发酵棉粕的营养特性及其在畜禽生产中的应用
时间：2023-02-27 13:15:05 来源：千叶帆 本文已影响人
刘怡帆，张传凯，张立阳，付 彤，高腾云，廉红霞
(河南农业大学 动物科技学院/河南省家畜营养调控与生态养殖国际联合实验室，河南 郑州 450046)
随着畜牧业的快速发展，蛋白质饲料变得愈发稀缺。中国棉花产量丰富，棉花加工中产生的棉粕蛋白含量较高，营养丰富，但其中含有抗营养因子，使动物难以消化利用，并且阻碍动物生长，因此在饲料中应用受限[1-2]。近年来，微生物发酵成为改善其饲用价值的新方法，处理后的发酵棉粕抗营养因子减少，营养水平提高，可对普通饲料中缺少的氨基酸成分及含量进行补充，也可以转化原有营养成分，促进动物的消化吸收，有益于提高饲料质量，有利于解决蛋白质饲料原料的短缺问题[3]。
微生物将棉粕发酵后可以得到发酵棉粕，通过这一技术可以提高棉粕的营养水平，减少游离棉酚含量[4]，发酵棉粕既可以替代相同数量的豆粕，也可以在饲料中大量添加，有利于动物的生长及其生产。
1.1 发酵棉粕中游离棉酚减少
棉酚(gossypol)是一种黄色多酚羟基双萘醛类化合物，分子式为C30H30O8，常见于棉花的根、茎、叶和种子中，属于抗营养因子，含量比安全界限高，会限制动物的生长[5-6]，有游离棉酚、结合棉酚2种存在形式。游离棉酚具有活性醛基和羟基的毒性，当其与酶和蛋白质结合后，会使蛋白质难以消化，并能破坏消化道的胃黏膜组织而使动物机体的消化能力降低，导致食欲降低、体重下降，可使机体的血管壁通透性增加，损害动物心、肝、肾等器官，还会影响动物的生殖功能使其繁殖性能下降，影响家禽的蛋品质[7-8]。
动物生产中常采用物理法、化学法和微生物法等对棉粕进行脱毒。吴小月等[9]、钟英长等[10]利用微生物发酵法降低游离棉酚毒性，提高了棉粕的营养水平。Zhang等[11]将棉籽饼通过热带假丝酵母菌ZD-3和黑曲霉ZD-8复合发酵，游离棉酚去除率达91.64%。金红春等[12]利用发酵剂-复合芽孢杆菌，添加酶制剂协同微生物固态发酵棉粕，游离棉酚脱毒率达96.52%。洪振[13]利用酵母菌、枯草芽孢杆菌和乳酸菌按1∶2∶2的比例将棉粕进行发酵，发酵前游离棉酚为1 173 mg/kg，发酵后游离棉酚为175 mg/kg，脱毒率为85.11%。可见，微生物发酵棉粕后，游离棉酚含量减少，可以在动物生产中更为广泛地应用。
棉粕中的游离棉酚在动物机体内会形成蛋白质-棉酚化合物，进而抑制单胃动物体内蛋白水解活性和消化酶的活性，从而降低蛋白质利用率和消化率[14]。Reiser等[15]在反刍动物上研究表明，瘤胃微生物也许能使动物对棉酚更加耐受。棉粕发酵会生成多种氨基酸，氨基酸与游离棉酚结合形成结合棉酚[16]。赵静[17]对土曲霉(Asperqillusterrus)发酵棉粕代谢棉酚的降解机理进行研究，表明肌动蛋白、磷酸丙糖异构酶等11种与能量代谢相关的蛋白质/酶可能与棉酚降解有关。棉籽粕是奶牛重要的蛋白质饲料来源，但由于其含有游离棉酚，在饲喂时受到限制。瘤胃微生物被认为能够降解和转化棉酚，Wang等[18]从瘤胃内容物中分离出棉酚降解菌，并将其命名为WWK129，可使棉酚降解率高达83%，同时粗蛋白含量显著增加。魏满红[19]通过高产蛋白酶酵母发酵棉粕，游离棉酚含量降低16.32%～71.00%。
