我国食用菌产业在种植业中位居第五,食用菌产量居世界第一[1]。2018年数据统计,我国食用菌总产量达4 000万t,总产值为2 741.78亿元,约占世界总产量的80%[2]。每生产1 kg的食用菌会产生3.25~5.00 kg的菌糠[3],每年约产生1亿t以上的废弃菌糠。菌糠中含有丰富的粗纤维、粗蛋白、多糖、粗脂肪、钙、磷等营养物质,可以作为动物饲料、生物质燃料、改良剂、作物栽培基质和肥料、其他菇类的栽培基质和生化行业中所需的酶等[4-7]。但是,废弃菌糠在实际生产中并未被农户充分利用,大部分菌糠直接被当成废弃物丢弃,造成严重的环境污染。因此,废弃菌糠的合理利用成为食用菌产业良好发展的重要环节。文章针对近年来国内外菌糠饲料资源的利用现状、微生物发酵对营养价值的改善以及菌糠在实际生产中的应用进行综述,为菌糠在畜牧养殖业生产中合理利用提供参考。1菌糠作为饲料资源的利用现状菌糠是以碎木屑、玉米芯、麦麸、麦草等农作物副产品为栽培原料进行食用菌种植,收获食用菌后剩余的废弃培养基。菌糠富含大量蛋白质、粗纤维、木质素、氨基酸、碳水化合物、维生素和微量元素等[8-9]。食用菌本身分泌出的大量与纤维降解有关的酶类可以改善菌糠中纤维质量。在多种酶的协同作用下,菌糠中栽培原料的纤维结构被改变,转化为菌体生长所需的各种糖、醛和酸等[10]。宫福臣[11]研究发现,平菇菌糠中营养物质含量会随着食用菌的生长而变化,菌糠中纤维含量有下降的趋势;在第4茬收菌后,菌糠的纤维素含量下降46.60%、半纤维素含量减少77.06%,且木质素含量降低63.62%。孙江慧[12]研究以稻草为基质的菌糠,发现食用菌自身具有降解纤维素、半纤维素以及木质素的能力,4种食用菌对纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为33.25%~45.84%、40.74%~51.47%、40.75%~51.03%。因此,菌糠在生产中的利用方式及其特殊的营养成分与种植食用菌所用原材料有紧密联系。如何合理且有效利用废弃菌糠成为当前食用菌产业急需解决的问题[13]。菌糠因特定的原料基础和特有的物理、生物、化学性质,具有较高的利用价值。当前国内常见的利用菌糠的方式有两种:直接再利用和加工再利用[14]。直接再利用包括将菌糠作为燃料燃烧和养殖垫料使用;加工再利用包括菌糠用作饲料原料、二次食用菌栽培原料、园艺培养基质、生物有机肥等。研究表明,菌糠中富含家畜生长所需的多种氨基酸和微生物活性物质,具有较高的利用价值和良好的发展潜力[15-16]。2菌糠的营养价值菌糠的营养物质比例分别为:干物质69%~92%、粗纤维2.00%~37.11%、粗蛋白5.8%~15.4%、粗脂肪0.12%~4.53%、粗灰分1.56%~35.87%、无氮浸出物33.00%~63.50%、钙0.21%~4.59%、磷0.07%~0.87%;氨基酸较为齐全,且与玉米中的氨基酸含量和总量较为接近[17]。菌糠适口性好,可以直接晾晒或烘干后作为家畜日粮的原料。但是,菌糠的缺点为菌糠中的纤维素、半纤维素和木质素的含量可被大量降解;且新鲜菌糠水分含量较高,不利于贮存。因此,对菌糠进行微生物发酵处理是最有效的加工保存方式,发酵后可以改善营养价值,抑制霉菌生长,预防病害,提高适口性并延长保存时间[18]。将菌糠发酵后制成饲料,能够充分利用废弃菌糠资源,减少环境污染,不影响禽畜的生产且降低饲养成本[19]。