未來(lái)生物制劑在發(fā)酵飼料中完全替代抗生素？

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　　生物飼料是以微生物發(fā)酵技術(shù)為核心生產(chǎn)的動(dòng)物飼料或飼料原料，其主要特征是含有大量的乳酸菌或酵母菌等有益于動(dòng)物健康的微生物。自2006年1月起，歐盟已全面禁止在動(dòng)物飼料中添加抗生素。隨后，日本和韓國(guó)等亞洲國(guó)家也相繼制定了畜禽無(wú)抗生素飼養(yǎng)規(guī)范。

　　2008年北京奧運(yùn)會(huì)前后，我國(guó)在生物飼料和畜禽無(wú)抗生素養(yǎng)殖方面也得到了社會(huì)各界前所未有的重視。微生物發(fā)酵技術(shù)為飼料工業(yè)提供了氨基酸(賴氨酸、蘇氨酸和異亮氨酸等)、維生素(主要是B族)、酶制劑、有機(jī)酸(乳酸、乙酸)和活菌制劑等大量產(chǎn)品。傳統(tǒng)的飼料加工手段(粉碎、混合、膨化、制粒等)基本沒(méi)有涉及生物化學(xué)變化，微生物發(fā)酵是高度集中的生物化學(xué)反應(yīng)，可以對(duì)飼料原料進(jìn)行深度加工。很多飼料營(yíng)養(yǎng)學(xué)家斷言，不利用微生物的代謝作用，飼料加工很難有新的突破;發(fā)展生物飼料產(chǎn)業(yè)，動(dòng)物的健康養(yǎng)殖很難推廣實(shí)施。

　　替代抗生素的主要制劑

　　一 活菌制劑

　　益生菌又稱微生物活菌制劑或微生態(tài)制劑，是由許多有益微生物及其代謝產(chǎn)物構(gòu)成的可以直接飼喂動(dòng)物的活菌制劑。它們可以在動(dòng)物胃腸道內(nèi)抑制和排除有害微生物，代謝產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，降低胃腸道內(nèi)的pH值，或者產(chǎn)生過(guò)氧化氫和少量抗菌物質(zhì)如乳酸鏈球菌肽、嗜酸素等，從而保證了胃腸道的正常菌群結(jié)構(gòu)。當(dāng)動(dòng)物不斷從飼料中獲得益生菌，可以保證消化道有益微生物的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，維持動(dòng)物腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，保證動(dòng)物的健康生長(zhǎng)。

　　二 功能性寡糖

　　功能性寡糖是由2-10個(gè)單糖脫水縮合而成的含有直鏈或支鏈的具有生物活性的低度聚合糖類。功能性寡糖不被單胃動(dòng)物自身分泌的消化酶作用，當(dāng)進(jìn)入腸道后段可作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被動(dòng)物腸道內(nèi)的有益菌消化利用，從而使有益菌得到選擇性增加，抑制了有害菌的生長(zhǎng)，提高了動(dòng)物的抗病能力。合適的功能性寡糖結(jié)構(gòu)受體可與病原菌的外源凝集素結(jié)合，進(jìn)而使病原菌不致于吸附到腸壁上，可攜帶病原菌通過(guò)腸道排出體外，防止其在腸道內(nèi)繁殖。有些功能性寡糖還可以充當(dāng)免疫刺激的輔助因子，提高動(dòng)物免疫力，從而可以全部或部分代替抗生素類飼料添加劑。

　　三 植物提取物

　　植物提取物也稱為中草藥制劑，比較典型的活性成分主要有：大蒜素、茶多酚、阿魏酸和牛至油等。

　　大蒜素：大蒜素對(duì)葡萄球菌、腦膜炎、肺炎雙球菌、鏈球菌、白喉、痢疾、傷寒、副傷寒、大腸桿菌、結(jié)核桿菌、霍亂弧菌等都有明顯的抑制或殺滅作用。它通過(guò)激活單核細(xì)胞的分泌功能，使溶菌酶大量釋放，溶菌酶能水解細(xì)菌細(xì)胞壁中的黏多肽，從而使其裂解和死亡，起到抗感染作用。

