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    枯草芽孢桿菌在發酵飼料中的應用研究進展

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    枯草芽孢桿菌在發酵飼料中的應用研究進展

    發布日期:2021/11/19 16:14:16 點擊:140

     摘要:枯草芽孢桿菌是一種益生菌,在粗飼料中添加枯草芽孢桿菌進行發酵處理得到的飼料為發酵飼料。本文對枯草芽孢桿菌發酵飼料,幾種發酵飼料原料和發酵飼料工藝,以及固態發酵、液體發酵和枯草芽孢桿菌發酵飼料在不同領域內的應用進行綜述,并對枯草芽孢桿菌發酵飼料的應用前景進行展望。

    枯草芽孢桿菌是一種在發酵飼料添加劑中常見的菌株,枯草芽孢桿菌屬于革蘭氏陽性菌,在動物飼料中是以芽孢的形式存在。芽孢是一種細菌的休眠體,在對發酵飼料進行加工時芽孢可以以一種穩定的形態存在,防止加工過程中的破壞?莶菅挎邨U菌在各個方面應用廣泛,并且其安全得到認可(劉穎等,2014)?莶菅挎邨U菌同時也是一種常見的益生菌,當動物食用添加該菌種飼料時,可調節腸道微生物菌群平衡,同時還可提高動物免疫力,促進生長發育(李春鳳等,2013)。在畜牧業中發酵飼料是一種綠色健康的飼料(鄧雪娟等,2019)。本文對枯草芽孢桿菌在發酵飼料中的應用進行了總結和展望。


    1 枯草芽孢桿菌發酵飼料概述
    抗生素的使用可控制患病動物的病情,但也暴露出許多新問題。例如,不規范的用藥使一些細菌產生了抗藥性,破壞了自然界中微生物的平衡,而且動物體內殘留的抗生素會對人體健康造成威脅。發酵飼料可解決這一系列的問題,既提高了動物的免疫力又實現資源回收利用。

    在飼料中添加枯草芽孢桿菌對飼料進行發酵處理所形成的生物飼料是一種常見的發酵飼料,也是應用非常廣泛的一種飼料。在豆粕等發酵原料中添加枯草芽孢桿菌進行厭氧與好氧兩種方式發酵,在此過程中枯草芽孢桿菌會產生一些代謝產物如蛋白酶等各種水解酶,將原粗飼料中的纖維素以及蛋白質等大分子物質水解成葡萄糖、多肽等,提高了原飼料的營養價值,并且枯草芽孢桿菌在動物腸道內會抑制有害菌種的繁殖,提高動物的抵抗力(劉桂香等,2016)?莶菅挎邨U菌產生的肽聚糖可以保護鯉魚腸上皮細胞,使其免受β-伴大豆球蛋白導致的炎性損傷,提高鯉魚腸上皮細胞的抗氧化與抗炎能力(張甜甜等,2018)?莶菅挎邨U菌所起到的積極作用還有會讓動物變得更健康,從而提高動物經濟效益(劉興等,2020)。


    2 枯草芽孢桿菌在不同飼料原料中的發酵應用

    2.1 大豆粕
    隨著養殖業的發展,發酵飼料漸漸被人們開發利用,其中豆粕便是一種常見的發酵飼料原料。豆粕是從大豆中提取豆油后得到的一種副產品,富含植物蛋白,但是其中也含有很多抗營養因子,這使得大豆粕蛋白質的利用率比較低,在添加微生物進行發酵后可以改善這一現象(王永偉等,2019)。

    發酵豆粕和原豆粕相比具有許多優勢,由于經過微生物發酵益生菌所產生的代謝產物會被動物吸收利用,豆粕中存在的抗營養因子也會消失。此外發酵后的豆粕營養價值也非常高,蛋白質與氨基酸含量經過枯草芽孢桿菌發酵處理后也在增加,原豆粕中不易被消化的物質被微生物分解。發酵豆粕還可以改善動物腸道環境,由于產量及營養價值高,所以有研究利用發酵豆粕代替部分魚粉等用于養殖中(孫林等,2017)。

    利用枯草芽孢桿菌制成的發酵豆粕會產生抗氧化多肽,對動物健康大有好處,并且提高了豆粕的利用率(柯旭清等,2016)。研究表明,利用枯草芽孢桿菌與中性蛋白酶協同發酵豆粕,提升了豆粕的營養價值,降低了蛋白質的分子質量,確定了發酵處理豆粕的最佳工藝(周爽等,2016)。史艷麗等(2015)對枯草芽孢桿菌發酵豆粕進行質量評定,結果表明豆粕中的大分子蛋白可以被枯草芽孢桿菌降解成為小分子的多肽,而且對抗原蛋白有較強的降解能力,從而使豆粕的應用價值得到提高。