1.2 发酵棉粕中粗蛋白含量增加
利用微生物将棉粕进行发酵之后，其中的粗蛋白含量会呈现明显的增长趋势。Jazi等[20]研究表明，棉粕未发酵时其中的粗蛋白含量为36.34%，当利用枯草芽孢杆菌和黑曲霉将棉粕进行发酵后，其粗蛋白含量增长到39.22%。陈生琴[21]将棉粕经红平红球菌、干酪乳杆菌及保加利亚乳杆菌发酵后，粗蛋白含量提高了23.56%。周慧林等[22]研究结果显示，将棉粕通过酵母菌发酵，发酵后粗蛋白含量显著升高了37.4%。魏满红等[23]筛选出了高产中性蛋白酶的酵母菌，并将棉粕经酵母菌发酵，结果显示发酵棉粕的粗蛋白含量升高了17.72%～34.40%。
1.3 发酵棉粕中有机酸升高
饲用有机酸饲料添加剂日益受到人们的关注。有机酸可使饲料的酸碱度改善、使畜禽胃酸改善、减少动物机体中的有害微生物、改善营养成分的吸收[24]。乳酸菌可提高发酵棉粕产物中有机酸含量，刘建成等[25]对比6种乳酸菌固态发酵棉粕的有机酸产量，发现德氏乳杆菌的产量最高，为25.64 g/kg。吴妍妍等[26]研究了棉粕发酵饲料产物中有机酸、B族维生素和游离氨基酸的变化，结果表明不同嗜酸乳杆菌均使发酵棉粕中乳酸、戊酸等有机酸量提高。张晓羊等[27]优化嗜酸乳杆菌发酵棉粕的生产工艺，产物中乳酸增高至7.5%。有机酸升高不仅可以减少有害微生物的出现，而且可产生酸香味，进而提高动物采食量。
2.1 发酵棉粕在猪生产中的应用
何涛[28]研究表明，发酵生物饲料不含抗生素、促生长素等化学药品，饲喂发酵生物饲料后，猪肉氨基酸量升高、肉色等级变好、失水率减小，产品的质量及营养水平都得到了显著改善。陈如水等[29]研究发现，饲喂发酵棉粕与饲喂普通蛋白饲料的猪肉对比，剪切力和滴水损失显著降低，丝氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸含量显著提高。可见，发酵棉粕能够改善猪肉的质量、增加猪肉的氨基酸营养。益生菌是一种有益于动物生产的生物活菌制剂，不同的有益菌通过复合组配可以形成复合益生菌，其共同作用具有多菌种的生物学活性。王君锐等[30]利用复合益生菌固态发酵棉粕和发酵豆粕饲喂仔猪，发现饲喂发酵棉粕的仔猪腹泻率(8.33%)低于饲喂发酵豆粕的仔猪(10.42%)(P<0.05)；
在试验后期，饲喂发酵棉粕的仔猪体重和日均增重极显著高于饲喂发酵豆粕的仔猪(P<0.01)；
饲喂发酵棉粕的仔猪料重比降低，空肠乳杆菌数量显著升高。因此，使用复合益生菌发酵棉粕饲喂断奶仔猪能够促进饲料的转化，增加空肠乳杆菌量，进而很好地帮助改善猪的肠道健康，显著提高仔猪增重。马丽等[31]的研究显示，生长育肥猪可饲喂10%～50%的发酵棉粕，不仅可以使育肥猪更好地生长，还能够降低饲料成本，获取更高的经济效益。
2.2 发酵棉粕在家禽生产中的应用
