微生物发酵饲料的研究进展与前景展望微生物发酵饲料是利用微生物的新陈代谢和繁殖，生产或调制出具有绿色、安全以及高效等诸多优点的饲料。
其在促进动物生长、替代抗生素、废弃物再生资源化和减少人畜争粮等方面具有良好的发展前景。
文章从概念剖析、发展背景、生产工艺与优化、国内外研究与应用现状等方面对微生物发酵饲料作以综述。
并总结了其作用机理和在发展中存在的问题，同时分析了其未来发展的趋势和前景，旨在进一步拓展微生物发酵饲料在动物生产中的研究与应用。
1、微生物发酵饲料微生物发酵饲料是指在人工控制条件下，通过微生物的新陈代谢和菌体繁殖，将饲料中的大分子物质和抗营养因子分解或转化，产生更有利于动物采食和利用的富含高活性益生菌及其代谢产物的饲料或原料。
狭义方面微生物发酵饲料是指利用某些具有特殊功能的微生物与原料及辅料混合发酵，经干燥或制粒等特殊工艺加工而成的含活性益生菌安全、无污染、无药物残留的优质饲料。
微生物发酵技术为饲料工业提供了氨基酸、维生素、酶制剂、有机酸和活菌制剂等大量产品，不仅具有改善饲料营养吸收水平，降解饲料原料中可能存在的某些毒素，还能大幅减少抗生素等药物添加剂在动物生产中的使用。
2、微生物发酵饲料发展背景2.1 饲料资源缺乏近年来，饲料资源的制约逐渐成为世界饲料行业甚至畜牧生产发展的瓶颈。
精饲料资源（如玉米、豆粕、鱼粉等）紧缺并且价格较高，而廉价的粗饲料却因无法充分被动物利用而被大量废弃或烧毁，造成资源浪费和环境污染。
目前，我国饲粮约占粮食总产量的35%，预计到2020 和2030年，比重将分别达到45%和50%，但粮食预期年增量约有1%，饲粮缺口在所难免，其中优质蛋白质饲料资源将更加紧张。
因此，尝试利用新型饲料原料来代替日渐紧缺的常规饲料原料将会成为未来饲料发展的必然趋势。
而其中粮食深加工所得的一些副产物（麸皮等）、农副产品的废弃物（农作物秸秆、果渣等）以及工业有机废水、废渣等将会是一个重要的研究趋势。
粮食深加工的副产物、农副产品的废弃物以及工业有机废水、废渣等含量丰富并且其富含膳食纤维和蛋白质等营养成分。
目前我国对于这些资源的利用还不充分，从而导致这些资源的附加值较低，造成资源的浪费。
尤其对于农副产品废弃物的利用存在的问题比较严重，有的直接丢弃，有的进行焚烧。
这不仅会造成资源的浪费同时对环境构成破坏。
因此，通过微生物发酵的方式来利用这些资源进行饲料生产的研究，不仅可以实现资源的再利用，还能缓解我国饲料资源紧缺的问题。
2.2 抗生素的危害动物肠道内的病原菌直接危害动物自身的健康同时也是食品污染的主要来源。
自20世纪50年代开始，在动物饲粮中添加抗生素能显著促进动物生长，并对集约化畜牧业的发展有巨大的促进作用。
然而随着科技的发展，抗生素的负面作用逐渐被发现。
主要体现在以下几个方面：抗生素在消灭病原微生物的同时也消灭了动物体内的有益微生物，破坏了动物机体内的菌群平衡，会导致更多感染或更大疾病的发生；长期使用抗生素，会导致病原微生物产生抗药性，致使有害人类健康的病原菌产生抗药性，进而影响到人类公共卫生与安全；抗生素在动物体内残留和富集，在食用畜禽产品后会通过食物链直接威胁人类健康和生命安全。
基于抗生素的负面作用，欧洲已经于2006年1月1日禁止使用抗生素。
我国也逐渐禁止对抗生素的使用。
因此寻找能够替代抗生素并能发挥抑制病原菌生长，促进畜禽生长作用的新型饲料变得越来越重要。
2.3 环境污染目前，我国对于畜禽粪便的排放和利用方式都存在一些问题。
大量的畜禽粪便不经处理便直接排放或者露天堆砌，造成土壤和大气的污染。
而在使用方面多直接作为肥料，使其不能得到充分利用，附加值较低。
