《animal》：Review: Trends in feed technology and feed additives for a sustainable and resilient livestock production
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实现可持续和具有韧性的畜牧生产依赖于饲料技术和饲料添加剂的持续创新。自动化、机器人技术、效应预测模型、机器学习、营养物质与饲料添加剂的包被、精准营养、合生素、后生元和精准生物制剂正在饲料行业中成为趋势，尽管其中许多仍处于早期发展阶段。研究人员需要更深入地了解饲
实现可持续和具有韧性的畜牧生产依赖于饲料技术和饲料添加剂的持续创新。自动化、机器人技术、效应预测模型、机器学习、营养物质与饲料添加剂的包被、精准营养、合生素、后生元和精准生物制剂正在饲料行业中成为趋势，尽管其中许多仍处于早期发展阶段。研究人员需要更深入地了解饲料的营养成分如何影响宿主复杂的代谢相互作用、消化率和生产性能。这些见解将允许制定更精确的饲料配方，提高饲料效率和动物健康与福利，同时减少畜牧生产的排放和环境影响。本综述汇编了饲料技术和饲料添加剂方面的趋势和未来展望，这些趋势和前景将有助于建立更具可持续性和韧性的畜牧生产系统。此外，本综述的目的是识别这两个领域的研究空白，以加速引入有前景的创新技术。饲料配方需要考虑饲料成分对动物福利、健康和环境影响。本综述总结了饲料技术、精准营养、饲料配方和饲料添加剂的趋势和知识空白。它强调了预测模型、改进的成分表征和针对微生物组的添加剂如何支持精准营养。这些工具可以帮助营养师设计适合动物在任何年龄、生理阶段和环境条件下的营养需求的饮食，同时减少抗生素的使用。揭示饲料添加剂短期和长期的作用机制，对于理解它们如何帮助提高饲料转化率至关重要。
引言
van der Poel等将饲料技术定义为一个涉及原料加工和动物饲料制造的过程，它是动物生产系统的组成部分，旨在提供高质量和营养的食物。饲料技术的目标是将低质量原料转化为高价值饲料成分，并提高配合饲料的养分利用率。用于生产动物饲料的传统饲料技术主要涉及粉碎或研磨过程，随后进行制粒、挤压或膨化等热处理。这些技术足以处理当前的饲料原料，但是否足以处理即将出现的新侧流或昆虫、藻类、发酵原料及发酵侧流等新型饲料原料尚不明确。欧盟委员会将饲料添加剂定义为用于动物营养以改善饲料质量、动物源性食品质量，或通过提高原料消化率来改善动物性能和健康的产品。酶制剂主要用于使营养物质被动物利用，而益生元、益生菌或有机酸等添加剂则因对肠道健康的积极影响而被使用。将底物与酶相匹配对于酶的活性和功效至关重要。尽管实验结果令人乐观，但在商业化农场条件下，由于饮食成分、卫生状况、环境条件和管理因素的影响，酶效通常较低或变异性较大。为了实现可持续和具有韧性的畜牧业，研究人员和利益相关者提出了各种方法，其中开发饲料添加剂、创新饲料技术以及将侧流和副产物在饲料中资源化利用是未来发展的关键。
未来的饲料技术
配合饲料是为满足特定营养需求而设计的谷物、蛋白质、维生素和矿物质等原料的均衡混合物。饲料加工旨在实现原料的均匀混合，降低抗营养因子（ANF）水平，通过降低微生物负荷提高饲料安全性，改善养分消化率，并平衡饲料效率与动物健康。传统的饲料技术包括粉碎、制粒、挤压或膨化，未来需要评估这些技术是否适合处理新型原料。
自动化、数据分析与建模
为了实现可持续性，降低饲料成本至关重要。自动化、过程控制技术和实时数据收集对于提高生产效率、降低成本和劳动力需求必不可少。目前，自动化过程控制系统已覆盖原料接收、颗粒尺寸表征、配料、混合、制粒等环节。机器学习和人工智能将在分析海量数据以优化饲料生产方面发挥关键作用，例如预测制粒质量或优化脂肪添加量。建立整合能源、水资源使用和废弃物管理数据的综合管理系统，有助于精准控制生产过程并实现上下游的有效衔接。
在线近红外光谱技术
