近年来，人们对动物性食品的安全备受关注，全球多数国家已加入到动物饲料端禁用抗生素的行列。我国已明确指出自2020年7月1日起，将完全禁止在饲料中添加促生长类药物饲料添加剂。抗生素在饲料中被禁用后，如何保障动物健康是亟待解决的问题。现如今微生物发酵饲料在欧盟、美国、澳大利亚、日本等国家和地区已被广泛使用，许多学者在微生物发酵饲料对动物肠道健康和生产性能等方面开展了较多研究^[1]。发酵饲料作为替代抗生素的一种新型绿色环保饲料，其在饲料领域应用的优势日益凸显，且对畜禽产业的健康发展具有重要意义。

1 微生物发酵饲料概述 1.1 发酵饲料的定义

微生物发酵饲料是指在人为可控制的条件下，以植物性农副产品为主要原料，通过微生物的代谢作用，降解部分多糖、蛋白质和脂肪等大分子物质，生成有机酸和可溶性小肽等小分子物质，形成营养丰富、适口性好和活菌数量高的生物饲料^[2]。微生物发酵饲料使用的原料多来源广泛，如玉米、豆粕、棉籽粕、菜籽粕、苹果渣、马铃薯渣和作物秸秆等，有利于缓解我国饲料原料不足的现状，且发酵后的饲料具有天然的香味，可显著提高其适口性^[3]。此外，发酵选用的微生物一般代谢旺盛，在简单条件下可大量生长繁殖，并能富集丰富的菌体蛋白质和中间代谢产物。乳酸菌、芽孢杆菌和酵母菌是发酵饲料主要应用的微生物，这些微生物可有效抑制内源性病原体的生长^[4-6]。

1.2 发酵饲料的优点

饲料原料经过微生物发酵后，其品质和营养价值多得到了较大提升，主要表现在以下4个方面：1)降解饲料毒素和抗营养因子。Okeke等^[7]发现，微生物发酵可降低玉米籽粒中的霉菌毒素含量；Yang等^[8]发现，配合饲料固态发酵可显著降低其中玉米烯酮的含量。此外，微生物发酵是降解饲料原料中抗营养因子，提高其营养价值的有效方法。尽管发酵过程降解毒素和抗营养因子的机制尚未阐明，但可能与发酵产生的某些微生物代谢产物具有降解毒素或抗营养因子功能有关。2)促进营养物质的消化吸收。Niu等^[9]研究表明，饲粮添加发酵银杏叶可显著改善肉鸡的营养物质利用率，这是因为发酵饲料中含有丰富的益生菌、消化酶和有机酸等，有利于改善动物肠道菌群结构和对营养物质的消化吸收；同时，其能够降低胃肠道pH，抑制有害菌的生长繁殖。3)提高动物的免疫能力，预防动物疾病。Chou等^[10]研究表明，饲粮中添加酿酒酵母发酵物可激活肉鸡先天免疫应答，提高对新城疫病毒疫苗的响应。4)减少畜禽养殖污染。Ahmed等^[11]研究发现，饲粮添加发酵海藻可显著减少肉鸡粪便氨态氮的排放，改善饲养环境；Sheng等^[12]研究表明，母猪饲料经乳酸菌和芽孢杆菌厌氧发酵后饲喂可改变铜、锌等重金属的化学形态，减少猪粪臭味；陈国营等^[13]研究指出，饲喂发酵豆粕能降低鸡舍内氨气和硫化氢的浓度。

2 微生物发酵方法及其特点

发酵是一个涉及微生物、底物和环境条件的动态过程，最终将复杂的底物转化为更简单的化合物。因此，微生物种类、底物特性、环境条件的不同，会发酵产生不同的产物。迄今为止，根据底物的不同类型，饲料微生物发酵主要通过液态发酵和固态发酵2种发酵方式进行。

2.1 液态发酵

液态发酵需要自由流动液体基质，如肉汤介质、糖浆、乳清和湿酒糟^[14]；其培养基中始终有水的流动，水是培养基中的主要组分，适用于大多数微生物的生长。液态发酵技术多用于发酵生产液体饲料，微生物从溶解水中摄取营养，营养物浓度相对均一，微生物均匀分布在培养体系中，发酵均匀^[2]。此外，液态发酵具有自动化程度高、技术比较成熟，发酵过程温度和pH易于控制和微生物接种简便等优点。液态发酵饲料具有适口性好、体积大、易形成饱腹感等特点，在规模化猪生产中有着独特的优势；但液态发酵存在发酵设备庞大、耗能高和费用大等弊端。