研究表明，动物将饲料中的养分转化为畜产品的效率只有20%~35%，而65%~80% 的摄入养分都随粪便排入了环境。
畜禽粪便不但造成土地承载力超标，粪便中的重金属渗入地下，造成土地及地下水污染。
此外，粪便分解的硫化氢、甲烷和氨气等危害人类健康的空气污染物，容易形成酸雨，造成大量土壤酸化，并加重了土壤污染和水体污染。
精饲料资源短缺，而丰富的粗饲料资源未被合理利用，使得废弃物资源再生成为研究的热点。
同时饲用抗生素的滥用，畜禽粪便不合理的排放，畜禽养殖场集约化、集团化的出现，导致畜禽养殖疾病风险增加，养殖成本上升，环境污染，食品安全压力增大。
这些使得健康、环保、安全的养殖逐步成为共识，而发展微生物发酵饲料产业是解决上述问题的重要途径之一。
3、国外微生物发酵饲料的研究国外从20世纪60年代初开始研发微生物发酵饲料。
最初用于生产微生物发酵饲料的原料主要是一些富含纤维素的固体残渣（稻草、秸秆、甘蔗渣等）。
随着科技的发展，所采用的原料也越来越广泛。
而国外用于微生物发酵饲料或添加剂的益生菌种也主要经历两个发展阶段，第一阶段是在20世纪50年代~1993年，这一阶段对微生物菌种缺乏监管和科学的认识，并对其产品的生产模式缺乏认识以及对产品的安全性和有效性缺乏评估。
在当时只认识到益生微生物可以作为生长促进剂，因此在饲料生产和畜牧养殖过程中只是盲目的追求畜禽的生长状况，并没有认识到其可能存在的不利影响，一些不利的影响逐渐开始显现。
1993年以后开始进入第二阶段，这一时期要求对微生物菌种要有全面的认识，并开始了对所采用的微生物菌株进行全面监管，对于初次采用的菌株要经过严格申请和审批等步骤。
要求对菌株的安全性和有效性等进行全面评估，同时对于益生菌发挥作用的机理以及与宿主的作用方式等都需要逐步研究掌握。
随着技术的进步，国外微生物发酵饲料的发展迅速。
用于发酵的原料越来越广泛，但还是主要集中于工农业生产的废弃物，趋向于资源的综合利用和环境治理。
而所采用的益生菌菌株数量也在不断增加。
2009年美国联邦食品药品管理局和美国饲料控制官员协会允许46种微生物菌种可作为饲料添加剂使用。
未来允许使用的菌种将会更多。
在微生物发酵饲料的应用方面，目前，欧美等国家和地区微生物发酵饲料的使用比例已经>50%；德国已有>15％的猪场采用生物液体饲料；荷兰、芬兰规模化猪场应用生物饲料饲喂达到60%；在丹麦生物饲料养猪的比例达到80%；在法国使用流体生物饲料设备的猪场约占猪场总数的15％。
4、我国微生物发酵饲料的研究现状4.1 发展历程我国微生物发酵饲料的研究起步较晚，但经过不断的发展，生物饲料行业得到了较快的发展，产品效果得到了养殖者的广泛认可。
总结微生物发酵饲料在我国的发展，大体可以概括为以下3 个阶段。
第一阶段，糖化饲料、青贮饲料等；第二阶段，将益生菌菌株先进行培养然后经过离心、洗涤和干燥等步骤制成菌剂作为饲料添加剂掺在基础日粮中，如单细胞蛋白（酵母粉）等；第三阶段，即今天的微生物发酵饲料，其主要是利用高活性的有益微生物发酵廉价的农业或工业废弃物生产高质量的蛋白质饲料，不仅能实现资源的再利用，同时生产的产品品质也有很大提高。
4.2 微生物发酵饲料所用菌种及应用方式生产微生物发酵饲料的首要问题是选择合适的菌种。
2013年我国农业部2045号公告《饲料添加剂品种目录》中规定在饲料以及饲料添加剂中可用的微生物菌株共计35种。
但目前微生物发酵饲料最常使用的菌种为酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌、链球菌属及部分霉菌等。
饲料用酵母菌主要分为热带假丝酵母、产阮假丝酵母、酿酒酵母、红酵母、毕赤酵母等。
