饲料预消化技术的研究进展_微生物试验报告与运用_微生物知识

饲料预消化技术的研究进展

2020-11-03 16:44:00 点击：

摘要：饲料预消化技术是根据不同原料的具体特性模拟动物的消化过程，进行特定前消化处理的新型饲料加工工艺，可缓解畜禽的消化压力，提高饲料的转化效率，进而改善畜禽的生长性能，减少饲料原料的浪费和排泄物对环境的污染，对畜牧业的可持续发展有巨大的优势，在饲料行业具有广阔的应用前景。本文就饲料预消化技术的种类、对饲料营养价值的影响以及在畜牧业中的应用展开综述，并对未来的饲料加工领域提供理论基础。

饲料资源短缺是长期限制我国畜牧业发展的瓶颈问题，提高饲料的利用效率和减少饲料的浪费有利于促进我国畜牧业的可持续发展。同时，2018年4月20日农业农村部发布了关于开展兽用抗菌药使用减量化行动试点工作的通知，药物饲料添加剂将在2020年全部退出畜牧行业，这加速了饲料领域减抗、禁抗步伐；另外，庞大的畜禽养殖量带来的环境负担问题愈显突出，发展循环低碳养殖已经刻不容缓。我国畜牧行业面临的种种问题都要求我们寻找一种绿色、环保的养殖方式来满足高效养殖和节能减排的要求。

饲料预消化技术是一种对饲料进行特定前消化处理的新型饲料加工技术，可以减少饲料中抗营养因子的含量，增加畜禽对饲料的消化吸收，提高饲料的转化效率，减少畜禽后肠段中有害微生物对饲料的发酵作用，减少排泄物的含量；在一定程度上可以缓解新生畜禽因胃肠道功能不全而引起的应激，原料的预消化也是减少抗生素使用的重要途径，这是在传统营养学领域之外开辟了一个新的营养领域。因此，本文就饲料预消化技术的种类、对饲料营养价值的影响以及在畜牧业中的应用展开综述，并对未来的饲料加工领域和畜牧业提供理论基础。

1. 饲料预消化技术及其优点

饲料预消化技术是指为了提高饲料原料的利用率，在动物体外，根据不同原料的具体特性模拟动物的消化过程，进行特定前消化处理的新型饲料加工技术。经过预消化处理后，能降解原料中的一部分大分子物质，消除或降解大部分抗营养因子和有毒有害物质，提高可消化养分的含量。

2. 饲料预消化技术的分类、工艺流程及其对饲料营养价值的影响

(1) 饲料预消化技术的分类和工艺流程

饲料预消化技术包括物理预消化技术、化学预消化技术和生物预消化技术三种，每种预消化技术的方式和工艺流程有所不同。饲料物理预消化技术主要是通过水、热力、机械等物理作用对饲料原料进行预处理，如对饲料原料进行切短、微粉、去杂、蒸汽制粒、膨化、蒸煮、微波加热等处理。膨化是通过单螺杆挤压式膨化机或双螺杆挤压式膨化机将机械能转变成热能对饲料原料进行预消化的方式，膨化时的温度和压力则可以根据原料的特点进行调整；蒸煮是通过蒸、煮等较低温度（100~200 ℃）的加热方式对饲料原料进行预消化，即杜绝了病原微生物的危害，也完整地保留了营养物质，极易被畜禽吸收和消化；微波加热则是利用微波的能量特征，对饲料原料进行加热的过程，可根据不同饲料原料的具体特性对微波的波长和频率进行调节，微波加热因具有受热均匀、速度快等优点而在饲料行业具有广阔的应用前景。

饲料化学预消化技术是一种利用酸、碱等化学试剂来处理饲料原料的预消化方式，包括碱化处理、氨化处理、氧化处理等几种方式。对饲料原料进行化学预消化时，首先对饲料原料进行一些简单的物理处理（如对谷物原料进行粉碎、对秸秆等粗饲料进行切碎），然后向饲料原料喷洒一定质量和浓度的石灰水、氢氧化钠溶液、氨水等化学试剂，化学试剂的质量和浓度取决于饲料原料的种类和质量，使其与饲料原料充分混合均匀，然后将其在密闭条件下处理5~7 d，最后通过漂洗、晾晒即可饲喂畜禽。

饲料生物预消化技术是通过酶解或微生物发酵技术来处理饲料原料的。饲料原料酶解预消化包括将原料除杂、粉碎、按照预定比例配料、调整水分含量并添加酶制剂等几个过程，将饲料原料与酶制剂均匀后，在第一调质器中进行第一次调质处理，再保质进一步熟化预定时间后，在第二调质器中进行第二次调质处理，然后冷却、干燥得到成品。对饲料原料进行微生物发酵时，首先将糖蜜、水、饲料原料按照一定比例充分混合均匀，使其含水量达到40%左右，然后喷洒一定数量的酿酒酵母菌、乳酸菌和枯草芽孢杆菌，充分混合均匀后分装在含有单向阀的呼吸袋中进行固态发酵5~7 d，发酵结束后即可饲喂畜禽或在65 ℃的流式干燥床上干燥72 h。

