原料中的抗营养因子和毒素,如棉粕中的绵酚、豆粕中抗原蛋白和不良寡糖、菜粕中的硫苷和单宁、玉米加工副产物中的霉菌毒素等,提高游离氨基酸、维生素A和维生素B 含量,同时产生香味,进而提高饲粮的适口性和营养价值。

2.2 能够提高反刍动物的生产性能

在高产奶牛日粮中添加菌酶协同发酵饲料1.3kg/头/天,产奶量提高1-1.5kg/头/天,显著缓解高温高湿等应激造成的产奶量下降,并显著提高牛场经济效益。在中低产牛日粮的基础上额外添加发酵精补料1kg/头•天,产奶量提高1.6-2.1kg/头•天,牛奶中体细胞数和菌落总数分别降低19.94%和47.73%,过料现象明显改善。在育肥后期湖羊日粮中添加5%的发酵精补料,日增重提高了46.05%,料重比降低26.26%,平均日收益增加3.19元,羊舍中氨气浓度下降18.79%,二氧化碳浓度下降73.81%。在育肥牛日粮的基础上额外添加15%的发酵精补料,日增重提高了16.76%,平均每头牛每天的收益增加3.485元。用发酵全混合日粮饲喂小尾寒羊,平均日增质量与料重比显著降低。

2.3 能够改善反刍动物产品质量

分别用25%、40%发酵饲料替代基础精料,肌肉嫩度、肌肉红度和亮度有增加的趋势。在育肥牛的基础饲粮中添加150g/d酵母培养物,大理石纹等级升高,背最长肌的滴水损失和蒸煮损失显著降低,牛肉的嫩度评分显著升高。用发酵的全混合日粮饲喂肉牛可以提高牛肉中大理石花纹评分,这可能是由于发酵饲料促进了机体的代谢平衡,提高了肌肉中粗脂肪含量。
发酵饲料能够提高泌乳奶牛的产奶量,改善乳品质,显著提高奶牛乳脂肪和乳蛋白。其原因可能是微生物发酵饲料中的酵母菌和乳酸杆菌等有益菌群能够促进特定瘤胃菌群的生长繁殖,有利于瘤胃微生物对氨的利用,提高氨的利用效率,从而提高菌体蛋白的合成,进而提高奶产量和乳蛋白含量。

2.4 能够增强反刍动物机体免疫功能

用25%和40%微生物发酵饲料替代基础精料,西杂牛血清总蛋白、白蛋白、免疫球蛋白A、G、M浓度显著提高,谷草转氨酶、谷丙转氨酶活性及丙二醛浓度均显著下降,且总抗氧化能力和总超氧化物歧化酶的活性极显著增强。在育肥羔羊日粮的基础上添加10%复合菌培养物,血清 IgG、IgM、IL-6 含量及 GSHPx 活性显著升高。表明,利用微生物发酵饲料能提高肉牛/羊免疫力。


三、展望

发酵可将营养丰富、价格低廉的非常规饲料转化成优质的饲料原料或添加剂,在反刍动物营养上有较广阔的应用前景。虽然发酵饲料已经被众多饲料生产企业以及养殖场认可,但在使用和生产中仍存在一些问题。
3.1 加强菌株的机理研究
目前,关于发酵过程中菌株的代谢产物、不同菌株之间的互作效应还未完全研究清楚。因此,进一步研究不同菌种在发酵过程中的具体作用机理以及不同菌种之间的互作效应,将有助于开发对反刍动物营养更有意义的生物饲料。此外,应该继续研发和筛选安全的、性能优良的,特别是对发酵底物营养价值提升和胃肠道健康调控有益的菌株。
3.2 应用效果和作用机制研究
大量生产和研究数据表明,使用生物饲料能提高反刍动物的生产性能、改善养殖环境,并能提高肉奶品质,但由于动物日粮组成和营养水平、生理阶段和管理水平的差异,以及发酵饲料原料种类和生产工艺的差异,其生产中的应用效果也有所差异。因此,开展与之相关的动物免疫、肠道菌群、养分代谢等研究工作,并加强发酵饲料原料来源的监管工作,对于深入认识生物饲料的作用机制及提升生物饲料品质和应用价值将具有重要意义。
3.3 完善发酵饲料质量的评价体系
目前,发酵饲料质量的评价体系尚不完善,评判发酵饲料的好坏主要是根据养殖效果来体现,这个评判标准是不全面的。从营养物质含量,到消化吸收率;从有益菌数量,到代谢产物等主要指标,均应有一个定性和定量的指标,以全面客观对发酵饲料进行评判。
尽管发酵饲料仍存在各种各样的问题,但是随着科技的发展,和对发酵饲料研究的逐渐深入,这些问题都会迎刃而解。



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