我国是畜禽养殖大国，饲料是畜禽养殖业的物质基础。2017年我国工业饲料产量超过2亿t^[1]，其中豆粕、菜籽粕和棉籽粕等植物饼粕类饲料原料产量占很大一部分。植物饼粕中多含有抗营养因子，如豆粕中的胰蛋白酶抑制因子，菜籽粕中的植酸和硫苷，棉籽粕中的游离棉酚等，严重影响着其饲喂价值^[2]，减少或清除植物饼粕类饲料原料中的抗营养因子早已成为研究的热点。此外，当今我国畜牧行业还面临着诸多不确定因素，如豆粕等优质饲料原料价格较高且过分依赖进口、血浆蛋白粉等动物源性饲料引起的同源污染、饲用抗生素全面禁用等，寻找和开发优质饲料原料及饲用抗生素替代品是我国饲料行业亟待解决的关键问题。

生物发酵有降解底物中抗营养因子、提高底物营养价值和益生菌含量等作用，具有替代优质饲料原料、减少饲用抗生素使用的潜力^[3]。研究表明，发酵后的菜籽粕、棉籽粕和玉米胚芽粕等能够部分替代豆粕，对动物无不良影响^[4-6]；酵母类生物饲料在猪生产中可用于替代血浆蛋白粉^[7]。此外，生物饲料中含有的益生菌及其代谢产物，在减少或替代抗生素方面发挥着重要作用^[8]。生物饲料对实现绿色健康养殖有重要意义，在未来饲料业发展中具有广阔的前景。本文就生物饲料的种类、作用机理及其在肉鸡和猪生产中的应用和存在的问题进行综述，为相关研究和生产提供理论依据。

1 生物饲料概述

生物饲料在我国有悠久的发展历史，元代农学家王桢在其《农书-农桑通诀饲养篇》中记载，“江北陆地可种马齿(苋)，……用之铡切，以泔、糟等水，浸于大槛中，令酸黄，或拌麸糠杂饲之”，这是以马齿苋为原料，进行生物发酵的描述。生物饲料一般是指在人为可控条件下，以植物性农副产品、食品工业副产物和全价料等为主要底物，通过1种或多种有益微生物发酵，钝化或消除底物中的抗营养因子，降解部分多糖(纤维)、蛋白质和脂肪等大分子物质，生成有机酸、可溶性多肽和短链脂肪酸等小分子物质，并积累有益的代谢产物，从而形成营养丰富、适口性好且活菌含量高的饲料^[9]。发展生物饲料的目的主要有以下几点：1)钝化或消除大豆粕、棉籽粕、菜籽粕等饲料原料中的抗营养因子，提高其利用效率；2)降解饲料中的霉菌毒素等毒素物质，提高饲料品质；3)将酒糟、醋糟、柑橘渣、苹果渣等利用率低或不可利用的轻工业和食品工业加工副产物变为可利用的饲料资源，使低价值原料高价值化；4)开发满足幼龄畜禽所需要的特殊饲料原料或添加剂；5)减少或替代饲用抗生素；6)开发新型饲料，部分或完全替代一些优质饲料原料。

2 生物饲料的种类

生物饲料一般可分为发酵植物饼粕类生物饲料、酵母类生物饲料、发酵全价料类生物饲料和发酵食品工业副产物类生物饲料等。不同类别的生物饲料发酵菌种及生产工艺虽有所不同，但均以提高饲料品质和营养价值为目的。

2.1 发酵植物饼粕类生物饲料

饼粕是一类常见的植物加工副产物，其粗蛋白质含量一般在30%以上，主要包括大豆饼粕、菜籽饼粕、棉籽饼粕和花生籽饼粕等^[10]。饼粕类饲料原料多存在抗营养因子含量高、直接使用时饲用价值较低的问题。研究表明，发酵后的植物饼粕营养价值得到提升(表 1)，主要原因可归纳为以下几点：1)生物发酵可钝化或分解饼粕中的抗营养因子或毒素物质；2)发酵菌代谢过程中可产生诸如维生素、益生元、有机酸和促生长因子等物质，丰富饼粕中营养物质的含量和种类；3)发酵可分解蛋白质、淀粉和脂肪等大分子营养物质为更易于消化吸收的游离氨基酸、寡糖和短链脂肪酸等小分子物质；4)发酵后的植物饼粕更加松软且具有酸香味，适口性得到提高。

