新型芽孢杆菌生物饲料添加剂开发研究可行性研究报告.doc

江西省科技计划项目可行性研究报告计划类别： 农业攻关项目名称：农业生物技术产品与生物质利用项目类别： 重点项目课题名称： 新型芽孢杆菌生物饲料添加剂开发研究申请单位： 江西农业大学 （盖章）项目（课题）负责人：黄占旺起止年限： 2007.012008.12通讯地址、邮编：江西农业大学 330045联系电话、传真报告编制单位：江西省科技厅制二二年六月编 写 说 明一、本可行性研究报告格式适用于江西省科技计划（软科学研究计划、国际科技合作与交流计划除外）项目开展可行性研究时使用，其主要依据是相应的江西省科技计划项目申请书。二、本可行性研究报告是省科技厅组织技术经济可行性论证的主要材料和科技计划项目立项的重要依据，各项内容应实事求是，逐项编写。三、本可行性研究报告附件材料中，涉及引进技术的项目，须附有技术引进协议和有关知识产权的文件。四、本可行性研究报告一式六份，一律用A4纸打印，于左侧装订成册。新型芽孢杆菌生物饲料添加剂开发研究项目可行性研究报告一、总论（一）项目的主要内容及技术原理简述本项目研制新型芽孢杆菌生物饲料添加剂。主要内容包括以抗菌、耐温、耐pH、耐抗生素、生长繁殖速度快和产淀粉酶、蛋白酶等多种消化酶为筛选因子，分离、选育具有以上优良特性的纳豆芽孢杆菌益生菌株；研究纳豆芽孢杆菌益生菌高密度培养技术；研究纳豆芽孢杆菌培养物微胶囊化包埋技术和减压低温干燥技术，选择最佳包埋剂、保护剂和最佳技术条件，获得高活性纳豆芽孢杆菌生物饲料益生菌添加剂等。采用的技术原理主要包括个现代微生物的选育技术，微生物高密度培养技术，发酵过程控制技术，微胶囊化包埋技术等。（二）项目的目的和意义2005年全球饲料产量仍然超过625亿吨，增长约2。，2005年，中国饲料产量为1.03亿吨。饲料工业的发展前景非常乐观，随着发展中国家对肉产品需求量的加大，全球饲料产量将会继续增长，而中国经济的持续发展也将为饲料工业的发展提供动力。长期以来，由于动物饲养和饲料中广泛使用抗生素、化学合成药物、激素、-兴奋剂、重金属、镇静剂等促生长保健剂，导致了如下的问题：畜禽和水产产品中药物残留严重，直接危害人体健康；畜禽产品品质下降，缺乏市场竞争力和信任感；细菌耐药性增强、耐药菌株增多，威胁人类安全；破坏生态环境等。因此，生产无公害畜产品正成为人们追求的目标之一。应用益生菌制成生物饲料添加剂，是近年发展起来的一种新型绿色饲料添加剂。益生菌与其它药物不同，“已病治病，未病防病，无病保健”是它的优点。使用它可增进动物健康素质，提高健康水平及生产性能，对动物无毒无害、无残留等特点。益生菌的促生长效果受多种因素影响，如动物生理状态、饲料加工工艺、菌株组成及其定植能力、温度、pH值、活菌的保存时间等，在养殖生产中目前还难以达到较好的效果。从动物生产和饲料生产两方面来考虑，芽孢杆菌既能增进畜禽生长性能，又具有较强的抗性，且在饲料制粒贮存过程以及在胃肠道中作用稳定并保持较高活性。芽孢杆菌比其它益生菌具有更多的优点，因而芽孢杆菌研究开发与应用受到人们广泛重视。目前，世界各国对饲料添加剂的研究与应用十分重视，在饲料工业竞争中视为提高品质的关键。在我国饲料工业中，生物添加剂的开发应用尚属薄弱环节，添加剂的类型、品种、功能、质量等方面与国外先进国家及国内生产需要都存在差距。因此，开发研究和利用绿色饲料添加剂，提高我国饲料工业生产水平和饲料品质及效益，对发展畜牧业有着极其重要的意义。芽孢杆菌类微生物添加剂是通过筛选、培养、包埋干燥等工艺制成的一种新型有益芽孢杆菌活菌制剂，具有防治疾病，促进生长等功效，且无毒，无残留。芽孢杆菌具有耐高温、耐酸碱、耐挤压，加工损失小等特性，克服非芽孢类活菌制剂存在保存期短，易被胃酸杀死，活性不稳定的缺点。本项目采用现代生物技术选育获得具有抗菌、耐温、耐pH、耐抗生素、繁殖快和产多种消化酶的纳豆芽孢杆菌，经高密度培养、微胶囊化包埋、低温真空干燥制备高活性生物饲料添加剂，对促进我国绿色饲料添加剂生产发展，保障食品安全，发展畜牧业有着极其重要的意义。