菌糠收菌后,仍含有大量的菌丝体,包括各种菌体蛋白、核酸、多糖、维生素和氨基酸等,且这些菌体蛋白在发酵时会大量繁殖保留于菌糠中,使其粗蛋白质含量提高约30%[20]。与普通的植物性饲料相比,菌体蛋白中氨基酸比例更均衡,更容易被家畜吸收利用[21]。周自云等[22]研究表明,经过发酵后,菌糠菌丝体中氨基酸含量比子实体高;在氨基酸总量方面,假大白菇子实体是菌丝体的0.821倍;必需氨基酸含量方面,子实体是菌丝体的0.834倍。菌糠中含有的大量菌丝体和其他特殊活性物质,对提高动物某些特殊生理机能和代谢调节功能有重要作用[23-25]。因此,菌糠可以作为家畜饲料原料来源之一,但单胃动物很难利用纤维,消化率较低,对其利用数量有限。菌糠饲料在反刍动物非常规性饲料开发利用研究中具有重要意义。3发酵饲料对营养品质的影响菌糠发酵饲料是指以菌糠为基础,添加单一或多种微生物菌种和酶制剂经过发酵后产生的发酵饲料[26]。菌糠饲料经微生物发酵后,营养品质有很大改善。李志香等[27]报道,菌糠饲料经微生物制剂发酵处理后,营养品质有所改善,粗蛋白含量提高20%以上。刘月等[28]以灵芝菌糠为底物的发酵条件,研究表明,假丝酵母菌和嗜酸乳杆菌菌液的用量比在6.8∶1、水料比为1∶1.1、菌液接种量6.8%是发酵工艺的最佳条件;发酵后的灵芝菌糠感官品质有较大改善,酒香味明显,粗蛋白质含量提高14.51%,粗纤维略有降低,提高饲料适口性。目前,被广泛用于饲料发酵的菌种有酵母菌、乳酸菌、植物乳杆菌等。使用酵母菌可以降解豆粕中的棉籽糖、水苏糖等多糖物质[29]。乳酸菌经过厌氧发酵会产生多种代谢产物,如有机酸、细菌素等。这些代谢产物能够提高饲料的营养品质[30]。枯草芽孢杆菌能够降低豆粕中的抗原蛋白含量,且效果明显[31]。添加植物乳杆菌可以提高发酵菌糠的发酵性能和耗氧稳定性[32]。利用多个菌种协同发酵在理论上能够体现出不同菌株优良的发酵特性。在实际生产中,不同菌株之间可能存在一些拮抗作用[13],如使用米曲霉和干酪乳杆菌发酵豆粕,干酪乳杆菌会影响抗原蛋白的降解效果[33]。加入酶制剂,采用菌酶协同发酵,能够提高微生物对大分子营养物质的吸收利用效果;在秸秆中加入纤维素酶进行发酵,可以水解秸秆生成的单糖,能够为酵母菌提供能量,明显提高饲料品质[34]。4菌糠的安全性在饲料的安全生产中,菌糠的生物安全性尤为重要,测定菌糠中含有的有毒、有害物质及其含量是否安全,是菌糠饲料研究的热点[13]。在现行饲料卫生标准和饲料原料目录中对菌糠均未提出明确的标准和要求。菌糠的安全性评价根据我国饲料卫生标准中“其他配合饲料”的相关标准参照执行[35-36]。国家饲料卫生标准分别为:As≤2 mg/kg、Pb≤10 mg/kg、Hg≤0.1 mg/kg、Cr≤5 mg/kg、Cd≤1 mg/kg、F≤150 mg/kg。魏涛[17]对杏鲍菇菌糠的安全性检测,发现菌糠中重金属砷含量为0.15 mg/kg,汞含量为0.024 mg/kg,镉含量为0.059 mg/kg、铅含量为1.044 mg/kg,氟含量为34.8 mg/kg;玉米赤霉烯酮含量为5.5 μg/kg,呕吐毒素含量为53.73 μg/kg,黄曲霉毒素含量为0.77 μg/kg,游离棉酚的含量为0;未检测到农药残留;霉菌含量为2.4×103 CFU/g,细菌总数含量为1.3×105 CFU/g。该研究表明,菌糠中重金属含量、各种农药残留以及有害微生物等指标均符合标准要求。