2.2 酵母类生物饲料

酵母类生物饲料主要包括酵母饲料和酵母提取物类生物饲料。酵母饲料是以工业废弃物中的糖蜜等碳水化合物为主要原料，经酵母菌发酵并分离干燥酵母菌体制得^[20]。酵母提取物类生物饲料主要是酵母菌在发酵液中大量繁殖后，利用水解、外源酶解或自溶等方法将酵母细胞内容物分解，再将这些内容物提取液喷雾干燥而制成的饲料^[21]。

受非洲猪瘟影响，我国目前已限制猪血浆蛋白粉的使用。酵母类生物饲料蛋白质、多肽、核酸和维生素等营养物质含量丰富，具备替代血浆蛋白粉的潜力。本课题组曾比较了酵母提取物和血浆蛋白粉对生长猪的有效能和氨基酸消化率的差异，结果表明，二者对生长猪的消化能和代谢能值以及总能的全肠道表观消化率均无显著差异；与血浆蛋白粉相比，酵母提取物能显著提高生长猪的蛋氨酸标准回肠消化率，对其他氨基酸标准回肠消化率无显著影响^[22]。刘明等^[7]研究也发现，用酵母提取物部分替代血浆蛋白粉，对断奶仔猪的生长性能、肠道发育和腹泻情况等均无显著影响。综上所述，酵母提取物在对生长猪的有效能值、氨基酸标准回肠消化率和对断奶仔猪的综合作用效果方面均具有替代血浆蛋白粉的能力。

2.3 发酵全价料类生物饲料

发酵全价料类生物饲料是指在全价配合饲料中加入微生物菌剂、水和增菌剂后，在适当条件下发酵制得的饲料，有固体和液体2种形式。研究表明，断奶仔猪采食乳酸菌发酵的液体全价料可显著改善其生长性能和营养物质消化率^[23]。此外，液体生物饲料在理化性质上与母猪乳液更为接近，更易于断奶仔猪从采食母乳到固体料的过渡，减少因食物理化性质突变而引起的断奶应激^[8]。发酵全价料类生物饲料在生长猪上也有较多的应用研究，刘志云等^[24]研究发现，乳酸菌和地衣芽孢杆菌混合发酵能使玉米-豆粕型全价固体料pH降低40%，且与对照组(未发酵)相比可显著提高生长猪(初始重22 kg)的平均日增重和饲料转化效率，与抗生素组(40 mg/kg杆菌肽锌)相比生长性能无显著差异。这表明发酵后的全价料能够提高生长猪的生长性能，并具有减少或替代饲用抗生素使用的能力。

2.4 发酵食品工业副产物类生物饲料

发酵食品工业副产物类生物饲料是以酒糟、醋糟、酱油糟、苹果渣、柑橘渣和水产品等加工副产物为主要原料，或将这些副产物与小麦麸、玉米皮和米糠等的混合物为原料，经有益微生物发酵制得的产品。其中生产中常用的玉米干酒糟及其可溶物(DDGS)是以玉米为主要底物，经酿酒酵母发酵生产酒精后，再将酒精糟及可溶物浓缩和干燥制得^[25]。研究表明，与玉米相比，DDGS的纤维含量显著降低，同时粗蛋白质和必需氨基酸含量均显著提高，氨基酸组成得到改善，营养价质显著提高^[26]。刘海隆等^[27]研究表明，在玉米-豆粕型饲粮中添加22%的DDGS对五指山大猪的生长性能无不良影响。除DDGS外，Supriyati等^[28]研究发现，米糠经解淀粉芽孢杆菌混合发酵能显著提高其粗蛋白质含量，并显著降低粗纤维含量；在饲粮中添加15%的该发酵米糠对肉鸡的平均日增重和饲料转化效率无不良影响。王国军等^[29]研究发现，饲粮中添加益生菌发酵的苹果渣能够显著提高断奶仔猪的饲料转化效率和免疫力，与抗生素组相比无显著差异。这可能是由于发酵后的苹果渣含有大量活性益生菌及其代谢产生的蛋白酶、乳酸、活性肽和游离氨基酸等物质，从而提高了断奶仔猪的营养物质消化率、免疫力和生长性能^[30]。