　　茶多酚：又名茶單寧、茶躁質(zhì)，是茶葉中多酚類化合物的總稱。主要含黃烷醇類、羥基-4-黃烷醇類及佯鹽、黃酮醇類及黃酮類、酚酸類和縮酚類等4類化合物，其中黃烷醇中的兒茶素是其最主要的成分，含量約占茶多酚的70%左右。茶多酚具有增強(qiáng)機(jī)體抵抗力、抑菌、抗病。茶多酚對(duì)動(dòng)物的抗病毒作用，表現(xiàn)為茶多酚可通過(guò)調(diào)節(jié)免疫球蛋白等途徑抑制病毒，保護(hù)動(dòng)物細(xì)胞免受感染和提高感染動(dòng)物的存活率。另外，茶多酚還可以作為免疫增強(qiáng)劑，促進(jìn)抗體的產(chǎn)生。

　　阿魏酸：化學(xué)名稱為4一羥基一3一甲氧基肉桂酸，是桂皮酸的衍生物之一。阿魏酸有廣譜的抑菌消炎作用，能抑制宋內(nèi)氏志賀氏菌、肺炎桿菌、腸桿菌、大腸桿菌、檸檬酸桿菌、綠膿桿菌等致病性細(xì)菌繁殖。阿魏酸對(duì)胃腸道沒(méi)有刺激作用，在體內(nèi)的存在形式和代謝產(chǎn)物都是水溶性的，能被機(jī)體吸收并可從尿中排出。不會(huì)在體內(nèi)累積，也不會(huì)在畜產(chǎn)品中殘留，幾乎沒(méi)有任何毒性。

　　牛至油：是從唇形科多年生草本植物牛至中提取的含有多種有效成分的揮發(fā)油類。牛至油可以破壞病原微生物細(xì)胞的內(nèi)外物質(zhì)交換平衡，導(dǎo)致病原微生物細(xì)胞膜通透性發(fā)生變化，破壞病原微生物細(xì)胞正常的代謝機(jī)能：進(jìn)入病原微生物細(xì)胞，改變胞內(nèi)細(xì)胞器的膜性結(jié)構(gòu)，使重要細(xì)胞器的生理功能喪失;改變線粒體膜的通透性，阻止氧化呼吸進(jìn)程，破壞能量代謝;進(jìn)入核糖、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體阻礙蛋白質(zhì)及毒素等的合成和分泌，抑制病原微生物的生長(zhǎng)。

　　四 特定的化合物

　　某些特定的化合物可以作為抗生素的替代產(chǎn)品，而不僅不會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)長(zhǎng)期殘留，對(duì)生態(tài)環(huán)境也沒(méi)有不可降解的壓力。有關(guān)這類產(chǎn)品的研究報(bào)告很多，但是真正形成商品的還很少。目前市場(chǎng)上比較典型產(chǎn)品主要有二甲酸鉀、糖萜素和乳鐵蛋白等。二甲酸鉀是一種新型飼料添加劑，是歐盟批準(zhǔn)的第一種用于替代抗生素促生長(zhǎng)劑的非抗生素飼料添加劑產(chǎn)品，對(duì)仔豬的促生長(zhǎng)和防治下痢有顯著效果。它可以降低沙門菌在生長(zhǎng)育肥豬中的流行，還可以向小腸輸送甲酸，在小腸內(nèi)抑制革蘭氏陰性菌(如大腸桿菌、沙門菌)的生長(zhǎng)。乳鐵蛋白，簡(jiǎn)稱LF，是一種鐵結(jié)合性糖蛋白，具有廣譜抗菌作用。LF既抑制需鐵的革蘭氏陰性菌(如沙門菌、大腸桿菌和志賀氏菌等)，也抑制革蘭氏陽(yáng)性菌(如單細(xì)胞增生性李斯特菌、葡萄球菌等)，但是動(dòng)物腸道有益菌如糞鏈球菌、雙歧桿菌和乳酸菌等對(duì)LF具強(qiáng)抗性。另外，乳鐵蛋白還具有抗病毒作用，天然的LF能夠抑制人體免疫缺陷病毒和巨細(xì)胞病毒對(duì)M 細(xì)胞合成纖維細(xì)胞的病變作用，此外，還能抑制流感病毒的活性。但是由于乳鐵蛋白太昂貴，在實(shí)際生產(chǎn)中目前還很少使用。糖萜素是以糖和三萜皂苷為主體研制而成的產(chǎn)品，也是我國(guó)自行研究開(kāi)發(fā)獲農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)的第一個(gè)飼料添加劑創(chuàng)新產(chǎn)品，并獲得國(guó)家綠色發(fā)展中心認(rèn)證的全國(guó)AA級(jí)純天然綠色飼料添加劑。糖萜素所含的生物活性物質(zhì)(包括糖類(30%)、三萜皂苷(30%)和有機(jī)酸)具有調(diào)節(jié)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、白細(xì)胞介素的活性。提高抗體水平、調(diào)節(jié)cAMP與cGMP含量和補(bǔ)體的生成等作用。其表現(xiàn)為增強(qiáng)機(jī)體非特異性免疫反應(yīng)，提高畜禽的健康狀況，同時(shí)協(xié)同增強(qiáng)特異性免疫效果，加強(qiáng)細(xì)胞免疫和體液免疫，提高疾病疫苗接種效果，延長(zhǎng)免疫持續(xù)時(shí)間，提高治療效果，縮短治療和康復(fù)時(shí)間，提高畜禽生產(chǎn)性能。