与普通棉粕相比，发酵棉粕的游离棉酚量减少，粗蛋白、小肽及氨基酸量提高，可在家禽饲料中广泛使用。以添加发酵棉粕的饲料饲喂肉鸡，可以使其生长得更快更好、屠宰率升高、免疫力强以及肠道微生态环境改善。闫理东[32]等研究表明，给生长初期的黄羽肉鸡饲喂发酵棉粕，料重比减少。Tang等[33]研究结果表明，饲喂8%发酵棉粕的黄羽肉鸡平均日增重及采食量显著增加。张晓羊等[34]给黄羽肉鸡饲喂含6%嗜酸乳杆菌发酵棉粕，肉鸡的生长速度提高，平均日增重增加了8.61%。魏莲清等[35]给科宝肉鸡饲喂不同水平的发酵棉粕，其料重比显著降低，饲喂6%发酵棉粕的肉鸡效果较好。Sun[36]给黄羽肉仔鸡饲喂含发酵棉粕的饲料，饲喂42 d后发现，乳酸杆菌在回肠和盲肠内容物中活菌数显著增加，而大肠杆菌则显著降低，可见给肉鸡饲喂发酵棉粕饲料可以使有益菌更好的繁殖、改善肠道微生态健康。此外，Nie等[37-39]研究结果显示，给黄羽肉鸡饲喂含5%～10%发酵棉粕的饲粮，有助于促进肉鸡生产，增强免疫力，提高肉品质。
朱元召等[40]选用酵母菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、粪肠球菌，按1∶1∶1∶1制成复合菌液发酵棉籽粕和菜籽粕等非常规蛋白饲料饲喂蛋鸡，发现使用发酵棉籽粕和菜籽粕替代4%豆粕的试验组饲喂效果最好，产蛋率、日采食量及蛋品质均有提高。禚梅等[41]试验结果表明，给罗曼褐壳蛋鸡饲喂含5%发酵棉粕的饲料，其产蛋量高于饲喂豆粕的蛋鸡，料蛋比显著降低，增重也显著增加，经济效益提高。陈生琴[42]将红平红球菌、干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌等3种菌混合，对棉粕进行固态发酵，以不同比例饲喂海兰褐蛋鸡，结果与饲喂豆粕的海兰褐蛋鸡相比，饲喂发酵棉粕的海兰褐蛋鸡生长速度、产蛋率、蛋品质、血清生化指标均得以改善，免疫能力增强及肠绒比显著增加。
此外，姚艳辉等[43]对大三花鹅的饲养试验结果表明，与饲喂豆粕相比，饲喂发酵棉粕的肉鹅平均日增重增加了50.05%。周媛媛等[44]以奥白星肉公鸭为研究对象，发现与饲喂豆粕的肉鸭相比，饲喂含9%发酵棉粕的饲料后肉鸭能更好地消化吸收饲料中营养，其中干物质利用率增加9.56%，粗蛋白利用率增加12.82%。
2.3 发酵棉粕在反刍动物生产中的应用
梁敏[45]给安格斯肉牛饲喂含6%发酵棉粕的饲料，安格斯肉牛的平均日增重由0.73±0.10 kg提高到0.96±0.18 kg，胸围也由157.50±3.96 cm增加到161.22±4.94 cm；
日粮CP、ADF及NDF消化率分别提高了2.28%、2.85%及3.98%；
肉牛血清中总蛋白、葡萄糖和免疫球蛋白G含量也显著增加；
此外发酵棉粕可减少牛粪中金黄色葡萄球菌量。可见，发酵棉粕能够改善牛对饲料中营养物质的消化程度及速度、促进其生长。张国民等[46]采用微生物发酵棉粕饲喂犊牛，犊牛粪便颜色黑亮、形状好，粪便中NH3、H2S等气体排出量减少，犊牛被毛平顺、毛色发亮，说明饲料经发酵后不仅可以改善动物肠道环境，还可以促进动物体内血液流动，同时减少有害气体排出，保护生态环境。
发酵后棉粕中游离棉酚减少、蛋白含量增加、有机酸升高。发酵产生的消化酶，在减少其中抗营养因子的同时，又增加了消化酶的活性，从而使动物能够更好的消化饲料。通过改善猪肠道微生态环境，提高采食量；
提高鸡生产性能；
促进肉牛生长发育。因此，在畜禽的饲料中使用发酵棉粕，可减缓蛋白饲料原料压力、降低养殖成本。
