1、微生物发酵饲料的生产与应用陆文清,引言,生物饲料是以微生物发酵技术为核心生产的动物饲料。 微生物发酵技术为饲料工业提供了氨基酸（赖氨酸、苏氨酸和精氨酸等）、维生素（主要是B族维生素）、酶制剂、有机酸（乳酸、乙酸）和活菌制剂等大量产品。 传统的饲料加工手段（粉碎、混合、膨化、制粒等）基本没有涉及生物化学变化，微生物发酵是高度集中的生物化学反应，可以对饲料原料进行深度加工。 不利用微生物的代谢作用，饲料加工很难有新的突破。,生猪无抗养殖的主要途径,改善养殖场的卫生环境添加高效的生物制剂使用微生物发酵饲料,替代抗生素的主要添加剂,活菌制剂 植物提取物（中草药） 有机酸 抗菌肽 微生物发酵复合物（主要
2、是酵母类产品，如达农威YC）上述产品的添加量一般都在0.1%数量级，虽然对生猪健康有一定的效果，但是在我国的常规饲养条件下达到无抗要求还是很困难的。如果添加量达到1.0%，效果会如何？如果添加量达到5.0%，效果又会如何？,什么样的产品最有可能实现无抗？,如果不考虑饲养成本，加大添加比例。植物提取物、活菌制剂、微生物发酵复合物都有可能实现无抗生素饲养。从经济性考虑，活菌制剂和微生物发酵复合物比植物提取物有优势，也更有潜力。今后研究的重点应该考虑如何降低这类添加剂生产成本，使它们能大比例地使用而基本不增加养殖成本。,发酵饲料的实质可以看作为活菌制剂和发酵底物的复合物。是以植物性农副产品为主要原料
3、（底物），通过微生物的代谢作用，降解部分多糖、蛋白质和脂肪等大分子物质，生成有机酸、可溶性多肽等小分子物质，形成营养丰富、适口性好、活菌含量高的生物饲料或饲料原料。,微生物发酵饲料,微生物之间的相互关系,据目前已有的微生物基因研究估计，在地球上存在的微生物至少有100万种，而人类所分离获得的纯种累计不超过10万种，做过比较系统研究的不超过1万种。根据目前已有的研究结果，大体可以把微生物之间的关系分为以下几种：中性同生、同住、互惠同生、共生、竞争、拮抗和寄生。,微生物发酵饲料的生产菌种的筛选,健康生猪消化道 微生物谱系,有病生猪消化道 微生物谱系,恢复微生态平衡的方法,有病的消化道中，一定有某一
4、种或者几种微生物的数量很少，同时可能有一种或者几种微生物的数量特别多。我们可以采用添加所缺乏的微生物以补充其不足，这类微生物就是我们所说的有益菌。也可以用药物杀灭的办法减少多余的微生物，这类微生物就是通常所说的有害菌。 微生物的组成比例有相应的弹性，只要不超过这个弹性，表现出来的症状都是健康的。一般来说，弹性越大，对环境的适应能力也越强。,发酵饲料的生产菌种,发酵饲料的生产菌种有很多，主要有以下四类： 乳酸菌 芽孢菌 酵母菌 霉菌,乳酸菌（主要生产菌种）,目前生产中使用的乳酸菌至少有30多种，按乳酸代谢途径，大致可以归纳为4种类型： 同型乳酸发酵 专性异型乳酸发酵 兼性异型乳酸发酵 异型双歧杆
5、菌乳酸发酵,同型乳酸发酵,典型的生产菌种主要有 德氏乳杆菌（Lactobacillus delbruekii） 嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilum） 唾液乳杆菌（ Lactobacillus salivarius） 嗜热乳杆菌（Lactobacillus thermophilus） 粪肠球菌（Enterococcus faecalis） 乳酸乳球菌（Lactococcus lactics）,专性异型乳酸发酵,典型的生产菌种主要有： 发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum） 高加索酸奶乳杆菌（Lactobacillus kefir） 短乳杆菌（La
6、ctobacillus brevis） 巴氏乳杆菌（Lactobacillus pastorianus）,兼性异型乳酸发酵,典型的生产菌种主要有： 植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum） 干酪乳杆菌（Lactobacillus casei） 鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus） 清酒乳杆菌（ Lactobacillus sake）,异型双歧杆菌乳酸发酵,比较典型的生产菌种是动物双歧杆菌（Bifidobacterium animal ）双歧杆菌的培养要求很严格，对厌氧的要求极高，目前还很难应用在实际生产中。,芽孢菌,目前在生产中应用的有近10种，以