　　五 抗菌肽

　　抗菌肽是一類小分子肽，也稱為細(xì)菌素。這類物質(zhì)主要通過(guò)對(duì)微生物細(xì)胞膜的降解作用，使細(xì)胞膜產(chǎn)生泄漏，胞內(nèi)原生質(zhì)流失，導(dǎo)致微生物細(xì)胞死亡。這類物質(zhì)有很強(qiáng)的專一性，種類很多，而且半衰期比較短，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成壓力，是一種很理想的抗生素替代品。抗菌肽的主要特點(diǎn)：①高效的抗菌活性，抗菌譜一般包括大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、單細(xì)胞增生性李斯特菌和沙門菌等有害菌;②可以被動(dòng)物消化道內(nèi)的蛋白酶(胃蛋白酶和胰蛋白酶)降解，不存在殘留問(wèn)題;⑧特異的殺菌方式(破壞靶細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu))，不會(huì)誘發(fā)抗藥性;較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性和耐酸性;⑤對(duì)人和動(dòng)物無(wú)害，也不會(huì)產(chǎn)生副作用。上述產(chǎn)品的添加量一般都在0.1%數(shù)量級(jí)，雖然對(duì)畜禽健康有一定的效果，但是在我國(guó)常規(guī)飼養(yǎng)條件下達(dá)到無(wú)抗要求還是很困難的。如果添加量達(dá)到1.0%或5.0%，效果會(huì)如何?經(jīng)濟(jì)上有可行性嗎?什么樣的產(chǎn)品最有可能實(shí)現(xiàn)無(wú)抗?如果不考慮飼養(yǎng)成本，加大添加比例，植物提取物、活菌制劑(包括微生物發(fā)酵復(fù)合物)，都有可能實(shí)現(xiàn)無(wú)抗生素飼養(yǎng)。從經(jīng)濟(jì)性考慮，活菌制劑比植物提取物更有優(yōu)勢(shì)，也更有潛力。今后研究的重點(diǎn)應(yīng)該考慮如何降低這類添加劑生產(chǎn)成本，使它們能夠更大程度地使用而基本不增加養(yǎng)殖成本。

　　生物飼料

　　發(fā)酵飼料的實(shí)質(zhì)可以看作為活菌制劑和發(fā)酵底物的復(fù)合物，是以植物性農(nóng)副產(chǎn)品為主要原料(底物)，通過(guò)微生物的代謝作用，降解部分多糖、蛋白質(zhì)和脂肪等大分子物質(zhì)，生成有機(jī)酸、可溶性多肽等小分子物質(zhì)，形成營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性好、活菌含量高的生物飼料或飼料原料。

　　一 微生物發(fā)酵飼料的基本原則

　　合作原則：在自然界中，微生物的純種培養(yǎng)幾乎是不存在的。如同人類社會(huì)一樣，微生物之間也存在著相互依賴、相互協(xié)作關(guān)系，它們之間有著很高的合作效率。從理論上講，它們的合作效率要高于人類社會(huì)。

　　健康第一原則：動(dòng)物消化道的微生物組成(或者稱為微生態(tài)區(qū)系)是生物長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果，是與環(huán)境相對(duì)應(yīng)的平衡體系。這種體系是確保動(dòng)物在對(duì)應(yīng)的生存環(huán)境下具有盡可能高的健康水平，其次才考慮它們的生長(zhǎng)繁殖能力。

