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微生物发酵中药渣在羊养殖中的研究进展
摘要:近年来我国中草药药材消耗量巨大,大量的中草药药渣被弃,药渣中含有的未被提取或溶解的残留物质,如纤维素、木质素、矿物质、未溶解的化学成分等仍然具有一定的营养价值和药用活性,如何将中草药药渣回收再利用已经成为行业内亟待解决的难题。研究表明,中草药药渣经过微生物发酵后可作为饲料或饲料添加剂应用于畜禽养殖生产中,为动物养殖提供了新思路,本文梳理了微生物发酵中草药渣在羊养殖生产中的应用,为后续羊的养殖提供了一定的理论依据。
关键词:微生物发酵 中药渣 羊
中药是我国农业生产的重要组成部分,实现中药产业现代化事关国计民生,中药渣的重复利用在助力脱贫攻坚和乡村振兴工作中也起到了积极的作用。中草药渣是指在制备中草药药物过程中,草药经过提取或煎煮后,得到草药中有效成分的药液或药物之后,剩余的固体部分。此前这部分药渣常被丢弃或深埋,对环境造成极大的伤害,随着微生物发酵技术的发展,中草药渣发酵后应用于养殖行业越来越被人们重视,它不仅降低了养殖场的生产成本,中药渣残存的中药成分还可以作为绿色、无污染的“抗生素”添加到饲料日粮中,极大地提高了畜禽生产性能和免疫功能,也弥补了饲料原料的不足。
1 微生物发酵中药渣技术
发酵技术在实际生产中的应用非常广泛,微生物发酵技术比一般的物理、化学等炮制技术更具有优势,常见的微生物发酵技术根据发酵工艺的主要菌种不同,可分为四类:乳酸菌类、芽孢杆菌类、酵母菌类和复合微生物类。乳酸菌是常见的肠道益生菌,经发酵处理后会产生许多有机酸,在一定程度上抑制了肠道内的病原微生物的生长。芽孢杆菌是一类常见的革兰氏阳性细菌,具有较强的耐热和耐酸能力,适合在不同环境条件下进行发酵生产。芽孢杆菌通过发酵后可以产生多种消化酶,从而促进肠道中营养物质的消化吸收。酵母菌在发酵工艺中的应用最古老也最广泛,经酵母菌发酵过的饲料适口性较好,且有特殊香味,效果较好。相比于单菌发酵,将多种复合微生物组合运用到发酵中,可将多菌及酶类的复合效用发挥最大化,提高发酵效率,丰富发酵产物。将微生物发酵技术运用到中药渣研究当中,不仅能在很大程度上解决传统制药的方式,如蒸、煮、熬等方式存在的有效成分的保存和提取问题,同时在发酵的过程中,其既可以在常温、常压的条件下保存中药渣中有益的活性物质,还可以通过微生物的分解作用最大程度地减少药渣中的有害物质。
2 微生物发酵中药渣的特点
2.1作为饲料添加剂可以改善饲料适口性
抗生素饲料剂不良因素较多,不仅成分多样,适口性差,效果也不稳定,极大地影响了畜禽的生产质量与生活成本,因此在实际生产中逐渐被发酵中草药替代,查蓉芳[1]研究发现,饲料经过发酵后,口感更好,适口性更强,可提高小肠对营养物质的消化和吸收,进而提高其生长性能。赵秀娟[2]等人研究发现,在仔猪基础日粮中加入发酵中草药,在增加饲料的适口性同时,还改善了仔猪的免疫功能与生长性能,仔猪腹泻率、料重比都相应减少。粗脂肪是饲料中重要的功能物质,可以增加饲料的适口性。刘倩[3]等人试验证明微生物发酵中草药渣作为饲料添加剂可以提高饲料中粗脂肪、粗蛋白质、粗灰分含量,使饲料的营养价值整体得到一定的优化提升,饲料的适口性也得到了增强。
2.2提高中药渣的有效成分含量,调节动物肠道菌群平衡,增强动物免疫机能
