生物發酵飼料與豬腸道健康的研究進展

郭小望，劉昌林

（1.宜春市農業農村局，江西宜春336000;2.南昌市農業科學院）

養豬業在我國占有十分重要的地位，是關乎國計民生的重要產業。近年來非洲豬瘟疫情、環保壓力及2020年7月1日全面禁止飼用抗生素的使用等因素對養豬業提出更高的要求，其中腸道健康問題仍然是制約我國養豬業健康發展的重要難題之一。生物發酵飼料被稱譽為“第四代活的飼料”，通過有益微生物作用于飼料底物，降解或轉化飼料原料中的抗營養因子及大分子的物質，可有效提高飼料的營養價值和飼料利用率，同時生物發酵飼料中含有的益生菌及其代謝產物可調節腸道微生物菌群結構，抑制有害菌生長繁殖，促進腸道健康[1]。本文主要對生物發酵飼料菌種、生物發酵飼料的功能及其對豬腸道健康的作用進行綜述，為生物發酵飼料在養豬業中的應用提供參考。

1 定義及分類

1.1 定義

生物發酵飼料是指使用農業農村部飼料原料目錄和飼料添加劑品種目錄等國家相關法規允許使用的飼料原料和添加劑，通過發酵工程生產的含有益生菌或其代謝產物的飼料[2]。

1.2 分類

生物發酵飼料按照菌種可分為單菌發酵飼料和混合菌種發酵飼料；按照原料特性可分為發酵蛋白飼料、發酵能量飼料和發酵粗飼料；按照形態不同可分為液態發酵飼料、固態發酵飼料和復合發酵飼料[1]。

2 菌種

生物發酵飼料的核心是發酵菌種，菌種主要分為細菌和真菌兩大類。細菌類的發酵菌種常用的包括芽孢桿菌屬（Bacillus spp.）[3]、乳酸桿菌屬(Lactobacillus spp.)[4]。芽孢桿菌屬包括枯草芽孢桿菌、蠟樣芽胞桿菌、巨大芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等[5]。乳酸桿菌屬主要以植物乳酸桿菌為主[6]。真菌類的發酵菌種主要以酵母屬（Saccharomyces）和曲霉屬（Aspergillus）。酵母菌屬包括啤酒酵母、熱帶假絲酵母、產朊假絲酵母和紅酵母等[7]。霉菌屬以米曲霉菌和黑曲霉菌為主[8]。

3 功能

3.1 改善飼料品質和利用率

生物發酵飼料通過對飼料原料接種菌株發酵改變飼料的理化性質。通過發酵可將飼料中大分子物質分解成小分子，使飼料的微觀結構發生改變，并降解飼料原料中的一些抗營養因子，可有效提高飼料的消化和吸收；同時，通過發酵可改善飼料的適口性，促進動物的采食量。在豆粕中研究發現，豆粕經過芽孢桿菌（Bacillus siamensis）的發酵后對其結構電鏡觀察發現豆粕表面變的松軟有口洞出現；對其營養成分檢測發現粗蛋白、小肽含量顯著增加，同時降低了大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的含量，提高了消化率[9]。在菜籽粕中研究發現，經黑曲霉菌（Aspergillus niger）發酵后菜籽粕的粗蛋白和氨基酸含量有所增加，而中性洗滌纖維、芥子苷、異硫氰酸酯和植酸的含量顯著降低；同時，通過電鏡觀察也發現菜籽粕的表面變得粗糙，有不規則和分解的淀粉顆粒[10]。在液態發酵飼料中發現，乳酸菌和酵母的數量增加，而大腸桿菌的數量減少，且pH值降低至4.0～4.2[11]。上述研究結果表明，通過發酵使飼料的理化性質和結構發生變化，飼料的營養價值提高，且更容易被動物腸道消化吸收。

3.2 拓展飼料原料的種類

隨著我國飼料工業和養殖業的快速發展，飼料資源短缺的問題日益突出，生物發酵技術的利用可有效利用非常規飼料原料，為緩解飼料資源短缺提供一種有效方式。我國的餅粕類資源豐富，如菜籽粕、棉籽粕、花生粕、油茶粕、亞麻籽粕、芝麻粕、葵花籽粕等。但這些餅粕類原料中抗營養因子含量和粗纖維水平較高，適口性較差，導致在飼料中的使用率較低。目前，通過生物發酵技術可有效降解這些餅粕中的抗營養因子、分解淀粉、纖維素和蛋白質等大分子物質為單糖、氨基酸、多肽等容易吸收的小分子物質，同時發酵可產生有機酸、維生素、消化酶等促進動物的生長，提高了餅粕的營養價值和在飼料中的添加量[12]。除餅粕類飼料資源外，發酵飼料原料已拓展到鮮糟渣[13]、果渣[14]、蔬菜尾菜[15]和中草藥殘渣[16]等非常規飼料原料，用來提供優質優價的發酵能量飼料和粗飼料等。

3.3 增強動物免疫功能

生物發酵飼料的核心是有益微生物，微生物不僅對飼料原料進行分解，而且直接進入養殖動物腸道發揮作用。近年來，大量研究表明腸道微生物對動物的免疫功能有密切的關聯。研究發現，生物發酵飼料中的有益微生物進入養殖動物腸道可通過競爭性抑制作用黏附在腸道，增強腸道屏障，并抑制有害菌的生長。同時，有益微生物及其代謝活性物質作為非特異性免疫調節因子，促進養殖動物腸道的發育，激活腸道免疫機制，增強動物的免疫功能[17]。

