一种菌酶协同发酵艾草饲料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种菌酶协同发酵艾草饲料及其制备方法和应用 (Wormwood feed fermented by cooperation of bacterial enzymes and preparation method and application thereof ) 是由 马瑞雪 朱平华 张建明 朱崇淼 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明中草药资源生物饲料化利用技术领域,具体公开了一种菌酶协同发酵艾草饲料及其制备方法和应用,发酵基料以全株艾草粉为主料,玉米粉为辅料,接种混合菌种发酵培养液并添加纤维素酶进行发酵酶解,利用发酵工艺和酶技术协同作用制得菌酶协同发酵艾草饲料。其中,发酵菌种包括植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母。本发明的菌酶协同发酵艾草饲料纤维物质含量显著降低,蛋白质含量升高,生物活性物质挥发油、总黄酮、鞣质等含量明显提高,气味和适口性显著改善,应用于蛋鸡养殖,可提高生产性能,增强机体免疫力,改善蛋产品品质,提高养殖经济效益。(The invention belongs to the technical field of biological feed utilization of Chinese herbal medicine resources, and particularly discloses a bacterium-enzyme synergistic fermented wormwood feed and a preparation method and application thereof. Wherein the fermentation strain comprises Lactobacillus plantarum, enterococcus faecalis and Candida utilis. The mugwort feed fermented by the bacterial enzymes in a synergistic manner has the advantages of obviously reducing the content of fiber substances, increasing the content of protein, obviously improving the contents of volatile oil, total flavone, tannin and the like of bioactive substances, obviously improving the smell and palatability, being applied to the breeding of laying hens, improving the production performance, enhancing the immunity of the organism, improving the quality of egg products and improving the economic benefit of the breeding.)
技术领域
本发明涉及中草药资源生物饲料化利用技术领域，特别是涉及一种菌酶协同发酵艾草饲料及其制备方法和应用。
背景技术
我国畜牧业常年面临的突出问题仍是饲料资源尤其优质饲料原料严重短缺，同时，畜禽产品安全、养殖环境污染也是迫切需要解决的重要问题。我国于2020年7月1日起全面禁止生产含有促生长类药物饲料添加剂(中药类除外)的商品饲料，鼓励企业和研发机构加快生物饲料类抗生素替代产品的开发，推动全行业抗生素替代，确保畜禽产品质量安全。
生物饲料包括发酵饲料、酶解饲料、菌酶协同发酵饲料和生物饲料添加剂等，其中，菌酶协同发酵饲料是使用农业农村部《饲料原料目录》和《饲料添加剂品种目录(2013)》等国家相关法规允许使用的饲料原料、酶制剂和微生物，通过发酵工程和酶工程技术协同作用生产、含有微生物或其代谢产物的单一饲料和混合饲料。生物饲料作为一类最具潜力解决或缓解饲料资源短缺、畜禽产品安全及养殖环境污染问题的新兴安全、绿色替抗型饲料，正逐渐被全行业认可。菌酶协同发酵饲料在生产过程中利用微生物发酵和酶制剂酶解“1+1＞2”的协同效应，在畜牧养殖中广泛应用。
菊科植物艾草(Artemisia argyi Lévl.et Vant.)，是我国一类重要的临床使用中药材，其中含有丰富的碳水化合物、蛋白质、必需氨基酸、矿物质及维生素，并富含挥发油类、黄酮类、鞣质类、苯丙素类、萜类等多种生物活性物质，全草入药具有抑菌、抗病毒、抗氧化、抗癌、抗炎等药理保健功能。我国艾草资源产量高，种植分布广，据中国产业信息网公布数据显示，2020年我国新鲜艾草产量为19.2万吨，干艾草产量为11.5万吨，除极干旱与高寒地区外，几乎遍及中国。但多项研究报道，艾草直接应用于动物饲粮中的效果较差，原因可能是畜禽不能有效吸收其营养成分和生物活性物质，因而，无法充分利用艾草的营养和保健价值。
