随着我国畜牧业快速发展，以豆粕为主的优质饲料资源短缺的问题日益凸显。因此，合理开发利用非常规蛋白饲料，提高现有资源利用率是解决蛋白饲料资源短缺，提高养殖经济效益的有效途径。棉粕是棉籽加工提油过程中生成的主要副产品，经脱壳处理的棉粕含有40%~50%的粗蛋白，是一种优质的蛋白质来源[1]。但棉粕中含有的棉酚、单宁、植酸、环丙烯脂肪酸等抗营养因子及不适宜的氨基酸组成比例降低了动物对其利用率，限制了棉粕在饲料中的应用[2-4]。反刍动物瘤胃系统对棉酚具有一定的耐受性，但棉酚摄入量过多会超过瘤胃的降解能力，对动物的生长、繁殖和消化产生不利影响，甚至导致肾小球、肾小管等内脏器官的损伤[5-6]。反刍动物对棉酚的耐受性与瘤胃中棉酚和可溶蛋白结合的特性、瘤胃微生物对棉酚降解能力有关[7-8]。微生物发酵被认为是降低棉粕中游离棉酚等抗营养因子，改善棉粕营养价值最有效的方法之一[9-11]。本文综述了发酵棉粕的营养特性以及其在反刍动物生产中的应用，旨在为发酵棉粕在反刍动物生产中的进一步开发利用提供参考。1发酵棉粕的营养价值发酵棉粕是指以棉粕为主要原料，利用微生物发酵技术降低棉粕中以游离棉酚为主的多种抗营养因子含量，同时利用有益微生物的生长代谢活动产生如小肽、氨基酸、有机酸、维生素等营养物质而制成的饲料原料[12]。脱壳棉粕粗蛋白含量一般在40%~50%，与豆粕蛋白含量相当，但纤维含量相对较高，氨基酸含量低，蛋白质利用效率低。原因是棉粕纤维中细胞壁成分较高导致食糜的流通速率加快，缩短了食糜在胃肠道的停留时间，同时棉酚与可溶蛋白结合降低了蛋白利用效率[1]。棉粕进行发酵处理后，粗蛋白含量从46.5%升高至50.5%，粗纤维含量从10.2%降低至9.0%，必需氨基酸含量均出现不同程度的增加[13]。Jazi等[14]研究发现，棉粕发酵处理后干物质含量从92.62%降低至90.20%，粗纤维含量从12.58%降低至8.21%，粗蛋白含量从36.34%上升至39.22%，棉粕营养价值显著提升，与陈如水等[15]、Yusuf等[16]研究结果一致。罗远琴[17]研究发现，棉粕经发酵处理后粗蛋白含量显著升高，棉粕中的大分子蛋白被降解为小分子蛋白、游离氨基酸和棉籽肽。邱良伟[18]利用地衣芽孢杆菌和产朊假丝酵母菌固态发酵棉粕，发酵后底物中蛋白酶、淀粉酶及活菌数量显著增多。吴妍妍等[19]研究发现，嗜酸乳杆菌S5可显著提高发酵棉粕中乳酸、戊酸、柠檬酸、琥珀酸等有机酸含量。发酵棉粕中有机酸含量的增加能够抑制有害微生物的繁殖，发酵后产生的酸香味又能够增加动物采食量[20]。棉粕发酵处理后通常含有一种或多种有益菌，菌群之间相互协调，进入动物胃肠道后与病原菌竞争肠黏膜结合位点，阻止病原菌在肠道中定植与繁殖，起到维持动物肠道微生态平衡的作用[21]。有研究表明，固态发酵棉粕后的寡肽在清除自由基和脂质代谢方面具有正向调节作用[22-24]。2棉粕的主要发酵工艺微生物发酵中合理选择菌种是发酵成功的关键，目前常用的菌种为乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、黑曲霉菌等。近年来，研究最多的发酵方案是单菌发酵、混菌发酵以及菌酶协同发酵。2.1单菌发酵单菌发酵是指在发酵过程中只引入一种微生物的发酵方案。这种方式避免了不同菌株之间可能存在的拮抗作用，但对菌株增殖、生产、抗逆性、脱毒能力等要求更高。Weng等[25]在固态发酵条件下利用热带念珠菌ZAU-1对棉粕进行发酵处理，发现60 h后游离棉酚降解率高达92.29%。