（三）相关技术领域国内外发展现状、趋势1、饲用芽孢杆菌种类目前国际上允许直接饲用的微生物菌种达42种（美国食品与药物管理局与美国饲料协会，1989），我国农业部1999年公布干酪乳杆菌、植物乳杆菌、粪链球菌、屎链球菌、乳酸片球菌、枯草芽孢杆菌、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、沼泽红假单胞菌等12种可直接饲喂动物，允许使用的饲料级微生物添加剂菌种和我国农业部1996年正式批准蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、粪链球菌、酵母、噬菌蛭弧菌6种生物兽药投入工厂化生产。因此允许饲用的芽孢杆菌菌种有枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto)、蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、缓慢芽孢杆菌(Bacillus lentus)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)。对于饲用芽孢杆菌，由于各国研究水平不一，其允许使用菌种有所不同。随着研究的不断深入，不断有新菌种应用于饲料工业。国内外文献报道用于畜禽生产中的芽孢菌种类除上述几种外，还有环状芽孢杆菌(Bacillus circulans)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus)短小芽孢杆菌、东洋芽孢杆菌(Bacillus toyoi)等菌应用的报道。2、饲用芽孢杆菌作用效果研究现状Cavzzoni等（1998）研究认为凝结芽孢杆菌可提高仔鸡的生长速度及饲料转化效率，并比较了维吉尼亚霉素与凝结芽孢杆菌对肉仔鸡的作用效果，日增重两者之间无差异，但两者均显著高于空白对照组，因此研究者认为，凝结芽孢杆菌同维吉尼亚霉素一样均具有促进生长和预防疾病的作用。Gritzer等（1998）比较莫能霉素、乳酸杆菌、东洋芽孢杆菌对72头西门塔尔牛生产性能的影响后认为三者都对肉牛的生产性能有微小的促进作用，各组之间差异不显著。Vassalo等（1997）研究发现10到30kg猪分别饲喂东洋芽孢杆菌、杆菌肽锌饲料后，两组之间氮沉积无差异，但东洋芽孢杆菌组的消化能、能量利用效率和猪日增重显著高于杆菌肽锌组。Santoso等（1998）的研究表明猪饲料中添加苦草芽孢杆菌不仅可以提高饲料转化率和氮利用率，而且可以减少氨的产生。曹国文（2001）从植物微生物区系中分离筛选出的无毒蜡质芽孢杆菌FS株，通过发酵制成悬浮剂，用于治疗断奶仔猪应激性腹泻，取得显著疗效，治愈率达到96.08%，明显优于氟哌酸（80.36%）。贺长顺等（2002）研究，使用芽孢杆菌活菌制剂对雏鸡白痢病进行预防性和治疗性试验。预防后的035日龄雏鸡发病率仅为0.20%，成活率达99，对315日龄发病雏鸡治愈率可达84.1%。结果表明，该制剂优于同类药物预防和治疗水平。薛德林等（2003）从渤海海泥中分离得到一株海洋细菌9912，经系统的微生物学鉴定及16SrDNA序列测定，定名为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis 9912)。采用液体-固体两相发酵工艺技术，对基料30大剂量接种，制成地衣芽孢杆菌9912生物制剂，以0.2%剂量添加到在蛋鸡饲料中，对11周龄蛋鸡进行35d喂养试验，结果表明,该菌株安全可靠，能使蛋鸡产蛋率提高2.02，日只单产提高产蛋率1.44g，死淘率降低1.8%，料蛋比降低6.0%，说明地衣芽孢杆菌9912是一株在蛋鸡饲养中具有广泛应用前景的优良菌株。薛德林（2004）进一步研究将此菌在饲料中以0.3%剂量添加，对断奶35d仔猪进行30d喂养试验，结果表明该菌株安全可靠，可使仔猪增重率提高12.9%，并在防治仔猪黄白痢等腹泻中有良好的治愈效果。