猪用液体发酵饲料:一项古老的未来技术

【摘要】发酵液体饲料是指以1:1.5- 1:4的比例与水混合的饲料。通过与水混合，饲料中存在的乳酸菌和酵母增殖产生乳酸、乙酸和乙醇，降低了混合物的pH值。pH值的降低抑制了病原菌在饲料中的生长。此外，当喂食这种低pH值的混合物，它会降低猪胃中的pH值，并阻止大肠杆菌和沙门氏菌等病原体在胃肠道的增殖。对于仔猪来说，使用发酵液体饲料可以同时提供饲料和水，这可能有助于仔猪更容易地从母猪奶过渡到固体饲料。其次，提供适当的发酵液体饲料可以通过降低胃肠道的pH值，加强胃作为病原感染的第一道防线的作用，从而有助于排除肠道病原体。最后，猪饲用发酵液体饲料可提高乳猪、断奶猪和生长肥育猪的生产性能。在这篇综述中，我们将讨论发酵液体饲料在猪日粮中的应用。这将包括讨论发酵液体饲料的理想特性和影响发酵的因素。此外，还将讨论发酵液体饲料的优缺点，包括其对胃肠道健康的影响，肠道pH值，胃肠道中发现的细菌类型，以及发酵液体饲料对猪生产性能的影响。

【介绍】

液体喂养包括使用由液体食品工业副产品和干原料的混合物，或由干燥原料与水混合准备的日粮。根据定义，发酵液体饲料是指以1:1.5至1:4的比例与水混合一段足够长的时间，以达到稳定状态的饲料。如果混合和饲喂之间几乎没有时间或发酵周期太短，无法达到稳定状态，则称为液体饲料或非发酵液体饲料。通过与水混合，各种饲料原料中存在的乳酸菌和酵母增殖并产生乳酸、乙酸和乙醇，从而降低混合物的pH值。pH值的降低抑制了病原菌在饲料中的生长。此外，当喂食这种低pH值的混合物时，它降低了猪胃中的pH值，阻止了大肠杆菌和沙门氏菌等病原体在胃肠道中增殖。在欧盟宣布禁止使用抗生素作为猪的抗菌生长促进剂后，人们对发酵饲料以改善仔猪和猪的生产性能的兴趣急剧增加。在最近综述中，发酵液体饲料作为促生长抗生素的替代品的潜力已被讨论。在这篇综述中，将提供关于在猪中使用发酵液体饲料的最新信息。

【发酵液体饲料生产】

发酵液体饲料可以通过发酵全饲料或通过发酵谷物部分，然后将发酵的谷物与其他成分混合，从而形成完整的饲料来生产。发酵全饲料是生产发酵液体饲料最简单的方法，但这种方法也存在一些问题。发酵过程可以造成必需营养素的损失，如维生素和氨基酸，特别是可能添加到饲料中的合成氨基酸。因此，有些作者提倡只发酵谷物部分而不发酵全饲料。发酵的谷物部分可以用来制作一系列的饲粮，因此可以使用相同的发酵谷物进行“阶段饲养”。与含有多种成分的完整饲料相比，谷物也是一种更稳定的发酵产品。此外，谷物的发酵往往会导致更快的发酵，因为谷物的缓冲能力低于复合饲料。为了成功地控制病原菌的增殖，发酵液饲料中必须含有足够量的乳酸。乳酸的产生可以通过自发发酵或在发酵前接种乳酸菌培养物来实现。自发发酵通常采用分批发酵进行。在分批发酵中，饲料和水的混合物发酵，不更换一部分发酵液体饲料。该系统的优点是发酵更容易控制，如果发生不良发酵，只会毁掉一批饲料。然而，为了生产出优质的发酵液体饲料，分批发酵可能需要几天的时间。此外，在商业农场条件下，很难运行分批饲喂系统，因为几乎不可能在每次灌装时对系统进行清洗和消毒。Beal et al.的结论是，自发发酵不是获得安全可口的最终产品的可靠系统，因为发酵模式会发生变化。此外，其他研究表明，不受控制/自发发酵导致乙酸和生物胺浓度升高，对发酵液饲料的适口性产生不利影响。因此，自发发酵是不可取的。然而，如果需要使用自发发酵，可以通过在发酵培养基中添加铜来提高自发发酵液体饲料的质量，加速乳酸的产生。还可以通过在饲料中接种快速产生高浓度乳酸的乳酸菌来提高发酵液体饲料的质量。当只发酵谷物时，接种是更有价值的，乳酸的产量应该更高，以补偿在加入完整的饲料时其他饲料组分的稀释和缓冲作用。用于生产的接种剂的菌株必须具有高的乳酸生产能力产酸，应对肠道病原体有活性。因此，对乳酸菌的有益菌株进行了大量的研究。例如，Missotten等人测试了146株细菌控制沙门氏菌的能力。用于接种饲料生产发酵液体饲料的细菌种类有植物乳杆菌和片球菌属。

