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生物饲料及秸秆生物饲料化利用技术

日期:2016-09-13 人气:1919

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一、发展生物饲料的目的意义

1、有关饲料的几个概念

    饲料——是指凡能被动物采食,又能提供给动物某种或多种营养素的物质称为饲料。

    饲料添加剂——为了某种目的而以微小剂量添加到饲料中的物质的总称。

    添加剂预混料——是指由一种或多种添加剂与载体和(或)稀释剂均匀混合后的混合物。简称预混料或添加剂,在配合饲料中的用量通常是1%~4%。

    浓缩饲料——是由蛋白质饲料、矿物质饲料及添加剂预混料配制而成。 浓缩饲料掺入一定比例的能量饲料就成为满足动物营养需要的全价饲料,蛋白质含量一般在30%~50%之间。一般在全价配合饲料中所占的比例为20%~40%。

    全价配合饲料——满足动物各种营养需要(除水分外),能直接饲喂动物的配合饲料叫全价配合饲料或全价饲料。该饲料能量、蛋白质和矿物质以及各种饲料添加剂种类齐全、数量充足、比例恰当。

    生物饲料——指以饲料和饲料添加剂为对象, 以基因工程、蛋白质工程、发酵工程等现代生物技术为手段, 利用微生物工程发酵生产的新型饲料资源和饲料添加剂的总称(生物饲料开发国家工程研究中心专家委员会,2013年11月)。

2、饲料添加剂对食品安全的危害事件 

(1)上世纪80年代初大量使用镇静剂事件。

(2)1998年香港17人食用大陆供港猪内脏发生瘦肉精中毒事件;

         2001年浙江余杭市59人瘦肉精中毒事件;

         2001年广东河源市484人瘦肉精中毒事件,

         2011年双汇瘦肉精事件。

(3)2005年英国超市鱼体内发现孔雀石绿事件。

(4)2005年氯霉素超标,造成对虾出口索赔事件。

(5)2006年河北苏丹红红心蛋事件

(6)2010年超级细菌事件。

(7)2011年健美猪事件。  

(8)2012年肯德基速成鸡事件。

(9)高铜在动物组织和器官中的沉积,还会污染环境。人长期食用高铜动物产品,会造成铜在内脏中沉积,增加机体内自由基水平,改变脂类代谢,导致动脉粥样硬化并加速细胞的老化和死亡,危害人体健康。

(10)砷制剂能促进动物生长和改善动物毛色,但动物对砷的吸收率仅为5%。砷制剂毒性很大,还会损害染色体的结构和功能,导致各种基因突变。大量使用导致砷排入环境中。据预测,一个万头猪场连续使用含砷的饲料,5~8年后将可能向猪场周边排放近1t砷,16年后土壤中砷含量即上升0.28mg/kg,按此计算不出10年,该地所产甘薯中砷含量会全部超过国家食品卫生标准,这片耕地只能废弃或种其它作物。

3、饲用抗生素的发展历史

三个阶段

发现阶段 :

       40-50年代抗生素发酵残渣促生长作用。

人畜共用阶段:

        60-70年代抗生素作为饲料添加剂。

限制阶段:

       80年后饲用抗生素与兽药、人用分开。(1929年英国细菌学家弗莱明首次发现了青霉菌)

4、抗生素的作用与问题

5、世界各国饲用抗生素禁用情况

(1)1986年瑞典禁用抗生素。

(2)1998年荷兰禁用抗生素。

(3)1999年丹麦禁用抗生素。

(4)2006年欧盟全面禁用抗生素。

(5)2008年日本禁用抗生素。

(6)美国从2014年起,到2017年全面禁用抗生素。

(7)韩国计划从2018年7月全面禁用抗生素。

(8)麦当劳公司宣布2015年停用一切含有抗生素和生长激素的鸡肉。

     (复旦大学公共卫生安全教育部重点实验室课题组指出:2013年我国抗生素年产16.2万吨,其中52%兽用,48%人用,其中5万吨被排放到环境中)

6、无抗养殖的关键点

替代抗生素  →    开发与寻找高效抗生素替代品。

生物饲料     →      利用发酵工程开发功能性蛋白、能量原料等。

预处理车间  →      利用发酵酶解工程为大型饲料企业建立原料预处理消化车间,并提供配套技术服务。

二、生物饲料发展概况

1、生物饲料概念及定义

   生物饲料——是指以饲料和饲料添加剂为对象, 以基因工程、蛋白质工程、发酵工程等现代生物技术为手段, 利用微生物工程发酵开发的新型饲料资源和饲料添加剂的总称(生物饲料开发国家工程研究中心专家委员会,2013年11月)。

