菜籽粕發酵脫毒菌種的篩選及在豬飼料中的應用
摘要:菜籽粕通過微生物發酵處理可有效去除抗營養因子,提高菜籽粕營養價值,并且技術操作簡單、成本低廉而成為研究熱點。文章針對單菌、混菌、菌酶結合等不同方式對菜籽粕發酵處理篩選脫毒能力強的菌種及最佳組合并對發酵菜籽粕在豬飼料中的應用研究進展進行綜述,以期為菜籽粕脫毒及提高菜籽粕在豬飼料中的利用率提供參考。
我國是世界上油菜種植大國,油菜籽產量居世界首位,占全球油菜籽產量的21. 14%。普通菜籽粕粗蛋白含量均值為38.6%,其中賴氨酸、蛋氨酸、胱氨酸含量分別為1.52%、0.69%和0.52%,氨基酸組成符合優質蛋白質飼料特點,但菜籽粕中含有一定量的硫代葡萄糖苷、單寧等抗營養因子而影響了其廣泛利用。硫代葡萄糖苷被芥子酶分解產生異硫氰酸酯、噁唑烷硫酮、硫氰酸酯、腈等成分,對畜禽內臟器官造成損害并導致甲狀腺腫大而影響動物的生長發育;而單寧因具有辛辣和澀味影響動物適口性,從而降低采食量,并且還可使畜禽消化酶失活而影響其消化機能,導致畜禽生長遲緩和抗病力降低。此外,菜籽粕中較高含量的植酸可與蛋白質形成復合物,影響蛋白質的消化吸收。為去除菜籽粕中的抗營養因子,從20世紀50年代開始科研人員進行了大量研究探索,采用了物理、化學及生物發酵等多種方法進行處理。筆者對已發表的研究成果進行統計與梳理發現,采用物理或化學方法脫毒,或是由于菜籽粕中營養成分損失大造成資源浪費,或是存在成本高、環境污染超標等缺點而不能廣泛推廣利用。相比之下,利用微生物發酵菜籽粕具有許多優點:一是技術操作簡單、成本低廉;二是發酵后的菜籽粕抗營養因子含量明顯降低,飼用價值有所提高,多種小肽、各種消化酶類以及大量的活性益生菌等營養物質增多;三是菜籽粕經微生物發酵后可替代部分豆粕用于畜禽養殖。文章針對微生物對發酵菜籽粕中采用的單菌、混菌、菌酶結合等方式篩選確定脫毒能力強的菌種和最佳組合的研究報道以及發酵菜籽粕在豬飼料中的應用試驗進行綜述,以期為菜籽粕在飼料生產及生豬養殖中的應用提供借鑒。
1.微生物發酵菜籽粕
利用微生物對菜籽粕進行發酵,菌種的篩選與確定是關鍵。理論上,農業農村部(原農業部)2013版《飼料添加劑品種目錄》中所列的34種微生物均可選用,但為提高發酵效果,仍需篩選確定最佳菌種及發酵條件,為此學者們采取單菌、混菌及菌酶聯合等三種方式進行大量試驗研究。
1.1 單菌對菜籽粕發酵的影響
篩選確定脫毒能力強的菌種是提高單一菌種對菜籽粕發酵效果的關鍵環節,肖翼等用米曲霉對菜籽粕進行發酵試驗,結果發現當米曲霉接種量為8%、小麥麩添加量為10%并在30℃條件下培養60h后,菜籽粕中芥子苷與多酚的脫除率分別達到50.6%及67.2%,驗證了霉菌對菜籽粕中抗營養因子的去除效果。吳剛以硫苷-MRS 培養基通過菜籽粕固態發酵試驗篩選得到戊糖片球菌-1菌株,該菌株對硫苷降解率可達到62.11%。吳正可等以普通菜籽粕所含硫苷為唯一碳源,從發酵青貯與土壤混合液中分離出的菌株中篩選確定了嗜酸乳桿菌,該菌可高效降解菜籽粕中的硫苷,降解率達30.73%。蔣邊等選擇2種細菌(枯草芽孢桿菌W1-3、枯草芽孢桿菌 10160)和3種真菌(畢赤酵母、釀酒酵母和黑曲霉)對菜籽粕進行單菌、混菌固態發酵試驗,結果單菌枯草芽孢桿菌W1-3的發酵效果優于混菌發酵,硫苷和植酸兩種抗營養物質含量分別降低62.14%和31.58%。說明枯草芽孢桿菌對菜籽粕中的硫苷具有較好的降解能力。
1.2 混菌對菜籽粕發酵的影響
