飼料預消化技術的研究進展

2020-11-03 16:44:00 點擊：

摘要：飼料預消化技術是根據(jù)不同原料的具體特性模擬動物的消化過程，進行特定前消化處理的新型飼料加工工藝，可緩解畜禽的消化壓力，提高飼料的轉化效率，進而改善畜禽的生長性能，減少飼料原料的浪費和排泄物對環(huán)境的污染，對畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有巨大的優(yōu)勢，在飼料行業(yè)具有廣闊的應用前景。本文就飼料預消化技術的種類、對飼料營養(yǎng)價值的影響以及在畜牧業(yè)中的應用展開綜述，并對未來的飼料加工領域提供理論基礎。

飼料資源短缺是長期限制我國畜牧業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，提高飼料的利用效率和減少飼料的浪費有利于促進我國畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時，2018年4月20日農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了關于開展獸用抗菌藥使用減量化行動試點工作的通知，藥物飼料添加劑將在2020年全部退出畜牧行業(yè)，這加速了飼料領域減抗、禁抗步伐；另外，龐大的畜禽養(yǎng)殖量帶來的環(huán)境負擔問題愈顯突出，發(fā)展循環(huán)低碳養(yǎng)殖已經(jīng)刻不容緩。我國畜牧行業(yè)面臨的種種問題都要求我們尋找一種綠色、環(huán)保的養(yǎng)殖方式來滿足高效養(yǎng)殖和節(jié)能減排的要求。

飼料預消化技術是一種對飼料進行特定前消化處理的新型飼料加工技術，可以減少飼料中抗營養(yǎng)因子的含量，增加畜禽對飼料的消化吸收，提高飼料的轉化效率，減少畜禽后腸段中有害微生物對飼料的發(fā)酵作用，減少排泄物的含量；在一定程度上可以緩解新生畜禽因胃腸道功能不全而引起的應激，原料的預消化也是減少抗生素使用的重要途徑，這是在傳統(tǒng)營養(yǎng)學領域之外開辟了一個新的營養(yǎng)領域。因此，本文就飼料預消化技術的種類、對飼料營養(yǎng)價值的影響以及在畜牧業(yè)中的應用展開綜述，并對未來的飼料加工領域和畜牧業(yè)提供理論基礎。

1. 飼料預消化技術及其優(yōu)點

飼料預消化技術是指為了提高飼料原料的利用率，在動物體外，根據(jù)不同原料的具體特性模擬動物的消化過程，進行特定前消化處理的新型飼料加工技術。經(jīng)過預消化處理后，能降解原料中的一部分大分子物質(zhì)，消除或降解大部分抗營養(yǎng)因子和有毒有害物質(zhì)，提高可消化養(yǎng)分的含量。

2. 飼料預消化技術的分類、工藝流程及其對飼料營養(yǎng)價值的影響

(1) 飼料預消化技術的分類和工藝流程

飼料預消化技術包括物理預消化技術、化學預消化技術和生物預消化技術三種，每種預消化技術的方式和工藝流程有所不同。飼料物理預消化技術主要是通過水、熱力、機械等物理作用對飼料原料進行預處理，如對飼料原料進行切短、微粉、去雜、蒸汽制粒、膨化、蒸煮、微波加熱等處理。膨化是通過單螺桿擠壓式膨化機或雙螺桿擠壓式膨化機將機械能轉變成熱能對飼料原料進行預消化的方式，膨化時的溫度和壓力則可以根據(jù)原料的特點進行調(diào)整；蒸煮是通過蒸、煮等較低溫度（100~200 ℃）的加熱方式對飼料原料進行預消化，即杜絕了病原微生物的危害，也完整地保留了營養(yǎng)物質(zhì)，極易被畜禽吸收和消化；微波加熱則是利用微波的能量特征，對飼料原料進行加熱的過程，可根據(jù)不同飼料原料的具體特性對微波的波長和頻率進行調(diào)節(jié)，微波加熱因具有受熱均勻、速度快等優(yōu)點而在飼料行業(yè)具有廣闊的應用前景。