陈兵等（2003）在仔猪日粮中添加纳豆芽孢杆菌进行连续饲喂，研究不同添加水平对仔猪日增重、料重比等的影响。结果表明，前期试验组仔猪日增重分别较对照组提高12.31%和12.51%，料重比下降8.56%和6.31%；后期试验组仔猪日增重比对照组分别提高11.36%和9.14%，料重比下降8.70%和5.93%，尤以低剂量添加组效果较好。3、芽孢杆菌在畜牧业中的应用在养猪业中的应用： 可以通过母猪预防仔猪腹泻，减少大肠杆菌等有害菌和氨等有害物质的排出，改善外部环境，使仔猪减少了接触病原菌的机会，从而降低仔猪腹泻等疾病的发生。对仔猪，这些芽孢杆菌可以进入其体内生长繁殖，充分发挥调控微生物区系的能力，促进有益微生物的增殖，限制大肠杆菌等有害细菌的繁殖，调整消化道的微生态失调状态，使肠道内微生物群系迅速恢复平衡状态，从而达到防治仔猪腹泻，提高其抵抗力的作用。在养禽业中的应用： (1)减少鸡肠道疾病的发生，特别是防治腹泻和菌痢具有良好的作用，对沙门氏菌病的防治效果明显，降低死亡率和腹泻率，存活率提高。 (2)饲料转换率提高，降低生产成本。(3)蛋鸡产蛋率提高，肉鸡日增重率提高。 (4)提高产品质量，减少鸡蛋中的腐败物如胺和硫化物的数量。在水产养殖中应用：用微生态制剂饲喂鲤鱼，可以提高鲤鱼的淀粉酶和蛋白酶活性，可以提高增重率和存活率，并降低饵料系数。4、发展趋势药物饲料添加剂的广泛运用，尤其是抗生素饲料添加剂的利用，在动物防病治病方面发挥重要作用的同时，给畜牧生产和人类带来了一定的副效应。首先是抗生素在消灭致病菌的同时，也消灭了对动物机体有益的生理性细菌，破坏了肠道微生物的生态平衡，导致幼畜对病原微生物的易感性。另外，长期饲用抗生素使动物机体内产生具有抗药性的细菌。这些细菌茵对人畜均有害。为此，各国都在进行天然的微生物饲料添加剂的研究，已有多种效果生物饲料添加剂问世。生物饲料添加剂在动物生产中的作用：提高饲料效率，促进畜禽生长；维持肠道菌群平衡，预防幼畜疾病；减少有害气体的产生，净化环境；改善产品品质，生产无公害产品；节省饲料，降低成本，提高经济效益。活菌制剂在国外已被广泛应用。从饲料角度看，活菌制剂对营养物质的促消化吸收，对动物促生长发育、产肉产蛋，提高饲料转化率的作用是一些药物添加剂所无法代替的。而且，纯活菌制剂的直接应用，无需在体外再次对饲料发酵从而避免了体外饲料发酵所带来的干物质和能量的损失。世界上已有许多国家大量使用微生态制剂，如日本每年益生素用量在1000t以上。我国动物微生态制剂的研究起源于20世纪80年代初，90年代以后进入开发研制、产业化及规模生产期。目前，微生态制剂已被公认为有希望取代抗生素的饲料添加剂。芽孢杆菌活菌制剂，具有防治疾病，促进生长等功效，且无毒，无残留。芽孢杆菌具有耐高温、耐酸碱、耐挤压，加工损失小等特性，克服非芽孢类活菌制剂存在保存期短，易被胃酸杀死，活性不稳定的缺点，是今后生物饲料添加剂重点。新型芽孢杆菌生物饲料添加剂开发应用对促进我国绿色饲料添加剂生产发展，保障食品安全，发展畜牧业有着极其重要的意义。芽孢杆菌生物饲料添加剂比药物饲料添加剂具有许多优点，可广泛用于畜禽养殖和饲料生产及控制环境，可显著增加动物的生产性能，具有增肉、提高产蛋率、延长产蛋高峰期和饲料转化效率，防治动物肠道疾病，改善畜产品品质，消除厩舍和粪便的恶臭异味，改善环境。不含任何有害化学物质，无毒副作用、无污染，是绿色畜产品生产饲料添加剂发展方向，具有良好的市场前景和显著的经济效益、社会效益和生态效益。该项目利用粮油加工的副产品麸皮、豆饼、豆渣等有机原料主要原料，采用现代生物技术选育具有优良性状的微生物饲料添加剂菌种纳豆芽孢杆菌经高密度培养发酵、包埋干燥制备高活性纳豆芽孢杆菌生物饲料益生菌添加剂，是一种绿色、安全的生物饲料添加剂。应用于畜牧业，可促进动物生长，防治疾病等功效，且无毒，无残留，对保障畜产品安全和促进养殖业的发展具有重要意义。