蛋白饲料的困境
畜牧业高速发展产生新问题
年7月1日，习近平总书记在庆祝中国共产*成立周年大会上庄严宣告我国全面建成小康社会。小康社会标准于年由我国12个部委联合制定，并由国务院正式提出，共有16条标准，其中一条标准要求人日均蛋白摄入量达到75g(约合g猪肉蛋白质当量)，也正是这个标准才促成了我国畜牧业30年的飞速发展。目前畜牧业已经成为我国的支柱产业之一，关乎国计民生，动物产品价格的波动会直接影响我国CPI。
在人民生活质量高速发展的过程中，逐渐形成了不但要吃得饱、更要吃得好的诉求，因此催生出消费升级、绿色养殖、无抗饲养等新概念。与此同时，非洲猪瘟从年进入我国后，对我国的生猪养殖业产生了深远的影响。因此，为应对整个行业的重大挑战，只有不断创新才能推动行业持续发展。
NRC推荐的玉米-豆粕日粮基础在我国“水土不服”
豆粕能在全世界得到广泛应用，主要由于美国NRC营养标准中将豆粕与玉米共同构成现代饲料配方中最主要的成分。中国尽管是大豆的原产国，但由于人口庞大、人均耕地面积小、种源条件限制等多方面原因，导致我国大豆的种植成本和产量与美洲国家相差明显。
目前，我国大豆的种植成本是美国的1.35倍，是巴西的1.54倍，单产仅为美国的1/2略多，而总产量更是不及美国的1/6、巴西的1/7。产能与需求强烈的不平衡导致我国在年进口大豆达到万t，在年甚至突破了1亿t。
大豆进口依存度高
我国于年开始从国外进口大豆，并在25年内将进口量扩大到年的1亿t。即使我国大豆的产量在近10年有了50%的增长，但面对畜牧业的强大需求仍然是杯水车薪。我国大豆进口迅猛增长的25年正是我国现代饲料工业和养殖业发展的黄金阶段，许多优秀的饲料企业在这些年完成了高速成长和迅速扩张，而与此同时我国大豆的进口依存度已经连续9年超过80%。
中美贸易摩擦
在3年多中美贸易摩擦的激烈交锋中，大豆成为我国博弈中的一张王牌，但是中国对进口大豆的深度依赖造成对进口大豆的限制政策无法长期持续。，只有中国人自己掌握豆粕的减量替代技术，彻底摆脱对进口大豆的依赖，才能对美国的贸易保护主义产生真正意义上的威慑作用。因此，饲用蛋白原料的稳定供给，特别是在特定条件下的自给自足，不仅是畜牧业持续发展的保障，也对我国农业发展和粮食安全有着深远的影响。
非豆粕蛋白饲料的利用现状
我国的非豆粕蛋白资源
豆粕的潜在替代产品分为两大类，分别是杂粕类和新型蛋白类。杂粕类是与大豆类似的油料作物籽实在榨油之后的副产品，包括菜籽粕、棉籽粕、花生粕、葵花粕、棕榈仁粕、芝麻粕、亚麻粕，以及椰子粕等其他杂粕。据统计，这些杂粕类蛋白饲料原料我国年产万t以上，所提供的粗蛋白大约相当于进口大豆的40%。新型蛋白类产品目前因成本等限制因素而未被广泛使用，这类蛋白的共同特点是产量和规模都很小，但蛋白品质明显高于豆粕，因此未来新型蛋白类产品将有广阔的市场前景。
杂粕类饲料应用现状
杂粕类作为豆粕最直接的替代物未被大规模使用的重要原因之一是其本身存在诸多难以解决的问题，首先是抗营养因子，比如菜籽粕中的硫苷和芥酸，棉籽粕的棉酚，花生粕中极易超标的黄曲霉毒素，芝麻粕中的植酸和草酸等，这些抗营养因子都是植物历经数亿年进化获得的保护种子不被其他动物食用的关键，但在当前条件下却成为影响其物种进一步大范围扩张的限制条件。此外，如菜粕、棉粕等主要的杂粕类产品，其限制性氨基酸的占比及消化率也明显低于豆粕，因此也会进一步限制杂粕类产品的应用，并提高饲料整体的配制成本。
非豆粕蛋白饲料应用的局限性