Zhang等[26]以棉粕为底物，分别接种6个真菌菌株选定最优棉粕发酵菌株，结果表明，单一菌株发酵处理可显著降低棉粕中棉酚的水平，提高粗蛋白和氨基酸的含量；但不同微生物对棉酚降解能力存在一定差异，其中热带念珠菌ZD-3发酵后游离棉酚降解率高达94.6%。2.2混菌发酵混菌发酵是指采用两种或多种微生物的协同作用共同完成发酵过程的一种复合发酵技术。Zhang等[27]研究发现，利用热带假丝酵母ZD-3和黑曲霉ZD-8对棉粕进行发酵处理后，游离棉酚浓度显著降低。Wang等[28]以棉粕为底物接种枯草芽孢杆菌ST-141和酵母菌N5的研究中发现，棉粕中游离棉酚含量显著降低，酸溶蛋白含量显著提高。Yusuf等[29]通过微生物接种发酵包含棉粕的全混合日粮的研究发现，接种克劳西菌和木薯链球菌的混合菌株发酵后棉酚水平显著降低，粗蛋白水平升高，中性洗涤纤维水平降低。有研究表明，混合菌株发酵对抗营养因子的降解能力和底物营养价值提高水平优于单一菌株[30-31]。原因是不同菌株能够产生不同的消化酶系，混合菌株能够产生更多种类及数量的消化酶，达到协同发酵的效果。2.3菌酶协同发酵菌酶协同发酵是指在发酵饲料的制备过程中同时添加益生菌和酶制剂，通过益生菌与酶制剂的协同作用，最大化地降解饲料原料中的大分子物质，同时在发酵过程中产生了有机酸及大量代谢产物。Sun等[32]以棉粕为底物，分别接种枯草芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌+木瓜蛋白酶发酵处理48 h后发现，2组多肽组分均显著增加，但接种枯草芽孢杆菌+木瓜蛋白酶组可溶性蛋白含量更高，发酵处理后所产生多肽抗氧化性更强、氨基酸组成更加平衡。张昆[33]以棉粕和菜籽粕为底物接入枯草芽孢杆菌、啤酒酵母、乳酸杆菌混合菌液发酵处理，在此基础上添加适量纤维素酶150 U/g和蛋白酶200 U/g，菌酶协同发酵后底物蛋白质、氨基酸、小肽含量显著增加，中性洗涤纤维、粗纤维含量显著降低，游离棉酚降解率达到73.75%。研究表明，微生物发酵棉粕的最佳发酵温度在30~35 ℃，多数在30 ℃左右；最佳发酵水分含量在45%~55%；最佳发酵时间在48~60 h。微生物发酵大大降低了棉粕中游离棉酚的水平可能是由于游离棉酚与微生物所产生的蛋白质相结合形成结合棉酚或由微生物所分泌的消化酶降解棉酚引起的。而棉粕底物中小肽和氨基酸含量的增加是主要反映了微生物菌群的生长，菌群生长产生蛋白酶，将大分子的蛋白质降解为小分子的多肽和氨基酸，同时微生物可以将底物中非蛋白类含氮物质转化为菌体蛋白，进一步生成小肽和氨基酸。微生物可以利用并且分解纤维素、半纤维素和木质素，将其转化为寡糖，使粗纤维含量降低[34]。综合比较，通过多菌种混合发酵同时添加适量酶制剂对棉粕的发酵效果更好，可利用养分含量和营养物质消化率更高。3发酵棉粕在反刍动物生产中的应用将棉粕经过微生物发酵处理后可有效降低饲料中的抗营养因子，提高饲料的营养水平和利用效率，改善饲料适口性[25]。棉粕经微生物发酵处理后，会产生小肽、寡糖、多种消化酶和一些生长因子，与瘤胃微生物菌群协同促进瘤胃发酵和微生物活动，提高微生物蛋白的产量，进而达到提高反刍动物生产性能的作用[35-36]。3.1发酵棉粕在肉牛生产中的应用曾钰[37]以不同比例的发酵杂粕（棉粕含量50%）替代豆粕饲喂肉牛的研究表明，日粮中发酵杂粕替代比例为75%（即发酵棉粕用量2.8%）时，肉牛平均日增重和日采食量显著高于对照组；日粮中粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的表观消化率显著提高；血清尿素氮和瘤胃氨态氮的含量均显著降低。