飼料化學預消化技術是一種利用酸、堿等化學試劑來處理飼料原料的預消化方式，包括堿化處理、氨化處理、氧化處理等幾種方式。對飼料原料進行化學預消化時，首先對飼料原料進行一些簡單的物理處理（如對谷物原料進行粉碎、對秸稈等粗飼料進行切碎），然后向飼料原料噴灑一定質(zhì)量和濃度的石灰水、氫氧化鈉溶液、氨水等化學試劑，化學試劑的質(zhì)量和濃度取決于飼料原料的種類和質(zhì)量，使其與飼料原料充分混合均勻，然后將其在密閉條件下處理5~7 d，最后通過漂洗、晾曬即可飼喂畜禽。

飼料生物預消化技術是通過酶解或微生物發(fā)酵技術來處理飼料原料的。飼料原料酶解預消化包括將原料除雜、粉碎、按照預定比例配料、調(diào)整水分含量并添加酶制劑等幾個過程，將飼料原料與酶制劑均勻后，在第一調(diào)質(zhì)器中進行第一次調(diào)質(zhì)處理，再保質(zhì)進一步熟化預定時間后，在第二調(diào)質(zhì)器中進行第二次調(diào)質(zhì)處理，然后冷卻、干燥得到成品。對飼料原料進行微生物發(fā)酵時，首先將糖蜜、水、飼料原料按照一定比例充分混合均勻，使其含水量達到40%左右，然后噴灑一定數(shù)量的釀酒酵母菌、乳酸菌和枯草芽孢桿菌，充分混合均勻后分裝在含有單向閥的呼吸袋中進行固態(tài)發(fā)酵5~7 d，發(fā)酵結束后即可飼喂畜禽或在65 ℃的流式干燥床上干燥72 h。

(2)物理預消化技術及其對飼料營養(yǎng)價值的影響

飼料物理預消化技術使飼料原料的物理性狀發(fā)生改變，減少咀嚼的壓力，提高飼料的適口性，同時可以使淀粉和蛋白質(zhì)的化學結構變性，破壞飼料原料中大部分抗營養(yǎng)因子的活性，增加消化酶的接觸面積和作用效率，提高飼料的利用率。如表1所示，馬榮正等研究結果表明，經(jīng)過膨化預處理，大豆中水分和粗纖維含量明顯降低，改變了飼料的營養(yǎng)價值和動物的適口性，提高飼料的利用率。

(3)化學預消化技術及其對飼料營養(yǎng)價值的影響

飼料化學預消化技術可以破壞原料中的結晶區(qū)，增大原料的孔隙率和表面積，從而增加纖維素酶的可及性和酶解轉化率，提高飼料的適口性和營養(yǎng)價值；同時，也可破壞多糖與木質(zhì)素之間的醚鍵，分解纖維素和半纖維素。化學預消化技術在粗飼料中應用較多，如對秸稈進行氨化處理、堿化處理以及氧化處理。

秸稈的堿化處理主要包括氫氧化鈉處理法、石灰處理法、氫氧化鈉和石灰共同處理法三種。堿化處理通過皂化反應使木質(zhì)素膨脹，形成多孔結構，促進消化酶對其降解；堿化也可以削弱纖維素和半纖維素之間的氫鍵，斷裂半纖維素和木質(zhì)素間的酯鍵，改變其化學結構，提高了采食量和利用率；同時，為胃腸道內(nèi)分解纖維素的微生物創(chuàng)造出更適宜的生長繁殖條件。例如，Chaudhry 等研究結果表明，用 8%的NaOH溶液處理小麥秸稈，顯著降低了小麥秸稈中半纖維素和中性洗滌纖維的含量，顯著提高了綿羊瘤胃中有機物的降解率。

秸稈氨化是在秸稈中加入一定比例的氨水、尿素等溶液進行處理，提高反芻動物對秸稈的消化率和秸稈的營養(yǎng)價值。氨化處理時，粗飼料中的有機物與氨發(fā)生分解反應，破壞了木質(zhì)素與多糖之間的酯鍵，為瘤胃微生物生長提供氮源，改善了適口性，提高了秸稈的營養(yǎng)價值Flachowsky等研究表明，經(jīng)過尿素處理后顯著提高了麥秸中粗蛋白質(zhì)含量和家畜的采食量以及生長速度，有機物平均消化率提高了13.98%。Oji等研究結果表明，用3%尿素和3%氨水對玉米秸稈進行氨化處理，顯著提高了玉米秸稈的粗蛋白、氨態(tài)氮和可溶性氮的含量，顯著降低了中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量，顯著提高了玉米秸稈的體外干物質(zhì)降解率。