该项目生产工艺科学合理、环保安全，不产生新的环境污染。（四）项目申请单位、主要合作申请单位及项目主要负责人的基本情况项目申请单位：江西农业大学是一所以农为优势，以生物技术为特色，农、理、工、经、管、文、法、教多学科协调发展的大学，具有博士学位授予权，是我国首批具有学士学位、硕士学位授予权单位之一目前，学校有普通本科专业53个，省级本科品牌专业19个；硕士点50个，专业学位硕士点2个；博士点5个；省级重点学科14个。学校建有43个教学科研实验室，其中3个省级重点实验室，1个农业部重点实验室，1个省部共建国家重点实验室培育基地；1个教育部重点建设的全国职业教育师资培训基地；建有28个研究所和一个农业科技园。十五期间，承担各级各类科研项目658项，发表学术论文2678篇。合作申请单位：南昌三康食品厂是经南昌市工商局注册的法人单位，现有固定资产200万元，年生产能力1000万元，主要生产活性乳酸菌产品；有大专以上工程技术人员6人。项目主要负责人：黄占旺，男，1964年6月生，江西农业大学食品科学与工程学院教师，副教授，硕士研究生导师。现从事食品微生物与发酵工程方向的研究。主持完成省级科研项目4项，参加省部级项目多项，获南昌市和赣州市科技进步三等奖各1项，获省农科教突出贡献三等奖1次，参编教材、著作3部，发表学术论文20篇。（五）有关本项目的现有工作基础和支撑条件江西农业大学“农产品加工与贮藏工程”是江西省“十一五”重点学科。该学科食品微生物实验室面积160平方米，实验仪器设备价值100余万元。主要实验设备有：超净工作台，生化培养箱，摇振荡培养箱，低温高速离心机，冷冻干燥机，低温冰箱，普通冰箱，显微镜，干燥箱台，杀菌器，10升自动发酵罐，真空干燥设备、紫外分光光度计、小型发酵设备、紫外分光光度计及高效液相色谱仪等。江西农业大学发酵工程中心拥有50L-1000L全套全自动发酵罐，价值近400万元，可满足各项发酵试验生产。现有实验条件基本能满足本课题的研究需要，学校能满足实验所需水电供应。南昌三康食品厂拥有固定资产200万元，年生产能力1000万元，通过国家QS认证，主要生产活性乳酸菌制品。本项目课题组研究人员高级职称占45，有博、硕士5人，研究人员专业结构合理，完全有能力承担本项目的研究任务。本项目研究课题负责人和成员先后主持完成了“纳豆激酶发酵微生态食品的研制” 、“火腿发酵微生物分离及发酵工艺研究”、“双歧杆菌酸奶的研制”、 “鲤鱼精蛋白制备工艺研究”等项目，并于通过了省科技厅鉴定。发表了“纳豆菌生物学特性研究”、“ 纳豆混合发酵技术研究,”、“纳豆菌分离与抗菌特性研究 ”、“ 安福火腿发酵微生物分离与发酵工艺研究”、“鲤鱼精蛋白的提取及抗菌稳定性研究” 等学术论文30余篇 ，对应用微生物资源开发利用具有一定的研究基础。二、项目实施方案（一）项目达到的目标及考核的主要技术经济指标（含知识产权、技术标准）1、选育获得的微生物饲料添加剂菌种纳豆芽孢杆菌，该菌种具有生长繁殖快、抗菌、耐温、耐酸、耐抗生素，产多种淀粉酶、蛋白酶等优良性状。2、研制高活性纳豆芽孢杆菌生物饲料益生菌添加剂新产品，制订产品标准。纳豆芽孢杆菌活菌数108/g,符合国家卫生标准，产品填补国内空白，争取申请国家专利。3、芽孢杆菌生物饲料添加剂是一个高附加值的高技术含量新产品，每吨市场参考价35000元，年生产400吨，可实现收入1400万元，利税700万元。将能取得较为理想的经济效益。 （二）项目的主要研究（开发）内容A、以抗菌、耐温、耐pH、耐抗生素、生长繁殖速度快和产淀粉酶、蛋白酶等多种消化酶为筛选因子，分离、选育具有以上优良特性的纳豆芽孢杆菌益生菌株。B 、纳豆芽孢杆菌益生菌高密度培养技术研究。 对纳豆芽孢杆菌培养基进行选择，优化纳豆芽孢杆菌培养基配方和培养条件，获得高浓度纳豆芽孢杆菌培养物。C、研究纳豆芽孢杆菌培养物微胶囊化包埋技术和减压低温干燥技术，选择最佳包埋剂、保护剂和最佳技术条件，获得高活性纳豆芽孢杆菌生物饲料益生菌添加剂。