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发酵饲料概述及其在水产养殖中的应用

发表时间:2024/01/22 13:28:13  作者:王胜,黄健,刘艳玲  浏览次数:2910  
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当今社会随着大众饮食结构的转变,水产动物产品需求量日益增加,促使水产养殖业逐渐走向规模化集约化的发展道路,为了最大限度地追求生产效益,造成养殖密度和养殖频率过高,各类化学性投入品及抗生素滥用,饲料中蛋白质水平远远超过动物自身的需求量,导致水体环境恶化,底质变差,疾病频发,大量的养殖水体排放致使水体负荷浓度升高[1],引起养殖区域内环境、水质、土壤等自净能力减弱,使水产养殖压力越来越大,养殖成功率成了概率问题,给养殖者带来严重经济损失。随着后抗生素时代的到来,生物发酵技术重新兴起并得到广泛关注,其中发酵饲料技术的快速发展与应用标志着饲料产业进入以“绿色、健康、高效、清洁”为主攻方向的4.0时代。与传统饲料相比,发酵饲料具有其自身独特优势,不仅能调节水产动物体内的微生态平衡,促进动物健康生长,提高生产性能,降本增效,还能调控和保护水体生态环境。我国水产养殖面积巨大,发酵饲料的应用符合当前健康环保型渔业发展要求,具有广阔的市场应用前景。

1 发酵饲料定义

根据蔡辉益等[2]北京生物饲料产业技术创新战略联盟发布的T/CSWSL 001—2018团体标准《生物饲料 产品分类》中的定义为:使用《饲料原料目录(2013)》和《饲料添加剂品种目录(2013)》等国家相关法规允许使用的饲料原料和微生物,通过发酵工程技术生产、含有微生物或其代谢产物的单一饲料和混合饲料,称之为发酵饲料。

2 发酵饲料分类

按饲料原料组成不同,发酵饲料分为发酵单一饲料和发酵混合饲料。

按菌种组成的不同,分为单菌种发酵饲料和多菌种发酵饲料。

按照原料干物质的主要营养特性不同,可分为发酵蛋白饲料、发酵能量饲料和发酵粗饲料。

发酵饲料根据生产工艺和饲料水分含量可分为固体发酵和液体发酵。固体发酵是指在几乎没有可以流动的水的固体基质表面上,微生物生长并产生代谢产物。液体发酵饲料是饲料与水以1∶1.5~1∶4比例混合,经过充分发酵后达到稳定状态的饲料[3]。液体发酵饲料在国外应用广泛,在国内因缺乏液体饲喂设备而限制了应用。国内目前以固体发酵为主。发酵工艺还可以根据不同耗氧需求,主要分为2种,一种是厌氧发酵,以接种菌种后密闭发酵的所有形式,如呼吸袋、发酵罐(桶)、地坑、吨袋式等。另一种是好氧、厌氧混合发酵,以接种菌种后,实现多轮次好氧、厌氧交替发酵过程的形式,如槽式、带式等,这类发酵需要翻耙。

3 发酵饲料在水产养殖业中的作用及效果

3.1 发酵饲料在水产养殖中的作用[4]

3.1.1 提高饲料利用率 发酵饲料中富含脂肪酶、蛋白酶等多种酶类、B族维生素、氨基酸、小肽等重要代谢产物,能降低肠道消化负担,提高饲料消化吸收率,此外原料经过生物发酵后产生多种不饱和脂肪酸和有机酸,具有独特发酵酸香味,能刺激水产动物食欲,适口性好,增加摄食量。

3.1.2 改善水产动物肠道微生态平衡 发酵饲料中有益菌在代谢过程中产生有机酸,降低肠道pH值,可抑制有害菌的生长繁殖,同时生物饲料中可以产生如嗜酸菌素、溶菌酶、过氧化氢等抗菌物质,能直接杀灭或抑制病原菌;此外有益菌可以在肠道定植生长,形成优势菌群,遏制病原菌并夺取病原菌在肠壁上的定植部位和营养物质,促进肠道微生态平衡。

3.1.3 改善水质,净化环境 发酵饲料能提高饲料消化率,有效减少水体中残饵和动物粪便对水体影响,发酵饲料投喂到养殖水体后,各类有益菌可以通过氧化、氨化、硝化、反硝化以及固氮作用,快速降解水体中积累的有机物,降解后产生无机盐等小分子物质被浮游藻类利用,水体藻类通过光合作用又为有机物的氧化分解、微生物及养殖动物提供溶解氧,从而形成一个良性生态循环,使水体菌藻趋于平衡,营造良好的水质条件。此外,水环境中的细菌会影响水生动物消化道微生物群的组成,病原微生物可通过动物摄食或呼吸进入动物体内,尤其是滤食性动物以很高的速率从水体中摄入细菌。因此,发酵饲料通过改善养殖水体中的微生物组成来增强动物健康[5]。