3 生物饲料的作用机理 3.1 促进动物营养物质的消化吸收

经益生菌发酵后，底物中的抗营养因子会得到有效降解，大分子营养物质被分解为更易于消化吸收的小分子营养物质。此外，发酵益生菌随动物采食而进入动物体内，定植于动物肠道后可代谢产生蛋白酶、脂肪酶和乳酸等物质，并增强动物消化酶活性，降低其肠道pH，促进肠液分泌，从而提高营养物质消化率^[31]。Carlson等^[32]报道认为，经乳酸菌发酵后，饲料中的部分蛋白质、纤维和淀粉等大分子营养物质被降解成小肽、游离氨基酸和低聚糖等小分子营养物质，并且植酸磷也被降解和析出，成为易于被消化吸收的可溶性磷。亓秀晔等^[33]研究发现，经植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌发酵后的棉籽粕，其酸溶蛋白含量显著提高，游离棉酚含量及pH显著降低。

3.2 保护动物肠道健康

生物饲料中的活菌及其代谢产物是调节动物肠道菌群平衡、改善肠道健康的主要物质。生物饲料中的乳酸菌等益生菌对肠道上皮细胞有更强的亲和性，可以与有害菌竞争小肠上皮的结合位点，并分泌乳酸等代谢产物来降低肠道pH，且可以合成细菌素和过氧化氢等抑菌物质来抑制有害菌生长，使肠道微生物区系更加健康稳定^[34]；芽孢杆菌在发酵过程中和在动物肠道内均可产生抗菌肽，从而有效杀死大肠杆菌和沙门氏菌等有害菌^[35]。此外，芽孢杆菌等有益发酵菌还可分解肠道中不易消化的碳水化合物等物质，产生丙酸和丁酸等短链脂肪酸，这些短链脂肪酸可被动物肠道细胞利用，促进肠道的健康发育^[36]。Lee等^[37]研究表明，在断奶仔猪饲粮中添加枯草芽孢杆菌能够促进其肠道发育，从而提高断奶仔猪的营养物质消化率和生长性能。秦红等^[38]研究发现，乳酸片球菌能够显著提高肥育猪的肠道黏膜厚度，降低大肠杆菌数量，促进肠道健康。

3.3 提高动物的抗氧化和免疫能力

生物体内氧化剂和抗氧化剂处于失衡状态(氧化应激反应)，以及体内离子代谢过程产生羟自由基，均能导致机体脂质过氧化，引发细胞DNA损伤，最终导致细胞死亡^[39]。生物饲料中的乳酸菌等活性发酵菌是其能够提高动物抗氧化能力的主要物质。研究表明，生物饲料中的乳酸菌能够提高动物的抗氧化能力，其可能的作用机理有2种：一是乳酸菌可清除体内铜铁等过渡族金属离子，防止过氧化氢与其结合生成羟自由基，从而降低氧化反应的发生^[40]；二是乳酸菌可产生谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶，当乳酸菌在动物肠道内裂解时，此2种酶即可释放，从而起到抗氧化作用^[41-42]。

此外，生物饲料也具有提高动物免疫力、减少或替代饲用抗生素的能力。饲料中的枯草芽孢杆菌能够提高虹鳟鱼的血清溶菌酶活性，使其免疫力增强^[43]，灭活的乳酸菌能够增强动物T细胞活性，促进干扰素和白细胞介素等活性物质的产生^[44]，并且乳酸菌分泌的过氧化氢也可作为诱导肠道上皮细胞过氧化氢酶分泌增加的信号分子，进而引发过氧化物酶体增殖物活化受体γ(PPAR-γ)激活，调节肠道上皮细胞对肠道炎症的免疫应答^[45]。侯海锋等^[8]发现，与硫酸粘杆菌素相比，用发酵中药渣饲喂21日龄断奶仔猪能够显著提高其血液中谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性，同时血液免疫球蛋白G、免疫球蛋白M和免疫球蛋白A含量均显著提高，这表明经发酵后的中药渣能够提高断奶仔猪的抗氧化及免疫能力，并且具备替代硫酸黏杆菌素的能力。

3.4 减少畜禽养殖污染

生物饲料具有减少饲用抗生素、铜和锌使用量，降低畜禽氮、磷和有害气体排放量，达到减少畜牧场污染的作用。乳酸菌等发酵菌可在动物肠道中代谢产生过氧化氢和有机酸等物质，从而抑制腐败菌生长，减少内毒素物质的产生^[46]；饲料中的枯草芽孢杆菌也可产生氨基转移酶、氨基氧化酶和硫化物分解相关酶，将吲哚和硫化物氧化分解为无毒无臭物质，降低粪便中的氨、吲哚和硫化氢等有害物质排放量^[47]。刘志云等^[24]用乳酸菌和地衣芽孢杆菌混合发酵的全价料饲喂平均体重22 kg的生长猪，发现生物饲料组与抗生素组在粪便菌群结构、平均日增重和饲料转化率上均无显著差异，但生物饲料组显著降低粪便臭味物质中的吲哚含量。廖云琼等^[48]发现给奶牛饲喂有效微生物群(EM)生物饲料能够显著降低牛粪中氮磷含量及牛舍中硫化氢和氨气浓度，从而降低养殖污染。

