蔡辉益博士：中国生物饲料开发与应用研究进展

2019年3月22-24日，以“巨变、迎变、改变”为主题的2019河北省饲料工业发展峰会在石家庄国源朗怡酒店举行。其间，中国农业科学院饲料研究所研究员、生物饲料开发国家工程研究中心主任蔡辉益博士作了题为“中国生物饲料开发与应用研究进展”的报告，以下为根据蔡博士所做报告整理内容，仅供同行参考，未经本人审阅。

一、生物饲料发展现状

    （一）生物饲料的标准定义与分类

1. 标准定义：

2018年1月1日发布的团体标准T/CSWSL 001-2018《生物饲料产品分类》将生物饲料定义为：使用《饲料原料目录（2013）》和《饲料添加剂品种目录（2013）》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。

2. 分类：

根据原料组成、菌种或酶制剂组成、原料干物质的主要营养特性，生物饲料可分为4个主类、10个亚类、17个次亚类、50个小类和112个产品类别。

按原料营养特性，发酵饲料可分为发酵蛋白饲料、发酵能量饲料和发酵粗饲料等。

（二）发酵饲料产业现状

目前我国从事生物饲料行业的企业数量在1000多家，但经营分化的体现较为明显。其中，微生物制剂和酶制剂趋于饱和，而发酵蛋白饲料、发酵能量饲料和发酵粗饲料产品将有快速增量。

据统计，按发酵饲料在猪料、肉禽料、蛋禽料、水产料、反刍料和其他饲料中的用量分别以5%、2%、5%、5%、10%和5%保守估计，我国饲料工业配套所需的发酵饲料年需要量可达852.62万吨。

按普及率20%推测，2018年发酵饲料产品则可达170.52万吨，而随着地源饲料的开发及液态饲喂工艺的推广，我国发酵饲料的产量将逐年递增。

（三）生物饲料产业链核心技术

二、生物饲料研究与应用进展

1. 生物饲料菌种研究进展

我国饲料原料种类繁多，物理化学性质差异较大，而不同的菌种又具备不同的生理特性，在生产实践中应根据不同的饲料原料以及不同的生产目的选择适当的菌种组合以生产合格的生物发酵饲料。

菌种筛选主要有三个方向：

——改变饲料原料的理化性质，包括提高消化吸收率，延长贮存时间和解毒脱毒等；

——获得微生物中间代替产物，包括酶制剂、氨基酸和维生素等；

——培养繁殖饲用的微生物体，用于制备活菌制剂。

2. 生物发酵原料研究进展

发酵饲料原料的选择已从豆粕、棉粕、菜粕等的发酵以提供高品质蛋白饲料，发展到聚焦粮食加工厂的副产品、鲜糟渣、果渣和蔬菜尾菜等非常规饲料原料发酵以提供优质的发酵能量、蛋白饲料和粗饲料等。

3. 发酵工艺研究进展

（1）芽孢杆菌单菌固态发酵玉米的最佳工艺条件；

（2）以硫苷降解率为目标固态发酵菜籽粕的最佳工艺条件；

（3）枯草芽孢杆菌单菌固态发酵玉米的最佳工艺条件；

（4）芽孢杆菌固态发酵小麦的最佳工艺条件；

（5）豆粕、菜籽粕、玉米、小麦四种原料经微生物发酵肉鸡表观代谢能较发酵前分别提高了19.21%、19.13%、6.90%和7.03%，且均达到显著水平。

4. 生物饲料产品形式研究进展

发酵饲料从早期的有益微生物发酵饲料、饲用酵母、发酵糟粕类等，到近年出现的发酵全价料、发酵浓缩料、饲料伴侣等产品形式，获得了研究院所、饲料企业和养殖者的高度关注。

5. 产品指标研究进展

产品质量评价指标包括感官指标、卫生指标，以及pH值、总酸、酸溶蛋白、酸溶蛋白/粗蛋白、挥发性盐基氮、还原糖、水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、钙、磷等化学指标和有效活菌数等。（T/CSWSL 002——2018《发酵饲料技术通则》）

6. 产品功能研究进展——不同加工处理的饼粕饲料在动物体内小肽的释放显著增加

7. 酶解饲料研究进展

（1）饲料原料预处理技术的兴起

饲料预消化技术是指在动物机体外，根据不同原料的具体特性进行特定的系统加工处理，以达到提高饲料中营养物质在动物体内的利用率和促进动物营养保健的新型饲料加工技术。

现阶段通过发酵、酶解、膨化等技术预先对原料进行处理，以提高饲料利用率等为目的，都是饲料预处理的范畴。

（2）酶解饲料应用效果

——酶解饲料已被广泛应用于畜禽养殖中，研究表明，加酶预消化饲料能显著改善饲料品质，提高断奶仔猪对饲料养分的消化率，进而促进其生长；

——提高蛋鸡的产蛋率，降低料蛋比，改善蛋品质，提高能量的表观代谢率；提高肉鸡日粮中养分的表观消化率，极显著改善肉鸡的采食量、增重和料重比；

——显著提高绵羊日粮中养分的表观消化率，显著减少羊粪中养分的排泄量，绵羊日增重提高，减少料重比，提高了经济效益；显著提高奶牛的标准泌乳量、平均乳汁率、NDF和ADF的排出量和表观消化率。