另一种确保乳酸产量充足的技术被称为“背洒”。在这项技术中，新鲜饲料和水与以前成功发酵的物质混合，作为新的混合物的接种物。这使乳酸菌快速发酵。与间歇发酵生产优质发酵液饲料需要数天的时间相比，这个方法生产的发酵液饲料只需数小时即可饲喂。然而，Brooks指出，这可能导致以酵母为主的微生物群发展。丰富的酵母生长可以对发酵饲料的营养价值产生消极或积极的影响，这取决于菌株的种类。

plummed - ferrer等人研究表明，保持罐内25%的残留液体接种添加到罐内的新鲜液体饲料足以维持发酵的正常进行。Moran等人发现在进行发酵时，保持超过20%的发酵小麦没有好处。因此，虽然50%的残留是最常用的，但似乎可以使用一个更低的比例，20%是最低的百分比，也可以确保发酵液体饲料的理想特性。

【影响发酵液饲料品质的因素】

影响发酵液饲料质量的因素如图1所示。影响最终产品质量的因素包括最初存在的微生物种类、底物数量和质量以及各种发酵参数。饲料中自然存在的乳酸菌数量或添加到饲料中的乳酸菌数量，决定了乳酸的产生程度。这种生产速度越快，pH值下降的速度就越快，对致病菌如沙门氏菌和大肠杆菌的抑菌作用就越快。在过去的几年里，有研究调查了乳酸菌或酵母种群多样性对发酵液饲料的影响，并报道了微生物种群组成的广泛变化。植物乳杆菌和戊糖片球菌是发酵液体饲料中乳酸最丰富的细菌菌株。

Olstorpe等人报告称，发酵液体饲料中的细菌种类组成在发酵过程中发生变化。他们表明，戊糖片球菌在自发发酵开始时是优势菌群，但在连续发酵3天后，植物乳杆菌成为优势菌群。在接种的发酵液体饲料中也观察到了这一点，其中用于接种饲料的乳酸菌菌株在发酵液体饲料中没有保持优势乳酸菌菌株。

发酵液饲料中存在的酵母种群多样性很高，值得进一步研究。在以湿小麦酒糟、乳清和自来水发酵的液体饲料中，酵母的优势菌种毕赤酵母，膜毕赤酵母和异常毕赤酵母。在最近的一项研究中，Olstorpe等人发现了另一种毕赤酵母种，即发酵毕赤酵母，是目前最丰富的酵母种，独立于用于接种发酵液体饲料的乳酸菌培养。然而，Gori等人发现，在丹麦40个农场的发酵液体饲料样品中Candida milleri andKazachstania bulderi是优势酵母种，分别占酵母总数的58.4和17.5%。