4 生物饲料在肉鸡和猪生产中的应用 4.1 生物饲料在肉鸡生产中的应用

饲料原料经发酵后其营养价值得以提高，在肉鸡生产中添加适当剂量的生物饲料不仅能够降低饲料成本，而且可在一定程度上提高肉鸡的生长性能。Nie等^[49]研究发现，在肉鸡饲粮中添加6%的热带假丝酵母发酵棉籽粕，与添加6%的未发酵棉籽粕相比，可显著降低肉鸡腹部脂肪和甘油三酯含量，改善肉品质。如表 2所示，多种饲料原料均可经发酵后应用于肉鸡养殖中。当发酵底物为全价料、豆粕或棉籽粕时，其与对照组相比生长性能有较大提高。但当发酵底物为大蒜粉或蘑菇根等时，其对肉鸡生长性能的改善作用较小，甚至会出现负面效果。这可能是由于生物饲料多用于替代对照组中较优质的饲料原料，发酵虽在一定程度上能提高底物的营养价值，但当底物营养价值过低时，发酵处理也达不到替代优质饲料原料的效果。

4.2 生物饲料在猪生产中的应用 4.2.1 生物饲料在母猪生产中的应用

哺乳母猪采食量低、背膘损失严重和便秘频发是养殖中亟待解决的重大问题。研究表明，在母猪妊娠第85天到产后第21天期间，每天补饲0.5 kg的发酵芦荟下脚料，能够减少母猪妊娠后期的便秘天数，并显著提高母猪的血清总超氧化物歧化酶活性、免疫球蛋白G和免疫球蛋白A含量，并降低母猪的炎性反应^[57]。此外，Wang等^[58]在母猪产前第3天到产后第22天的饲粮中添加15%枯草芽孢杆菌和粪肠球菌混合发酵的玉米-豆粕全价饲料，发现母猪的平均日采食量提高20.36%，背膘损失降低52.67%，并且断奶到发情天数提早2.18 d。李华伟等^[59]在母猪产前第21天到产后第21天饲粮中添加0.20%的发酵中药渣，发现仔猪的初生窝重提高9.83%，并且母猪的背膘损失降低62.50%，发情间隔减少0.55 d。发酵后的饲料中含有大量益生菌、乳酸和消化酶等物质，并且粗蛋白质和小肽等营养物质含量大幅提高，饲粮中添加生物饲料能够提高母猪的采食量和营养物质消化率，进而降低背膘损失，改善肠道健康，减少便秘的发生。

4.2.2 生物饲料在断奶仔猪生产中的应用

现代规模化养猪中多对仔猪采用早期断奶处理，而仔猪各组织器官发育不健全，抗病及消化吸收能力均较弱，早期断奶易导致断奶应激，引起腹泻等疾病。在断奶仔猪饲粮中添加生物饲料能够促进仔猪的肠道发育，提高其存活率和生长性能，缓解断奶应激造成的影响。本课题组曾研究发酵豆粕与普通豆粕和大豆浓缩蛋白对早期断奶仔猪(21日龄，平均体重5.6 kg)的影响，结果表明，发酵豆粕与大豆浓缩蛋白对仔猪的生长性能和腹泻率的影响均无显著差异；与未发酵豆粕相比，发酵豆粕显著提高早期断奶仔猪的平均日增重和料重比，并改善其腹泻情况^[60]。这表明，对早期断奶仔猪而言，发酵豆粕在提高生长性能和防治腹泻上优于未发酵豆粕，并且具有替代更优质的大豆浓缩蛋白的作用。此外，国内外也有诸多关于生物饲料对断奶仔猪作用效果的研究。如表 3所示，生物饲料主要是通过增强断奶仔猪的消化道酸性环境、调节断奶仔猪的肠道菌群平衡、提高其肠道有益菌并减少有害菌数量，进而促进断奶仔猪的肠道发育、提高其营养物质消化率和生长性能。