我国幅员辽阔、地大物博，可利用的杂粕种类很多，每种杂粕的品种也很多，不同的种植方式、种植地域、榨油方式都会导致杂粕产品的营养成分变异较大，也使得该类产品品质均一性差。杂粕中毒素、抗营养因子水平高，纤维含量高，氨基酸组成不平衡，消化率低。此外，我国还有许多地源性杂粕类蛋白饲料原料未被系统地评估和开发。
体外预消化技术或发酵饲料技术已经在极大程度上降低了杂粕类原料的抗营养因子水平，并显著地提高了消化率，使得这些杂粕类原料在日粮中的添加比例相比之前有了很大提升。但是该技术仍存在一定的局限性，由于所用的菌酶发酵体系中的菌和酶均不是为了解决杂粕利用问题而特地创制的，因此目前还缺乏关键的脱毒菌株和生物酶，导致目前还未达到最理想的脱毒效果。另外，菌酶协同的效果评价标准和较高的生产成本也是该项技术需要解决的问题。
此外，无论是否使用体外预消化技术，杂粕类原料始终无法为饲料企业的配方师交付具有确定性高、品质可预期的产品，使得非标准化的产品在标准化的系统中很难占有一席之地，也导致杂粕类产品在某种程度上的综合使用成本高于豆粕。
对于新型蛋白饲料原料，无论是微生物单细胞蛋白，还是昆虫蛋白，应用的局限性主要受制于成本因素。目前，微生物蛋白面临的问题主要是菌种和生产工艺，所使用的菌种蛋白表达量较低，对底物的转化率也较低，同时在生产过程中，发酵工艺也未做正确的匹配，导致整体的生产成本较高。昆虫蛋白也面临着类似的种源问题，而与微生物不同的是，发酵技术历经多年的发展已经十分成熟，而昆虫的工厂化饲养技术还仍在起步阶段，有极大的提升空间。此外，昆虫蛋白分离难度大也是生产成本居高不下的重要原因。
综合来看，新型蛋白原料大都属于高品质的蛋白原料，同时也能为饲料厂提供长期稳定的工业化标准产品，这都是新型蛋白原料相比于杂粕类产品的巨大优势。目前较高的成本并不能阻碍新型蛋白饲料的发展，随着基因工程、合成生物学等前沿技术的引入，生产成本必将大幅下降。
饲用豆粕减量替代方案
大北农对饲用豆粕减抗替代技术的方案和整体思路分为4个部分，分别是策略、目标、优化和创新。
豆粕减量替代技术的整体策略是要从最初的饲料配制就摆脱玉米豆粕配方的固有思维限制，结合中国国情和本土化原料，构建具有中国特色的配方体系；整个方案的目标不仅要开发出系统的低蛋白、低豆粕日粮配方，更要开发出与之配套的原料生产和加工技术；在优化方面，对于豆粕的替代品，一方面以现有技术为基础，不断提高预消化技术的水平，从而改善杂粕的生物利用率，并降低抗营养因子；在创新方面，要积极使用当前最前沿的基因工程与合成生物学技术，创制可以不利用耕地、工厂化稳定生产的高品质蛋白饲料原料。
构建中国特色的饲粮配方体系
配方体系，我们认为最关键的是要改变“日粮配方=玉米+豆粕+其他”的思维，而是要从动物营养和生理特点入手，明确日粮配制的要点和关键指标，并整合国内现有的饲料资源，对国内的饲料资源进行营养特性的全方位评价，针对国内资源的特点进行特定的生产配套技术的开发，最终形成具有中国地缘特色的饲料配方体系。据估算，以目前的豆粕添加水平计算，如果豆粕在饲料中的添加比例每下降1%，就可以相应减少万t的进口大豆，降低我国对进口大豆依赖的5%。
研发和推广蛋白日粮技术
低蛋白日粮技术从正式推出至今已经被无数次验证是切实可行的。研究结果表明，每降低1%的粗蛋白水平，就会减少日粮中3%的豆粕添加量。低蛋白日粮技术在环保领域的贡献也十分突出，研究表明，日粮中粗蛋白水平每降低1%，氮排泄将降低7%左右。在目前猪价下跌、生猪去产能的时期，保证养殖场各项环保指标达到要求是企业长期生存的重要保证。因此，在一定范围内降低日粮中的蛋白质水平，并补充适量的氨基酸，能够在不影响动物生产性能的条件下减少日粮蛋白质原料用量和氮排放。