酵母的加入量会影响发酵液体饲料的质量。当发酵由酵母菌主导时，根据目前的酵母菌菌株的不同，有正面和负面的不同影响。酵母菌具有将肠细菌结合到其表面的能力，从而阻止这些细菌与肠道上皮的结合。因此，在发酵液体饲料中添加高浓度的酵母可能是有益的。例如，Jensen和Mikkelsen报告了酵母浓度和猪胃肠道中肠杆菌之间的逆关系。相反，高浓度的酵母会产生“异味”和污染，因为会产生乙酸、乙醇和戊醇等化合物，使饲料口感不佳。

               图1 发酵液体饲料的影响因素之间的相互作用关系

Beal等人研究了发酵温度对鼠伤寒沙门氏菌的排除影响。他们的结果表明，与20℃相比，这些细菌在30℃减少时间要短得多。因此，尽管获得最佳发酵液体饲料的最低温度为20℃，但30℃的温度更可取，因为它可以更快地产生乳酸，并更快地排除多种肠道病原体。

还应避免向系统中添加冷水，再进行背洒。例如，立即从水龙头加水（5-7°C）将对系统造成冷冲击。这可能导致肠道病原体中冷休克蛋白的形成，这可以保护它们并使它们在饲料中持续更长时间。此外，冷休克抑制乳酸菌的生长，并使酵母菌占优势。用于生产液体饲料或发酵液体饲料的料水比可以在1:1.5至1:4之间波动。从Plumed Ferrer和Von Wright以及Niba等人给出的结果来看，给猪提供的液体饲料最常见料水比介于1:2和1:3之间。

【发酵液体饲料的理想特性】             

Van Winsen等人将发酵液体饲料的理想特性描述为pH值低于4.5、乳酸菌浓度高于10⁹CFU/mL，乳酸浓度高于150 mmol/L，乙酸和乙醇浓度分别低于40和0.8 mmol/L。Beal等人报告称，为了防止沙门氏菌的生长，液体饲料需要含有至少75 mmol/L的乳酸。Beal等人和Brooks等人称，为了降低肠杆菌的浓度，乳酸的浓度应高于100 mmol/L。这种浓度的乳酸可以对采食量、日增重和饲料效率产生有益的影响。

尽管Van Winsen等人将乙酸的上限设定为40 mmol/L，但其他作者指出，超过30 mmol/L的乙酸浓度可能已经对发酵液体饲料的适口性产生负面影响。然而，Canibe等人报告称，喂食添加了120 mmol/L乙酸的发酵液体饲料的仔猪对体重增加没有负面影响。

【发酵液体饲料对胃肠道微生物的影响】

使用发酵液体饲料可以改变胃肠道微生物种群的组成。最常见的变化是乳酸菌浓度增加，尤其是在胃和小肠。Moran等人报告，使用发酵液体饲料断奶的仔猪肠道中的细菌有利于乳酸菌生长，而在喂食干饲料的仔猪中，则有利于大肠菌群生长。

菌群变化可能受到发酵条件的影响。Canibe和Jensen发现，当胃肠内容物在37°C下孵化时，生长育肥猪远端小肠中存在的乳酸菌数量没有差异（表1）。然而在20°C的培养温度下（与发酵饲料的生产温度相同），与干饲料或液体饲料相比，发酵液体饲料喂养的生长猪胃和远端小肠中乳酸菌的比例显著较高。

表1 饲喂试验日粮的仔猪胃肠道食糜中乳酸菌、酵母菌、肠杆菌微生物活菌数（cfu/g）

胃肠道微生物种群的另一个显著变化是酵母细胞数量的增加（见表1）。如前所述，酵母具有将肠道细菌结合到其表面的能力，从而阻止这些细菌与肠道上皮的结合。

乳酸菌和酵母细胞的增加可能是减少肠道病原体如沙门氏菌属，大肠杆菌属的一个好方式。最近，Canibe和Jensen回顾了发酵液体饲料在减少猪肠道疾病方面的价值。从监测研究中可以看出，发酵液体饲料降低了沙门氏菌的发病率。