學者們還將多種菌種復合后對菜籽粕進行發酵試驗,邱良偉等利用植物乳桿菌與黑曲霉按3∶1比例接種菜籽粕,在料水比為1∶0.8g/mL及菜籽粕、玉米和麩皮之比為8∶1∶1條件下發酵48h,結果發現菜籽粕中粗蛋白、小肽及總氨基酸含量分別提高了6.57%、88.76%和11.59%,抗營養因子異硫氰酸酯、噁唑烷硫酮及硫苷分別降低了64.00%、81.82%和75.16%。高冬余等研究發現,采用植物乳桿菌和枯草芽孢桿菌混合厭氧固態發酵菜籽粕15d后,菜籽粕中的抗營養物質硫苷含量從84μmol/g降低到33μmol/g,降解率為60.7%,同時菜籽粕中的粗蛋白含量較發酵前提高了4.15%。胡永娜等研究發現,采用枯草芽孢桿菌、啤酒酵母和植物乳桿菌混合發酵菜籽粕,其品質得到明顯改善,主要抗營養因子硫苷、噁唑烷硫酮、單寧素、植酸均較發酵前降低,降解率分別為93.44%、99.99%、34.86%、18.15%;此外,粗蛋白、水溶性蛋白質和小肽含量較發酵前提高,提高率分別為5.37%、105.8%和96.9%。付敏等采用枯草芽孢桿菌、黑曲霉、白地霉3個菌種混合對菜籽餅進行固態發酵,結果3個菌種同時添加且比例為1∶1∶3、接種量為16%、料水比為1∶1、發酵4d時,能夠取得最佳發酵效果,發酵后的菜籽粕硫苷含量由10.04μmol/g降低到0.65μmol/g,降幅為93.53%,噁唑烷硫酮完全被降解。陳娟等將白地霉、產朊假絲酵母、黑曲霉和熱帶假絲酵母4個菌種組合后對菜籽粕進行發酵,結果菜籽粕粗蛋白含量提高46.9%,植酸及粗纖維的降解率分別達到43.9%和9.8%。
1.3 菌酶協同對菜籽粕發酵的影響
為檢驗微生物與酶聯合使用對菜籽粕發酵效果的影響,魏炳棟等以乳酸菌和酸性蛋白酶(5萬U/g)為發酵劑對菜籽粕進行固態厭氧發酵,72h后異硫氰酸酯和噁唑烷硫酮降解率分別達到78.24%和88.44%,說明乳酸菌固態發酵酶解對菜籽粕中某些抗營養因子具有明顯的降解作用。楊家帥研究了枯草芽孢桿菌、蠟質芽孢桿菌及干酪乳桿菌與中性蛋白酶協同發酵對發酵效果的影響,結果在3個菌接種量分別為1%、2%、3%,酶添加量為200U/g,料水比為1∶0.9,發酵溫度為35℃,發酵時間為48h時,菜籽粕中硫苷脫毒率為69.83%,且發酵后粗蛋白含量升高,小肽含量達到17.1%以上。
無論采取單菌、混菌還是菌與消化酶聯合使用對菜籽粕發酵,都能有效降解其中的抗營養因子,提高粗蛋白含量,且混菌或菌與酶協同效果優于單菌。然而,在發酵過程中微生物菌株數量并非越多越好,有學者曾采用5種菌株和6種菌株混合對菜籽粕進行發酵試驗,結果發現底物中植酸酶和纖維素酶產生量或活性降低,植酸降解率、粗纖維素降解率和粗蛋白含量下降,究其原因可能是由于菌種過多造成菌種間產生競爭性抑制。說明多種微生物復合協同對菜籽粕發酵成功的關鍵在于篩選合適的單一微生物后,通過正交試驗確定不同微生物間的最優組合及最佳比例,以實現對菜籽粕發酵的最佳效果。
2.發酵菜籽粕在豬飼料中的應用
2.1 在仔豬飼料中的應用
丁小玲等選用5周齡左右健康斷奶仔豬為試驗動物,將干物質、粗蛋白、乳酸及小肽含量分別為93.5%、50.0%、4.8%和4.1%,硫苷含量為15.0μmol/g的固態發酵菜籽粕按不同比例等氮替代粗蛋白含量為43%的膨化豆粕,結果發現發酵菜籽粕等氮替代膨化豆粕的最佳比例為40%,且仔豬的采食量、日增重、飼料轉化效率、腹瀉率等指標差異不顯著。吳明文等用添加10%發酵菜籽粕+15.5%普通豆粕的試驗日糧與含25%普通豆粕的基礎日糧對仔豬進行飼喂試驗,兩種日糧的粗蛋白、消化能、賴氨酸含量分別為16.82%、13.4MJ/kg、0.98%和17.05%、13.9MJ/kg、1.07%,結果發現,用發酵菜粕替代日糧中的部分豆粕,試驗組較對照組仔豬日增重可提高13.04%,料重比降低13.15%,同時腹瀉發生率降低。多項試驗結果表明,仔豬飼料中使用發酵菜籽粕部分替代豆粕對采食量、日增重、腹瀉率等無不良影響。但是生產實踐中要注意發酵菜籽粕的質量,添加量由少到多逐漸增加。