随着10多年氨基酸工业每年20%的高速增长，我国已经成为全球最大的氨基酸生产国，氨基酸的稳定增长和价格的不断下探是当前全面推广低蛋白日粮技术的前提。因此，我们也可以认为，氨基酸也是豆粕的重要替代物之一。氨基酸属于高度成熟化的工业产品，主要通发酵的方式，以玉米中淀粉水解的葡萄糖为碳源，以工业合成的氨为氮源利用工程菌进行生产，这就使得发酵菌种和发酵工艺成为保障氨基酸稳定供应的核心竞争力。目前，中国已经掌握了几种大品种氨基酸的生产技术，但是随着低蛋白日粮技术的深入开展，畜牧业对缬氨酸、异亮氨酸、精氨酸等小品种氨基酸的需求逐渐扩大，但这几种氨基酸的生产核心技术仍被日韩企业垄断。自年我国企业掌握色氨酸的生产技术后，色氨酸的价格从元/kg下降到40元/kg左右，而我国无法生产的精氨酸的价格则长时间保持稳定，因此这些小品种氨基酸的生产技术突破也是豆粕减量替代中的重要组成部分。
为了积极引导和推广低蛋白日粮技术的应用，中国饲料工业协会于年10月26日发布了最新的仔猪、生长育肥猪配合饲料，以及蛋鸡、肉鸡配合饲料的团体标准，在该标准中一个重要的改动就是将猪配合饲料中的蛋白水平推荐量下调1.5个百分点，将禽的配合饲料蛋白推荐量下调1个百分点，经初步估算，这项改动可为我国每年缓解约万t的大豆进口压力，从一定程度上降低了我国对进口大豆的依存度。
提高杂粕类饲料的生产效率和生物利用率
提高杂粕类饲料的生产效率和生物利用率的相关工作已经在我国开展10余年，对发酵豆粕的研究为杂粕的预消化技术积累了大量的经验，并且充分证明了该方法切实可行。豆粕在发酵后其抗营养因子大幅降低，大豆抗营养因子(如胰蛋白酶抑制因子，脲酶、植酸等)，在微生物的发酵后均大幅降低，同时发酵后也产生了大量具有营养活性和生物活性的小肽、益生菌和代谢产物，使日粮中添加发酵豆粕不但具有营养性，还产生了一系列的功能性。发酵豆粕所取得的这些成果充分说明，进一步深化研究预消化技术极有可能解决目前使用杂粕应用中遇到的各种问题。
研究发现，使用黑曲霉发酵菜粕能明显地提高蛋白和小肽的比例，同时菜粕中含量较高的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维出现明显的降低。而更值得注意的是，在菜粕中，两个最重要的抗营养因子——硫苷和异硫氰酸酯均有50%左右的降幅，说明黑曲霉发酵能够明显地改善菜粕的饲喂价值。生长猪试验研究发现，用菜粕替代50%的豆粕会显著降低生长性能，但是饲喂发酵菜粕则不会对猪的生长性能产生不利影响，同时关于发酵棉粕的试验也说明了类似问题，说明预消化可以明显提高杂粕的饲喂价值。此外，预消化技术成熟后杂粕在配方中的价值还是需要重新认识和评定。
尽管试验结论看似解决杂粕预消化的问题，但是实验室阶段的成果与全面推广的实际生产相比仍有较大差距，所以利用预消化技术解决杂粕的利用问题仍有较大的提升空间。进一步提升预消化技术的一些方式如下。
①菌种选育，保障安全是一切的前提，安全是指菌种本身生物安全、代谢产物安全等方面，然后应针对不同的原料定向进行菌株选育，目的是选育出生长稳定、抗逆性强、代谢旺盛的菌株，最好所使用的菌株还有一定的益生作用。
②酶创制，对于杂粕预消化，我们需要针对杂粕中的关键成分，开发出精准、高效的酶制剂，并尽可能地扩大酶制剂的温度和pH耐受区间，使酶制剂在不同的生产条件下均能表现出稳定的酶活。
③酶菌组合，应将更多的注意力集中在微生物和酶制剂的协同工作上，达到菌酶的优势互补。
④原料底物预处理，发酵过程是底物与发酵剂之间反应。因此我们也应