4.2.3 生物饲料在生长肥育猪生产中的应用

保育后的生长肥育阶段是养猪过程中饲料成本较高的环节，在此阶段使用生物饲料可节约成本并获得较好的饲喂效果。王鹏等^[68]利用发酵玉米秸秆部分替代全价料饲喂生长肥育猪，发现当替代比例为10%时，可使成本降低12.45%，并且对其生长性能和肉品质无显著影响。本课题组研究了乳酸菌和枯草芽孢杆菌发酵的玉米胚芽粕部分替代豆粕对生长肥育猪的饲喂效果，如表 4所示，发酵玉米胚芽粕替代29%的豆粕对肥育猪的平均日增重和饲料转化效率均无不良影响，但随着替代比例的升高，肥育猪对干物质、有机物和粗蛋白质的消化率均显著降低，这可能是由于发酵虽能提高玉米胚芽粕的营养价值，但与豆粕相比，其在营养物质消化率上仍有一定差距；此外，与对照组相比，饲喂发酵玉米胚芽粕显著提高了生长肥育猪的抗氧化能力及对脂类和蛋白质的代谢利用率，这可能是肥育猪生长性能未受营养物质消化率影响的一个重要原因；以玉米胚芽粕等低成本原料为底物生产生物饲料，具有替代豆粕等高成本饲料原料的可能性^[5]。

5 生物饲料应用中存在的主要问题

生物饲料虽具有较多优势，但在实际生产和应用中仍存在较多问题，这些问题主要涉及生物饲料的杂菌污染、复合菌的发酵工艺研究、生物饲料对动物肠道微生态平衡的影响和生物饲料储存及配套饲喂技术等，这些问题均需进一步研究和解决。

5.1 发酵过程中杂菌污染问题

生物饲料在生产过程中应尽量减少杂菌污染，发酵前应对底物进行灭菌处理，若底物灭菌不彻底，其中残留的杂菌会严重影响生物饲料的品质，然而底物灭菌所需成本较高，实际生产中较难全面实现。此外，我国生产生物饲料多采用敞开式发酵床固体发酵技术，其在增大发酵体积、加快发酵效率的同时，也加大了杂菌污染的几率。因此，如何在控制成本的情况下减少或杜绝发酵过程中的杂菌污染现象，是生物饲料产业所要解决的一个重大问题。

5.2 复合菌发酵的工艺确定

生物饲料多采用复合菌协同发酵的方式生产，以充分利用不同发酵菌的发酵优势，最大限度地提高生物饲料的营养价值。然而不同发酵菌种的最适添加比例、最适发酵温度和酸度以及最佳氧气和水分需要量各不相同，共同使用时需研究其最优的发酵工艺条件。研究发现，用植物乳杆菌和酿酒酵母菌混合发酵豆渣时，其最佳混合比例为1 : 1，且发酵底物的最佳初始含水量和温度分别为70%和36 ℃，此条件下发酵效果最好^[69]。

5.3 发酵菌种与动物肠道微生态平衡

生物饲料中含有的活性发酵菌可能会打破动物肠道内原有的微生态平衡，从而影响动物的健康状态。正常的微生态区系被打破之后，某些有益微生物在特定情况下也可能转变为病原菌。研究表明，乳酸菌可能含有耐药性基因，并可通过直接接触肠道微生物的方式将相关抗性基因转移至病原微生物体内^[70]。因此，选择发酵菌种一定要慎重，做到其对动物、消费者和环境等多方面均安全无害。

5.4 生物饲料的储存及配套饲喂技术

微生物对底物的发酵过程是持续进行的，生物饲料的营养价值在储存过程中会发生相应变化。生物饲料一般需要密闭包装，并存放于干燥阴凉的环境中，开袋后应尽快用完，避免其受有害菌污染而霉变。此外，使用生物饲料也应配备和完善相应的饲喂设备和管理制度，避免因生物饲料粘壁而阻塞饲喂管道，以及动物采食不完全引起的料槽中腐败菌滋生等问题。

6 小结

综上，诸多研究已证实生物发酵技术具有提高植物性农副产品、食品工业副产物和全价料等底物营养价值的作用，且生物饲料普遍具有提高畜禽生长性能和营养物质消化率、维持动物肠道菌群平衡、提高其抗氧化和免疫能力的作用，并具有减少饲用抗生素使用和替代优质饲料原料的潜力。生物饲料虽具有诸多优势，但在实际生产应用中仍存在较多问题。生物饲料的杂菌污染、复合菌的最佳发酵工艺研究、生物饲料对动物肠道微生态平衡的影响、生物饲料储存及配套饲喂技术等问题均需进一步研究和解决。