血清尿素氮是蛋白质和氨基酸代谢的终产物，反映动物机体含氮物质的代谢和蛋白质的利用效率。尿素氮含量越低，机体蛋白质的利用效率越高[38]。但氨态氮是合成微生物蛋白的前体物质，反映瘤胃微生物分解含氮物质产生氨气的速度及其对氨气的利用情况。氨态氮浓度降低表明氨气的释放速度与瘤胃微生物利用氨合成微生物蛋白的速度匹配，瘤胃中的氨气存留较低，降低了血液中氨的浓度，间接降低了血清尿素氮含量[39]。张国民等[40]研究发现，与豆粕组相比，以发酵棉粕为唯一蛋白源饲喂犊牛的平均日增重无显著差异，但饲料成本降低了36.84%，减少了粪尿中有害气体的排出。梁敏[41]研究发现，日粮中添加6%的发酵棉粕等量替代普通棉粕可显著提高安格斯肉牛的平均日增重和平均日采食量，料重比降低16.58%；提高安格斯肉牛日粮中粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的表观消化率；提高了安格斯肉牛血清中总蛋白、葡萄糖的含量；降低了安格斯肉牛大肠杆菌数量，显著提高乳酸菌含量。血清中的蛋白质是机体蛋白质的主要来源，是血液中脂肪酸的携带者。脂肪酸是建造脂质的主要组成成分和能量来源，表明饲喂发酵棉粕能够提高机体的能量供应。反刍动物肠道内存在大量微生物，且粪便微生物区系与肠道微生物区系高度相关。乳酸菌作为一种有益菌能够调节肠道正常菌群，抑制肠道内腐败菌生长繁殖和腐败产物的产生，增强机体免疫力[42]。余淼等[43]研究发现，在饲料中添加乳酸菌、酵母菌，肉牛血清免疫蛋白含量显著提高，血清丙二醛含量以及谷草转氨酶、谷丙转氨酶的活性显著降低，总抗氧化能力和超氧化物歧化酶活性极显著增强。研究表明，饲喂一定量发酵棉粕可以提高肉牛机体免疫力，降低氧化应激水平。3.2发酵棉粕在奶牛生产中的应用Sun等[44]在荷斯坦奶牛日粮中分别添加0.5%和1.0%发酵杂粕（豆粕、棉粕、菜粕）显著提高了乳产量、乳蛋白含量、乳脂含量和乳干物质百分比。郭春华等[45]研究发现，与对照组相比，利用微生物发酵杂粕（豆粕、棉粕、菜粕）饲喂泌乳中后期奶牛的日奶产量提高1.08 kg/头。梅宁安等[46]研究发现，荷斯坦奶牛精料补充料中添加30%微生物发酵蛋白饲料（棉粕占比25%），试验期产奶量提高43.51%，料奶比降低9.2%，显著提高了奶牛的养殖效益。3.3发酵棉粕在羊生产中的应用胡鹏飞等[47]研究发现，使用13%的发酵棉粕+0.1%赖氨酸替代精料中10%的豆粕，可显著提高试验期羔羊日增重，显著降低料重比。Yusuf等[48]研究发现，以富含棉粕的全混合日粮为底物进行微生物发酵处理后饲喂湖羊，湖羊瘤胃中总挥发性脂肪酸和肌肉不饱和脂肪酸含量显著提高，未对湖羊的生长造成不良影响。Chen等[49]研究表明，饲喂发酵棉粕显著提高了断奶羔羊血清超氧化物歧化酶活性，降低血清丙二醛含量。因此，以发酵棉粕作为蛋白质饲料饲喂反刍动物能够提高饲料转化效率，改善动物肠道健康，增强机体免疫力，降低饲料成本，提高了肠道有益菌数量，降低氧化应激损伤，改善动物健康水平。4结论利用微生物对棉粕进行发酵处理可明显改善其养分消化率及营养价值，有效降解抗营养因子，改善饲料的适口性。发酵饲料中的大量益生菌及代谢产物有助于维持微生物菌群平衡，促进瘤胃代谢，从而改善反刍动物的生产性能。饲喂发酵棉粕可减少氨气、硫化氢等有害气体的产生，从而有效降低畜禽感染呼吸道疾病的风险。利用发酵棉粕部分替代豆粕可改善动物的生长性能，提高机体免疫力和抗氧化功能。但微生物发酵只是对抗营养因子棉酚的部分降解，少量饲喂对动物机体健康并无影响，但在肉质和乳品中残留问题仍需进一步研究。因此，需要控制发酵棉粕的饲喂量，避免对饲喂动物产生不利影响。