动植物细胞最大的区别就是植物细胞有细胞壁,中药渣经过发酵后,可以将中药渣中的残存的大分子杂质去除,且这些微生物可以破坏植物细胞的细胞壁,将中药渣中残留的有效成分再次释放出来,增强药效。为探索发酵后中草药渣的有效成分含量,田秋丰[4]等人以解淀粉芽孢杆菌与干酪乳杆菌两种益生菌为菌种,将含有益母草、黄芪、当归等中草药组成的复方中草药饲料添加剂进行固态发酵,发现试验组的黄酮、多糖、总生物碱的含量均高于对照组,说明中草药经过发酵之后可以提高其有效成分,这些活性成分会提高血清球蛋白的含量和白细胞的数量,从而增强动物的免疫机能。刘洋[5]等人用复合益生菌(干酪乳杆菌、粪肠球菌、产朊假丝酵母)固态发酵复方中草药(王不留行、益母草),显著提高了饲料中的可溶性总黄酮、总生物碱、粗多糖和总皂苷的含量。侯海峰[6]研究发现,发酵中草药渣与乳酸杆菌、双歧杆菌具有协同作用,可通过促进它们的生长繁殖来抑制肠道内有害物质的增殖。吴东[7]的研究表明与抗生素组相比,发酵中草药添加剂组的猪肠道中乳酸菌含量有所上升,大肠杆菌有一定下降,说明发酵后的中草药改善了肠道内的菌群结构。王忠明[8]证实黄芪、当归、枸杞、甘草等中药渣与枯草芽胞杆菌、酿酒酵母、嗜酸乳杆菌按1:1:1的比例混合发酵后,可提高黄羽肉鸡的血清免疫因子IgM 、IgA、 IgG的含量。董彬厂[9]等人也发现,发酵中药渣组的血液白蛋白和总蛋白含量均明显高于对照组,GSH、SOD、IgG含量也显著高于对照组。这些都说明日粮中添加发酵中药渣后可提高动物体的生长性能、抗氧化能力和免疫力。
2.3 合成新物质,降低中药渣引起的毒副作用
中药渣在发酵过程中产生的各种酶类可将其化学结构改变,使复杂的成分分解成新的活性物质,从而改变中药渣中某些生物活性物质的种类和数量。许多中药毒性较强,在传统炮制过程中很难控制药物质量,研究表明在微生物的作用下,发酵后的中药渣中含有的有毒有害物质如生物碱、糖苷等物质大部分被分解,药物的毒副作用大幅度减少。苏建树[10]等用黑曲霉发酵川乌、附子,并进行生物碱提取,通过硅胶层析法和高效液相色谱法检测乌头碱,比较发酵前后主要生物碱质量分数的变化,发现发酵后乌头碱的质量分数显著降低。
3 微生物发酵中药在羊养殖中的应用
3.1降低成本,实现中药渣再利用
为探究微生物发酵中草药渣是否会提高羊的生产性能,降低生产成本,陈化靓[11]等人将苦豆草叶、厚朴、麦芽、苍术等中草药加入小麦秸秆、麸皮等组成的日粮中,经过发酵菌剂发酵后饲喂肉羊,试验组平均日增重213.17g,与对照组相比差异显著,每月每只增收447.65元,且饲喂成本两组大体相当,出去饲料成本后总体养殖收益好于对照组。龙勇[12]等人以人参、黄芪、刺五加和斑蝥等为主,加入含乳酸菌、地衣芽胞杆菌、酵母菌、枯草芽胞杆菌、粪肠球菌等的发酵剂和含纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶等的酶制剂共同发酵,按照一定的浓度梯度将其添加到贵州黑山羊公羔羊的日粮中,结果发现添加40%中药渣发酵后的全混合日粮品质优,适口性好,贵州黑山羊的采食量显著增加,同时还有效降低了饲养成本。
3.2改善饲料的适口性,提高羊对饲料的转化率
有研究表明,苹果渣经生物发酵后,饲料中的粗蛋白质、粗脂肪、磷和钙的含量明显提高,其酸度、还原糖、益生菌等物质也产生了明显变化。张柜霞[13]等将中草药渣分为党参组、当归组、黄芪组及混合药渣组。通过两组饲料发酵剂对8个中草药渣组进行试验发现,采用无抗饲料发酵剂发酵的药渣饲料适口性更强,动物平均采食量也更高,对各组进行比较发现复方组药渣发酵后动物采食量最大,饲料转化率更强。为了准确评价发酵中草药残渣饲料添加剂对羊的饲喂效果,王旭东[14]等人将微生物发酵中草药残渣饲料添加剂饲喂小尾寒羊,结果表明平均日增重和饲料转化率都极显著高于另外两组,说明微生物发酵处理中草药渣可显著改善饲料适口性,提高羊对饲料的转化率。
