工艺技术_发酵饲料用乳酸菌培养条件及保藏工艺研究

江南大学 硕士学位论文 发酵饲料用乳酸菌培养条件及保藏工艺的研究 姓名：贾朋辉 申请学位级别：硕士 专业：发酵工程 指导教师：毛忠贵 20090301 摘要 摘要 本论文通过对经过生化鉴定证实为戊糖片球菌( P e d i o c o c c u sp e n t o s a c e u s ，P P ) 和植物 乳杆菌( L a c t o b a c i l l u sp l a n t a r u m ，L P ) 的试验菌株进行获得最大生物量的最适培养条件及 菌种的包被和冷冻干燥保护工艺的研究，使之用于生产微生态发酵饲料的专用发酵剂实 现工业化大生产。 通过对两株菌的产酸速度研究发现P P 、L P 的产酸能力较快，两株茵的发酵上清液 抑菌效果明显，混合培养实验抑制腐败菌效果显著。L P 和P P 的最适宜生长温度分别为 3 7 和3 0 ，这种最适宜生长温度的差异有利于发挥两种乳酸菌在饲料不同发酵阶段的 互补作用以达到制作优质发酵饲料的生产目的；两菌株比较而言，L P 的生物量要比P P 高5 ，而P P 的有效菌落数量要比L P 高1 0 倍。通气与否和接种量大小对于菌体生物 量影响不显著。接种量的影响在对数生长初期是明显的，进入对数生长末期影响不显著， 对于各自达到的最大生物量也没有显著影响。 研究采用海藻酸钠明胶作为囊材，固化液采用氯化钙溶液，试验效果证明该方法 适合于保存L P ，提高了L P 对干燥的抵抗能力。最终制定的冻干工艺是根据快速降温、 缓慢升温的原则，保温过程的时间长短主要是考虑了冻干残余水分的影响，保温3 6 0 r a i n 的残余水分基本处于3 5 ，实验结果显示在此范围内能够得到较高的活菌存活率。冻 干保护剂的研究显示保护剂的种类对P P 和L P 的保护效果并不一致，甘油、肌醇和维生 素C 对P P 的保护作用最强，而对L P 的冻干保护试验则是维生素C 、甘油和绵白糖的 保护作用最强。保护剂中维生素C 和甘油均表现出较强的保护作用。 对微生态发酵饲料中的细菌总数、乳酸菌和大肠杆菌的动态变化进行研究，结果表 明：饲料经发酵剂发酵后，乳酸菌数量在4 8 h 达到最大值，乳酸含量达到2 5 ，大肠 杆菌被显著抑制。为了探讨微生态发酵饲料对断奶仔猪诱食及促进生长效果的影响，试 验选用3 2 日龄长大二元断奶仔猪6 0 头，随机分为对照组、试验I 组和试验U 组三个 处理组，分别饲喂基础日粮、发酵基础日粮、发酵基础日粮( 占5 0 ) + 未发酵基础日 粮( 占5 0 ) 。结果表明：试验I 组和试验I I 组平均日增重比对照组分别提高8 1 6 和 4 0 8 ；平均日采食量分别提高5 0 6 和7 5 9 。同时发现，试验I 组的饲喂方式要优 于试验I I 组。 关键词：微生态发酵饲料；乳酸菌；最适培养条件；包被冷冻干燥工艺 A b s t r a c t n l ep r e s e n tp a p e rt h r o u g ht oc a r r i e so na f t e rt h eb i o c h e m i s t r ya p p r a i s a lc o n f i r m a t i o nf o r p e n t o s ep i e c eC O C C U SP e d i o c o c c u sp e n t o s a c e u sa n dt h ep l a n tl a c t o b a c i l l u sL a c t o b a c i l l u s p l a n t a n l n le x p e r i m e n t a ls t r a i no b t a i n st h eb i g g e s tb i o m a s st h em o s ts u i t a b l er a i s ec o n d i t i o n a n dm o l dm u s h r o o ms p a w n Sd i a p e ra n dt h ef r e e z e - d r y i n gp r o t e c t i o nc r a f tr e s e a r c h , c a u s e si t t ou s ei np r o d u c i n gt h em i c r oe c o l o g yf e r m e n t e df e e dt h es p e c i a l p u r p o s eh a m e t zt or e a l i z e t h ei n d u s t r i a l i z a t i o nb i gp r o d u c t i o n T h r o u g hp r o d u c e st h eS O B rs p e e dr e s e a r c ht ot w of u n g it od i s c o v e rt h a tP P , L Pp r o d u c e t h eS O U l “ a b i l i t yt ob eq u i c k , t w of u n g u s Sf e r m e n t a t i o ns u p e m a t eb a c t e r i o s t a s i se f f e c t sa r e o b v i o u s ，t h em i x e dc u l t u r ee x p e r i m e n ts u p p r e s s e st h ep u t r e f a c t i v eb a c t e r i ae f f e c tt ob e r e m a r k a b l e T h ep l a n tl a c t o b a c i l l u sa n dt h ep e n t o s ep i e c ec o c c 嘴i ss u i t a b l et h eg r o w t h t e m p e r a t u r er e s p e c t i v e l yb e3 7 。