2.2 固态发酵

不同于液态发酵，固态发酵培养基中没有水的流动，只有部分微生物适用，主要包括真菌(如曲霉菌和根霉菌)和部分细菌(解淀粉芽孢杆菌)等，是微生物在固态基质中的发酵方式^[15]。目前，固态发酵广泛用于生产高价值、小体积的产品，如酶、有机酸和芳香族化合物等^[16-18]。固态发酵的显著优势包括设备简单易操作、低成本基质、更好的氧气循环、更高的生产率、更低的能耗和后处理简便以及基本无废水排放等^[19]。通过固态发酵后获得的制品，使用和贮存方便、保质期长。此外，产生的酶活力高，酶系丰富，不易受到底物的抑制^[20]。然而，固态发酵具有生产机械化程度较低、传热性和均匀度差和发酵过程难以控制工艺参数(温度、湿度、营养成分等)等劣势^[21]。

3 微生物发酵饲料在畜禽生产中的应用 3.1 微生物发酵饲料在猪生产中的应用 3.1.1 哺乳母猪

如表 1所示，微生物发酵饲料在母猪上的作用效果主要体现为维持母猪体况和提高产仔性能等^[22-24]。饲喂发酵饲料可显著提高母猪的产仔数、窝增重，缩短发情间隔；同时还可显著增加泌乳量、改善乳品质，进而有利于仔猪的生长发育。此外，在妊娠后期和哺乳期，母猪很容易因为肠道菌群失调而发生便秘，进而导致母猪的生理机能受损。发酵饲料中富含的有益菌通过竞争性抑制作用，可有效阻止有害微生物在肠黏膜上的定植，改善肠道菌群平衡，进而降低母猪的便秘发生率。

3.1.2 断奶仔猪

在现代化养猪生产中，已广泛采用早期断奶以缩短母猪哺乳期，进而提高其繁殖性能。但早期断奶会对仔猪生长发育造成不良影响，主要表现为肠道菌群紊乱、采食量下降和腹泻率增加等。诸多研究表明，饲喂发酵饲料可显著改善仔猪肠道菌群区系，促进肠道健康，降低腹泻率^[25-28]。此外，还有研究表明，饲喂发酵饲料可显著提高仔猪的生长性能和饲粮营养物质表观消化率^[29-31]。这可能是因为饲料中的淀粉和蛋白质等大分子物质经发酵过程，可被降解为小肽和氨基酸等小分子物质，利于仔猪的消化和吸收；此外，发酵饲料富含大量益生菌及其代谢产物，可有效缓解仔猪的断奶应激。

3.1.3 育肥猪

生长育肥期是猪只体重增长最快的阶段，该阶段的饲养成绩直接关系到养殖者的经济效益。育肥猪场可采用廉价饲料原料如棉籽粕、棕榈粕和玉米秸秆等制备发酵饲料，在不影响育肥猪生长性能的前提下降低饲养成本，提高养殖效益。众多研究证实，饲喂发酵饲料可显著提高育肥猪对饲粮营养物质的消化和吸收率，增强机体免疫功能，并显著提高生长性能^[32-35]；此外，发酵饲料还可通过提高瘦肉率和肌内脂肪含量，进而提高猪肉品质。

3.2 微生物发酵饲料在反刍动物生产中的应用

粗饲料是反刍动物饲粮的重要组分，但其除粗纤维外其他养分含量较低，适口性差，限制了其在反刍动物养殖中的应用。利用微生物发酵技术处理粗饲料，可有效改善其营养价值、适口性和消化率。有研究表明，饲喂发酵饲料可显著改善反刍动物的肠道微生态区系，促进肠道对营养物质的消化吸收，改善其生长性能、肉品质和乳品质^[36]。吴小燕等^[37]研究表明，饲喂以酱糟、喷浆玉米纤维和糖浆等食品工业副产物为底物，经乳酸菌、枯草芽孢杆菌和酵母菌等有益微生物发酵而成的饲料，可显著改善奶牛对饲粮营养物质的消化率，并提高其产奶量、改善乳品质。余淼等^[38]研究发现，饲喂经乳酸菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌等发酵的饲料，可有效增加肉牛血清中总蛋白、白蛋白、免疫球蛋白A、免疫球蛋白G和免疫球蛋白M含量，降低血清中丙二醛的含量以及谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性，提高其总抗氧化能力。Zhe等^[39]给奶牛饲喂经芽孢杆菌和肠膜明串珠菌发酵的饲料发现，其对饲粮营养物质的表观消化率、产奶量、乳脂率、乳糖干物质比例和乳蛋白质百分比均显著提高。Suryanto等^[40]用含有30%发酵可可豆壳的饲粮饲喂巴厘肉牛后发现，其肉骨比、肋部眼肌面积和胴体率均显著增加，肉品质得到显著改善。众所周知，瘤胃是反刍动物进行微生物发酵的主要场所，瘤胃中微生物的种类与数量对于其营养物质的消化吸收至关重要。Promkot等^[41]研究表明，饲喂含20%酵母发酵木薯根的精料可提高肉牛瘤胃微生物的数量。