2.2 在育肥豬飼料中的應用
鄧卉等用發酵菜籽粕等氮替代日糧中的豆粕飼喂28kg左右生長豬,其中菜籽粕采用釀酒酵母菌、淺層通風分級、在28~35℃條件下固態發酵36~48h制得,結果表明,發酵菜籽粕等氮替代豬日糧中7.5%豆粕可提高參試豬的生長性能和血清超氧化物歧化酶(SOD)活性、總抗氧化能力(T-AOC)和lgA、IgG以及白細胞介素 2(IL-2)含量。說明用發酵菜籽粕部分替代日糧中豆粕可以改善豬只的免疫功能。吳東等研究結果表明,應用4%、5%的發酵菜籽粕(粗蛋白、小肽、蛋氨酸含量分別為 35.6%、4.56%和0.46%,主要抗營養因子硫苷、異硫氰酸酯及噁唑烷硫酮含量分別為33.96μmol/g、1.57mg/g和1.02mg/g)分別等量替代生長豬及肥育豬日糧中的豆粕,對豬只生長情況無不良影響。說明應用發酵菜籽粕可以等氮替代育肥豬日糧中的豆粕,對豬的日增重、采食量及免疫力等方面無不良影響,發酵菜籽粕替代豆粕用量以不超過8%為宜,過量使用將產生不良影響。
2.3 在繁殖母豬飼料中的應用
國內學者重點研究了發酵菜籽粕對仔豬、育肥豬生長發育情況的影響,而對母豬繁殖性能如發情、妊娠、產仔、泌乳等的影響研究得不多。劉文峰等報道了國外學者分別在母日糧中添加20%溶劑浸提型菜籽粕以及10%低硫代葡萄糖苷型菜籽粕,結果母豬所產仔豬的初生重、窩增重等指標未受日糧中菜籽粕添加水平的影響。因此,深入研究發酵菜籽粕對母豬的產仔數、仔豬初生重、斷奶窩重等繁殖性能的影響,以確定發酵菜籽粕在母日糧中的最佳添加量和降低母豬飼養成本很有必要。
3.小結
1)在確定發酵菌株時,應對菜籽粕中的主要抗營養因子硫代葡萄糖苷和單寧分解能力強的菌種進行篩選,其中枯草芽孢桿菌、啤酒酵母、植物乳桿菌、曲霉等均能大幅度降低硫苷含量;飼料通過乳酸菌發酵可以有效抑制有害細菌的生長和繁殖,乳酸菌與酸性蛋白酶復合固態發酵菜籽粕除能降低其中的抗營養因子外,還可降低底物 pH值、增加酸度,且發酵產物具有特殊的發酵酸香味,從而改善飼料品質,提高營養價值,具有良好的生產和應用價值;酵母菌富含蛋白質、氨基酸(粗蛋白含量高達 50%)及多種維生素,同時含有多種動物所需的消化酶(α-淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶等)和其他代謝產物,在提高動物的免疫、生長和繁殖能力方面具有顯著功效。
2)多數試驗結果表明,混菌或菌酶結合發酵菜籽粕效果優于單菌,不斷篩選確定高水平脫毒菌種并通過正交試驗確定不同菌種間的最優組合及其最佳比例是提高微生物發酵菜籽粕效果的關鍵環節。
3)發酵工藝與菜籽粕的發酵品質息息相關,當前采用固態發酵比較普遍。研究篩選更為合理的發酵工藝,不斷完善產品質量檢測、生產過程監控條件等可以有效解決菜籽粕發酵中的雜菌污染問題,同時制訂相應的菜籽粕發酵生產技術及工藝標準,是高效利用菜籽粕的主要研究方向。
4)在不同生長階段的豬日糧中添加發酵菜籽粕等氮替代部分豆粕試驗取得一定效果,但發酵菜籽粕替代豆粕用量以不超過8%為宜。發酵菜籽粕用于母豬日糧的研究報道不多,進一步研究發酵菜籽粕對母豬、仔豬生產性能的影響對提升生豬生產經濟效益很有必要。
實戰操作技術——棉菜籽餅脫毒變身優質飼料替代豆粕操作新技術
當前豆粕價格很高有些地方貨源緊缺,而棉菜籽餅(棉籽粕、菜籽粕)價格相對便宜,棉菜籽餅是棉子、油菜籽榨油后剩下的餅狀殘渣,蛋白質含量較高,含有各種氨基酸成分。但由于棉菜籽餅中含有植酸、芥子堿等物質,這些物質含有一定的毒性,還會影響動物的消化吸收,不能大量使用,因此不建議直接飼喂給動物!