    2.2 玉米秸稈
    我國的玉米種植十分廣泛,因此,也會產生大量的秸稈,每年的產量已高達6 億噸(曹紅梅等,2016)。在農村秸稈一般是焚燒處理,但是這樣會產生許多環境問題,例如,霧霾以及土壤質量變差等。玉米秸稈粗纖維含量高,粗蛋白質含量低,導致玉米秸稈作為飼料口感不好,利用率差,因此,對玉米秸稈進行發酵處理是一種非?茖W有效的方法,其中枯草芽孢桿菌可以分泌少量的纖維素胞外酶,對玉米秸稈中木質纖維素具有很強的降解能力,從而提高玉米秸稈的利用率,增加蛋白質含量(李立波等,2017)。玉米秸稈含有眾多微量元素,作為發酵飼料原料可以補充動物體內缺乏的微量元素,從而提高動物的產量。王巍杰等(2014)利用枯草芽孢桿菌與乳酸菌對玉米秸稈進行發酵處理,通過實驗測量還原糖的含量從而確定最佳工藝,結果表明發酵秸稈還原糖含量是原來的3.24倍。


    2.3 小麥麩皮
    小麥麩皮是小麥加工的一種副產品,但由于粗纖維含量較多且營養少,所以在飼料中的應用較少,但是經過枯草芽孢桿菌處理后形成的發酵飼料會大大改善這一情況(夏超篤等,2017)。加入枯草芽孢桿菌發酵可以使麩皮的纖維結構發生改變,降低抗營養因子和粗纖維的含量,同時提高蛋白質的含量(劉春雪等,2017)。此外,發酵麩皮還具有抗氧化功能,并且具有多種可溶性膳食纖維,增加了發酵麩皮的營養價值,提高了麩皮的利用率。同時發酵麩皮中含有大量維生素以及豐富的微生物菌種,對維持動物健康起到積極作用,從而降低養殖成本。曹香林等(2014)在研究中利用不同比例的枯草芽孢桿菌與酵母菌以及乳酸菌對小麥麩皮進行發酵,得到最佳發酵條件為枯草芽孢桿菌:乳酸菌為1:2,發酵時長為72h,在此條件下發酵麩皮的消化率較高。


    2.4 屠宰場的下腳料
    在動物屠宰過程中,一些動物內臟以及刺血等無法食用,而其蛋白質的含量非常高,經過微生物發酵可對廢棄物進行有效利用,實現可持續發展。劉喚明等(2018)在羅非魚下腳料中添加枯草芽孢桿菌進行發酵,并通過響應面分析獲得了最佳的發酵工藝,結果表明蛋白質的水解度高達33.12%。


    3 枯草芽孢桿菌發酵飼料的工藝研究

    在發酵生產過程中發酵工藝對微生物發酵結果有很大影響,例如培養時間、培養溫度、初始pH、裝料量、接種量等因素的影響(羅璇等,2020)。過低或者過高的溫度與pH會影響到枯草芽孢桿菌的繁殖,在發酵所得到的產物中,蛋白質與酶產量都不同?莶菅挎邨U菌是一種優質的產酶菌種,利用生物工程技術優化枯草芽孢桿菌的發酵條件可以提高其酶產量和其他營養物質,從而提高飼料的營養價值與利用率。利用單因素試驗以及響應面法可以得到最佳發酵條件(王東等,2016)。不同的接種量會影響枯草芽孢桿菌產芽孢的能力,過多的接種量會導致菌種競爭加強, 同時產生更多代謝廢物,當接種量為1%~6%時,枯草芽孢桿菌以2%接種量會產生最多的芽孢(陳莉等,2014)。


    3.1 枯草芽孢桿菌固態發酵飼料的研究
    固態發酵是一種常見的發酵方式,是生物在濕固體的基質上生長,基質中存在氣、液、固三相。由于固態發酵具有易操作、耗能低、條件不苛刻以及有利于微生物的生長和產酶等優勢,所以固態發酵在我國具有更廣泛的應用。管軍軍等(2018)對固態發酵仔豬配合飼料進行工藝研究,確定了枯草芽孢桿菌固態發酵的最佳工藝,為以后大規模應用枯草芽孢桿菌固態發酵仔豬配合飼料提供了理論基礎。李舒宇等(2013)對枯草芽孢桿菌固態發酵高溫豆粕進行了工藝優化研究,確定了最佳發酵時間、初始含水率和發酵溫度,在此條件下粗蛋白質含量為53.65%。

    許云賀等(2013)對枯草芽孢桿菌發酵豆粕工藝進行了優化,通過單因素試驗與正交試驗得到最佳條件為接種量10%,發酵溫度40℃,發酵時間3d,此時粗蛋白質含量達到57.34%。徐速等(2016)以秸稈、稻谷殼、豆粕為原料對枯草芽孢桿菌進行固態發酵,得到最佳發酵工藝為pH7.0,發酵溫度36℃,發酵時間36h,在此條件下枯草芽孢桿菌活菌數量最高,達到5.35×109cfu/g。常曉川等(2019)對枯草芽孢桿菌發酵飼料工藝進行了優化,得到了最佳發酵時間與發酵溫度,在此時菌體濃度最高為200億/g。武洪志等(2017)在研究枯草芽孢桿菌發酵金櫻子飼料時發現,發酵時間對發酵結果影響較大,當發酵時間為2d、接種量為5.74%時發酵結果最好,在此條件下發酵金櫻子多糖含量提高了47.47%。