利用菌酶协同发酵技术开发艾草资源为高价值的特色生物饲料，可以提高艾草饲用价值，增强艾草生物活性，应用于动物生产可提高动物生产性能，改善肠道微生态，增强动物机体免疫力，对于广辟饲料原料来源，提升原料利用水平，缓解饲料资源匮乏，保障畜禽产品质量安全，替代抗生素具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种菌酶协同发酵艾草饲料及其制备方法和应用，该生物饲料是利用具有协同效应的发酵技术和酶技术固态发酵酶解艾草制得，饲用价值高，生物活性物质丰富，应用于家禽养殖，具有丰富饲料原料来源，改善动物生产性能，替代抗生素的效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种菌酶协同发酵艾草饲料的制备方法，包括以下步骤：
(1)发酵基料制备：取艾草粉与玉米粉混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料；
(2)接种发酵：将步骤(1)中制备的发酵基料与混菌发酵培养液、纤维素酶混匀，调节含水量得发酵混料，随后进行发酵，发酵后烘干得到菌酶协同发酵艾草饲料。
作为本发明的进一步优化，步骤(1)中所述艾草粉制备方法为全株艾草，粉碎过60目筛。
作为本发明的进一步优化，步骤(1)中所述发酵基料按重量份数计包含艾草粉90份，玉米粉10份。
作为本发明的进一步优化，步骤(2)中所述混菌发酵培养液包括植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母，制备方法如下：
取植物乳杆菌接种于液态培养基中至OD600值为2.5获得植物乳杆菌发酵液，取粪肠球菌接种于液态培养基中至OD600值为2.2获得粪肠球菌发酵液，取产朊假丝酵母接种于液态培养基中至OD600值为1.8获得产朊假丝酵母发酵液；将制备的植物乳杆菌发酵液、粪肠球菌发酵液、产朊假丝酵母发酵液按体积比2:2:1混合得混菌发酵培养液。
作为本发明的进一步优化，步骤(2)中所述纤维素酶的酶活为5×104U/g。
作为本发明的进一步优化，步骤(2)中所述发酵基料、所述发酵菌剂和所述纤维素酶按重量比100∶(1-3)∶(0.2-1)混匀获得所述发酵混料。
作为本发明的进一步优化，步骤(2)中所述发酵基料、所述混菌发酵培养液和所述纤维素酶按重量比100∶2∶1混匀获得所述发酵混料。
作为本发明的进一步优化，步骤(2)中所述含水量为40％，所述发酵为温度35-37℃发酵4d，所述烘干为55℃低温干燥至含水量10％。
本发明还提供所述制备方法制备获得的菌酶协同发酵艾草饲料。
本发明还提供所述的菌酶协同发酵艾草饲料在家禽养殖中的应用。
本发明公开了以下技术效果：
本发明以全株艾草粉为主料，玉米粉为辅料，接种混合菌种发酵培养液并添加纤维素酶进行发酵酶解，利用发酵工艺和酶技术协同作用制得菌酶协同发酵艾草饲料，提高了艾草的饲用价值，实现了中草药资源生物饲料化利用，对于缓解饲料资源短缺现状，保障畜禽产品安全，解决饲料“替抗”问题，缓解畜禽养殖环境污染具有积极作用，具体来说：
(1)本发明针对艾草的营养特性和药理活性，优选功能性益生菌科学配伍组合，同时添加纤维素酶协同增效进行艾草发酵，发酵产物较发酵前纤维含量显著降低，粗蛋白含量升高，挥发油、总黄酮和鞣质含量明显提高，营养水平得到明显提高，同时，艾草的气味性和适口性也得到显著改善，菌酶协同发酵艾草后可促进动物采食和消化吸收，提高利用率。
(2)本发明的通过菌酶协同发酵艾草制备的富含生物活性物质和有益代谢产物的生物艾草饲料应用于家禽养殖不仅可满足动物的部分营养需要，更主要可充分发挥其药学功效和保健功效，可调节动物肠道菌群，增强机体抗氧化性和免疫功能，提高动物生产性能，降低生产成本，提高养殖经济效益。具体来说，应用于蛋鸡生产可提高产蛋性能，改善蛋品质，提高蛋鸡抗氧化能力。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
(1)发酵基料的制备：选取全株艾草，粉碎至60目得艾草粉，按重量份艾草粉90份、玉米10份，混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料。
(2)混菌发酵培养液的生产：分别液态发酵培养植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母至OD600值达2.5、2.2、1.8后，将以上3种单菌培养液按体积比2:2:1混合，得到混菌发酵培养液。
(3)基料的接种发酵：将发酵基料、混菌发酵培养液、酶活为5×104U/g的纤维素酶按照重量比100∶2∶1混匀得发酵混料，调整发酵混料含水量40％，控制在温度35-37℃发酵4d，发酵完成后55℃低温烘干发酵产物至含水量10％即得菌酶协同发酵艾草饲料。
实施例2