3.3改善羊的肠道环境和血液生化指标,提高羊的免疫力
中草药发酵后可以改善肠道菌群结构,赵寿培[15]等人将各种中药按艾叶38.24%、万寿菊渣34.42%、板蓝根渣19.12%、大青叶3.44%、红枣2.87%和杜仲叶1.91%的配比和枯草芽杆菌1:1混合发酵,在育肥羊的基础日粮中添加1%发酵中草药渣之后其平均日增重显著增加,料重比显著降低,同时白细胞数目、中性粒细胞数目及中性粒细胞百分百比也显著降低,血清或胃肠道黏膜IL-1β和IL-6的含量也低于对照组。而苹果渣经生物发酵后可转化为菌体蛋白饲料,饲料中的蛋白质、有机酸等营养物质含量均有所提升,可降低养殖企业的饲料成本[16]。陈伯祥[17]等人通过在日粮中添加发酵苹果渣发现,平均日增重和料重比差异比较显著,血液中葡萄糖、ISN、GH、T3、IL-6含量也极显著高于对照组,说明中草药渣经过发酵之后改善了羊的肠道环境,提高了羊的免疫力。
3.4提高羊的生长发育及产肉性能
中药草渣经过微生物发酵后可以提高羊的生长发育与产肉性能。孙国虎[18]等人研究发现,将主要成分为党参、当归、莲子、肉桂、甘草、黄芪、地黄、杜仲等中草药渣发酵后添加到断奶后的小尾寒羊的基础日粮中,小尾寒羊平均日增重显著增加,且日采食量差异不显著,说明发酵后的中草药可以提高羊的生长性能。朱金凤]等人将经过微生物发酵后的中药添加到围产期母羊基础日粮中,发现试验组羔羊的30日龄窝重比对照组提高21.27%, 平均日增重比对照组提高了42.45%,差异极显著[19],提高了产肉性能。
讨论
微生物发酵中药渣在养殖行业的应用越来越普遍,不管是单一菌种发酵还是多菌种混合发酵,其发酵模式都较传统模式有很大提升,但在实际应用中仍存在很多难题,如发酵时间、温度、PH值等都较为复杂,很难达到最佳发酵效果,发酵技术人员的知识局限性、操作不规范、发酵条件不够理想等也限制了微生物发酵中药渣的发展,而且不同中药渣药性不同,如何正确配伍也成为技术工作者的一大难题,屈青松[20]等人提出的“发酵配伍”理论,即借鉴中药配伍理论的药物组合与“药对”思想,将发酵菌株和中药发酵基质看作独立的一味药,通过“拆方”研究,探究如何发挥发酵中药最大的药性。所用发酵菌株为具有生物功能、可用于发酵的微生物,所用发酵基质为含有中药成分、可为发酵菌株提供生长环境的营养基质,它们也不是简单的混合在一起,通过对药物配伍机制的探究,选择合适的中药渣配伍,才能在发酵过程中发挥最大的药性,增强药效,这是“发酵配伍”的物质基础,也是未来中草药渣微生物发酵技术中值得借鉴的重要理论依据。
微生物发酵中药渣虽然在畜禽养殖生产中应用广泛,但大多都集中在哺乳动物的单胃动物中,在反刍动物中较少,尤其在羊的养殖中涉及更少,一方面反刍动物瘤胃内含有大量的纤毛虫和微生物,主要对纤维素进行消化,发酵的菌种和中草药渣可能会对瘤胃内原有的微生物造成一定的影响,另一方面相比于猪、鸡等动物,人们对羊肉的需求量相对没有那么大,但随着羊肉产品市场的发展壮大,未来必将会成为养殖业的热点,如何获取健康、低价的无抗饲料和探究羊的肌肉生长发育机制同等重要。
参考文献
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基金:安徽省肉羊良种联合攻关(340000211260001000431);奶山羊良种快扩繁及产业化关键技术集成示范(SXHZ202001);阜阳师范大学科学研究项目(2023KYQD0013);安徽省高校自然科学重点项目(2022AH051345)