    3.2 枯草芽孢桿菌液態發酵飼料的研究
    液態發酵是以液體為培養基,在此培養基上進行微生物發酵。李情敏等(2016)利用農業廢棄資源水解碎米粉、玉米粉、小麥粉作為液態發酵原料,對枯草芽孢桿菌最佳培養條件進行研究,得到了最佳工藝,在此條件下枯草芽孢桿菌發酵液OD值最高,為7.38。劉以清等(2016)對油茶茶枯進行枯草芽孢桿菌液態發酵處理,確定了最佳發酵條件,在此條件下茶皂素的降解率達到67.07%。


    4 枯草芽孢桿菌發酵飼料的應用

    4.1 枯草芽孢桿菌發酵飼料在牲畜中的應用
    枯草芽孢桿菌作為益生菌對宿主具有積極的影響,其可以促進腸道對營養物質的吸收,抑制有害菌種的繁殖,保護宿主腸道環境,同時可以產生多種類似于各種酶、維生素促生長因子等的活性物質(王永偉等,2019)。彭忠利等(2013)對肉牛進行試驗,結果表明,飼喂枯草芽孢桿菌發酵飼料比飼喂基礎精料日增重有所提高,并且飼喂發酵飼料試驗組的粗蛋白質消化率以及粗纖維消化率均有提高,說明發酵飼料對禽畜體重有促進作用。李龍等(2019)利用枯草芽孢桿菌與植物乳酸桿菌發酵飼料對肉雞進行飼喂,得到兩種菌發酵飼料的最佳工藝,以及當兩種菌比例為10%和15%時,肉雞平均日增重、養分消化率最高。李潔等(2018)對木薯酒精渣進行發酵處理,得到枯草芽孢桿菌與產乳酸菌的最佳比例,在此條件下豬平均日增重0.78kg,平均日采食量2.8kg,料肉比3.59。


    4.2 枯草芽孢桿菌發酵飼料在水產動物中的應用
    魚粉常被用作水產動物養殖中的動物蛋白補充飼料。由于養殖水產中常常暴發病害,添加抗生素往往會對環境造成污染,所以發酵飼料的替代會很好地彌補這一缺陷。馮健等(2016)用發酵豆粕代替部分魚粉飼喂黃魚幼魚,研究得出發酵飼料代替魚粉30%時為最適含量,否則會造成肝細胞的損傷。鐘小群等(2018)對鯉魚幼魚進行試驗發現,用發酵飼料代替基礎飼料可以提高鯉魚幼魚的飼料利用率,并且不會影響鯉魚的肌肉質量。姚學良等(2020)對贛昌鯉鯽投喂三種飼料,試驗表明投喂發酵飼料的贛昌鯉鯽生長速度最快,且營養成分屬于正常范圍。


    4.3 枯草芽孢桿菌發酵飼料對生態環境保護的應用
    在一些情況下,由于發酵飼料具有與使用抗生素相同的效果,所以發酵飼料可以減少抗生素的使用。由于抗生素會以活性的形式存在于污水中,從而流向自然,這會導致生態系統平衡的破壞,而飼料中添加抗生素則是一種常見的現象,所以發酵飼料替代抗生素可以改善環境,保護生態系統。同時生物飼料會降低糞便中粗蛋白質含量,從而減少糞便中氨氣的排放量,進而減少豬場廢棄物對環境的影響。張益燾等(2017)在豬飼料中添加干、濕發酵豆粕發現,豬糞便中產氨量相較于原飼料分別降低了33.46%、13.39%。


    5 應用前景

    5.1 混合發酵與轉基因技術
    目前發酵飼料的研究已成為熱點,但是發酵飼料的研究往往存在單一性的問題,只是對一種菌種進行發酵處理。自然界中有許多類似于枯草芽孢桿菌的益生菌,多種菌株的代謝產物可以通過益生菌如枯草芽孢桿菌和乳酸菌的混合發酵獲得,這樣比單一菌種發酵飼料飼養效果更加顯著。

    在發酵過程中往往面臨許多問題,例如發酵會產生熱量導致飼料總能降低,在菌種的保存以及防污染上仍具有挑戰,如果控制不當會造成霉菌的污染。通過轉基因技術對枯草芽孢桿菌進行改良,設計需要的功能來獲取基因,改變基因序列,利用PCR技術與DNA重組技術獲得工程菌,使基因在微生物中高效的表達,從而提高飼料的利用率,減少發酵過程中的污染。

    我國畜禽業發展迅速,對于飼料的需求也在增加,隨著環保意識的增強,生物飼料將會大量被使用,人們對綠色食品的需求也在增加,相信發酵飼料會讓人們得到更高品質的肉類與蛋白質。
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