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枯草芽孢杆菌在发酵饲料中的应用研究进展


现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2021/11/20 9:59:34 关注:310 评论: 我要投稿

新希望六和——生物环保饲料

  摘要:枯草芽孢杆菌是一种益生菌,在粗饲料中添加枯草芽孢杆菌进行发酵处理得到的饲料为发酵饲料。本文对枯草芽孢杆菌发酵饲料,几种发酵饲料原料和发酵饲料工艺,以及固态发酵、液体发酵和枯草芽孢杆菌发酵饲料在不同领域内的应用进行综述,并对枯草芽孢杆菌发酵饲料的应用前景进行展望。
  枯草芽孢杆菌是一种在发酵饲料添加剂中常见的菌株,枯草芽孢杆菌属于革兰氏阳性菌,在动物饲料中是以芽孢的形式存在。芽孢是一种细菌的休眠体,在对发酵饲料进行加工时芽孢可以以一种稳定的形态存在,防止加工过程中的破坏。枯草芽孢杆菌在各个方面应用广泛,并且其安全得到认可(刘颖等,2014)。枯草芽孢杆菌同时也是一种常见的益生菌,当动物食用添加该菌种饲料时,可调节肠道微生物菌群平衡,同时还可提高动物免疫力,促进生长发育(李春凤等,2013)。在畜牧业中发酵饲料是一种绿色健康的饲料(邓雪娟等,2019)。本文对枯草芽孢杆菌在发酵饲料中的应用进行了总结和展望。
  1 枯草芽孢杆菌发酵饲料概述
  抗生素的使用可控制患病动物的病情,但也暴露出许多新问题。例如,不规范的用药使一些细菌产生了抗药性,破坏了自然界中微生物的平衡,而且动物体内残留的抗生素会对人体健康造成威胁。发酵饲料可解决这一系列的问题,既提高了动物的免疫力又实现资源回收利用。
  在饲料中添加枯草芽孢杆菌对饲料进行发酵处理所形成的生物饲料是一种常见的发酵饲料,也是应用非常广泛的一种饲料。在豆粕等发酵原料中添加枯草芽孢杆菌进行厌氧与好氧两种方式发酵,在此过程中枯草芽孢杆菌会产生一些代谢产物如蛋白酶等各种水解酶,将原粗饲料中的纤维素以及蛋白质等大分子物质水解成葡萄糖、多肽等,提高了原饲料的营养价值,并且枯草芽孢杆菌在动物肠道内会抑制有害菌种的繁殖,提高动物的抵抗力(刘桂香等,2016)。枯草芽孢杆菌产生的肽聚糖可以保护鲤鱼肠上皮细胞,使其免受β-伴大豆球蛋白导致的炎性损伤,提高鲤鱼肠上皮细胞的抗氧化与抗炎能力(张甜甜等,2018)。枯草芽孢杆菌所起到的积极作用还有会让动物变得更健康,从而提高动物经济效益(刘兴等,2020)。
  2 枯草芽孢杆菌在不同饲料原料中的发酵应用
  2.1 大豆粕
  随着养殖业的发展,发酵饲料渐渐被人们开发利用,其中豆粕便是一种常见的发酵饲料原料。豆粕是从大豆中提取豆油后得到的一种副产品,富含植物蛋白,但是其中也含有很多抗营养因子,这使得大豆粕蛋白质的利用率比较低,在添加微生物进行发酵后可以改善这一现象(王永伟等,2019)。
  发酵豆粕和原豆粕相比具有许多优势,由于经过微生物发酵益生菌所产生的代谢产物会被动物吸收利用,豆粕中存在的抗营养因子也会消失。此外发酵后的豆粕营养价值也非常高,蛋白质与氨基酸含量经过枯草芽孢杆菌发酵处理后也在增加,原豆粕中不易被消化的物质被微生物分解。发酵豆粕还可以改善动物肠道环境,由于产量及营养价值高,所以有研究利用发酵豆粕代替部分鱼粉等用于养殖中(孙林等,2017)。
  利用枯草芽孢杆菌制成的发酵豆粕会产生抗氧化多肽,对动物健康大有好处,并且提高了豆粕的利用率(柯旭清等,2016)。研究表明,利用枯草芽孢杆菌与中性蛋白酶协同发酵豆粕,提升了豆粕的营养价值,降低了蛋白质的分子质量,确定了发酵处理豆粕的最佳工艺(周爽等,2016)。史艳丽等(2015)对枯草芽孢杆菌发酵豆粕进行质量评定,结果表明豆粕中的大分子蛋白可以被枯草芽孢杆菌降解成为小分子的多肽,而且对抗原蛋白有较强的降解能力,从而使豆粕的应用价值得到提高。
  2.2 玉米秸秆