(2)物理预消化技术及其对饲料营养价值的影响

饲料物理预消化技术使饲料原料的物理性状发生改变，减少咀嚼的压力，提高饲料的适口性，同时可以使淀粉和蛋白质的化学结构变性，破坏饲料原料中大部分抗营养因子的活性，增加消化酶的接触面积和作用效率，提高饲料的利用率。如表1所示，马荣正等研究结果表明，经过膨化预处理，大豆中水分和粗纤维含量明显降低，改变了饲料的营养价值和动物的适口性，提高饲料的利用率。

(3)化学预消化技术及其对饲料营养价值的影响

饲料化学预消化技术可以破坏原料中的结晶区，增大原料的孔隙率和表面积，从而增加纤维素酶的可及性和酶解转化率，提高饲料的适口性和营养价值；同时，也可破坏多糖与木质素之间的醚键，分解纤维素和半纤维素。化学预消化技术在粗饲料中应用较多，如对秸秆进行氨化处理、碱化处理以及氧化处理。

秸秆的碱化处理主要包括氢氧化钠处理法、石灰处理法、氢氧化钠和石灰共同处理法三种。碱化处理通过皂化反应使木质素膨胀，形成多孔结构，促进消化酶对其降解；碱化也可以削弱纤维素和半纤维素之间的氢键，断裂半纤维素和木质素间的酯键，改变其化学结构，提高了采食量和利用率；同时，为胃肠道内分解纤维素的微生物创造出更适宜的生长繁殖条件。例如，Chaudhry 等研究结果表明，用 8%的NaOH溶液处理小麦秸秆，显著降低了小麦秸秆中半纤维素和中性洗涤纤维的含量，显著提高了绵羊瘤胃中有机物的降解率。

秸秆氨化是在秸秆中加入一定比例的氨水、尿素等溶液进行处理，提高反刍动物对秸秆的消化率和秸秆的营养价值。氨化处理时，粗饲料中的有机物与氨发生分解反应，破坏了木质素与多糖之间的酯键，为瘤胃微生物生长提供氮源，改善了适口性，提高了秸秆的营养价值Flachowsky等研究表明，经过尿素处理后显著提高了麦秸中粗蛋白质含量和家畜的采食量以及生长速度，有机物平均消化率提高了13.98%。Oji等研究结果表明，用3%尿素和3%氨水对玉米秸秆进行氨化处理，显著提高了玉米秸秆的粗蛋白、氨态氮和可溶性氮的含量，显著降低了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量，显著提高了玉米秸秆的体外干物质降解率。

氧化处理是指用过氧化氢、二氧化硫、臭氧和次氯酸钠等氧化剂来处理秸秆，可以破坏木质素分子间的共价键，增加纤维素酶和细胞壁的接触面积，从而提高其消化率。例如，Ben 等研究结果表明，在70 ℃条件下，用0.35%的SO2处理麦秸72 h，麦秸中木质素和纤维素含量显著降低，同时显著提高了绵羊的采食量和日增重。酸处理是指用稀释的酸来处理饲料，溶解饲料中的木质纤维素，将其水解为单体、醛糖和其它挥发性产物，提高纤维素的利用率。酸处理被认为是一项将纤维素转化为乙醇比较有前景的工艺，并且这项工艺已经得到广泛的应用，如玉米秸秆、小麦秸秆和稻草。

(4)生物预消化技术及其对饲料营养价值的影响

饲料生物预消化技术包括两种，一种是在饲料中直接添加酶制剂来进行预消化，另一种是利用微生物发酵技术对饲料进行预消化，从而将大分子营养物质降解为易被动物体吸收的小分子物质，缓解新生畜禽的消化压力。

在饲料中添加一些酶制剂可以消除一部分抗营养因子，同时添加酶制剂可以弥补新生畜禽体内某些酶的缺乏，将大分子蛋白质分解成活性小分子肽和氨基酸等易被消化吸收的物质，加快营养物质的吸收利用，提高饲料的利用率，降低饲料的生产成本，提高畜禽的生产性能，减少环境污染；同时还可以使畜禽肠道的菌群得到一定程度地完善，提高机体的免疫机能。目前在动物饲料中添加的酶制剂主要分为两大类，一类是动物消化道可以分泌的内源性消化酶，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，另一类为动物体不能产生的外源性消化酶，如植酸酶、非淀粉多糖酶等。如表1所示，Boroojeni等研究结果表明，酶解处理可以显著降低豌豆中粗脂肪和粗纤维的含量，同时增加豌豆中粗蛋白质的含量，改善饲料的营养价值。