Ca n d3 0 。C ，t h i sk i n di ss u i t a b l et h eg r o w t ht e m p e r a t u r e d i f f e r e n c et ob ea d v a n t a g e o u si nd i s p l a y st w ok i n do fl a c t o b a c i l l it oa c h i e v et h em a n u f a c t u r e 1 1 i 曲q u a l i t yf e r m e n t e df e e di nt h ef e e dd i f f e r e n tf e r m e n t a t i o ns t a g es u p p l e m e n t a r yf u n c t i o n t h ep r o d u c t i o ng o a l ；T w os t r a i n sc o m p a r a t i v e l ys p e a k i n g ，t h ep l a n tl a c t o b a c i l l u s Sb i o m a s s m u s tb es l i g h t l yh i 曲as p o t ，b u tp e n t o s ep i e c ec o C C U S Se f f e c t i v ec o l o n yq u a n t i t yw a n t s o b v i o u sh i g l l5 T h ev e n t i l a t i o no rn o ta n dt h ev a c c i n a t i o nq u a n t i t ys i z ei sn o tr e m a r k a b l e r e g a r d i n gt h em y c e l i u mb i o m a s si n f l u e n c e T h ev a c c i n a t i o nq u a n t i t y si n f l u e n c ei nt h e l o g a r i t h m i cg r o w t hi n i t i a lp e r i o di so b v i o u s ，e n t e r st h el o g a r i t h m i cg r o w t hl a s ts t a g ei n f l u e n c e n o tt ob er e m a r k a b l e ，r e g a r d i n gt h eb i g g e s tb i o m a s sw h i c ha c h i e v e sr e s p e c t i v e l ya l s od o e sn o t h a v et h er e m a r k a b l ei n f l u e n c e T h er e s e a r c hU S e st h es e aa l g i n i ca c i ds o d i u m - g e l a t i nt ot a k et h ep o u c hm a t e r i a l ，t h e s o l i d i f i c a t i o nf l u i du s e st h ec a l c i u mc h l o r i d es o l u t i o n ，t h ee x p e r i m e n t a le f f e c tp r o v e dt h a tt h i s m e t h o ds u i t si np r e s e r v e dp l a n tl a c t o b a c i l l u sL P , e n h a n c e dt h el a c t o b a c i l l u st ot h ed r y r e s i s t a n c e F o r m u l a t e sf i n a l l yt h ef r e e z i n ga n dd r y i n gc r a f tw a sa c c o r d i n gt ot h ef a s t t e m p e r a t u r ed e c r e a s e ，t h es l o we l e v a t i o no ft e m p e r a t u r ep r i n c i p l e ，t h eh e a tp r e s e r v a t i o n p r o c e s st i m el e n g t hh a dm a i n l yc o n s i d e r e dt h ef r e e z i n ga n dd r y i n gr e m a i n i n gm o i s t u r e c o n t e n t Si n f l u e n c e ，k e p tw a r mt h e3 6 0 m i nr e m a i n i n gm o i s t u r ec o n t e n tt ob ei n3 5 b a s i c a l l y , t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l td e m o n s t r a t e dw i t h i nt h i ss c o p ec o u l do b t a i nt h eh J 【g hl i v e f u n g u ss u r v i v a lp e r c e n t a g e T h ef r e e z i n