饲喂发酵饲料可提高反刍动物生产性能、免疫机能和抗氧化能力。相较于单胃动物，微生物发酵饲料在反刍动物生产中应用较为普遍，但仍存在诸多问题亟待解决，例如对发酵饲料中菌种的具体作用机制和方式的研究尚不清楚等。此外，还应在现有的基础上进一步研发和筛选适合于反刍动物瘤胃发酵的优良微生物发酵菌种，特别是产纤维素酶和淀粉酶菌种等，这将对于发酵饲料在反刍动物生产中应用至关重要。

3.3 微生物发酵饲料在家禽生产中的应用 3.3.1 肉鸡

相较于反刍动物，家禽肠道分泌的消化酶偏少，导致其对饲粮中粗蛋白质和能量利用率较低。此外，在家禽生产中，沙门氏菌和大肠杆菌等致病菌影响机体肠道微环境，破坏肠道结构完整性，降低其生产性能和产品品质，且可通过其产品如肉、蛋和羽毛等在食物链传播，进而影响人类健康^[42-43]。配合饲料或饲料原料经微生物发酵后可降低饲粮和饲喂后家禽胃肠道pH，改善肠道屏障功能，防止大肠杆菌、沙门氏菌和弯曲杆菌等的定植^[2]。表 2汇总了不同类型微生物发酵饲料在家禽生产中应用的研究进展^{[19, 44-57]}。

发酵饲料对肉鸡肠道菌群结构、形态、免疫功能及生长发育有显著的改善作用。肉鸡生长性能的提高可能主要归因于饲料经微生物发酵后显著降低了其可溶性非淀粉多糖含量，进而提高了饲料的营养价值和消化率。此外，高乳酸含量的发酵饲料对肉鸡肠道健康和生长性能有正向影响，微生物发酵饲料含有的益生菌能刺激不同的免疫细胞亚群产生细胞因子，而这些细胞因子在免疫反应过程中起关键作用，能有效改善肉鸡黏膜形态，提升小肠绒毛高度。

3.3.2 蛋鸡

由表 2可知，发酵饲料不仅在肉鸡养殖中有着良好的效果，也可显著改善蛋鸡的生产性能(如产蛋率、料蛋比、平均日产蛋重等)、蛋品质(如蛋壳厚度、蛋壳强度、哈氏单位等)和肠道健康^[56-58]。本课题组研究了发酵豆粕或发酵杂粕等量替代豆粕在京粉1号产蛋后期蛋鸡的饲喂效果，结果表明，发酵豆粕等量替代饲粮2%~4%的豆粕可显著增加产蛋鸡的生产性能、蛋品质、肠道健康和卵泡发育；此外，2%~4%发酵杂粕等量替代饲粮豆粕对蛋鸡的产蛋性能、蛋品质、肠道健康和卵泡发育均无负面影响。

4 微生物发酵饲料应用中存在的问题

近年来我国对发酵饲料在畜禽生产中应用的研究逐渐增加，其效果也正被广大从业人员认可。然而，我国微生物发酵饲料的整体研发和产业化水平尚有待提高，许多瓶颈问题亟待解决。在发酵菌种方面，由于生产发酵饲料的菌种复杂多样、杂菌污染、耐药基因的转移、毒性代谢产物和过度免疫作用的产生等问题不断出现^[58]。为了确保发酵饲料产业可持续健康发展，对微生物菌种进行严格的鉴定和筛选必不可少。在生产制备方面，由于受到生产水平、动物种类及饲料加工、储存、添加量等因素影响，发酵饲料在使用中难以获得稳定和一致的效果^[59]。此外，发酵过程可能还会导致一些必需氨基酸的损失^[60]。因此，对微生物协同性及发酵工艺需要加强研究，以最大限度提高其营养价值。在发酵饲料标准方面，我国发酵产品的质量评价缺乏统一标准，对微生物发酵饲料的品质难以鉴定，如对其中活性物质种类和含量的要求无统一标准^[61]。在发酵饲料储存方面，饲料经发酵后，水分含量、微生物种类及含量增加，并且随着储存时间增加，微生物代谢会消耗发酵饲料中的大部分营养物质，导致其营养价值下降。

5 小结

作为一种新型的抗生素替代产品，微生物发酵饲料应用前景广阔。诸多研究已证实，发酵饲料在畜禽生产中应用，可显著改善饲料适口性，维护动物肠道健康，提高营养物质利用率，降低畜禽废弃物的排放。但我国在微生物发酵饲料的研究和应用上尚处于起步阶段，实际生产中仍面临诸多问题(如安全高效菌种的筛选、发酵饲料质量评价标准化、复合菌种发酵工艺标准化和发酵饲料的储存及使用等)亟待解决。今后需要在发酵饲料原料选择、单一或复合菌种发酵工艺、发酵饲料适宜添加量、对动物健康的影响及其机制等方面开展更多研究，进而利于其在畜禽生产中发挥更大效用。