微生物发酵饲料不仅使部分抗营养因子分解，而且可以把饲料中大分子营养物质分解为大量易于消化的小分子物质，还能产生特殊的香味，提高畜禽的采食量。另外，发酵饲料中含有大量的益生菌，可以维持畜禽肠道菌群平衡，促进肠道分泌免疫球蛋白，进而增强机体免疫功能；如微生物发酵可以降低豆粕中的胰蛋白酶抑制因子和植酸的含量。如表2所示，目前常用乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌和霉菌这几种菌按照不同的比例对饲料原料或全价饲料进行微生物发酵预消化处理，消除饲料中有毒有害物质和大部分抗营养因子，改善饲料的适口性，增加饲料中菌体蛋白质的含量，降低饲料中粗纤维的含量，增加饲料中粗蛋白质的含量。如表 1 所示，Ashayerizadeh等的研究结果表明，微生物发酵可以显著提高菜籽粕中粗蛋白质的含量，同时显著降低菜籽粕中粗纤维的含量；总之，利用生物预消化技术来处理饲料会降低饲料中抗营养因子的含量，改变饲料的可消化性和营养价值，提高饲料的利用率。

3. 饲料预消化技术在畜禽生产上的应用

(1) 饲料预消化技术在猪生产上的应用

饲料预消化技术在猪饲料生产中具有广泛的应用前景。饲料预消化处理技术可以将饲料中的大分子营养物质分解为更容易被猪消化、吸收的小分子物质，降低断奶仔猪的消化负担，缓解因消化酶分泌不足而带来的种种问题，减少断奶应激；饲料预消化处理技术可以消除大部分抗营养因子，降低植物蛋白的抗原性，同时为猪提供小肽等营养物质，降低猪的腹泻率，提高猪的生长性能，降低饲料成本；饲料预消化处理技术可以改善饲料的适口性，提高猪的采食量，减少药物添加剂的使用量；另外，饲料预消化处理技术可以减少或替代抗生素的使用。Dong等研究结果表明，通过复合酶制剂在体外进行酶解预处理能去除豆粕中的抗原蛋白，可以显著提高断奶仔猪的采食量和日增重，并且可以提高饲料的利用率，这可能是由于复合酶制剂在体外能将大分子的抗营养物质转化成易吸收的小分子物质，促进仔猪对营养物质的消化吸收，从而改善生长性能。Zhang等研究结果表明，在日粮中添加8.84%发酵豆粕可以显著提高断奶仔猪的采食量和日增重；一方面，豆粕经过发酵处理后可消除大部分抗营养因子，降低抗原蛋白的含量，将其转化为小肽等易于吸收的小分子营养物质，增加菌体蛋白的含量，减少对肠道的应激，另一方面，发酵豆粕中大量的益生菌定植在肠道中维持肠道健康，促进肠道对营养物质的吸收，同时，抑制有害菌在畜禽肠道的定植，保持肠道菌群的多样性。如表3所示，饲料中添加经过预消化处理技术的饲料添加剂可改善断奶仔猪和生长育肥猪的平均日增重和采食量。

(2) 饲料预消化技术在家禽生产上的应用

饲料预消化技术在家禽上的应用主要表现在对肉鸡的采食量、日增重和蛋鸡的产蛋率和蛋品质的影响，在家禽日粮中添加经过预消化技术处理的饲料添加剂可以明显改善家禽的生长性能。Jahanian等研究结果表明，与未膨化豆粕相比，在日粮中添加30.55%膨化豆粕可以显著提高1日龄肉鸡的平均日增重和日采食量，同时还具有改善鸡肉品质的趋势，显著提高鸡肉中氨基酸的含量，这是由于豆粕经过膨化处理后可以消除大部分抗营养因子，提高饲料中蛋白质和淀粉的消化率，从而提高了肉鸡的采食量和饲料利用率；另一方面，豆粕膨化处理后产生独特的香味，具有诱食的效果。Popiela等研究结果表明，在24周龄褐壳蛋鸡的日粮中添加5.00%膨化苋菜谷物，可以显著提高蛋鸡的采食量和产蛋率，具有改善蛋壳质量和提高鸡蛋营养品质的趋势。如表4所示，饲料中添加经过膨化、酶解、生物发酵等预消化处理的饲料添加剂可改善肉鸡和蛋鸡的生长性能。

4. 小结与展望

利用饲料预消化技术可以消除饲料中大部分有毒有害物质和抗营养因子，减少饲料中抗原对畜禽胃肠道的应激，提高畜禽对饲料的利用率，同时，利用饲料预消化技术可以减少饲料中抗生素和重金属的使用量，既能够减少环境污染，又可以把粪便发酵之后来生产有机肥再使用到土地中，形成种养结合的绿色、可持续发展的模式；另一方面，利用饲料预消化技术可以开发利用非常规饲料资源，提高各种秸秆的利用率，降低秸秆焚烧，同时又可充分利用棉籽粕、菜籽粕等其它植物性蛋白饲料，缓解我国饲料资源短缺的现状。

饲料预消化技术是低抗、无抗饲养和个性化特色畜产品市场需求增加的必然结果。利用利用饲料预消化技术可以开发安全、健康、高效和环保型饲料产品，适应养殖业市场需求，提高畜牧业经济的竞争力。同时，能够挖掘畜禽的遗传潜力，提高畜禽的生长速度。因此，饲料预消化技术在畜牧行业具有广泛的应用前景，它是饲料工业未来新的经济增长点。

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