　　平衡原則：動(dòng)物處于自由健康狀態(tài)時(shí)，它的微生物區(qū)系是一種近乎完美的平衡，我們?nèi)祟愂遣豢赡軇?chuàng)造優(yōu)于這種平衡(包括激素、能量和蛋白等代謝系統(tǒng)的協(xié)調(diào))的區(qū)系。但是當(dāng)區(qū)系處于失衡或者動(dòng)物處于亞健康狀態(tài)時(shí)，我們可以通過(guò)某些措施幫助它們恢復(fù)失去的平衡。

　　二 飼用微生物制劑的功效

　　體現(xiàn)飼用微生物制劑的效果需要結(jié)合多方面的因素。如果動(dòng)物健康狀況很好，制劑加與不加基本沒(méi)有差異。如果添加量很小，效果很有限，很難體現(xiàn)出差異。微生物的種類與使用的動(dòng)物沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，也不會(huì)有效果。動(dòng)物健康的問(wèn)題都有其特殊性，即使都屬于消化道疾病，也不可能有一種通殺的藥。健康動(dòng)物消化道的微生物組成處于比較理想的平衡狀態(tài)。消化道健康有問(wèn)題，微生物組成肯定有變化。消除這種差異可以使消化道微生物的組成快速恢復(fù)健康平衡，從而使動(dòng)物快速恢復(fù)健康。

　　三 恢復(fù)微生態(tài)平衡的方法

　　有病的消化道中，一定有某一種或者幾種微生物的數(shù)量很少，同時(shí)可能有一種或者幾種微生物的數(shù)量特別多。我們可以采用添加所缺乏的微生物以補(bǔ)充其不足，這類微生物就是我們所說(shuō)的有益菌。也可以用藥物殺滅的辦法減少多余的微生物，這類微生物就是通常所說(shuō)的有害菌。微生物的組成比例有相應(yīng)的彈性，只要不超過(guò)這個(gè)彈性，表現(xiàn)出來(lái)的癥狀都是健康的。一般來(lái)說(shuō)，彈性越大，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力也越強(qiáng)。

　　四 高活性生物飼料的主要特征

　　具有天然的發(fā)酵香味，較好的適口性，良好的誘食誘食效果。含有大量的有益菌。有害菌(以大腸桿菌、沙門菌和金黃色葡萄球菌為典型代表)數(shù)量極低，不超過(guò)10cfu/g。成品的pH值較低，在4.5左右，含有較多的有機(jī)酸(以乳酸和乙酸為主)。

　　生產(chǎn)工藝

　　一 純培養(yǎng)的一般工藝

　　目前流行的微生物活菌制劑基本都是采用純培養(yǎng)生產(chǎn)，其典型的工藝如下：原料一消毒一冷卻一接種一培養(yǎng)一千燥一包裝。原料需要消毒，成品需要干燥，在發(fā)酵過(guò)程中需要嚴(yán)格控制空氣的流通和發(fā)酵熱的釋放，操作控制很繁瑣?？紤]技術(shù)理論時(shí)很認(rèn)真仔細(xì)，但是往往不重視技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，很少考慮技術(shù)的可操作性。一個(gè)經(jīng)濟(jì)上不可行的技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中時(shí)很難推廣。

　　二 傳統(tǒng)的厭氧發(fā)酵

　　呼吸消耗很小，一般不超過(guò)1.0%，代謝產(chǎn)物主要是有機(jī)酸和二氧化碳，有利于保存物料的營(yíng)養(yǎng)。發(fā)酵過(guò)程散熱量較小，操作容易控制。設(shè)備投資少，生產(chǎn)成本低，容易推廣。發(fā)酵裝置更簡(jiǎn)單，搬運(yùn)更方便。氣壓控制不受環(huán)境和方位限制。保存時(shí)間更長(zhǎng)，原料更廣泛，溫度梯度變化小。

　　傳統(tǒng)的厭氧發(fā)酵飼料生產(chǎn)方式很多，比較常見(jiàn)的是養(yǎng)殖戶用酵母菌和乳酸菌接種飼料，裝入密封的包裝袋，袋口用繩扎緊，飼料的含水量在30%~40%。在夏季，發(fā)酵3-5d就有明顯的酸香味。在冬季，需要適當(dāng)延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間。飼養(yǎng)員主要根據(jù)排出的酸香味來(lái)判定發(fā)酵的成熟度。