5菌糠发酵饲料在畜牧业生产中的研究研究表明,日粮中添加菌糠可以增加反刍动物采食量,影响饲料消化利用效果[37]。在反刍动物饲喂试验中,使用菌糠替代精饲料和粗饲料可以降低饲养成本,且对生产性能无显著影响。程云辉等[38]研究表明,使用玉米秸秆菌糠饲料饲喂肉羊,在增重效果上,10%和20%两个添加比例与对照组无差异,30%添加比例的菌糠降低了肉羊增重。刘志芳等[39]用杏鲍菇菌糠饲喂奶牛、肉牛、肉羊,结果表明,菌糠添加比例均以不超过22%为宜,而比例过高会产生副作用,尤其是对生产性能产生不利影响。朱洪龙等[40]研究发现,奶牛日粮中的精饲料和粗饲料被菌糠替代后,对奶牛的产奶量和乳品质影响较小。李浩波等[41]研究发现,将菌糠作为肉牛日粮中的粗饲料,可以提高试验牛的日增重;而用菌糠饲料代替精料对阉牛进行饲喂,阉牛的日增重显著提高,说明菌糠饲料饲喂肉牛的增重效果较好。郭万正等[42]研究表明,可以将发酵后的杏鲍菇菌糠作为波尔山羊的粗饲料使用,且适宜使用量为12%~20%,山羊的日增重可以达0.122~0.137 kg,高于对照试验组。杨中民[43]研究菌糠颗粒饲料对绵羊的影响,结果表明,在采食量中,饲喂菌糠组的绵羊比对照组高,但饲料转化率显著降低;饲喂菌糠饲料对绵羊屠宰率、胴体重、产肉率、净肉率、眼肌面积、骨肉比等均无显著影响。郭万正等[44]研究发酵金针菇菌糠,使用其饲喂波尔山羊,结果表明,试验组中山羊血清谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)活性均比对照组低,各组的AST/ALT值相对稳定,表明发酵处理金针菇菌糠可以降低菌糠对肝的不良反应。刘启燕等[45]研究发酵金针菇菌糠对泌乳奶牛血液中生化指标的影响,结果显示,试验组的免疫类细胞浓度低于对照组,试验组血红蛋白数量和红细胞数量高于对照组,但差异不显著。因此,给泌乳奶牛饲喂发酵金针菇菌糠对其血液生理指标影响不大,可使奶牛血液中血红蛋白及红细胞数量增加,表明发酵菌糠饲料可提高泌乳奶牛的免疫功能。反刍动物的瘤胃中有复杂的微生物体系,对反刍动物营养成分消化以及维持动物机体生长具有非常重要的作用[46-48]。研究瘤胃发酵内环境参数的重要指标包括瘤胃的pH值、氨态氮以及挥发性脂肪酸等。潘军等[49]研究发现,饲喂棉籽壳菌糠可以提高山羊的瘤胃消化率,能够促进饲料的有效利用率。研究表明,饲喂不同类型的日粮可以使进入瘤胃的营养物产生差异,使瘤胃内的发酵类型不同[50]。动物年龄、品种、饲粮类型结构以及生产情况等均会对瘤胃微生物区系的多样性发酵参数的变化产生影响,其中饲粮类型结构影响最大[51]。钟港等[52]研究发酵菌糠替代白酒糟对育肥牛瘤胃微生物菌群结构和功能的影响,结果表明,对瘤胃中微生物多样性、优势菌门、属均无显著影响,但发酵菌糠其代谢通路相关基因及部分均属的相对丰度有所改变。因此,研究菌糠发酵饲料对反刍动物瘤胃微生物分解菌菌群的影响尤为重要。6展望菌糠经过适当处理作为动物饲料原料,能够降低饲料成本,提高动物抗病力,维持动物健康状况。微生物发酵可以改善菌糠饲料,提高菌糠饲料的饲用价值。实际生产过程中,发酵菌糠需要根据动物种类、品种、生长阶段、生产性能等条件不同进行调整。同时,应注意菌糠的安全性,确保菌糠无高毒、高残留的有害药物,保证菌糠的食用安全。
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