微生物发酵饲料发展现状及展望

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为了生产质优价廉的发酵饲料, 还需要研发一 些规模较大, 自动化程度较高的固体发酵设备, 不断 发掘新的微生物饲料菌种和改良现有的菌种, 特别 是纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶等酶类对发酵饲料很重 要, 因此筛选此类重要酶制剂的菌种是微生物发酵 饲料的重点.
2009年 5月 第 3期
南京晓庄学院学报 JOURNA L O F NAN JING X IAO ZHUANG UN IV ERS ITY
M ay. 2009 N o. 3
微生物发酵饲料发展现状及展望
张金玉 1, 霍光明 2, 张李阳2
( 1. 海安县孙庄镇畜牧兽医站; 2. 南京 晓庄学院 生命科学系, 江苏 南京 210017)
菌 种:
酶制剂
黑曲霉 A sp erg illus niger, 枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis
地衣芽孢杆菌 Bacillus Licheniform is, 黑曲霉 A sp erg illus niger
嗜酸乳杆菌
Lactobacillus acidop hilus
麦芽糖酶 木聚糖酶 B - 菊聚糖酶
微生物有霉菌、酵母菌及细菌的一些类群, 常见的固 态发酵饲料包括青贮、微贮、粗饲料等纤维素酶解饲 料与担子菌发酵、畜禽粪与动物下脚料发酵、饼粕类 发酵脱毒饲料以及固态发酵菌体蛋白饲料.
2. 2 单细胞蛋白和菌体蛋白饲料 单细胞微生物的蛋白提取物, 利用微生物在液 态基质中大量生长繁殖的菌体以生产单细胞蛋白, 如常见的酵母饲料、细菌饲料、藻体饲料等, 菌体蛋 白包括食用菌菌丝体、光合细菌、微型藻饲料等. 单 细胞蛋白和菌体蛋白由于蛋白质含量丰富, 而且还 含有维生素和微量元素, 因此是一种具有较高营养 价值的微生物饲料. 单细胞蛋白和菌体蛋白饲料原 料来源广泛, 如淀粉、废酒糟水等均可作原料, 同时 生产过程易控制, 因此可工业化生产. 2. 3 氨基酸、酶制剂以及抗生素、维生素等代 谢产物 利用现代化的微生物工程, 发酵积累微生物有 用的中间代谢产物或特殊代谢产物, 以此生产饲用 氨基酸、酶制剂以及抗生素、维生素等. 细菌、霉菌发 酵生产的淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶, 这些酶可以提 高生物体内反应的速度, 促进饲料养分的吸收. 微生 物生产畜禽的限制性氨基酸赖氨酸, 饲料中添加赖 氨酸可提高猪禽的增重. 2. 4 微生态制剂和益生素 微生态制剂和益生素直接用于畜禽饲料中, 参 与维持动物肠内微生态平衡, 具有直接通过增强动 物对肠内有害微生物的抑制作用, 或者通过增强非 特异性免疫功能来预防疾病, 而间接起到促进动物 生长作用和提高饲料转化率 [ 3 ] . 微生态制剂和益生 素在目前应用较多, 常见的如 保得 微生肠道调理 剂 [ 4] , SEM 科隆粉 [ 5] .
作者简介: 张金玉 ( 1963 ), 男, 江苏海安人, 海安县孙庄镇畜牧兽医站兽医师.
通讯作者: 张李阳 ( 1961 ), 女, 江苏泰州人, 南京晓庄学院生命科学系教授, Em a i:l cnhuogm@ 163. com
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酶制剂 蛋白酶
淀粉酶 支链淀粉酶
果胶酶 脂肪酶, 纤维素酶
表 2 饲料级酶制剂及菌种 (农业部 )
营养价值, 另一方面对原有原料可通过微生物的发 酵进行脱毒, 如棉仔饼等均可通过微生物发酵进行 脱毒. 本文旨在概述微生物发酵饲料发展现状.
1 微生物发酵饲料的生产菌种
近年来, 微生物制品在饲养业和养殖业的应用 发展迅速, 与微生物饲料的生产有关的有益微生物, 主要有细菌、酵母菌、担子菌及部分单细胞藻类微生 物等. 美国已批准 40多种微生物用于饲料微生物添 加剂生产, 我国农业部于 1999年公布允许使用饲料 级微生物添加剂和酶制剂的微生物菌种名单 [ 2] .