2、生物饲料发展现状

   生物饲料是目前世界上研究和开发的热点。国外生物饲料研究从20世纪80年代起步,真正发展起来是在20世纪90年代。

    目前世界范围内开发的生物饲料产品主要包括饲料酶制剂、益生素(直接饲喂微生物)、饲用寡聚糖、植物天然提取物、生物活性寡肽、生物药物饲料添加剂、发酵和酶解饲料以及其他生物技术相关产品等。

(1)欧美国家和地区生物饲料使用比例已超过50%。

(2)德国已有15%以上猪场采用生物液体饲料喂养。

(3)荷兰、芬兰规模化猪场生物饲料饲喂达到60%。

(4)丹麦生物饲料养猪的比例是80%。

(5)法国用流体生物饲料设备的猪场约占总数的15%。

        生物饲料产品的大量应用,将终结养殖业的抗生素、化学添加剂时代。

3、我国生物饲料的发展经历三个阶段

   第一阶段:糖化饲料、青贮饲料等。

   第二阶段:单细胞蛋白(酵母粉)、微生物饲料等

   第三阶段:生物发酵饲料系列产品。

   我国研究和生产过程中更加关注的主要包括饲用酶制剂、益生菌、生物活性寡肽和寡糖、发酵豆粕和发酵菜粕等。

   生物饲料是我国饲料行业创新发展的重要方向,未来3 年生物饲料将占饲料行业总产值的10%,未来5 年将占到30%,生物饲料的使用比例和范围会逐渐扩大。目前生物饲料市值年约30亿美元,并以年均20%的速度递增。

三、生物饲料分类

生物饲料分类

   1、全价生物饲料——将全营养、无药物的配合饲料经微生物发酵而成的改性饲料。如流体发酵饲料(欧共体国家替代抗生素的主要途径)、固态发酵饲料(国内替代抗生素的主要途径)。

   2、非全价生物饲料——主要有生物浓缩料(牛羊用鲜湿或干燥精料添补料)、农产品加工废弃物(酒糟、豆渣、糖渣等以及水产加工废弃物等与其它原料配合)、几种原料混合发酵的鲜湿生物饲料、酵母发酵物、秸杆发酵饲料(牛羊用)等。

四、生物饲料的功能与作用

生物饲料的功能与作用

   (1)有益微生物产生的蛋白酶、脂肪酶和纤维素酶,可帮助动物消化吸收,提高饲料利用率,进而扩大饲料资源,达到节约粮食的目的。

   (2)饲料发酵可降解抗营养因子(如NSP、棉酚、硫甙、大豆抗原蛋白等)。

   (3)发酵后产生的特别芳香味,是由微生物产生的多种不饱和脂肪酸或芳香酸,可明显剌激食欲。

   (4)多种有益菌在胃肠道中能抑制或防止有害菌的繁殖和生长,刺激动物的免疫力和增强抗病力,提高健康水平,降低发病率和死淘率。

   (5)生物饲料可使畜舍氨气、硫化氢以及粪臭素的含量明显降低,改善圈舍环境,进而降低畜禽粪便对环境的污染。

   (6)不含任何抗生素,可减少抗生素、化学添加剂的使用,生产绿色畜产品,降低食品安全风险。

五、生物饲料的种类

1、饲用酶制剂

    世界上已发现的酶品种有1700多种,生产用酶300多种,饲料用酶20多种,这些酶主要为消化酶。

饲用酶制剂的作用:

(1)破坏植物细胞壁,提高养分消化率 ;

(2)降低消化道食糜黏性,减少疾病的发生;

(3)消除抗营养因子 ;

(4)降低环境污染。

    植物性能量饲料中碳水化合物含量通常在60%以上,其中有易消化的淀粉,也有难消化的非淀粉多糖(NSP), NSP酶分解NSP,提高饲料利用率。非淀粉多糖酶包括半纤维素酶、纤维素酶和果胶酶。半纤维素酶包括木聚酶、甘露聚糖酶、阿拉伯聚糖酶和半乳聚糖酶,纤维素酶包括C1酶、Cx酶和β-葡聚糖酶。酶制剂是消除饲料中抗营养因子的最好物质。 

     我国目前允许使用的单酶品种有植酸酶、蛋白酶、木聚糖酶、β-甘露聚糖酶、α-半乳糖苷酶、β-葡聚糖酶、葡萄糖氧化酶、淀粉酶、支链淀粉酶、脂肪酶、麦芽糖酶、纤维素酶、果胶酶等。由于饲料原料结构的复杂性,饲料工业生产中更多使用的是复合酶制剂产品。