小麦酶解蛋白（酶解单一饲料）

添加2%小麦水解蛋白实验组与对照组断奶仔猪相比（在断奶仔猪饲料中的应用研究）：平均净增重提高2.7千克；平均日增重高96.4克；平均日采食量高60.60克；料重比为低0.29；死淘率为0。

8. 菌酶协同发酵饲料研究进展

（1）菌酶结合的机制

微生物与酶有一个很好的协同作用，能使大分子物质降解更加彻底，微生物的发酵效率更高；

补充宿主在消化酶上的不足，帮助营养物质在消化道内充分水解。

利用微生物和酶的协同作用制备发酵饲料，处理结果优于酶和菌单独作用的结果。

（2）菌酶协同发酵饲料应用效果

利用菌酶协同作用，既能缩短发酵周期，又能利用芽孢杆菌或乳酸菌抵抗其他杂菌的影响，提高效率，降低生产成本，还能通过产品中含有的大量的芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌等活菌体改变动物肠道内的微生态环境，增强动物对疾病的抵抗能力，减少抗生素的使用。

（3）菌酶“芯片”技术在水产发酵饲料中的应用前景

水产发酵饲料产品研发：低蛋白型（主用于杂食性鱼类）和高蛋白型（主用于虾蟹类和肉食性鱼类）；

水产用保健产品研发（肝解毒、护肠道、免疫增强、抗应激、促生长等）；

水产用微生态制剂产品研发（水质改良、底质改良、培藻肥水等）。

9. 地源饲料发酵应用技术研究进展

地源饲料是指经过饲料化加工处理后可规模化饲用的地方性饲料资源的总称，具有特色的营养价值、不易加工处理、流通成本高、易变质、季节性强和有一定地理范围等特点。（生物饲料开发国家工程研究中心技术专家委员会第四次会议（2016））

在当今我国畜牧业转型升级过程中，地源性饲料资源研究与应用进展有重大意义，是打造中国特色配方体系的基础。

（1）地源饲料应用模式

针对糟渣、果渣和净菜等资源丰富但开发利用率低的情况，近年来我国畜牧业中出现了一些高水分物料发酵后采用湿喂或液体饲喂的有代表性应用模式，比如山东繁育母猪发酵饲料湿喂技术模式、山东中裕酒糟液体饲喂模式、重庆荣昌生长肥育猪固体发酵饲料混合应用模式、广西“微生态+”现代生态养殖模式、饲用构树产业种养加消生态循环模式等，产生了良好的经济和社会效益。

（2）地源饲料应用关键技术

为避免浆、渣和糟类等烘干带来的成本增加，降低其抗营养因子或毒性成分，地源饲料应用集成以下五大关键技术：

针对不同地源饲料的菌+酶发酵菌剂集成技术；

针对不同产地的发酵设备和工艺技术；

地源饲料营养数据库技术和以某一地源饲料为核心的不同养殖品种的饲料日粮配方技术；

针对不同养殖规模的自动化液态饲料及湿料饲喂设备和工艺技术；

畜禽粪污氮磷减排生物处理技术。

（3）地源饲料+固体发酵+液态饲喂集成应用技术

生长育肥猪应用案例

10. 发酵饲料对动物生产性能的影响

（1）对畜禽生长性能的影响

酒糟、尾菜、桑叶和棉菜粕等发酵后，在猪、禽、羊、牛等配合饲料/TMR中添加量2%-50%不等，也有全发酵日粮的应用。

——在生产性能方面，总体表现为日增重增加，料肉比降低，育肥动物每千克增重的饲料成本降低，养殖经济效应增加；

——在畜产品品种方面，鸡肉氨基酸和肌间脂肪有所增加，胸肌肌苷酸含量提高；蛋壳品质提高；蛋黄颜色增加，蛋黄中胆固醇含量降低；肉蛋奶品质得到改善。

（2）对动物肠道微生态与形态结构的影响

据报道，微生物活菌发酵饲料对猪、禽、水产等养殖动物的肠道微生态和血清生化指标产生影响，具有促进有益活性菌在宿主肠道的定殖，改善肠道形态结构，促进肠道发育，而促进生产性能提高。