3.1.4 提高水产动物免疫力 发酵饲料中有益微生物能在肠道中形成致密性菌膜群,阻止饲料中有害物质进入机体内,通过细菌本身或细胞壁成分刺激并激活宿主免疫细胞,激发吞噬细胞活力或作为免疫佐剂发挥作用。发酵饲料中的核苷酸、小肽等可以促进免疫器官发育,激发细胞和体液免疫,提高血淋巴中凝集素、抗菌肽等活性,增强机体免疫力[6]。

3.2 发酵饲料在水产养殖中应用效果

钟小群[7]等研究表明,采用发酵饲料等蛋白替代5%菜粕,鲤鱼饵料系数较低,肠道消化酶活性较高,且非特异性免疫机能较强,表明发酵饲料不仅可以提高鱼体对饲料的利用率,还可以在一定程度上改善鱼体的消化机能和免疫力。在实际生产中,使用这组饲料来饲喂鲤鱼,将会在一定程度上降低饲料消耗量并改善鱼体抗病力,进而降低养殖成本并改善养殖效益。许晨远等研究发现[8],按日投喂量的5%-20%额外泼洒优质发酵饲料,各组中华绒螯蟹幼蟹的增重率和特定生长率均较对照组显著升高(P<0.05),血淋巴中过氧化氢酶含量随着额外泼洒发酵饲料量的增加呈现先升高后降低的趋势,其中5%、10%和15%组较对照组显著升高(P<0.05)。各处理组酸性磷酸酶活性高于对照组,但是差异无统计学意义(P>0.05)。各组总蛋白和球蛋白含量随着发酵饲料额外泼洒量提高呈现先升高后降低的趋势,但是各组间差异无统计学意义(P>0.05)。此外,额外泼洒不同比例发酵饲料,均可以提升胰蛋白酶、胃蛋白酶、谷草转氨酶、谷丙转氨酶活性。表明额外泼洒发酵饲料可以促进中华绒螯蟹幼蟹的生长,还可以提高其抗氧化能力、免疫机能和蛋白代谢能力。蒋国民[9]报道用生物饲料作为添加剂用于鲤鱼池塘养殖、网箱养殖和甲鱼的高密度室内养殖试验,生长速度提高近30%,饵料系数降低近15%。而鱼的体色接近于野生的体色。崔敏等[10]用生物饲料酵母替代饲料中约17%的鱼粉可以使大菱鲆的生长、成活率、机体营养成分和免疫机能优于对照组。刘立鹤等[11]用酵母菌的生物饲料用于水产养殖,对水产动物的生长、免疫、诱食、品质,甚至对改善水产动物生活环境都有明显作用。王熙涛[12]报道,用微生物发酵的海带饲料来饲喂刺参,可以显著提高其生长性能,可以促进刺参体腔液中多种非特异免疫相关酶的活性,并提高刺参抵御灿烂弧菌感染能力,可以显著增加刺参肠道中具有降解褐藻胶能力的细菌数量,并能显著降低潜在条件致病弧菌数量。赵朝阳等[13]报道生物饲料可促进虾蟹免疫器官的发育,使抗病力和养殖成活率得到显著提高,并可减少化学药物的使用,降低水体污染,改善养殖生态环境。同时具有加快虾蟹生长速度和改善品质的作用,生物饲料投喂后水质稳定,商品虾蟹的养成规格大,口味也更加鲜美。徐增洪等[14]报道,通过对生物饲料和普通配合饲料养殖克氏原螯虾的对比试验,在主要生长和繁殖季节(5—10月)经5次抽样测定,相对日均增重率生物饲料组均高于普通饲料组,体重增长较体长生长差异更为显著,在性腺发育相关指标中,性腺成熟系数和相对怀卵量存在较为明显的差异性。

近2年生物发酵饲料在水产养殖生产实践中得到广泛应用,在不同养殖品种上都取得了明显的应用效果,特别是优质发酵饲料的使用,能明显提高动物生产性能,缓解动物亚健康,改善水体生态环境等作用显著。如在螃蟹养殖中应用优质发酵饲料,能平衡水体菌相、藻相,对蓝藻有较好的抑制作用,改善底泥,降低水体中的氨氮、亚硝酸盐等有害物质含量,调控水体pH值,稳定水质,特别是在恶劣天气如台风、高温或温差较大时,能减少动物应激反应,显著降低水投产品用量,平均单位面积产量提高15%~30%,提高养殖效益,同时有利于修复和保护生态环境,促进水体生物链的良性循环。龙虾养殖中应用优质发酵饲料,前期虾苗生长速度快,肥水效果好;在养殖中后期,能有效调控水体生态环境,水质稳定,肠道粗壮,整齐度好,同期对比发病率降低15%~20%,产量提高30%左右,特别是有养殖户在种虾苗塘使用优质发酵饲料后,虾苗产量由150 kg/667 m2提高到300 kg/667 m2;全程按饲料投喂量的10%添加使用优质发酵饲料,虾的活力强、体表干净、耐运输。在淡水鱼养殖中应用优质发酵饲料,在高温季节能明显降低细菌性疾病发病率,同期相比,鱼体增重提高20%左右,鱼体色好。特别适合作为花白鲢的饵料,能在高密度养殖中实现增产增效。南美白对虾养殖中应用优质发酵饲料,能保肝健肠,强化免疫,利于对虾顺利转肝,苗种标粗期,成活率高,活力强,能抑制弧菌,补充有机碳源及有益菌,稳定水质,后期上料快,肠道好,提高养殖成功率,平均增产25%以上,实践证明有养殖户在虾苗感染孢子虫的情况下,不但没有排塘,还实现了250 kg以上/667 m2的产量,能显著降低养殖风险。