D、活性纳豆芽孢杆菌生物饲料益生菌添加剂应用试验。（三）试验（开发）规模及地点本项目小试研究，地点：江西农业大学；中试研究，地点：南昌三康食品厂。（四）主要技术关键及创新点1、主要技术关键：A、优良纳豆芽孢杆菌益生菌株分离和选育；B、纳豆芽孢杆菌益生菌高密度培养技术；C、纳豆芽孢杆菌培养物微胶囊化包埋技术。2、创新点：（1）产品创新 首次开发出新型纳豆芽孢杆菌生物饲料添加剂，产品填补国内空白。（2）技术创新 研究出芽孢杆菌益生菌分离选育技术、高密度培养技术、微胶囊化技术、低温干燥等技术集成应用于芽孢杆菌生物饲料添加剂生产。达到工艺技术创新，使产品质量达到或超过国家有关标准，居国内先进水平。（五）实施方案（含技术路线、工艺流程及技术关键的解决方案）技术路线：分离源稀释分离平板培养斜面培养按不同筛选因子筛选驯化培养选育优选菌株高密度液态培养（高密度固态培养）微胶囊化（减压低温干燥）生物饲料益生菌添加剂产品贮藏期活性稳定性试验。工艺流程：纳豆芽孢杆菌菌种扩大培养高密度培养微胶囊化包埋生物饲料添加剂产品。（六）技术风险分析本项目采用微生物分离选育技术，选育具有优良特性的纳豆芽孢杆菌益生菌株；研究纳豆芽孢杆菌益生菌高密度培养技术；研究纳豆芽孢杆菌培养物微胶囊化包埋技术和减压低温干燥技术，选择最佳包埋剂、保护剂和最佳技术条件，获得高活性纳豆芽孢杆菌生物饲料益生菌添加剂。关键技术主要包括个现代微生物的选育技术，微生物高密度培养技术，发酵过程控制技术，微胶囊化包埋技术等。既具有先进性，又稳定可靠，技术风险较小。（七）分年度的工作内容、目标2007.01-20076 查阅资料，制定研究方案2007.07-2007.12生物饲料添加剂菌种筛选和选育2008.01-2008.12益生菌高密度培养研究，微胶囊化包埋技术和减压低温干燥技术研究2008.12产品检测，数据分析，资料整理、研究总结 （八）申请单位、合作申请单位及主要人员的分工课题组主要成员姓 名年龄职务职称所在单位在课题中的分工黄占旺41副教授江西农业大学主持方案制订劳小明35工程师南昌三康食品厂工程化试验王文君34副教授江西农业大学菌种选育李宏睿31讲师江西农业大学菌种选育洪艳平34讲师江西农业大学培养研究汤凯洁32讲师江西农业大学分析检测蒋 艳41高级实验师江西农业大学工艺研究吴少福36高级实验师江西农业大学工艺研究帅 明23江西农业大学工艺研究合作单位：南昌三康食品厂。负责工程化试验。（九）有关本项目的国内外知识产权状况分析经江西省科技情报所科技情报检索：中国专利信息中心网检索，没有找到经微胶囊化包埋新型纳豆芽孢杆菌生物饲料添加剂产品专利。本项目研究不涉及他人专利技术，不存在专利纠纷，属自主技术创新。三、市场分析（一）市场预测（含同类项目的国内外市场情况）2005年全球饲料产量仍然超过625亿吨，增长约2。，2005年，中国饲料产量为1.03亿吨。活菌制剂在国外已被广泛应用。从饲料角度看，活菌制剂对营养物质的促消化吸收，对动物促生长发育、产肉产蛋，提高饲料转化率的作用是一些药物添加剂所无法代替的。而且，纯活菌制剂的直接应用，无需在体外再次对饲料发酵从而避免了体外饲料发酵所带来的干物质和能量的损失。世界上已有许多国家大量使用微生态制剂，如日本每年益生素用量在1000t以上。我国动物微生态制剂的研究起源于20世纪80年代初，90年代以后进入开发研制、产业化及规模生产期。目前，微生态制剂已被公认为有希望取代抗生素的饲料添加剂。 芽孢杆菌活菌制剂， 具有防治疾病，促进生长等功效，且无毒，无残留。芽孢杆菌具有耐高温、耐酸碱、耐挤压，加工损失小等特性，克服非芽孢类活菌制剂存在保存期短，易被胃酸杀死，活性不稳定的缺点，是今后生物饲料添加剂重点。因此，新型芽孢杆菌生物饲料添加剂开发应用对促进我国绿色饲料添加剂生产发展，保障食品安全，发展畜牧业有着极其重要的意义，具有广阔的市场前景。（二）经济社会效益分析动物微生态制剂的发展前景非常广阔，它避免了抗生素长期使用的毒副作用及耐药性或抗药性，可防治微生态平