7、杆菌为主，主要为以下3种： 地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis ） 枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis ） 蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）,酵母菌,目前在生产中应用的有20多种，主要是以下4种： 酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae） 热带假丝酵母（Candida tropicalis） 啤酒酵母（ brewers yeast） 面包酵母（bakers yeast）,霉菌,目前在生产中应用的有近10种，主要是以下3种： 米曲霉（ Aspergillus oryzae） 黑曲霉（Aspergillus niger） 白地
8、霉（Geotrichum candidum）,选用生产菌种的基本原则,安全（必须同时符合以下2个要求） 菌体本身不产生有毒有害物质 不会危害环境固有的生态平衡 有效（能满足一个要求就可以） 菌体本身具有很好的生长代谢活力，能有效降解大分子和抗营养因子，合成小肽和有机酸等小分子物质。 能保护和加强动物微生物区系的正平衡。,微生物发酵饲料的主要特征,天然的发酵香味，较好的适口性，良好的诱食效果。 含有大量的有益菌。 有害菌（以大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌为典型代表）数量极低，不超过10 cfu/g。 发酵成品的pH值较低，在4.5左右，含有较多的有机酸（以乳酸和乙酸为主）。,纯培养的一般工艺
9、,原料 消毒 冷却 接种 培养干燥 包装 在发酵培养过程中需要严格控制空气的流通和发酵热的释放，操作控制很繁琐。能否对上述工艺进行改革？我们在考虑技术理论时很认真仔细，但是往往不重视技术的经济性，很少考虑技术的可操作性。一个经济上不可行的技术在实际生产中时很难推广的。,微生物的群体培养,绝大多数工业化微生物培养，氨基酸、有机酸和维生素的微生物发酵生产，基本都是纯培养。即使是多种菌的复合产品，也都是多种纯培养物的复配物。 自然界中的微生物繁殖实际上都是整体复制，单独的纯培养环境反而是极端情况。 我们能否考虑微生物菌群的整体扩大培养？只要环境条件控制得当，应该没有疑问。而且，通过调节环境条件，可以
10、使微生物的平衡组成向着我们所希望的位点或者区域移动。（什么意思？）,微生物发酵饲料的主要生产技术,青贮 固态好氧发酵生产饲料酵母（或饲料蛋白原料） 固态厌氧发酵生产高活性生物饲料（或饲料原料） 厌氧液态发酵生产高活性生物饲料,青贮,有利因素 传统工艺，历史悠久，技术成熟。 限制因素 季节性强（原料必须是新鲜的农作物）；只能就地消化，基本不能远距离运输；开窖后必须短时间内用完；目前仅限于反刍动物领域。,固态好氧发酵生产饲料蛋白原料 （4320菌体蛋白）,该技术充分利用了微生物的相互作用（同生、互惠同生、共生等多种关系），原料不需要严格消毒就可以直接用于接种培养，简化了生产工艺，降低了生产成本。接
11、种的微生物主要是热带假丝酵母，这种酵母生长繁殖速度很快，代谢旺盛，能高效地把农副产品转化成菌体物质。,固态好氧发酵存在的问题,发酵成品需要干燥，否则容易腐败变质。 机械化程度较低，需要较多的人工用于物料的翻拌、散热等繁琐的操作。 呼吸损失大，干物质损失达到10%以上。 能耗高，需要大量的通风。,为什么要选择厌氧发酵方式,呼吸消耗很小，一般不超过1.0%，代谢产物主要是有机酸和二氧化碳，有利于保存物料的营养。 发酵过程散热量较小，操作容易控制。 设备投资少，生产成本低，容易推广。如何进行厌氧发酵？,传统的厌氧发酵饲料技术,传统的厌氧发酵饲料生产方式很多，比较常见的是养殖户用酵母菌和乳酸菌接种饲料