氧化處理是指用過氧化氫、二氧化硫、臭氧和次氯酸鈉等氧化劑來處理秸稈，可以破壞木質(zhì)素分子間的共價鍵，增加纖維素酶和細胞壁的接觸面積，從而提高其消化率。例如，Ben 等研究結果表明，在70 ℃條件下，用0.35%的SO2處理麥秸72 h，麥秸中木質(zhì)素和纖維素含量顯著降低，同時顯著提高了綿羊的采食量和日增重。酸處理是指用稀釋的酸來處理飼料，溶解飼料中的木質(zhì)纖維素，將其水解為單體、醛糖和其它揮發(fā)性產(chǎn)物，提高纖維素的利用率。酸處理被認為是一項將纖維素轉化為乙醇比較有前景的工藝，并且這項工藝已經(jīng)得到廣泛的應用，如玉米秸稈、小麥秸稈和稻草。

(4)生物預消化技術及其對飼料營養(yǎng)價值的影響

飼料生物預消化技術包括兩種，一種是在飼料中直接添加酶制劑來進行預消化，另一種是利用微生物發(fā)酵技術對飼料進行預消化，從而將大分子營養(yǎng)物質(zhì)降解為易被動物體吸收的小分子物質(zhì)，緩解新生畜禽的消化壓力。

在飼料中添加一些酶制劑可以消除一部分抗營養(yǎng)因子，同時添加酶制劑可以彌補新生畜禽體內(nèi)某些酶的缺乏，將大分子蛋白質(zhì)分解成活性小分子肽和氨基酸等易被消化吸收的物質(zhì)，加快營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，提高飼料的利用率，降低飼料的生產(chǎn)成本，提高畜禽的生產(chǎn)性能，減少環(huán)境污染；同時還可以使畜禽腸道的菌群得到一定程度地完善，提高機體的免疫機能。目前在動物飼料中添加的酶制劑主要分為兩大類，一類是動物消化道可以分泌的內(nèi)源性消化酶，如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等，另一類為動物體不能產(chǎn)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等研究結果表明，酶解處理可以顯著降低豌豆中粗脂肪和粗纖維的含量，同時增加豌豆中粗蛋白質(zhì)的含量，改善飼料的營養(yǎng)價值。

微生物發(fā)酵飼料不僅使部分抗營養(yǎng)因子分解，而且可以把飼料中大分子營養(yǎng)物質(zhì)分解為大量易于消化的小分子物質(zhì)，還能產(chǎn)生特殊的香味，提高畜禽的采食量。另外，發(fā)酵飼料中含有大量的益生菌，可以維持畜禽腸道菌群平衡，促進腸道分泌免疫球蛋白，進而增強機體免疫功能；如微生物發(fā)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、枯草芽孢桿菌和霉菌這幾種菌按照不同的比例對飼料原料或全價飼料進行微生物發(fā)酵預消化處理，消除飼料中有毒有害物質(zhì)和大部分抗營養(yǎng)因子，改善飼料的適口性，增加飼料中菌體蛋白質(zhì)的含量，降低飼料中粗纖維的含量，增加飼料中粗蛋白質(zhì)的含量。如表 1 所示，Ashayerizadeh等的研究結果表明，微生物發(fā)酵可以顯著提高菜籽粕中粗蛋白質(zhì)的含量，同時顯著降低菜籽粕中粗纖維的含量；總之，利用生物預消化技術來處理飼料會降低飼料中抗營養(yǎng)因子的含量，改變飼料的可消化性和營養(yǎng)價值，提高飼料的利用率。