ga n dd r y i n gp r o t e c t i n ga g e n t Sr e s e a r c hd e m o n s t r a t i o n p r o t e c t i n ga g e n t St y p ei s i n c o n s i s t e n tt oP Pa n dt h eL Pf u n g u s sp r o t e c t i o ne f f e c t ，t h e g l y c e r i n e ，t h ep h a s e o m a n n i t ea n dV i t a m i nCa r es t r o n g e s tt ot h eP Pf u n g u s Sp r o t e c t i v e f u n c t i o n ，b u tt ot h eL Pf u n g u s Sf r e e z i n ga n dd r y i n gp r o t e c t i o ne x p e r i m e n ti sV i t a m i nC ，t h e g l y c e r i n ea n dt h ep o w d e r e ds u g a rp r o t e c t i v ef u n c t i o ni ss t r o n g e s t I nt h ep r o t e c t i n ga g e n t V i t a m i nCa n dt h eg l y c e r i n ed i s p l a yt h es t r o n gp r o t e c t i v ef u n c t i o n C h a n g e so ft o t a lp l a t ec o u n t ，l a c t i ca c i db a c t e r i a , c o l i f o r mb a c t e r i ai nf e r m e n t a t i o nf I e e d w e r ei n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r T h er e s u l t ss h o w e dt h a tl a c t i ca c i db a c t e r i aa m o u n te v i d e n t l y i n c r e a s e da n dh a dam a x i m u mv a l u ea n d2 5 o fl a c t i ca c i dc o n t e n ta f t e r4 8h o u r s f e r m e n t a t i o n a sw e l la sc o l i f o r mb a c t e r i aw e r ei n h a b i t e di nf e e d T I l i ss t u d yW a sd e s i g n e dt o d e t e r m i n et h ee f f e c to fd i e t a r yf o rw e a n e dp i g l e t s s i x t yp i g l e t sw e a n e da t3 2d a y so fa g ew e r e A b s t r a c t r a n d o m l ya s s i g n e d t o3t r e a t m e n t g r o u p s ，r e p r e s e n t i n gs o y b e a l lm e a l - b a s e dd i e t s ，o r f e r m e n t a t i o nf e e d ，f e r m e n t a t i o nf e e d ( 5 0 ) a n ds o y b e a rm e a l - b a s e dd i e t s ( 5 0 ) T h er e s u l t s s h o w ：C o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p ，t h eA v e r a g e - d a y - g a i na n dv o l u n t a r yf e e di n t a k eo f e x p e r i m e n t a lg r o u pIa n dI Ii n c r e a s e db y8 6 1 ，5 0 6 a n d4 0 8 ，7 5 9 K e y w o r d s ：f e r m e n t a t i o nf e e d ；l a c t o b a c i l l u s ；o p t i m u mc u l t u r ec o n d i t i o n s ；f r e e z e - d r y i n g t e c h n o l o g y I I I 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是芬人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 签名： 丝盗日 期： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件争磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 益生素的概念及其发展历程 益生素( P r o b i t i c s ) 又名益生菌、活菌剂、微生态制剂等，是活的微生物饲料添加 剂。益生素就其应用可以追溯至古代，中国早在公元前1 7 世纪就有用微生物生产醋、 酒的记载。欧洲在圣经的旧约全书中就有“含有微生物食品发酵酸奶“ 的 记载。