生物饲料开发国家工程中心利用单胃动物仿生系统在乳仔猪试验结果:

    单酶使用效果排名为:葡萄糖氧化酶、植酸酶、半乳糖苷酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶、木聚糖酶。

    单酶性价比排名为:植酸酶、甘露聚糖酶、半乳糖苷酶、葡萄糖氧化酶、葡聚糖酶、木聚糖酶

2、饲用微生态制剂(益生素)

      益生素是指可直接饲喂动物并通过调节动物肠道微生态平衡达到预防疾病、促进动物生长和提高饲料利用率的活性微生物或其培养物,我国又称为微生态制剂或饲用微生物添加剂。益生素主要菌种有乳酸杆菌、双歧杆菌、粪链球菌、芽孢杆菌、酵母菌、放线菌、光合细菌等几大类。我国允许使用的饲料微生物添加剂有12种,分为乳酸菌类、芽孢杆菌类和酵母菌类。

 益生素的作用  

 (1)抑制病原微生物的增长

      通过产生抗菌化合物(如有机酸、菌毒素及其他抗菌物质)和其他有益化合物来抑制病原微生物的增长。

 (2)促进肠道内有益菌增殖,修饰肠道微生态系统

      寡糖能为肠道有益菌提供营养,促进其加快增殖,达到与病原菌竞争营养物质和肠道生存空间来抑制病原菌的生长。

 (3)提高动物的免疫功能

      益生素能够刺激动物产生干扰素,提高免疫球蛋白浓度和巨噬细胞活性,从而增强抗病能力。 

益生素作用机理的理论基础

第一,优势种群假说。

第二,微生物夺氧假说。

第三,膜菌群屏障假说。益生素可竞争性抑制病原体附到肠细胞上,发挥屏障作用。

第四,“三流运转”假说。微生态系统中的基因流、物质流和能量流。 

3、寡糖

      寡糖亦称低聚糖,一般指由2-10个单糖通过糖苷键组成的糖类。甜度一般只有蔗糖的30%-50%。根据寡糖的生物学功能分为功能性寡糖和普通寡糖两大类。

     普通寡糖可被消化吸收和产生能量,主要包括蔗糖、麦芽糖、麦芽寡糖等。功能性寡糖指不被动物肠道吸收,能作为双歧杆菌、乳酸杆菌等的营养成分,促进其增殖而有益于肠道健康的一类寡糖。用作饲料添加剂的化学益生素主要指功能性寡糖,常见的甘露寡糖、果寡糖、木寡糖、乳寡糖等。

不同水平的果寡糖对迪高鸡生产性能的影响

9kg体重仔猪饲喂甘露寡糖和喹乙醇的对比试验(Bolduan,Schuldt~Hackl,1997) 

4、饲用抗菌肽

           抗菌肽是一类具有抗菌活性的碱性肽物质。目前国内外饲料行业尚未有商品化生产,但我国已获得了第一个针对饲料有害微生物的高效、广谱抗菌肽及基因,实现了饲用抗菌肽的高效表达,为其规模化廉价生产奠定了基础,目前尚处于小试水平。

      肽是分子介于氨基酸与蛋白质之间的一类化合物。最简单的肽是由2个氨基酸通过肽键组成的二肽,含有3、4、5个等氨基酸的肽分别被称为三、四、五肽等。一般2至10个氨基酸组成的叫寡肽,习惯将寡肽中的二肽、三肽叫小肽。10个以上称为多肽。按其所发挥的功能分为生物活性肽和营养肽。

      生物活性肽指能参与调节动物某些生理活动或抗菌、抗病毒等特殊作用的肽。营养肽指不具有特殊生理调节功能,只为蛋白质合成提供氮架的肽。

5、发酵饲料

      指在人工控制条件下,微生物通过自身的代谢活动,将饲料成分转化为更易被畜禽采食、消化、吸收的养分并且无毒害作用的优质安全饲料原料。生产工艺分为液体发酵和固体发酵,液体发酵技术国外使用较多,普遍采用饲料中天然存在的乳酸菌、酵母发酵;国内普遍使用微生物发酵剂或菌种进行固体发酵。

     目前常用的发酵菌种有枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、植物乳杆菌、粪肠球菌、干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、酒酵母米曲霉、黑曲霉等。

      生产中使用的生物发酵原料产品有发酵豆粕、发酵棉籽粕、发酵菜籽粕、发酵麦麸、青贮饲料、单细胞菌体蛋白和酵母蛋白等。

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