(1)发酵基料的制备：选取全株艾草，粉碎至60目得艾草粉，按重量份艾草粉90份、玉米10份，混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料。
(2)混菌发酵培养液的生产：分别液态发酵培养植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母至OD600值达2.5、2.2、1.8后，将以上3种单菌培养液按体积比2:2:1混合，得到混菌发酵培养液。
(3)基料的接种发酵：将发酵基料、混菌发酵培养液、酶活为5×104U/g的纤维素酶按照重量比100∶1∶0.2混匀得发酵混料，调整发酵混料含水量40％，控制在温度35-37℃发酵3d，发酵完成后55℃低温烘干发酵产物至含水量10％即得菌酶协同发酵艾草饲料。
实施例3
(1)发酵基料的制备：选取全株艾草，粉碎至60目得艾草粉，按重量份艾草粉90份、玉米10份，混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料。
(2)混菌发酵培养液的生产：分别液态发酵培养植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母至OD600值达2.5、2.2、1.8后，将以上3种单菌培养液按体积比2:2:1混合，得到混菌发酵培养液。
(3)基料的接种发酵：将发酵基料、混菌发酵培养液、酶活为5×104U/g的纤维素酶按照重量比100∶1∶0.5混匀得发酵混料，调整发酵混料含水量45％，控制在温度35-37℃发酵4d，发酵完成后55℃低温烘干发酵产物至含水量10％即得菌酶协同发酵艾草饲料。
实施例4
(1)发酵基料的制备：选取全株艾草，粉碎至60目得艾草粉，按重量份艾草粉90份、玉米10份，混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料。
(2)混菌发酵培养液的生产：分别液态发酵培养植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母至OD600值达2.5、2.2、1.8后，将以上3种单菌培养液按体积比2:2:1混合，得到混菌发酵培养液。
(3)基料的接种发酵：将发酵基料、混菌发酵培养液、酶活为5×104U/g的纤维素酶按照重量比100∶1∶1混匀得发酵混料，调整发酵混料含水量50％，控制在温度35-37℃发酵5d，发酵完成后55℃低温烘干发酵产物至含水量10％即得菌酶协同发酵艾草饲料。
实施例5
(1)发酵基料的制备：选取全株艾草，粉碎至60目得艾草粉，按重量份艾草粉90份、玉米10份，混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料。
(2)混菌发酵培养液的生产：分别液态发酵培养植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母至OD600值达2.5、2.2、1.8后，将以上3种单菌培养液按体积比2:2:1混合，得到混菌发酵培养液。
(3)基料的接种发酵：将发酵基料、混菌发酵培养液、酶活为5×104U/g的纤维素酶按照重量比100∶2∶0.2混匀得发酵混料，调整发酵混料含水量45％，控制在温度35-37℃发酵5d，发酵完成后55℃低温烘干发酵产物至含水量10％即得菌酶协同发酵艾草饲料。
实施例6
(1)发酵基料的制备：选取全株艾草，粉碎至60目得艾草粉，按重量份艾草粉90份、玉米10份，混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料。
(2)混菌发酵培养液的生产：分别液态发酵培养植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母至OD600值达2.5、2.2、1.8后，将以上3种单菌培养液按体积比2:2:1混合，得到混菌发酵培养液。
(3)基料的接种发酵：将发酵基料、混菌发酵培养液、酶活为5×104U/g的纤维素酶按照重量比100∶2∶0.5混匀得发酵混料，调整发酵混料含水量50％，控制在温度35-37℃发酵3d，发酵完成后55℃低温烘干发酵产物至含水量10％即得菌酶协同发酵艾草饲料。
实施例7
(1)发酵基料的制备：选取全株艾草，粉碎至60目得艾草粉，按重量份艾草粉90份、玉米10份，混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料。
(2)混菌发酵培养液的生产：分别液态发酵培养植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母至OD600值达2.5、2.2、1.8后，将以上3种单菌培养液按体积比2:2:1混合，得到混菌发酵培养液。
(3)基料的接种发酵：将发酵基料、混菌发酵培养液、酶活为5×104U/g的纤维素酶按照重量比100∶3∶0.2混匀得发酵混料，调整发酵混料含水量50％，控制在温度35-37℃发酵4d，发酵完成后55℃低温烘干发酵产物至含水量10％即得菌酶协同发酵艾草饲料。
实施例8