12、，装入密封的包装袋，袋口用绳扎紧，饲料的含水量在3040之间。在夏季，发酵35天就有明显的酸香味。在冬季，需要适当延长发酵时间。饲养员主要根据排出的酸香味来判定发酵的成熟度。,有关的酵母代谢,酵母菌开始利用袋内残留的氧气进行增殖和呼吸代谢。等氧气耗尽以后，酵母菌在无氧条件下进行糖酵解，产生酒精和二氧化碳，乳酸菌也同时增殖、代谢，产生有机酸。随着袋内气压的不断增加，不断有二氧化碳带着酒精和有机酸排出袋外。1.有氧发酵阶段C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O2.无氧发酵阶段C6H12O6 2CO2 + 2C2H6O（乙醇）,传统发酵饲料的优劣,事实证明，如果环境温度适宜，时间控制得当
13、，采用袋装式“土办法”发酵，也可以获得质量很好的微生物发酵饲料，活性乳酸菌的含量能达到108cuf/g以上。 在生猪配合饲料中添加15-20%，采食量能明显提高，最多能提高10%以上，增重速度和健康水平也有显著提高。 这种工艺虽然简便，但是受限制的因素太多，质量很难把握，基本没有标准，完全靠经验。 产品基本不能流通。,传统厌氧发酵存在的问题,如果环境温度长期低于12C，发酵很可能失败。酵母在低温下长期代谢低迷，耗氧速度很慢，物料中的氧气能长时间与乳酸菌接触，导致乳酸菌活力大减，繁殖很慢，甚至死亡。我们不能很好地确定什么时候产气结束，什么时候发酵结束，同时又要求发酵成熟以后需要尽早使用，不然就有
14、霉变的可能。,比较理想的发酵饲料,为了使这种袋装发酵技术进入程序化、工业化应用，发酵饲料的质量能得到有效保证，我们必须完成以下几个前提条件： 发酵过程基本不受环境温度限制。 产品质量不受存放时间限制，或者保质期能达到3个月以上。 产品在储存和运输过程中不受外界空气干扰。,泡菜发酵的启示,发酵装置更简单，搬运更方便。 气压控制不受环境和方位限制。 保存时间更长 原料更广泛 温度梯度变化小,如何模仿泡菜发酵？,呼吸膜可移动式厌氧固态发酵饲料 生产技术的具体工艺流程图,中试生产设备和样品,菌种活化罐（2吨）,主体生产设备（时产3吨）,接种后的物料,封口操作,发酵成品库,呼吸阀平衡气压原理,原料接种以
15、后，直接进入包装袋中，热合封口。包装袋上附加一个可以调节气压的硅胶膜。在发酵过程中产生二氧化碳，气压达到设定压力，呼吸阀开放。低于设定压力，呼吸阀自动关闭。,本技术有如下几个显著优势,发酵原料不需要消毒，发酵质量不受外界气温影响，物料产生温度梯度差异不超过3。 设备投资少，操作简便，产品质量稳定，特别适合在我国农村推广应用。 发酵原料的含水量在30-50%之间，蛋白含量在4.5-42.0%之间，操作弹性极大，可以大比例使用廉价的玉米浆、豆渣和果渣等高水分含量的农业和轻工副产物，与传统的发酵技术相比具有很大的成本优势。,抑菌试验结果（30C 培养）,相关证书,欧盟安全认证,使用方法及注意事项,不
16、要使用霉变的原料。 被微生物利用过的原料不要作为发酵原料。 很难被微生物降解的坚硬物质尽量不要使用。 以低蛋白为主要原料的发酵饲料添加量为5.0%左右， 以高蛋白为主要原料的发酵饲料添加量为20%左右。 配合后的饲料整体蛋白含量可以下降1.0%左右。 如果出现采食量下降或者拉稀现象，停止使用。 开包以后尽快使用，现拌现喂。 添加比例有过渡阶段，逐步提高。,使用本产品的主要优势,采食量增加 怀孕母猪便秘基本消失 脯乳母猪奶水充足 饲料消化效率高 降低耐药病菌的比例 延长发酵床的使用寿命,饲料呈液态，现发酵现喂。 采用管道输送，成熟饲料中含有大量活性乳酸菌。 不仅可以减少劳动强度，同时也避免了颗粒饲料的高温挤压所造成的活菌损失。 猪舍清洁卫生，粉尘明显减少，猪的呼吸道疾病也显著降低，很适合于大型养猪场使用。 设备投资大，所有管道都是高质量的不锈钢。 技术要求高。,液态发酵饲料,气压式发酵液态料自动饲喂系统,