4 對豬腸道健康的影響研究進展

4.1 生物發酵飼料對豬腸道結構的影響

腸道結構的完整是腸道消化吸收營養物質的基礎保障。尤其，仔豬幼齡時期由于腸道未發育健全，機體在面臨斷奶、消化系統機能紊亂等外界刺激而發生應急反應，致使腸道屏障功能受損，發生腹瀉進而導致死亡[18]。張秀林研究發現[19]，對玉米和豆粕混合發酵飼喂乳豬44d后可顯著提高小腸的絨毛高度和絨毛隱窩比，表明生物發酵飼料可促進乳豬的小腸消化吸收功能。龐敏等研究表明[20]，飼喂生物發酵飼料可以顯著提高斷奶仔豬的腸道絨毛長度，提高絨腺比。何如芳研究發現[21]，濕態發酵全價料顯著增加斷奶仔豬的空腸和回腸的絨毛長度，降低了十二指腸和回腸的隱窩深度。Choi等研究發現[22]，仔豬日糧中添加生物發酵飼料能提高十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度，但對隱窩深度沒有顯著影響。李旋亮等研究發現[23]，菌液發酵飼料能夠顯著提高仔豬腸道絨毛高度和絨毛高度與隱窩深度比值，降低隱窩深度，改善斷奶仔豬腸黏膜的形態結構。高印在斷奶仔豬日糧中添加6%的發酵蘋果渣發現可顯著增加十二指腸[24]、空腸和回腸的絨毛高度降低十二指腸和空腸隱窩深度。上述研究均表明，生物發酵飼料可改善斷奶仔豬的腸道結構，提高腸道的消化吸收功能。

4.2 生物發酵飼料對豬腸道免疫功能的影響

腸道不僅是營養物質消化吸收的場所，而且是機體最大的免疫器官，腸道黏膜系統是機體抵御外源物質和病源微生物的重要免疫屏障[25]。生物發酵飼料中的益生菌和小肽進入腸道后可直接與腸道黏膜、腸道上皮細胞和腸道淋巴組織作用，激活宿主的免疫細胞發揮特異性免疫作用，增強淋巴細胞的功能[26]。Yin等發現[27]，乳酸菌發酵飼料通過降低腸道促炎因子的表達來緩解斷奶仔豬的沙門氏菌的感染。張錦華等研究發現[28]，飼喂含乳酸桿菌的日糧后仔豬腸道中的SIgA細胞數量增多，尤其十二指腸中增加極顯著。張秀林研究發現[19]，用枯草芽孢桿菌、鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌等5種菌混合發酵玉米和豆粕后飼喂斷奶仔豬可顯著增加十二指腸、空腸和回腸上皮間淋巴細胞、M細胞和CD3+細胞的數量，同時增加了結腸SIgA的水平，促進仔豬腸道黏膜免疫功能。

4.3 生物發酵飼料對豬腸道微生物菌群的影響

腸道微生物不僅參與營養物質的消化吸收，而且對宿主代謝和健康起著重要調節作用。腸道微生物受遺傳背景、飼料、生長階段等因素影響，生物發酵飼料作為一種新型飼料對豬腸道微生物的菌群也會產生影響[29]。Kiarie等研究發現[30]，酵母發酵飼料可抑制斷奶仔豬腸道中的腸桿菌的數量，而回腸中細菌的豐度和種類顯著增加。Tajima等報道[31]，液體發酵飼料可增加斷奶仔豬回腸乳酸桿菌的數量，并增強了仔豬的免疫功能。Price等對沙門氏菌感染的保育仔豬飼喂酵母發酵飼料后[32]，發現可增加腸道擬桿菌和乳酸桿菌的數量。劉志云等發現[33]，發酵玉米和豆粕對生長豬腸道Tenericutes、Saccharibacteria的豐度顯著增加，而Lactobacillus、Streptococcus等相對豐度降低。張錚等研究復合菌發酵飼料對生長育肥豬腸道菌群的影響[34]，發現發酵飼料對結腸黏膜及內容物中菌群多樣性無顯著影響，而結腸黏膜中魏斯菌屬和柔嫩梭菌屬的豐度增加。劉輝等研究發現副干酪乳桿菌發酵飼料飼喂生長豬31d后可顯著增加豬糞便中乳酸菌的數量[35]，降低大腸桿菌和金黃色葡萄球桿菌的數量。孫鐵虎等對育肥豬日糧中添加發酵飼料研究發現[36]，日糧中添加10%的發酵飼料可增加豬腸道乳桿菌屬的豐度和改善腸道健康。

5 結語

生物發酵飼料作為一種新型飼料，可改善飼料的品質和利用率，促進豬腸道健康，改善豬腸道微生態平衡，將在生豬健康生態安全養殖過程中發揮重要作用。目前我國對于生物發酵飼料的相關標準還未制定、研發和產業化水平還不高、具有特色功能的發酵菌株還較少、發酵工藝和飼喂模式仍待提升、發酵飼料品質的評價還缺乏標準、發酵微生物及產物的安全風險預警系統未建立等問題需要解決。