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4. 4 微生物发酵饲料使用的安全性问题 正常微生物区系平衡打破后, 有益菌微生物在特 定情况下有可能变为病原微生物 [ 18] , 如乳酸杆菌[ 19] 引起的临床感染. 耐药性微生物携带并转移抗生素抗 性基因, 产生耐药因子的可能性, 如 M orelli[ 20] 等在不 同类的乳酸杆菌中发现了肠球菌的 pAM b1质粒. 微 生物转基因过程中的某些不确定因素导致目的基因 不能实现定向转移, 从而带来宿主范围改变、非病原 性转变成病原性菌株、毒性改变等负面影响. 因此, 微 生物发酵饲料使用应充分考虑到动物安全, 使用者安 全, 消费者安全和环境安全这几方面因素, 严格的科 学试验证明无害后才能广泛的推广应用.
3 微生物发酵饲料作用机理
微生物发酵饲料的作用主要体现在两个方面,
一是利用廉价的农业和轻工副产物生产高质量的饲 料蛋白原料 [ 6 ] , 二是获得高活性 的有益微生物. 这 些微生物制品的应用, 一方面可以提高饲料的转化 率, 促进畜禽生长; 另一方面可以调节动物的微生态 平衡, 提高动物的健康水平. 还有一些活菌剂可以用 于治疗动物疾病, 例如治疗由于大肠杆菌引起的腹 泻, 可以用对大肠杆菌有抑制作用的芽孢杆菌活菌 制剂进行治疗. 在畜禽养殖中推广应用微生物发酵 饲料, 可以减少抗 菌素的使用, 有利于生产 安全食 品, 提高产品出口的竞争力.
2 微生物发酵饲料种类
2. 1 固态发酵饲料 固态发酵饲料是利用各种有益微生物的发酵作 用, 把粗饲料加工成营养成分高、适口性好的饲料, 以增加适口性和提高养分利用率或解毒脱毒. 发酵
收稿日期: 2008- 11- 30
修改日期: 2009- 05- 30
基金项目: 江苏省教育厅高校科研成果产业化推进项目 ( JH 07- 017)
摘 要: 微生物发酵饲料在养殖业中发展十分迅速, 前景十分广阔. 本文综述了微生物发酵饲料 生产菌种、微生物发酵饲料种类及作用机理, 阐述了微生物发酵饲料目前存在问题和发展前景.
关键词: 微生物发酵饲料; 免疫力; 发酵
中图分类号: S816 6 文献标识码: A 文章编号: 1009- 7902( 2009) 03- 0068- 04
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3. 3 具有营养作用, 促进动物生长 直接饲用微生物饲料中的有益菌在肠道内代谢 可产生多种有助于动物营养消化的有益因子, 从而 促进畜禽的生长发育和增重. 如芽孢杆菌能分泌多 种消化酶 ( 蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等 ) 促进营养物 质的消化与吸收 [ 13, 14] ; 酵母菌所产生的氨基酸、维 生素 ( K、C、B1、B2、泛酸、烟酸、生物素、肌醇和叶酸 等 ) , 酵母菌还可以促进植酸酶的产生, 提高单胃动 物对磷的利用率 [ 15] . 3. 4 提高机体免疫功能 微生物发酵饲料中的有益微生物可以作为一种
黑曲霉 A sp erg illus niger
植酸酶
木霉 T richoderma reesei
葡萄糖氧化酶
菌 种:
枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis
腐质霉 H um icola insolens
缓慢芽孢杆菌
黑曲霉 A sp erg illus niger、 米曲霉 A sp erg illus ory zae 青霉 P enicillium g laucum
3. 1 补充有益菌, 调节动物的微生态平衡 健康畜禽肠道内生长着各种 各样的微生物群 落, 各种微生物群落之间相互依存、相互制约, 构成 畜禽肠道内微生态系统的平衡, 建立一个正常且平 衡良好的肠道微生物区系对抵御病原性微生物感染 具有十分重要的意义. 由于微生物之间存在着相互 作用, 某一生态系统中现存的微生物会阻止新的有 机体在这一部位的入侵, 有益菌通过竞争性抑制作 用阻止有害微生物在肠粘膜附着与繁殖 [ 7] . 因此对 那些菌群形成迟缓或有障碍的幼小动物服用微生物 饲料有着十分重要的意义. 乳酸杆菌等可抑制埃希 氏大肠杆菌和沙门氏寒菌等其它致病菌附着到肠细 胞上, 与病原菌发生竞争性拮抗作用, 将其驱出定植 地点 [ 8, 9] . 3. 2 产生有益代谢物, 抑制和杀死有害菌 许多乳酸菌和链球菌可以产生细菌素, 如乳酸 链球菌素等, 这些多肽类物质能抑制对革兰氏阳性 细菌有抑制作用 [ 10] . 有些乳酸菌如嗜酸乳杆菌和保 加利亚乳杆菌, 可以产生少量的过氧化氢, 过氧化氢 可以抑制许多细菌的生长, 尤其是革兰氏阴性病原 菌. 另外有些有益微生物可以产生酶类, 如双歧杆菌 和乳酸杆菌产生的胞外糖苷酶可以阻止细菌毒素在 上皮细胞的黏附和侵入 [ 11, 12 ] .