3. 飼料預消化技術在畜禽生產(chǎn)上的應用

(1) 飼料預消化技術在豬生產(chǎn)上的應用

飼料預消化技術在豬飼料生產(chǎn)中具有廣泛的應用前景。飼料預消化處理技術可以將飼料中的大分子營養(yǎng)物質(zhì)分解為更容易被豬消化、吸收的小分子物質(zhì)，降低斷奶仔豬的消化負擔，緩解因消化酶分泌不足而帶來的種種問題，減少斷奶應激；飼料預消化處理技術可以消除大部分抗營養(yǎng)因子，降低植物蛋白的抗原性，同時為豬提供小肽等營養(yǎng)物質(zhì)，降低豬的腹瀉率，提高豬的生長性能，降低飼料成本；飼料預消化處理技術可以改善飼料的適口性，提高豬的采食量，減少藥物添加劑的使用量；另外，飼料預消化處理技術可以減少或替代抗生素的使用。Dong等研究結果表明，通過復合酶制劑在體外進行酶解預處理能去除豆粕中的抗原蛋白，可以顯著提高斷奶仔豬的采食量和日增重，并且可以提高飼料的利用率，這可能是由于復合酶制劑在體外能將大分子的抗營養(yǎng)物質(zhì)轉化成易吸收的小分子物質(zhì)，促進仔豬對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，從而改善生長性能。Zhang等研究結果表明，在日糧中添加8.84%發(fā)酵豆粕可以顯著提高斷奶仔豬的采食量和日增重；一方面，豆粕經(jīng)過發(fā)酵處理后可消除大部分抗營養(yǎng)因子，降低抗原蛋白的含量，將其轉化為小肽等易于吸收的小分子營養(yǎng)物質(zhì)，增加菌體蛋白的含量，減少對腸道的應激，另一方面，發(fā)酵豆粕中大量的益生菌定植在腸道中維持腸道健康，促進腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，同時，抑制有害菌在畜禽腸道的定植，保持腸道菌群的多樣性。如表3所示，飼料中添加經(jīng)過預消化處理技術的飼料添加劑可改善斷奶仔豬和生長育肥豬的平均日增重和采食量。

(2) 飼料預消化技術在家禽生產(chǎn)上的應用

飼料預消化技術在家禽上的應用主要表現(xiàn)在對肉雞的采食量、日增重和蛋雞的產(chǎn)蛋率和蛋品質(zhì)的影響，在家禽日糧中添加經(jīng)過預消化技術處理的飼料添加劑可以明顯改善家禽的生長性能。Jahanian等研究結果表明，與未膨化豆粕相比，在日糧中添加30.55%膨化豆粕可以顯著提高1日齡肉雞的平均日增重和日采食量，同時還具有改善雞肉品質(zhì)的趨勢，顯著提高雞肉中氨基酸的含量，這是由于豆粕經(jīng)過膨化處理后可以消除大部分抗營養(yǎng)因子，提高飼料中蛋白質(zhì)和淀粉的消化率，從而提高了肉雞的采食量和飼料利用率；另一方面，豆粕膨化處理后產(chǎn)生獨特的香味，具有誘食的效果。Popiela等研究結果表明，在24周齡褐殼蛋雞的日糧中添加5.00%膨化莧菜谷物，可以顯著提高蛋雞的采食量和產(chǎn)蛋率，具有改善蛋殼質(zhì)量和提高雞蛋營養(yǎng)品質(zhì)的趨勢。如表4所示，飼料中添加經(jīng)過膨化、酶解、生物發(fā)酵等預消化處理的飼料添加劑可改善肉雞和蛋雞的生長性能。

4. 小結與展望

利用飼料預消化技術可以消除飼料中大部分有毒有害物質(zhì)和抗營養(yǎng)因子，減少飼料中抗原對畜禽胃腸道的應激，提高畜禽對飼料的利用率，同時，利用飼料預消化技術可以減少飼料中抗生素和重金屬的使用量，既能夠減少環(huán)境污染，又可以把糞便發(fā)酵之后來生產(chǎn)有機肥再使用到土地中，形成種養(yǎng)結合的綠色、可持續(xù)發(fā)展的模式；另一方面，利用飼料預消化技術可以開發(fā)利用非常規(guī)飼料資源，提高各種秸稈的利用率，降低秸稈焚燒，同時又可充分利用棉籽粕、菜籽粕等其它植物性蛋白飼料，緩解我國飼料資源短缺的現(xiàn)狀。

飼料預消化技術是低抗、無抗飼養(yǎng)和個性化特色畜產(chǎn)品市場需求增加的必然結果。利用利用飼料預消化技術可以開發(fā)安全、健康、高效和環(huán)保型飼料產(chǎn)品，適應養(yǎng)殖業(yè)市場需求，提高畜牧業(yè)經(jīng)濟的競爭力。同時，能夠挖掘畜禽的遺傳潛力，提高畜禽的生長速度。因此，飼料預消化技術在畜牧行業(yè)具有廣泛的應用前景，它是飼料工業(yè)未來新的經(jīng)濟增長點。

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