表 2   饲喂不同日粮的仔猪胃肠道pH值

【发酵液体饲料对胃肠道pH值的影响】

Canibe和Jensen的研究结果表明，当喂食发酵液体饲料、液体饲料或干饲料时，猪胃肠道不同部分的pH值发生变化（表2）。最显著的变化是胃的pH值降低。胃是抵抗病原体的重要屏障，降低pH值可能会加强这一屏障，防止大肠菌群增殖，尤其是在无法产生足量胃酸的新生断奶仔猪中。此外，Radecki等人认为，较低的胃pH值可能使胃具有更好的蛋白水解活性，从而改善喂食含发酵液体饲料的猪的生长。与胃相反，喂食发酵液体饲料的仔猪小肠的pH值通常高于喂食干饲料或液体饲料的仔猪。这可能与发酵液体饲料中的低pH值和高乳酸浓度刺激胰液分泌增加有关。

【饲喂发酵液体饲料的优点】

给猪喂食发酵液体饲料的主要好处是可以提高猪的生产性能。在这方面，Kil和Stein已经确定发酵液体饲料是替代抗生素生长促进剂的最有效的喂养策略之一。改善的程度与猪本身存在的病原体水平有关。

新生猪的肠道是无菌的，通过与母猪和环境的接触获得了其特有的菌群。Kenny等人认为，出生后不久的时期可能是建立潜在有益细菌群落的最重要时间段，也称为细菌“印记”。喂养母猪发酵液体饲料会影响其后代的肠道细菌数量。与喂食非发酵液体饲料或干饲料的母猪相比，喂食发酵液体饲料的母猪粪便中的大肠菌群计数较低。此外，与其他仔猪相比，饲喂发酵液体饲料的母猪粪便中的乳酸菌数量较高。这可能表明，使用正确的益生菌菌株生产发酵液体饲料可能会导致仔猪产生积极的微生物印记，因此有可能培养出在断奶等情况下抵抗不利生态变化的细菌群体。Missotten等人总结了几种使用干饲料、液体饲料或发酵液体饲料进行的活体试验及其对断奶仔猪的性能影响，这证实了Jensen和Mikkelsen之前的结论。

对发酵液体饲料和干饲料进行比较的4项试验总结表明，发酵液体饲料的增重提高了22.3%，饲料效率提高了10.9%。

以液体形式喂养日粮的好处在于，断奶仔猪可以同时获得水和饲料。这样仔猪就不需要单独学习进食和饮水行为。Barber指出，虽然一些猪可能在进入围栏几分钟内找到饮水器，但其他猪可能需要24小时以上的时间，这一时间足以引起脱水症状。

Russell等人得出的结果表明，通过提供发酵液体饲料，可以增加新生断奶仔猪的干物质摄入量。当给仔猪提供不同干物质百分比（14.5-25.5%）的发酵液体饲料时，它们通过增加总体积摄入量来维持其干物质摄入量。饲料中的干物质浓度对体重增加或饲料效率也没有影响[58]。所有这些研究都支持这样一种理论，即猪会限制非液体饲料或发酵液体饲料的水摄入量，以最大限度地提高饲料摄入量。因此，当以液体或干料形式喂食相同的饮食时，干物质和水的总体积摄入量将具有可比性。

由于断奶仔猪在喂食液体饲料或发酵液体饲料时的干物质摄入量通常高于喂食干饲料时的干物质摄入量，因此在配制用作发酵液体饲料的日粮时，应注意在实际估计干物质摄入量的基础上进行配制。否则，小猪将消耗过多的营养物质，蛋白质可能抑制饲料利用率并最终降低干物质摄入量或导致蛋白质诱导腹泻。Brooks指出，营养均衡饲料的发酵只有在增加采食量或改善肠道健康的情况下才能改善性能。如果摄入量不受影响，很可能是发酵产生的生化变化产生的营养不均衡饲料。

