植物微生态制剂发酵工艺及其质量控制

植物微生态制剂发酵工艺及其质量控制

TheFermentationProcessandQualityControlofVegetableMicroecology Preparation

MU Yan-kui1HE Juan2ZHOU Zheng1*ZHOU Wei1WU Tao1

(1 Hebei Institute of Food Quality Supervistion Inspection and Research,Shijiazhuang Hebei 0*****; 2 Hebei Zhongrun Pharmaceutical Company Limited)

AbstractAs a method of effectively controlling continuous cropping obstacles of protected vegetable,the vegetable microecological preparation with the characters of wide effect,low cost,little residual contamination and so on,widely concerned by the world,it has become a hot spot in research and development. But Because of the backward in fermentation process level and the imperfections in market supervision system nowadays,the development industry about vegetable microecologicalpreparation has been limited.In view of the fermentation technology and the production quality control of producing vegetable microecological preparation,the present situation,existing problems and coutermeasures about the industry of vegetable microealogy preparation at present in China were expounded.

Key wordsvegetable microecology preparation;fermentation process;quality control;present situation;problems;countmeasures 微生物活菌制剂又称微生态制剂,是从人类、动物、植物体内分离的有益微生物经特殊工艺制成的只含活菌或包含活菌及其代谢产物的制剂。有益微生物通过作用于生物体表或体内,调节生物体固有微生物的比重和平衡,从而达到保健、增产和改良品质等作用。微生态制

剂以其无副作用、无残留污染、不产生抗药性等优点,逐步成为世界各国研究与开发的热点。1986年,我国陈延熙教授首次提出“植物微生态学”概念,为应用微生态防治植物病害奠定了基础。1992年克洛珀提出了“植物内生细菌”(Endophyticbacteria)概念,进一步促进了植物微生态研究与应用的发展。目前,国内外已经研制出一批效果显著的植物微生态制剂,应用的微生物菌种涉及假单胞菌、芽孢杆菌、链霉菌、木霉等属、荧光假单胞菌、蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌以及海洋放线菌MB—9、海洋芽孢杆菌等20多种[5-10]。

植物微生态制剂主要通过功能微生物的生物占位、生物拮抗、免疫激活等机制达到控制病害的目的,因此活菌数量和功能代谢产物的效价是影响微生态制剂应用效果的关键。而发酵工艺则是制约产品质量、使用效果和成本的关键,该文就植物微生态制剂发酵工艺及其质量控制的现状、存在的问题和解决途径进行探讨。

1生产工艺

1.1传统生产工艺

目前,微生态制剂的生产主要包括液体深层发酵和固体发酵2种工艺。

(1)液体发酵工艺。液体发酵工艺一般采用传统的液体发酵罐进行深层液体培养,发酵好的菌液直接装瓶作为成品,或经过浓缩、吸附、干燥制得固体菌剂,采用可湿性吸附剂可制成可湿性粉剂。因液体深层发酵工艺和设备已经十分成熟,根据发酵微生物的生物学特点和发酵特性,可方便获得较为理想的发酵工艺。液体深层发酵具有染菌机会小、易于规模化生产等特点。但是用于活体微生物制剂的发酵生产,如果直接制成液体制剂,具有不宜储运、货架期短、难以规模推广等缺点。工业生产上曾尝试利用液体发酵生产芽生孢子,而研究表明,芽生孢子活力低、不耐贮藏,难以应用于实际。如果制备固体制剂,则工艺繁琐,生产成本高,废液排放污染环境。

(2)固体发酵工艺。固体发酵是指利用自然底物做碳源及能源,或利用惰性底物做固体支持物,其体系无水或接近于无水的发酵过程。

固体发酵过程产生的代谢产物可作为制剂组分应用,不仅减少了废物排放,还可提高产品的使用效果;而且固体发酵的孢子特性明显好于液体深层发酵的孢子,对干旱条件更具抗性,在干燥的环境中更稳定。但缺点是易污染、产量低、难以规模化生产,仅适用于好气微生物的发酵生产。为克服固体发酵工艺的弊端,国内外已开始注重固态生物反应器的研究与开发,在小规模发酵罐研制方面已取得突破并进行商业化运作,这为农用微生态制剂、酶制剂、发酵饲料等的规模化和产业化开发带来了曙光。

1.2新型生产工艺

(1)液固两相发酵工艺。首先采用液体深层发酵工艺快速生产出大量菌丝或孢子,再接种到密闭固体发酵罐中进行固体发酵,使菌体在近自然环境状态中生长、产孢。发酵产物经低温干燥、粉碎,即得到成品。该项工艺结合了液体深层发酵和固态发酵,充分发挥了两者的长处,又避免了两者的缺点。这种密闭接种方法不易染菌,质量稳定,生产上便于管理,且种子培养周期短,发酵产物活力高。这种工艺的技术难点在于液体种子与固体培养基的衔接,需通过试验将液、固培养基和液、固培养条件合理衔接,以达到最佳效果。

笔者以链霉菌S506为菌种,将液-固结合发酵与传统固体发酵进行比较,结果表明:种子制备时间缩短了72 h,且菌体浓度达到98亿cfu/mL;在固体培养基中加入增效物质M后,发酵延滞期较短,且发酵周期大幅度缩短,产物活菌浓度可达到100亿cfu/g以上。

(2)分段培养。最佳的工艺条件对菌体量和芽孢的生产是不同的。在菌体生长阶段采用如补料发酵等高密度的培养方法可提高菌群密度。采用2阶段策略,在第1阶段处于菌体量生产的最佳环境中,刺激产生更多的菌体;第2阶段,在有助于芽孢形成的最佳操作条件下形成芽孢。通过采用这种策略和最佳的实验条件,菌体(Bacillus coagulans RK-02)增加了大约55%,芽孢在干菌体中达到10~1 000亿cfu/g。

(3)对复合菌株的产品,通过正交试验确定最佳配比。将各菌株设不同比例,按正交试验表进行组合,然后用试验检验效果。