饲料酵母因其含有较高的粗蛋白质、氨基酸及多种维生素，同时含有多种动物所需的消化酶（α-淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶等），对营养物质的消化吸收起着重要作用。
酵母细胞还可以直接和肠道中的病原体结合，中和胃肠中的毒素。
同时酵母菌具有浓烈的酵母香味，对家畜增加食欲、增强消化吸收等有一定作用。
乳酸菌可提供营养物质，直接促进动物生长，改善消化道微生态环境，调节消化道免疫系统。
其作用机理是乳酸菌进入肠道后会形成优势菌种，从而抑制病菌的繁殖，并且自身可以产生多种抑菌物质，抑制或杀死病原微生物，从而增强机体免疫功能，提高机体抵抗力，最终改善畜禽的生长性能和饲养环境。
乳酸菌还可以提高饲料的品质，提升家禽对饲料的利用率，与传统的抗生素、化学添加剂相比，具有无污染、高效、安全的优点。
芽孢杆菌具有较强的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶活性，同时还可降解植物性饲料中的纤维素、半纤维素和木质素等，可明显促进动物对营养物质的消化吸收，进而提高饲料利用率。
芽孢杆菌还可以消耗大量的氧，维持肠道厌氧环境，抑制致病菌的生长，维持肠道正常生态平衡，增强机体免疫力。
我国已应用于生产的需氧芽孢杆菌主要有蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌。
链球菌属主要包括粪链球菌和乳酸链球菌。
可以产生各种抗菌物质和过氧化氢，起到抑制有害菌生长繁殖的作用以及消除有毒、有害代谢产物的作用，起到调节肠道菌群的效果。
其他常用于微生物发酵饲料的菌株还包括光合细菌、拟杆菌、木霉等。
目前可用于微生物发酵饲料生产的菌种数量多并且趋向菌株的协同发酵。
两种或两种以上微生物协同发酵，体现了微生物之间协同作用，功能互补等关系。
因此混合发酵效果要优于单菌发酵。
但菌种配伍时要求混合菌种少而精，并要求在同一保存体系下能有协同作用可形成共同的生长优势，从而保证每株菌都能发挥作用。
从多菌种的使用情况分析，霉菌和酵母菌的组合发酵占多数。
研究表明，采用黑曲霉、绿色木霉、枯草芽孢杆菌、热带假丝酵母和酿酒酵母的单一菌种和组合菌种固态发酵农业废弃物生产蛋白质饲料，结果表明，黑曲霉和热带假丝酵母的混合发酵后蛋白质含量最高约达到37%。
由于霉菌同化淀粉和纤维素的能力强，可以将其降解为酵母能利用单糖、二糖等简单糖类物质，使酵母得以良好的生长繁殖，实现生物转化蛋白饲料的效果。
4.3 微生物发酵饲料的生产工艺及优化微生物发酵饲料的生产工艺可采用多种发酵形式，例如固体发酵、厌氧发酵、液体表面发酵、液体深层发酵、吸附在固体载体表面的膜状发酵以及其他形式的固定化细胞发酵等。
但应用最多的还是固态发酵和液体深层发酵。
固态发酵多数情况下是指在没有或几乎没有自由水存在的条件下，在有一定湿度的水不溶性固态基质中，用一种或多种微生物发酵的一个生物反应过程。
在发酵过程中受物料碳氮比、营养成分、含水量、pH和发酵温度等多种因素的影响，应在试验基础上根据不同菌种、不同工艺及不同发酵目的进行确定。
孙付保等利用康宁木霉和热带假丝酵母混合固态发酵玉米皮成功生产发酵饲料，其真蛋白质含量>20%。
此法具有工艺粗放、技术简单、投资少、产率高、污染环境少等优点，但也存在着劳动强度大、易染杂、工艺控制和过程参数难以实现准确测定与不适于工业化批量生产等问题。
液体深层发酵是现代发酵工业的主要发酵形式。
其主要有连续发酵和分批发酵两种形式，需要根据不同的菌种选择不同的发酵条件，同样营养成分、温度、pH、时间等是决定发酵成功与否的关键因素。