(1)发酵基料的制备：选取全株艾草，粉碎至60目得艾草粉，按重量份艾草粉90份、玉米10份，混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料。
(2)混菌发酵培养液的生产：分别液态发酵培养植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母至OD600值达2.5、2.2、1.8后，将以上3种单菌培养液按体积比2:2:1混合，得到混菌发酵培养液。
(3)基料的接种发酵：将发酵基料、混菌发酵培养液、酶活为5×104U/g的纤维素酶按照重量比100∶3∶0.5混匀得发酵混料，调整发酵混料含水量40％，控制在温度35-37℃发酵5d，发酵完成后55℃低温烘干发酵产物至含水量10％即得菌酶协同发酵艾草饲料。
实施例9
(1)发酵基料的制备：选取全株艾草，粉碎至60目得艾草粉，按重量份艾草粉90份、玉米10份，混匀后高压蒸汽灭菌获得发酵基料。
(2)混菌发酵培养液的生产：分别液态发酵培养植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母至OD600值达2.5、2.2、1.8后，将以上3种单菌培养液按体积比2:2:1混合，得到混菌发酵培养液。
(3)基料的接种发酵：将发酵基料、混菌发酵培养液、酶活为5×104U/g的纤维素酶按照重量比100∶3∶1混匀得发酵混料，调整发酵混料含水量45％，控制在温度35-37℃发酵3d，发酵完成后55℃低温烘干发酵产物至含水量10％即得菌酶协同发酵艾草饲料。
实施例10
检测实施例1-9制备的菌酶协同发酵艾草饲料的pH值、活菌数、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗蛋白(CP)、挥发油、总黄酮和鞣质含量，结果见表1。
表1
利用逼近理想解排序法(Technique for order preference by similarity toideal solution,TOPSIS)对表1中实验例1-9制备的菌酶协同发酵艾草饲料的检测指标进行多指标综合评价，根据各指标对发酵酶解品质影响程度，对pH值、活菌数、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗蛋白(CP)、挥发油、总黄酮、鞣质含量分别给予权重-1、1、1、-1、-1、-1、1、1，进行加权求和，如表2所示，得到实验例1综合评分最高为0.874，表明在此条件下，8项评价指标综合水平达到最高，即最优发酵酶解工艺参数为：发酵基料、混菌发酵培养液、纤维素酶混合重量比为100∶2∶1、发酵混料含水量40％、发酵时间4d。
表2
实施例11
检测实施例1中发酵基料的pH值、活菌数、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗蛋白(CP)、挥发油、总黄酮和鞣质含量，与实施例1制备的菌酶协同发酵艾草饲料进行对比，结果见表3。
表3
通过表3可以看出，实施例1生产的菌酶协同发酵艾草饲料，通过植物乳杆菌、粪肠球菌和产朊假丝酵母协同纤维素酶发酵酶解，明显改善了发酵基料的营养组成，pH值和纤维物质含量显著降低，粗蛋白含量提高。同时，实施例1制备的菌酶协同发酵艾草饲料与发酵前基料相比，挥发油含量、总黄酮含量和鞣质含量得到明显提高。
实施例12
本发明的菌酶协同发酵艾草饲料在蛋鸡养殖中的应用
(1)试验方法：选取健康且产蛋性能相近的41周龄海兰褐蛋鸡192只，随机分为对照组和试验组，每组6个重复，每个重复16只鸡。对照组饲喂常规基础日粮；试验组饲喂用实施例1的菌酶协同发酵艾草饲料与常规基础日粮按重量比1∶9配制的实验日粮。试验期49天，包括7天预饲期，42天正饲期，采取三层阶梯式笼养，每天饲喂两次，自由采食和饮水，产蛋期恒定光照16h。
(2)检测对照组与实验组蛋鸡产蛋的平均蛋重、产蛋率、平均日采食量和料蛋比，结果见表4。
表4
检测对照组与实验组蛋鸡产蛋的蛋壳强度、蛋壳厚度、蛋黄颜色、蛋白高度和哈夫单位，结果见表5。
表5
检测对照组与实验组蛋鸡的血清总抗氧化能力(T-AOC)、丙二醛含量(MDA)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)，结果见表6。
表6
由表4-6可见，与对照组相比，试验组添加菌酶协同发酵艾草饲料可显著提高蛋鸡的产蛋率并显著降低料蛋比(P<0.05)，可显著提高鸡蛋的蛋白高度和哈夫单位(P<0.05)，同时，可显著提高蛋鸡血清谷胱甘肽过氧化物酶活性(GSH-Px)并降低丙二醛含量(MDA)(P<0.05)，对其他生产性能指标、蛋品质指标和血清抗氧化指标无显著影响(P＞0.05)。以上结果表明本发明的菌酶协同发酵艾草饲料应用于蛋鸡养殖可提高蛋鸡生产性能，改善鸡蛋品质，提高蛋鸡抗氧化能力。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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