  我国的玉米种植十分广泛,因此,也会产生大量的秸秆,每年的产量已高达6 亿吨(曹红梅等,2016)。在农村秸秆一般是焚烧处理,但是这样会产生许多环境问题,例如,雾霾以及土壤质量变差等。玉米秸秆粗纤维含量高,粗蛋白质含量低,导致玉米秸秆作为饲料口感不好,利用率差,因此,对玉米秸秆进行发酵处理是一种非常科学有效的方法,其中枯草芽孢杆菌可以分泌少量的纤维素胞外酶,对玉米秸秆中木质纤维素具有很强的降解能力,从而提高玉米秸秆的利用率,增加蛋白质含量(李立波等,2017)。玉米秸秆含有众多微量元素,作为发酵饲料原料可以补充动物体内缺乏的微量元素,从而提高动物的产量。王巍杰等(2014)利用枯草芽孢杆菌与乳酸菌对玉米秸秆进行发酵处理,通过实验测量还原糖的含量从而确定最佳工艺,结果表明发酵秸秆还原糖含量是原来的3.24倍。
  2.3 小麦麸皮
  小麦麸皮是小麦加工的一种副产品,但由于粗纤维含量较多且营养少,所以在饲料中的应用较少,但是经过枯草芽孢杆菌处理后形成的发酵饲料会大大改善这一情况(夏超笃等,2017)。加入枯草芽孢杆菌发酵可以使麸皮的纤维结构发生改变,降低抗营养因子和粗纤维的含量,同时提高蛋白质的含量(刘春雪等,2017)。此外,发酵麸皮还具有抗氧化功能,并且具有多种可溶性膳食纤维,增加了发酵麸皮的营养价值,提高了麸皮的利用率。同时发酵麸皮中含有大量维生素以及丰富的微生物菌种,对维持动物健康起到积极作用,从而降低养殖成本。曹香林等(2014)在研究中利用不同比例的枯草芽孢杆菌与酵母菌以及乳酸菌对小麦麸皮进行发酵,得到最佳发酵条件为枯草芽孢杆菌:乳酸菌为1:2,发酵时长为72h,在此条件下发酵麸皮的消化率较高。
  2.4 屠宰场的下脚料
  在动物屠宰过程中,一些动物内脏以及刺血等无法食用,而其蛋白质的含量非常高,经过微生物发酵可对废弃物进行有效利用,实现可持续发展。刘唤明等(2018)在罗非鱼下脚料中添加枯草芽孢杆菌进行发酵,并通过响应面分析获得了最佳的发酵工艺,结果表明蛋白质的水解度高达33.12%。
  3 枯草芽孢杆菌发酵饲料的工艺研究
  在发酵生产过程中发酵工艺对微生物发酵结果有很大影响,例如培养时间、培养温度、初始pH、装料量、接种量等因素的影响(罗璇等,2020)。过低或者过高的温度与pH会影响到枯草芽孢杆菌的繁殖,在发酵所得到的产物中,蛋白质与酶产量都不同。枯草芽孢杆菌是一种优质的产酶菌种,利用生物工程技术优化枯草芽孢杆菌的发酵条件可以提高其酶产量和其他营养物质,从而提高饲料的营养价值与利用率。利用单因素试验以及响应面法可以得到最佳发酵条件(王东等,2016)。不同的接种量会影响枯草芽孢杆菌产芽孢的能力,过多的接种量会导致菌种竞争加强, 同时产生更多代谢废物,当接种量为1%~6%时,枯草芽孢杆菌以2%接种量会产生最多的芽孢(陈莉等,2014)。
  3.1 枯草芽孢杆菌固态发酵饲料的研究
  固态发酵是一种常见的发酵方式,是生物在湿固体的基质上生长,基质中存在气、液、固三相。由于固态发酵具有易操作、耗能低、条件不苛刻以及有利于微生物的生长和产酶等优势,所以固态发酵在我国具有更广泛的应用。管军军等(2018)对固态发酵仔猪配合饲料进行工艺研究,确定了枯草芽孢杆菌固态发酵的最佳工艺,为以后大规模应用枯草芽孢杆菌固态发酵仔猪配合饲料提供了理论基础。李舒宇等(2013)对枯草芽孢杆菌固态发酵高温豆粕进行了工艺优化研究,确定了最佳发酵时间、初始含水率和发酵温度,在此条件下粗蛋白质含量为53.65%。
  许云贺等(2013)对枯草芽孢杆菌发酵豆粕工艺进行了优化,通过单因素试验与正交试验得到最佳条件为接种量10%,发酵温度40℃,发酵时间3d,此时粗蛋白质含量达到57.34%。徐速等(2016)以秸秆、稻谷壳、豆粕为原料对枯草芽孢杆菌进行固态发酵,得到最佳发酵工艺为pH7.0,发酵温度36℃,发酵时间36h,在此条件下枯草芽孢杆菌活菌数量最高,达到5.35×109cfu/g。常晓川等(2019)对枯草芽孢杆菌发酵饲料工艺进行了优化,得到了最佳发酵时间与发酵温度,在此时菌体浓度最高为200亿/g。武洪志等(2017)在研究枯草芽孢杆菌发酵金樱子饲料时发现,发酵时间对发酵结果影响较大,当发酵时间为2d、接种量为5.74%时发酵结果最好,在此条件下发酵金樱子多糖含量提高了47.47%。