4 发酵饲料存在问题[15-16]

4.1 缺少规范管理体系

国内的发酵饲料生产作为一个新兴产业,目前还没进入政府管理范围。没有针对生物饲料的产品标准,只能按配合饲料、单一饲料或饲料原料来制定企业标准,从而也难以突出生物饲料自身的产品特点。这样就会导致鱼龙混杂,不少企业缺乏发酵饲料核心技术,生产的发酵饲料品质参差不齐,极易出现发霉、变质等现象。

4.2 发酵饲料评价标准不一致

发酵饲料因含有活菌,外观颜色及营养成分容易受到发酵时间、温度和pH值的影响而发生变化。目前,现有的发酵饲料营养价值主要是通过饲料的标准如粗蛋白质、粗灰分、钙、磷等来测定评判,除明确的饲料营养常规指标外,酸溶蛋白、乳酸、益生菌活菌数等有益指标和挥发性盐基氮、霉菌和霉菌毒素等有害指标均应纳入产品标准。

4.3 发酵菌种安全检测

在发酵菌种生物安全方面,常见菌株来源不明、菌种退化,耐药基因转移、有害代谢产物、黏膜损伤、超敏反应等来自菌种的威胁不断增加,发酵饲料生产中添加的微生物制剂,是否存在杂菌污染,产生有毒代谢产物,是否会影响动物的肠道菌群,影响动物健康,要对其进行安全性评估,建立可控的评价体系。

4.4 发酵饲料基础理论研究滞后

在产品研究方面,发酵过程中小分子营养物质流失,总能下降,发酵菌种、菌剂的协同或拮抗还有待研究,产品质量标准存在争议,产品质量和应用效果受菌种、工艺、养殖品种和饲喂模式的影响较大;在生产制备方面,存在菌种、原料的安全性、发酵工艺、发酵过程控制技术不成熟等问题;在应用技术方面,对动物营养和微生物营养的协同性和安全性认识需要提高,营养数据库和适宜添加量尚需完善。

5 发酵饲料的开发前景

2016年8月,国务院发布《“十三五”国家科技创新规划》,在“现代农业技术”中明确指出要以生物肥料、生物饲料为重点,开展相关研究,并实现产业化。2017年2月国家发改委发布《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》2016版,其中生物饲料作为生物农业产业的6大重点产品之一,也将成为饲料产业供给侧改革的重要突破口。2017年4月,科技部发布《“十三五”生物技术创新专项》,其中生物饲料添加剂新产品作为生物农业方向下专栏的重点任务之一,必将推动生物饲料产业的飞速发展。2018年7月农业部《农业绿色发展技术导则(2018—2030)》的主要任务中将“发酵饲料应用技术等”作为重点研发任务,特别是2020年的禁用抗生素,未来十年将会是生物饲料发展的春天。2019年9月在广州召开的第七届中国生物饲料科技大会上,蔡辉益研究员认为:生物饲料已基本被市场认可,市场导入阶段基本完成,30%以上的饲料企业开始生产发酵饲料,或使用或销售相关产品。据估测2019年1—8月发酵饲料比去年同期增加65%,总量已经超过2018年全年水平(不含添加剂和发酵单一原料)。其中猪用发酵饲料下降40%,禽用发酵饲料增加180%,反刍发酵饲料增加130%。集成化应用技术产品效果稳定,技术迭代能力增强,生物饲料产业链的核心技术逐步建立,生物发酵饲料增量显著。亟需系统评价菌种或菌株特性,使生产工艺标准化:①提高传统动物营养和微生物营养的协同性认识;②构建国内生物饲料学术体系保障;③建立发酵饲料基础营养数据库;④制定相关团体标准;⑤研究生物饲料生物学效价评价指标;⑥开展生物饲料质量安全实 施动态预警检测,指导和推动产业健康和可持续发展。未来5年,发酵饲料和发酵原料有望占饲料总量25%以上,将在饲料禁抗、养殖减抗和动物健康高效养殖等方面发挥重要作用。

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