生长肥育猪饲喂液体发酵饲料所获得的效益与断奶猪所获得的效益是不一样的。Jensen和Mikkelsen总结了9项比较干饲料和液体饲料的猪生产性能的体内试验结果，液体饲料的增重提高了4.4%，饲料效率提高了6.9%。虽然生长肥育猪在生产性能上的提高不如断奶猪，但在胴体品质方面可能有好处。研究表明，饲喂发酵液体饲料可使后肠色氨酸转化为吲哚而非产生粪臭素，从而降低肥育公猪的粪臭素浓度，从而降低公猪的污染。

发酵液体饲料使猪生产性能提高的原因之一是对病原微生物的控制。然而，另一种解释可能是营养消化率的提高。虽然在饲喂发酵液体饲料时获得的结果并不简单，但平均而言，它表明了存在消化改善的趋势。这可能是发酵过程所固有的，在此过程中有机酸的形成与谷物中内源酶(如植酸酶)的激活之间存在联系，而内源酶(如植酸酶)可能会提高某些营养物质的消化率和利用率。

饲粮发酵72 h(30-35℃)可提高生长肥育猪粗蛋白质、粗纤维和中性洗涤纤维的回肠消化率和粗蛋白质的全肠道消化率。研究认为，饲喂发酵液体饲料的猪体内蛋白质消化率提高的原因与胃pH值的降低有关。低pH值会刺激胃中的蛋白质水解活性，减缓胃排空的速度，使胃有更多的时间进行消化。

有报道称，与干饲料相比，发酵液体饲料的回肠有机物、氮和钙的消化率有显著提高。一个可能的解释是，饲喂发酵液体饲料改变了胃肠道的形态。Scholten等人报道饲喂液体发酵饲料的猪的回肠绒毛长度和绒毛/隐窝比显著增加，这两项特征都与消化能力的提高有关。

也有研究表明，饲料发酵可通过激活内源性谷物植酸酶从植酸中脱磷。因此，Lyberg等人报道称，与干饲料相比，饲喂发酵液体饲料的猪的回肠磷消化率更高(30：48%)。

发酵饲料的另一个优点是可以降低饲料中各种抗营养因子的含量。Chiang等人称发酵以菜籽粕为基础的日粮，发酵1天后异硫氰酸酯含量减少了17%，发酵3天后减少了68%。发酵96 h后，α-半乳糖苷、植酸、胰蛋白酶抑制剂、单宁和皂苷等抗营养因子的浓度降低。Egounlety和Aworh对大豆、豇豆发酵的研究也证实了这一点。但在大豆发酵过程中，胰蛋白酶抑制剂略有增加。

据报道，在处理和喂食期间，猪舍中的灰尘量会随着发酵液喂食而减少。这样的减少不仅改善了猪和工人的环境，而且有助于加剧呼吸道疾病对猪生产性能的影响。

【饲喂发酵液体饲料的缺点】

虽然使用发酵液体饲料有许多优点，但也有缺点。液体喂养有时与出血性肠综合征、胃扭转、胃肠鼓膜和胃溃疡等疾病的发生有关。此外，发酵过程可能导致饲料中必需营养素的损失，特别是添加到饲料中的合成氨基酸。例如，合成L-赖氨酸脱羧可产生生物胺。生物胺的形成会导致猪体内氨基酸的不可逆损失。这种损失的影响可以通过仅发酵谷物部分而不是整个饲料来减少。最后，如果饲料没有适当发酵，高浓度的酵母会产生“异味”和污染，因为会产生乙酸、乙醇和戊醇等化合物，使饲料适口性变差。

【结论】

对猪饲喂发酵液体饲料已被证明可以改善乳猪、断奶仔猪以及生长育肥猪的生产性能。通过降低猪胃部的pH值，喂食发酵液体饲料可防止肠道内大肠菌群和沙门氏菌等病原体的增殖。液体喂养的其他好处包括提高消化率、改善肠道形态、降低饲料中各种抗营养因子的含量以及降低猪舍中的灰尘。总的来说，发酵液体饲料的使用可以说是抗生素的一种经济有效的替代品。