  3.2 枯草芽孢杆菌液态发酵饲料的研究
  液态发酵是以液体为培养基,在此培养基上进行微生物发酵。李情敏等(2016)利用农业废弃资源水解碎米粉、玉米粉、小麦粉作为液态发酵原料,对枯草芽孢杆菌最佳培养条件进行研究,得到了最佳工艺,在此条件下枯草芽孢杆菌发酵液OD值最高,为7.38。刘以清等(2016)对油茶茶枯进行枯草芽孢杆菌液态发酵处理,确定了最佳发酵条件,在此条件下茶皂素的降解率达到67.07%。
  4 枯草芽孢杆菌发酵饲料的应用
  4.1 枯草芽孢杆菌发酵饲料在牲畜中的应用
  枯草芽孢杆菌作为益生菌对宿主具有积极的影响,其可以促进肠道对营养物质的吸收,抑制有害菌种的繁殖,保护宿主肠道环境,同时可以产生多种类似于各种酶、维生素促生长因子等的活性物质(王永伟等,2019)。彭忠利等(2013)对肉牛进行试验,结果表明,饲喂枯草芽孢杆菌发酵饲料比饲喂基础精料日增重有所提高,并且饲喂发酵饲料试验组的粗蛋白质消化率以及粗纤维消化率均有提高,说明发酵饲料对禽畜体重有促进作用。李龙等(2019)利用枯草芽孢杆菌与植物乳酸杆菌发酵饲料对肉鸡进行饲喂,得到两种菌发酵饲料的最佳工艺,以及当两种菌比例为10%和15%时,肉鸡平均日增重、养分消化率最高。李洁等(2018)对木薯酒精渣进行发酵处理,得到枯草芽孢杆菌与产乳酸菌的最佳比例,在此条件下猪平均日增重0.78kg,平均日采食量2.8kg,料肉比3.59。
  4.2 枯草芽孢杆菌发酵饲料在水产动物中的应用鱼粉常被用作水产动物养殖中的动物蛋白补充饲料。由于养殖水产中常常暴发病害,添加抗生素往往会对环境造成污染,所以发酵饲料的替代会很好地弥补这一缺陷。冯健等(2016)用发酵豆粕代替部分鱼粉饲喂黄鱼幼鱼,研究得出发酵饲料代替鱼粉30%时为最适含量,否则会造成肝细胞的损伤。钟小群等(2018)对鲤鱼幼鱼进行试验发现,用发酵饲料代替基础饲料可以提高鲤鱼幼鱼的饲料利用率,并且不会影响鲤鱼的肌肉质量。姚学良等(2020)对赣昌鲤鲫投喂三种饲料,试验表明投喂发酵饲料的赣昌鲤鲫生长速度最快,且营养成分属于正常范围。
  4.3 枯草芽孢杆菌发酵饲料对生态环境保护的应用在一些情况下,由于发酵饲料具有与使用抗生素相同的效果,所以发酵饲料可以减少抗生素的使用。由于抗生素会以活性的形式存在于污水中,从而流向自然,这会导致生态系统平衡的破坏,而饲料中添加抗生素则是一种常见的现象,所以发酵饲料替代抗生素可以改善环境,保护生态系统。同时生物饲料会降低粪便中粗蛋白质含量,从而减少粪便中氨气的排放量,进而减少猪场废弃物对环境的影响。张益焘等(2017)在猪饲料中添加干、湿发酵豆粕发现,猪粪便中产氨量相较于原饲料分别降低了33.46%、13.39%。
  5 应用前景
  5.1 混合发酵与转基因技术
  目前发酵饲料的研究已成为热点,但是发酵饲料的研究往往存在单一性的问题,只是对一种菌种进行发酵处理。自然界中有许多类似于枯草芽孢杆菌的益生菌,多种菌株的代谢产物可以通过益生菌如枯草芽孢杆菌和乳酸菌的混合发酵获得,这样比单一菌种发酵饲料饲养效果更加显著。
  在发酵过程中往往面临许多问题,例如发酵会产生热量导致饲料总能降低,在菌种的保存以及防污染上仍具有挑战,如果控制不当会造成霉菌的污染。通过转基因技术对枯草芽孢杆菌进行改良,设计需要的功能来获取基因,改变基因序列,利用PCR技术与DNA重组技术获得工程菌,使基因在微生物中高效的表达,从而提高饲料的利用率,减少发酵过程中的污染。
  我国畜禽业发展迅速,对于饲料的需求也在增加,随着环保意识的增强,生物饲料将会大量被使用,人们对绿色食品的需求也在增加,相信发酵饲料会让人们得到更高品质的肉类与蛋白质。

  来源:中国饲料2021年第9期
  作者:宋立立, 张晨旭 ,张连水

文章来源:生物饲料工程研究中心     文章编辑:一米优讯     
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