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枯草芽孢杆菌在固态发酵饲料中的应用研究进展

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枯草芽孢杆菌在固态发酵饲料中的应用研究进展

发布日期:2020/5/21 11:20:49 点击:219

  摘要:在畜牧业生产领域,益生菌常被用作饲料添加剂以改善动物的生产性能和免疫性能。益生菌可调节动物肠道菌群、预防疾病,是良好的抗生素替代品。以枯草芽孢杆菌为代表的益生菌受到了广泛关注,再结合固态发酵技术发酵饲料使得饲料的品质得以提高。文章介绍了枯草芽孢杆菌及固态发酵技术,概述了枯草芽孢杆菌在固态发酵饲料中的作用及其在动物生产中的应用,总结了枯草芽孢杆菌在固态发酵饲料中的发展前景及相关建议,以期为枯草芽孢杆菌在发酵饲料的生产上提供参考。
  随着对环境保护、污染治理等问题的重视程度逐渐加大,无抗替抗养殖的呼声越来越高。所以,需要寻找抗生素的替代品来控制和预防致病性细菌的定植。微生态制剂是很好的替代品,微生态制剂中的枯草芽孢杆菌,具有调节宿主细胞、保护宿主细胞的功能,以支持动物健康。枯草芽孢杆菌可形成内生孢子、革兰氏阳性细菌,由于其特别的特性,它们能够对植物进行定植,产生孢子、生物膜、各种蛋白酶类物质以及短链抗真菌肽,并诱导植物激素的合成,具有很高的经济价值。枯草芽孢杆菌由于能够产生孢子而被用作动物饲料中的益生菌补充剂。与其他益生菌相比,它的热稳定性和在低pH值下生存的能力具有很大优势。此外,发酵方式也尤为重要,发酵方式主要包括固态发酵、液体发酵。现在使用较多的发酵方式是固态发酵。许多工农业副产品,如麦麸、豆粕、米糠、玉米粉、马铃薯皮、酒糟等,常被选为固态发酵的基质,用来做固态发酵饲料。一些产孢子的微生物,在固态发酵系统提供的环境下会有更好的性能和更高的产率。本文主要概述了枯草芽孢杆菌在固态发酵技术下发酵饲料所产生的作用、在动物生产中的应用、前景及相关建议。
  1枯草芽孢杆菌概述
  枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是典型的有益菌,具有控制不同类型细胞发育的能力。枯草芽孢杆菌被生物技术公司用于工业规模化生产。枯草芽孢杆菌属革兰氏阳性菌,形成孢子的微生物,能控制大多数有害菌的繁殖。枯草芽孢杆菌是好氧菌,具有比较强的抗逆性,能在较高酸碱和温度等恶劣环境中存活。
  枯草芽孢杆菌可以在动物肠道内出芽生长,产生多种酶类物质,对动物生长有很好的促进作用,在防治疾病方面也有着良好的效果。研究表明,枯草芽孢杆菌能产生胞外酶,如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、植酸酶和脂肪酶等,这些酶能够水解植物饲料细胞的细胞壁,使细胞里面的营养物质释放出来,并能消除饲料中的抗营养因子,减少抗营养因子对动物消化利用的障碍。在国内,枯草芽孢杆菌被人体摄入,可以缓解腹泻和建立健康的肠道微生物群。
  枯草芽孢杆菌饲料添加剂也可调节动物肠道菌群,对动物健康生长有很大益处。此外,芽孢杆菌也有一定的生物修复用途,可以减少含氮废物,从而改善环境条件和水质。
  2固态发酵
  2.1 固态发酵技术简介
  固态发酵(Solid-State Fermentation,SSF)是一种生物加工技术,是指微生物在湿固体颗粒上的生长,颗粒间的空隙存在少量液态水和连续气相。SSF在食品发酵工业和饲料发酵工业中有着悠久的应用历史。在亚洲,SSF用于生产面包、奶酪、曲酒、酱油、豆豉和腐乳等食品。此外,利用SSF技术已经生产了许多重要的产品,如氨基酸、酶、有机酸、纺织和生物燃料等。近几年来,SSF技术以其优于液态发酵(Submerged Fermentation,SmF)的诸多优势而获得了广泛的应用。SSF相较于SmF有许多优点,在SSF过程中,很少有废弃物产生,靠固体颗粒间隙中存留的空气向微生物提供氧气,有产量高、投资低、耗能低、污染小等一系列优点。芽孢杆菌在SSF中的生长过程中,芽孢的积累往往伴随着基质的消化和生物活性代谢物的释放。因此,SSF可以降低抗营养因子(如豆粕、棉籽粕和菜籽粕中),提高饲料的营养价值。
  2.2 固态发酵的主要步骤

  一般来说,SSF的主要步骤和SmF基本相同,SSF的主要步骤如图1所示。


  基质的制备:为确保基质颗粒的大小均一、合适,可能需要将其粉碎或制成粒状,基质在进入反应器之前需要进行杀菌处理,以提高营养物的可利用性。
  菌种的制备:固态发酵饲料中使用较多的是产孢子的菌种,菌种可以通过液态发酵产生丝状菌种,也可通过固态发酵培养,将固体烘干制成菌粉作为菌种使用。
  接种和装料:在装料之前或之后接种均可。但是,生物反应器如不能对基质进行搅拌,则须在生物反应器外接菌。装料时一定要注意进行无菌操作,防止其他杂菌进入。大规模生产时,可选择合适的机械或设备来辅助装料。
  生物反应器的运行:应注意生物反应器的操作变量,如温度、流量、压力、搅拌速度以及冷却水的温度,以便控制产品的生长,使产品达到较佳发酵条件。
  出料:发酵结束后,发酵好的饲料需要从生物反应器中移出,移出的饲料需要迅速装入呼吸袋中压紧压实处理,尽量排出包装袋中的空气,可以长期保存。
  后续加工:具体可按相应的工艺流程进行操作。
  废弃物的处理:发酵后的废弃物如处理不当可能会对环境造成污染。所以,应对废弃物进行合理的处理和再利用。