表 1 饲料级微生物添加剂菌种 (农业部 )
菌种
系统名称
菌种
系统名称
干酪乳杆菌 植物乳杆菌 粪链球菌 屎链球菌 乳酸片球菌 枯草芽孢杆菌
Lactobacillus casei Lactobacillu s p lantarum
Strep tococcus faecalis S trep toco ccus faecium P ed iococcus acidilactici
5 微生物发酵饲料的展望
微生物种类众多, 资源丰富, 开发潜力巨大, 同 时发酵原料来源广泛, 特别是可以利用农产品废弃 物, 如各种农作物秸秆、糠、木屑、蔗渣、薯渣、甜菜渣 及药渣等, 通过微生物发酵, 内能把大量的基质转化 为有用产品, 可以减少环境污染, 同时又变废为宝, 得到产品价格低廉, 易于生产推广.
随着畜牧养殖业的快速发展, 人畜共粮的矛盾 日趋突出, 研究与开发利用饲料资源的新途径已成 为发展畜牧业的重大课题, 其中微生物发酵饲料日 益受到重视.
微生物发酵饲料的生产和应用已经有很长的历 史, 形式多种多样. 微生物发酵饲料是指在人为可控 制的条件下, 以植物性农副产品为主要原料, 通过微 生物的代谢作用, 将植物性、动物性和矿物性物质中 的抗营养因子分解、合成, 产生更能被畜、禽采食、消 化、吸收养分和 无毒 害作用 的生 物饲 料或饲 料原 料 [ 1] . 发酵饲料一方面可以提高和改善饲料原料的
Bacilwenku.baidu.comus subtilis
纳豆芽孢杆菌 嗜酸乳杆菌 乳链球菌 啤酒酵母
产朊假丝酵母 沼泽红假单孢菌
B acillu s na tto Lactobacillus acidophilus S trep tococcus agalactiae Saccharomy ces cer evisiae
Cand ida utilis Rhodop seudomonas sphaeroides
除上述菌种以外, 许多新的生产菌种正在开发 中, 但选用生产菌种的基本原则是菌体本身不产生 有毒有害物质、不会破坏环境固有的生态平衡、菌体 本身具有很好的生长代谢活力, 能有效地降解大分 子和抗营养因子、合成小肽和有机酸等小分子物质 和能保护和加强动物微生物区系的正平衡.
非特异免疫调节因子, 通过细菌本身或细胞壁成分 刺激并激活宿主免疫细胞, 促进吞噬细胞活力或作 为佐剂发挥作用. 有益微生物还可以发挥特异性免 疫功能, 增强动物体 内 B 细胞 产生抗体的能力. 直 接饲用微生物通过促使机体发生体液免疫和细胞免 疫, 提高畜禽抗体水平, 增强免疫功能, 及时杀灭侵 入机体内的致病菌, 从而防止疾病的发生. 实验发现 乳酸杆菌能够增强机体的免疫能力 [ 16] , 一些益生菌 能够影响人体免疫系统的应答能力, 其影响能力随 菌体的不同而变化 [ 17] .
4 微生物发酵饲料存在问题
微生物发酵饲料虽然取得了很大进步, 但也存 在一些问题:
4. 1 菌种保存问题 微生物在制作中的培养、干燥、分装、保存过程 和加工中的高温、机械、制粒等过程都有可能减少微 生物的活性. 因此, 选择一种经济又有效的微生物发 酵饲料的生产、运输、储存方法对于推广发酵饲料使 用有着重要意义. 4. 2 产品标准问题 由于微生物发酵产生众多的代谢物质, 对于其 中有效成分研究缺乏, 对微生物发酵饲料的品质难 以鉴定, 阻碍了其进一步发展. 因此, 建立完善的行 业检测标准和检测方法十分必要. 4. 3 微生物发酵饲料的效果不稳定 由于各种微生物饲料的菌种组合、筛选、培育的 方向和方法的不同, 生产水平、动物种类以及饲料加 工、储存、饲喂条件等因素的差异, 微生物发酵饲料 的应用效果差异较大, 难以获得稳定、一致的效果. 因此, 进一步筛选合适的微生物, 深入研究微生物发 酵饲料的有效成分, 并对其适用动物种类以及剂量 进行深入研究十分必要.
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