11. 生物发酵饲料在水产养殖中的应用

产生作用：替代鱼粉；减抗替抗；改善品质；优化水质。

应用案例：2017年，我国对虾养殖产量120万吨，其中海水虾70万吨、淡水虾50万吨。年使用虾饲料140万吨左右，鱼粉的使用比例在30%左右。

在虾料上，发酵豆粕替代鱼粉，低于20%时对南美白对虾的增重无显著影响，Ding等用发酵豆粕替代鱼粉喂养日本沼虾，发酵豆粕最佳替代量为25%。

三、我国生物饲料亟待解决的问题

（一）研究方面急需系统评价菌种特性并提出统一的产品质量标准

发酵饲料主要以改善原料品质为目标，生产富含高活性益生菌及其代谢产物的生物饲料产品。因此，菌种来源规范性以确保菌种、菌株安全性和明确应用菌种/菌株的特性居首要地位。

（二）制备方面急需重视工艺标准化和工艺质量的稳定

发酵饲料产品质量直接受菌种特性、工艺设计和设备性能的影响。

当前我国发酵饲料的工艺设计已呈现趋同，对应的设备性能已得到逐步提高，但工艺的安全性保证、标准化措施、设备配套性和工艺质量的检测或监控继续加强。

发酵过程中菌剂、菌种、菌株和底物的配伍相宜，菌种活化、灭菌与否、烘干程度等也需要深入研究。

（三）应用方面急需提高对动物营养和微生物营养的协同性认识

养殖生产中，日粮首先必须满足不同养殖品种对饲料营养的需求。缺乏营养或营养不平衡情况下，发酵饲料替代配合饲料的量受限。微生态制剂的研究证明：过多地添加微生态制剂日增重和饲料报酬反而下降。

（四）行业支撑方面急需建立发酵饲料基础营养数据库

随着发酵饲料产量和用量的加大，发酵饲料的基础营养数据库建立尤为紧急。而发酵功能性物质和安全指标的标识，也需要形成标准以利于市场的健康发展。发酵饲料有益于动物健康和养殖环境的科学评价系统急需建立。

（五）行业发展急需建立相关团体标准

随着发酵饲料生产企业、品种和产量的增加，统一的产品标准在行业的规范可持续发展中至关重要。除明确的营养常规指标外，酸溶蛋白、乳酸、甘露寡糖、益生菌活菌数等有益指标和挥发性盐基氮、霉菌和霉菌毒素等有害指标均直接反应发酵效果，均需在制定产品标准时权衡参考。从菌种、工艺、原料、产品和应用等方面系统而全面的建立相关团体标准刻不容缓。

四、生物饲料产业发展趋势

（一）特色功能菌株的筛选

未来功能菌株的筛选仍然是生物饲料研究的核心，即针对饼粕类原料中存在的抗营养因子、玉米深加工副产物中的霉菌毒素和含硫物质，筛选高效降解菌；

针对不同畜种的肠道特点及同一畜种不同发育时期的肠道特点等，筛选适应性好、定植能力强的菌株；以及根据其他特定功能性代谢产物，筛选高效表达菌株。

（二）菌株的组合效果

目前很多生物饲料的菌种应用组合比较粗糙，多停留在种的层面，甚至是属的层面，随着菌株筛选及功能研究的不断深入，菌株的功能不断明确，菌株之间的组合研究将开启一个新的发展局面，并实现与肠道微生物组学、代谢组学等前沿研究的同步发展。

原核生物界-细菌界-厚壁菌门-芽孢杆菌纲-乳杆菌目-乳杆菌科-乳杆菌属热乳酸杆菌亚属-德氏乳杆菌种-保加利亚乳杆菌ND02菌株（Lactobacillus bulgaricus）-来自乳的乳酸菌

（三）菌株功能明确

（四）发酵饲料业态变化带来的影响

发酵饲料的逐步发展，将引入大量非常规原料及地源饲料的使用，必将发展出新的饲料配方体系，饲料配方将更加多样化。也将推动上游原料供应商或食品加工企业，适当改善加工工艺流程，不断提高副产物的质量。

（五）生物饲料生物学效价评价指标

未来生物饲料的功能将更进一步明确，其对原料的预消化程度、对饲料利用率的提高程度、对畜体肠道健康的改善程度、对畜产品品质的改善效果，甚至对畜禽粪污资源化利用中限制因子的去除程度，以及对畜禽舍内氨气的去除程度等都将进一步量化，评价方法将进一步标准化。

（六）生物饲料质量安全实施动态预警监测

生物饲料的质量安全性，首先要依据饲料卫生标准；生物饲料因其微生物学属性，还应对其微生物安全性进行监测。包括所用菌种是否合法合规，发酵工艺等控制不严而导致的有害菌，甚至是致病菌的污染；利用新一代测序技术，通过宏基因组测序等手段，对生物饲料的全部微生物组成进行监测。此外，生物饲料往往还具有动态变化的性质，所以生物安全监测也应是一个动态监测的过程。

文章来源:蛋鸡微传媒