评估大批量原料的化学成分仍具挑战性，传统分析耗时较长。近红外（NIR）技术作为快速准确的扫描方法正迅速发展，可实时监测水分或蛋白质含量。在线NIR技术有望实现饲料营养成分的实时监测，从而实时调整饲料配方以纠正营养失衡。然而，当前饲料厂的设计不易直接实施该技术，需要高成本的改造。此外，饲料加工会改变蛋白质、淀粉或纤维的三维结构，进而影响饲料效率，NIR技术也已演进至能够检测这些结构变化。
饲料原料的加工
随着对加工影响理解加深，处理新型原料可能需要不同于传统的方法。例如，使用脉冲电场（PEF）或珠磨技术破坏微藻细胞壁，显著提高了其营养物质的释放效率并降低了盐分。此外，发酵和青贮技术被广泛用于降低ANF水平、提高饲料安全性及增加养分利用率，如通过青贮将蚕豆和小麦混合以降低蚕豆中的抗营养因子。白腐真菌等生物过程可用于降解富含木质素的稻草或油棕叶，提高纤维消化率。然而，这些技术在商业化扩大规模时仍面临高能耗、维持稳定条件的挑战。同时，微胶囊化技术和涂层技术被开发用于保护营养物质或添加剂，使其耐受加工条件和胃部环境，实现靶向释放。纳米胶囊和pH响应型给药系统也在研究中，以提高生物利用度。
精准营养
动物营养正向精准饲喂转变。成功实施精准营养需要准确评估原料营养价值和精确确定营养需求。在群体饲养中实施个体精准营养存在挑战，但通过电子识别系统为每只动物提供个性化日粮在实验条件下已被证明可行。作为替代方案，动态饮食混合和自助餐式饲喂允许根据动物的营养偏好和需求调整摄入比例，但这些方法对饲料制造和农场物流提出了更高要求。结合计算机视觉等传感器技术实时监测动物性能，有助于建立预测模型支持及时的营养调整。
有前景的未来饲料添加剂
饲料添加剂的使用已从单纯提高营养利用率转向兼顾动物福利、减少环境影响和改善健康。生物活性添加剂如植物源添加剂、益生菌、益生元等在调控肠道微生物群、增强免疫和氧化反应方面发挥重要作用。
植物源添加剂
植物源添加剂包括精油、多酚等，具有抗菌、调节肠道微生物和改善绒毛形态等作用。然而，其功效因植物来源、浓度和动物状态而异。在反刍动物中，它们可通过抑制产甲烷菌来减少甲烷排放，但仍需更多研究以明确其生化机制。
有机酸
有机酸用于降低肠道pH值并抑制病原菌。研究表明，在禽和猪饲料中使用有机酸混合物或保护形式，能改善肠道完整性并减少抗生素使用。其功效取决于酸的类型、添加水平和递送途径。
外源酶
单胃动物中最常用的外源酶包括非淀粉多糖（NSP）降解酶、植酸酶和蛋白酶。当前趋势正转向底物特异性多酶策略，以应对成分日益复杂的替代原料。多酶混合物能同时针对阿拉伯木聚糖、抗性淀粉和蛋白质组分，有效提高养分消化率并降低氮磷排放。
益生菌、益生元与合生素
益生菌通过调节肠道微生物群改善消化，但效果因菌株和宿主状态存在变异。益生元通过刺激有益菌发挥作用。合生素作为两者的组合，能增强存活率和促进短链脂肪酸产生，在预防肠道健康问题方面极具前景。
后生元
后生元是由非活性的微生物或其成分制成的制剂。研究表明，其功效不一定与微生物存活力挂钩。后生元如丁酸可通过G蛋白偶联受体调节肠道屏障和炎症信号；肽聚糖等成分可调节细胞因子产生。它们在改善家禽肠道健康及缓解应激影响方面显示出积极作用。
精准生物制剂
精准生物制剂或微生物组代谢调节剂能够调节肠道微生物组的宏基因组功能和途径。定制聚糖可激活特定代谢途径，由于代谢途径比微生物谱系更保守，这为诱导有益的宿主效应提供了可能。
功能性氨基酸
功能性氨基酸不仅作为蛋白质合成构件，还参与调节免疫力、应激反应等代谢途径。补充特定氨基酸在提高氮利用率的同时，对动物福利有积极作用，如过量添加蛋氨酸可降低足垫皮炎发生率，色氨酸有助于缓解运输应激。
可持续饲料配方的未来方向
饲料配方将继续演进，不仅需满足营养需求，还需整合能耗、富营养化和碳排放等环境参数，甚至纳入动物福利指标。使用昆虫或微藻等新型原料时，需利用NIR快速测定成分并结合代谢组学等工具预测代谢相互作用，以在不影响动物性能的前提下制定灵活的配方。
结论
饲料技术和添加剂对实现可持续畜牧业至关重要，但需填补相关认知空白。未来面临的主要挑战在于了解加工如何影响营养物质的三维结构、扩大工艺商业化的规模，以及阐明不同添加剂的作用机制。未来的研究应集中于特定菌株和机制的评估，以构建整合精准营养的统一决策框架，从而最终提高养分利用效率、降低排放并提升整体动物福利。