　　傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)：如果環(huán)境溫度適宜，時(shí)間控制得當(dāng)，采用袋裝式“土辦法”發(fā)酵，也可以獲得質(zhì)量很好的微生物發(fā)酵飼料，活性乳酸菌的含量能達(dá)到108cfu/g以上。這種工藝雖然簡(jiǎn)便，但是受限制的因素太多，質(zhì)量很難把握，基本沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，完全靠經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品基本不能流通。傳統(tǒng)厭氧發(fā)酵存在的問(wèn)題：如果環(huán)境溫度長(zhǎng)期低于12℃，發(fā)酵很可能失敗。酵母在低溫下長(zhǎng)期代謝低迷，耗氧速度很慢，物料中的氧氣能長(zhǎng)時(shí)間與乳酸菌接觸，導(dǎo)致乳酸菌活力大減，繁殖很慢，甚至死亡。不能很好地確定什么時(shí)候產(chǎn)氣結(jié)束，什么時(shí)候發(fā)酵結(jié)束，同時(shí)又要求發(fā)酵成熟以后需要盡早使用，不然就有霉變的可能。

　　三 理想的發(fā)酵工藝

　　為了使這種袋裝發(fā)酵技術(shù)進(jìn)入程序化、工業(yè)化應(yīng)用，生物飼料的質(zhì)量能得到有效保證，我們必須完成以下幾個(gè)前提條件：發(fā)酵過(guò)程基本不受環(huán)境溫度限制;產(chǎn)品質(zhì)量不受存放時(shí)間限制，或者保質(zhì)期能達(dá)到3個(gè)月以上;產(chǎn)品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中不受外界空氣干擾。

　　理想的發(fā)酵工藝是原料接種以后，直接進(jìn)入包裝袋中，熱合封口。包裝袋上附加一個(gè)可以調(diào)節(jié)氣壓的硅膠膜。在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生二氧化碳，氣壓達(dá)到設(shè)定壓力，呼吸閥開(kāi)放。低于設(shè)定壓力，呼吸閥自動(dòng)關(guān)閉。發(fā)酵物料的含水量保持在34%~36%比較經(jīng)濟(jì)。在北京，夏天發(fā)酵4d、春天發(fā)酵18d、冬天發(fā)酵30d，物料基本成熟。時(shí)間越長(zhǎng)，效果越好。物料中蛋白含量增加，微生物的生長(zhǎng)代謝速度會(huì)下降。糖類含量增加，微生物的生長(zhǎng)速度會(huì)增加。只要包裝袋保持完整、不破損，一年四季都能生產(chǎn)。

　　為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作，降低生產(chǎn)成本。該技術(shù)還采用了一種能使接種的微生物快速生長(zhǎng)繁殖的激活劑。在這種制劑的協(xié)助下，即使在接種量?jī)H為0.01%的條件下(原料不需要經(jīng)過(guò)消毒)也能使有益微生物在24h內(nèi)(20℃以上的環(huán)境)處于絕對(duì)的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，從而有效地抑制了雜菌的污染。該技術(shù)有如下幾個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：發(fā)酵原料不需要消毒，發(fā)酵質(zhì)量不受外界氣溫影響，物料產(chǎn)生溫度梯度差異不超過(guò)3℃;設(shè)備投資少，操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，特別適合在我國(guó)農(nóng)村推廣應(yīng)用;發(fā)酵原料的含水量在.. 30%~50%，蛋白含量在4.5%~42.0%，操作彈性極大，可以大比例使用廉價(jià)的玉米漿、豆渣和果渣等高水分含量的農(nóng)業(yè)和輕工副產(chǎn)物，與傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)相比具有很大的成本優(yōu)勢(shì)。

　　相關(guān)問(wèn)題

　　在發(fā)酵豆粕過(guò)程需要關(guān)注發(fā)酵菌種種類、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解情況，充分了解微生物作用機(jī)理，利用小肽分析技術(shù)、抗原蛋白分析技術(shù)、有毒有害物的分析技術(shù)、抗原性分析技術(shù)等。一般來(lái)說(shuō)，脂肪飼料中的短鏈脂肪酸含量高于長(zhǎng)鏈脂肪酸，不飽和脂肪酸高于飽和脂肪酸，長(zhǎng)短鏈脂肪酸混合高于單一脂酸。提高脂肪飼料消化率可以通過(guò)以下途徑：采用乳化劑提高水溶性，利用酶切技術(shù)使脂肪鏈變短，加載體促進(jìn)流通性，大力應(yīng)用加熱和包被技術(shù)。

　　來(lái)源：國(guó)際畜牧網(wǎng)