現在通過微生物飼料發酵劑的除毒脫毒技術,可以成功將菜籽餅變為優質添加飼料,直接按照1公斤發酵的棉菜籽餅(發酵前的重量)代替約0.85公斤豆粕進行使用。飼料發酵劑中的有益微生物,在發酵過程中分泌的代謝產物,可將棉菜籽餅中的毒性物質等有效分解。
豆粕、菜粕、棉粕成分對比
1.豆粕是一種高蛋白原料,無需脫毒即可用作飼料。其中蛋白質含量為40%-48%,賴氨酸含量為2.5%-3.0%,色氨酸含量為0.6%-0.7%,蛋氨酸含量為0.5%-0.7%。2020年11月12日報價每噸在3500元左右。
2.菜粕的粗蛋白含量在34%-38%之間,特點是蛋氨酸含量高(僅次于芝麻餅、粕),賴氨酸含量亦高。而精氨酸含量低,是餅、粕飼料中含量最低的。菜籽粕的有效能值偏低(淀粉含量低、菜籽殼難以消化利用)。礦物質中,鈣和磷的含量均高,硒和錳的含量亦高。特別是硒的含量是常用植物飼料中最高的。2020年11月12日報價每噸在2900元左右。
3.棉粕蛋白質含量一般為44.32%,僅次于豆粕的蛋白質含量48%,而高于菜籽粕的蛋白質含量36.04%。精氨酸含量高達3.6%-3.8%,而賴氨酸含量僅有1.3%-l.5%,只有豆粕的一半。2020年11月12日報價每噸在3000元左右。
是否需要脫毒處理
1.豆粕無需經過脫毒即可用作飼料。而且豆粕中富含蛋白質和多種氨基酸,在不需要額外加入動物性蛋白的情況下,僅豆粕中含有的蛋白質和氨基酸足以平衡家禽和豬的食譜,促進它們的營養吸收。只有當其他粕類單位蛋白成本遠低于豆粕時,豆粕才有可能被替代。
2.菜粕菜籽中含有硫葡萄糖苷、芥酸、單寧、皂角苷等不良成分,其中主要是硫葡萄糖苷。硫葡萄糖苷本身無毒,但在一定溫度和水分條件下,經過菜籽本身含有的芥子酶的酶解作用而產生異硫氰酸酯、唑烷硫酮和腈類等有害物質。這些物質可引起甲狀腺腫大,從而造成動物生長速度下降,繁殖力減退。單寧則妨礙蛋白質的消化,降低適口性。而芥酸阻撓脂肪代謝,造成心臟脂肪蓄積及生長受到抑制。。使用前需進行一定的脫毒處理,并且使用時要加以限制,具體喂量應根據菜粕中有害成分含量而定。經過脫毒處理的菜籽粕喂量可以加大,而“雙低”油菜籽生產的菜粕喂量要受限制。同時,應結合菜粕的氨基酸組成特點,適當搭配其它餅粕。
3.棉籽中含有對動物有害的棉酚及環丙烯脂肪酸,尤其是棉酚的危害很大。在制油過程中,由于蒸炒,壓榨等熱作用,大部分棉酚與蛋白質、氨基酸結合而變成結合棉酚,結合棉酚在動物消化道內不被動物吸收,故毒性很小。另一部分棉酚則以游離形式存在于餅、粕及油品中,這部分游離棉酚對動物毒性較大,尤其單胃動物過量攝取或攝取時間較長,可導致生長遲緩、繁殖性能及生產性能下降,甚至導致死亡。幼小動物對棉酚的耐受能力更低。由于棉籽餅、粕中游離棉酚對動物有害,因此,在使用棉餅、粕時,要根據飼喂對象及餅粕中游離棉酚的含量加以限量。反芻家畜在有優質粗料及多汁青料的情況下,棉籽餅、粕的用量不受限制,不會造成中毒。對單胃動物要限制喂量,最好使用經過脫毒處理的棉籽餅粕。同時,使用棉籽餅、粕配制飼糧要注意氨基酸平衡,尤其是棉籽餅、粕的賴氨酸含量低,且利用率差,應注意添加賴氨酸。
