枯草芽孢杆菌发酵探讨

枯草芽孢杆菌是我国农业部允许作为饲料添加剂的两种芽孢杆菌之一，已被越来越多地研制成饲用微生态制剂。因其制剂是无毒、无残留、无污染的“绿色”添加剂，故具有广阔的发展前景，并已在畜牧业、饲料业广泛应用，显示巨大的社会效益和生态效益。枯草芽孢杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等活性，能产生抗菌素，在动物肠道内具有较强生物夺氧能力。这些特性对促进动物营养的消化吸收、提高动物的饲料转化率、防病和促进生长起到重要作用。鉴于此，国内外专家学者对研究开发枯草芽孢杆菌制剂用于畜禽养殖日趋关注，从而也促进了这一产业的迅猛发展，但在现阶段的工业化生产中，存在着制约枯草芽孢杆菌发酵的诸多因素。

1、枯草芽孢杆菌的生物学特点

杆菌：一般(0.7〜0.8 )X( 2.0〜3.0 )卩m电子显微镜测量为(0.5

〜0.6 ) x( 1.1〜3.5 ) 革兰氏阳性，运动，有长而又丰富的周生鞭

毛。

芽孢：椭圆形，中生或偏中生，即使孢囊膨大也不显著。

生长温度：最高温度45〜55 C;最低温度5〜20 C。

阳性反应：接触酶；V-P反应；在7 %的氯化钠中生长；pH5.7 生长；分解葡萄糖、阿拉伯糖、木糖和甘露醇产酸；水解淀粉；利用柠檬酸作为碳源；还原硝酸盐为亚硝酸盐；分解酪素；石蕊牛奶产碱胨化。

阴性反应：厌氧生长；

卵黄反应：在葡萄糖洋菜上或酪氨酸洋菜上形成可溶性黑色素；

28C 4星期水解马尿酸盐；利用丙酸盐并分解酪氨酸。在55C生长

的菌株被0.02 %的叠氮化合物抑制。

变化的性质：在V-P液中产酸(pH5.0〜8.0);对溶菌酶的抗性；在10%的氯化钠中生长。2、芽孢杆菌制剂的作用机理 2.1可产生酶类和营养物质

研究表明芽孢杆菌能够分泌大量的胞外酶，如蛋白酶、脂肪酶、淀

粉酶等，有助动物对饲料的降解、消化，提高饲料利用率。饲料中未被消化的蛋白质和一些含氮物质在肠道中被大肠杆菌和其他细菌脱梭生成具有潜在的毒性的腐胺、吲哚、酚类等物质。一些芽孢杆菌可产生氨基氧化、SOE W、分解硫化氢的酶以及其他抗菌物质如过氧化氢，起到杀菌作用，从而减少动物体内有害物质的产生。研究表明一些芽孢杆菌产生SOD

酶，SOD可以清除生物体内活性氧自由基，减少其对细胞的毒害作用，使生物体免受伤害。芽孢杆菌在生长繁殖过程中可以产生挥发性脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，一些脂肪酸可

降低动物肠道的pH,从而为乳酸菌的生长创造条件，并且抑制病菌的生长。其中丙酸还可以参与三梭酸循环，为动物的新陈代谢提供能量。同时，能够产生很高的维生素B和维生素C,为动物提供维生素营养。1996年Ozols对106株肠道菌进行研究发现芽孢杆菌是维生素Bl和维生素B6的主要生产者；1998年倪学勤等研究表明芽孢杆菌产生有机酸为机体提供能量营养的同时，还促进动物对钙、磷、铁

的吸收利用。

2.2生物夺氧与生物拮抗作用

肠道原籍菌群是肠道的优势菌，大多厌氧，而致病菌多为需氧菌。

人为引入的益生芽孢杆菌在肠道定植后，消耗大量的游离氧，造成厌氧环境，可减少需氧菌对肠道的定植，并有利于乳酸杆菌和双歧杆菌等厌氧菌的生长，致使体内的有益菌增加而致病菌减少，保持肠道微

生态系统平衡。芽孢杆菌与有害菌竞争基本营养物质和肠道等黏膜结合位点，抑制有害菌从而减少肠道疾病，提咼机体抗病能力。

2.3提高机体的免疫能力

近年来研究表明，芽孢杆菌能分泌活性抗菌物质，使肠道相关淋巴组织处于高度反应状态。同时T、B淋巴细胞的数量增多，动物体液和细胞免疫水平提高。1992年Jonsson等报道，芽孢杆菌分泌胞外酶系的同时还产生抗生素。

3芽孢杆菌饲料添加剂的应用优势

乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌作为益生菌的3种主要菌种来源，各自具有不同的生物学特性，在生产上也是各有不同。相对于另外两种微生物，尤其是应用最为广泛的乳酸杆菌，芽孢杆菌具有独特的优势，主要体现在以下三个方面。

3.1安全性

很多种类芽孢杆菌及其代谢产物已广泛应用于食品、饲料中，目

前尚未发现毒副作用，是一种安全的菌种。许多芽孢杆菌及其代谢物很早就被人们有意无意地在食品、医药和饲料中使用，一些芽孢杆菌属于“公认安全（GRAs）”的菌种，芽孢杆菌代谢产生的多种酶，如纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶已在食品与饲料中广泛应用。芽孢杆菌作为益生菌对动物无毒害，生产出的肉蛋类食品也是安全的。

3.2代谢速度快

芽孢杆菌易于分离、培养与保存，一般对营养要求比较简单，代谢速度比较快，对于工业生产的要求不高。另外芽孢对热、紫外线、电离辐射和某些化学药品有很强的抗性，可忍受不良环境，比如可以

在pH酸性环境生存，也可以在温度高达80C甚至更高的环境中生长。

3.3分子加工操作简便

目前芽孢杆菌的分子生物学研究已比较深入，可以利用分子生物学工具和知识研发高产性能的菌种，提高微生态制剂的饲喂效果，比如可以把蛋白酶、木聚糖酶的基因转移到芽孢杆菌中进行表达等，更大程度地发挥芽孢杆菌的益生作用。

4枯草芽孢杆菌发酵研究

所谓发酵，是借助微生物大量生成积累特定的代谢产物的现象。发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制。灭菌、扩

大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。

早在1975年，美国用苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis Berli ner)发酵制各种杀虫剂，以后各种芽孢杆菌被应用进行发酵生产各种产物。如应用地衣芽孢杆菌产(3 -甘露聚糖酶；利用耐碱性芽孢杆菌制备碱性淀粉酶；以枯草芽孢杆菌为出发菌株发酵生产中性蛋白

酶、木聚糖酶、D-核糖、A-乙酰乳酸脱羧酶、B2甘露聚糖酶、肌

苷、碱性果胶裂解酶。枯草芽孢杆菌可以以内生芽孢的形式发挥其功能。当前，研究人员已经开始对以芽孢作为发酵产物的发酵体系进行摸索和优化。张根伟等对发酵培养基的组分和其他发酵条件进行研究构建了枯草芽孢杆菌BS-6的液体发酵体系，使该菌的最后发酵水平为1.66 x

109CFU/mL考虑到发酵培养基原料成本及获得途径便利等因素，麸皮、玉米粉、豆米粉等材料已经用于该类细菌的发酵生产，并获得较高的芽孢产量。

4.1影响芽孢杆菌发酵的因素

芽孢杆菌产生的对热、紫外线、电磁辐射和某些化学药品有强抗性