發酵操作技術
發酵棉菜籽餅其實也是一個脫毒技術,具體操作如下:
1.仔細檢查棉菜籽餅,剔除棉菜籽餅中嚴重變質發霉的部分,輕度發霉的原料可以忽略,因為微生物發酵能夠脫霉。
2.將棉菜籽餅粉碎并添加適量的玉米粉淀粉類的能量飼料等,調節飼料營養比例。
3.每噸棉菜籽餅加入2公斤食鹽、玉米粉(其它淀粉、面粉次粉等也可以,或者粉碎的生紅薯300公斤也可以)100公斤、“99多功能飼料發酵劑”1包(500g/包,市場售價約25元,以高濃度乳酸菌、酵母菌、復合酶制劑的專業發酵劑)。
4.在混合物料中添加適量水分,使混合物料含水量保持在55%左右,以“手抓一把并緊握,無水滴落,松手后輕觸即散”為宜,一般上述配方中需要加入清水約500-600公斤。
5.發酵方式根據實際環境條件各異,在桶、缸、塑料袋等容器中發酵均可。
6.發酵時要盡可能排盡空氣進行密封發酵。如果使用的發酵容器有密封不嚴實的隱患,要在一開始就在其外層包裹一層塑料袋并扎緊。發酵過程中不能啟封。
7.發酵時間受環境溫度影響,通常夏季發酵2-3天,冬季發酵5-7天即可完成。發酵完成后,有較為強烈的酸香味,ph值在3-4。
規模運用混合發酵現場
塑料缸、飼料袋(有內膜)均可做發酵飼料
采用池子發酵
發酵完成的棉菜粕飼喂動物技術
需要注意的是,發酵后的飼料酸度較低,不可以取代禽畜全部日糧。其他類發酵飼料同理。飼喂時根據不同情況,將發酵飼料按照一定比例添加到日糧中,發酵完成的棉菜粕為濕料,具體使用量每大概1.5-2公斤發酵棉菜粕(濕料)代替動物日糧配方中1公斤豆粕的使用量進行代替使用,與其它飼料混合后直接飼喂,由于棉菜籽粕蛋白較高,最高使用量不要超過禽畜日糧飼喂量的40%(濕料重量)。如果發現發酵飼料過酸適口性變差,可在飼喂前在陽光下曬1-2小時,或添加適量的碳酸氫鈉(小蘇打)即可改善。
發酵過程中與發酵后使用過程中,發酵的容器要一直保持密封狀態,可以長時間保存(一年左右)。
當前養殖業成本高居不下,而飼料成本是其中最高的,利用廉價原料發酵飼料(包括一些輕度發霉的粕類低價收回)是極佳解決辦法。通過微生物飼料發酵劑的發酵作用,可以將輕度霉變飼料變成優質飼料,將不易消化的物質分解為可被畜禽吸收的小分子糖類、氨基酸等。同時發酵飼料中富含有益微生物、酶制劑、酸化劑等,可調節畜禽腸胃微生態環境并進一步提高飼料利用率。發酵飼料氣味清香,提高了飼料的適口性,加上發酵飼料中有大約4℃的酒度,能夠促進動物新陳代謝促進健康抵御疾病,是當前養殖業發展中重要的一環。
本技術也可以同樣發酵菜籽粕(餅)、棕櫚粕等,方法同上。
【視頻】部分發酵飼料養豬雞鴨帶給你無臭味健康無抗養殖效果
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