而益生素的概念形成于2 0 世纪7 0 年代，是由R B P a r k e r 提出的，他给益生素 下的定义是；“使肠道微生物达到平衡的有机体和物质。P a r k e r 在肯定益生素除与肠道 内微生物有关外，还指出“物质”内含有抗生素的可能。1 9 8 9 年F u l l e r 明确提出益生素是 “一种活的微生物饲料添加剂，通过改善肠道内微生物的平衡而起作用。将含活菌的 饲料喂给动物始于M e t c h n i k e f f , 他得出“正常菌群有害说“ ，认为调整胃肠道菌群有益 于健康。法国的P a s t e r 提出了“正常肠道菌群有益说“ ，他认为人和动物必须有正常菌 群，在消化食物时需要通过微生物的发酵作用，将淀粉、多糖降解为单糖，然后才被利 用。随着无菌技术和悉生动物( G n o f o b i o t e s ) 的研究进展，人们进一步认识到在人和动 物的胃肠道菌群中，既存在对宿主抵抗疾病和能量转化有益的细菌，也存在着对宿主致 病和对能量转化不利的细菌。1 9 9 4 年人们对益生菌的定义作了再次修订：“益生菌是含 活菌和或死菌包括其组分和产物的细菌制品，经口或其他粘膜途经投入，旨在改善粘膜 表面微生物或酶的平衡，或者刺激特异性或非特异性免疫机制“ 。尽管目前在学术界对 该定义还存在争论，但定义的主要内容是被人们认可的【1 1 。 1 9 8 9 年美国食品与药物管理局与饲料协会发布了可以直接饲喂动物的安全菌株4 2 种，其中乳酸菌类1 8 株，双歧杆菌类6 株，芽孢杆菌类5 株，拟杆菌类4 株，霉菌类2 株( 黑曲霉、米曲霉) ，酵母菌类l 株，球菌和丙酸菌类6 株。1 9 9 6 年我国农业部正式 批准生产生物兽药的菌种有：蜡样芽孢杆菌( B a c i l l u sc e r e u s ) 、枯草芽孢杆菌( B a c i l l u s s u b a l i s ) 、乳酸杆菌( L a c t o b a c i l l u s ) 、粪链球菌( S t r e p t o c o c c u sf a e c i u m ) 、酵母( C a n d i d a ) 、 噬菌蛭弧菌( B o l e l l o v i b r i ob a c f i r i o v o r s ) 。1 9 9 9 年我国农业部公布了1 2 种可以直接饲喂 动物的饲料级微生物菌种，包括干酪乳杆菌( L a c t o b a c i l l u sc a s e i ) 、植物乳杆菌 ( L a c t o b a c i l u sp l a n e t a r i u m ) 、粪链球菌( S t r e p t o c o c c u sf a e c i u m ) 、乳酸片球菌 ( P e d i o c o c c u sa c i d i l a c t i c i i ) 、枯草芽孢杆菌( B a c i l l u ss u b t i l i s ) 、纳豆芽孢杆菌( B a c i l l u s n a t t o ) 、嗜酸乳杆菌( L a c t o b a c i l l u sa c i d o p h i l u s ) 、乳链球菌( S t r e p t o c o c c u sl a c t i s ) 、啤酒 酵母( $ a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e ) 、产朊假丝酵母( C a n d i d a u t i l i s ) 、沼泽红假单胞菌( R h o d o e u d o m o l l aa l u s t r i s ) 、曲霉( A s p e r g i l l u s ) 。 江南大学硕士学位论文 近年来随着微生态学在我国的飞速发展，以微生态调节剂为主的新一类药品、饲料 添加剂、植物生长促进剂已经或正在形成产业，创造出巨大的社会效益和经济效益。在 饲料工业中人们将微生态制剂作为抗生素最有效的替代产品之一，寄希望于通过微生态 制剂生产安全的畜产品，同时强化对环境的保护。 自1 9 5 7 年日本最早报道病原菌抗药性现象以来，人们发现，由于大量和滥用抗生素 已经给动物本身、畜产品和环境带来一系列的问题。这些问题主要表现在：抗生素在 畜禽产品肉、蛋、奶、毛、皮中残留，危害人体健康，如产生“三致”、过敏，甚至产生 人类目前的科学水平还未能了解的疾病或潜在危害。导致畜禽体内外的微生物对抗生 素产生耐药性或抗药性，药效降低，用药量不断增加，使养殖成本不断增加的同时也使 药物残留更为严重，形成恶性循环。畜禽长期使用或滥用抗生素后，在抑制致病微生 物的同时，也杀灭了动物体内正常的有益的微生物菌群，使机体正常微生态体系( 医学 界称之为“新的生理系统”) 失衡，造成动物内源性感染或二重感染。使畜禽对抗生素 产生依赖，抑制动物免疫系统的生长发育或降低了动物的免疫功能，使抗病能力下降。 如何对待因使用抗生素产生的负面效应，人们在寻求解决的途径和方法，W H O ( 世界 卫生组织) 认为目前还没有发现新药或疫苗来对付这些具抗药性的病原菌。最有效的战 略是对人、畜合理使用和尽可能减少使用抗菌药。欧盟委员会自2 0 0 6 年起全面禁止任何 抗生素作为饲料添加剂。美国F D A 也已从农业用途中取消了青霉素、四环素、红霉素、 林可霉素、泰乐菌素和维吉尼亚霉素【2 】，【3 1 。 我国政府也先后公布了抗生素使用的剂量、停药期和禁止使用的抗生素种类。减少 或停止使用抗生素，如何提高动物的生产性能和抵抗病原菌，是人们普遍关注的问题， 微生态制剂、酶制剂、中草药制剂等作为抗生素替代品将在饲料工业中发挥重要作用， 代表新型饲料添加剂的发展方向。 1 2 益生素的分类 根据微生物的种类活菌制剂可分为乳酸菌制剂、芽孢杆菌制剂和酵母类制剂等【4 1 。 1 2 1 乳酸菌制剂 此类菌属是动物肠道中的正常微生物，作为饲料添加剂应用较多的是嗜酸乳杆菌、 双岐杆菌和粪链球菌等，其中包括乳酸菌发酵饲料、乳酸菌粉及乳酸菌提取物。该类制 剂应用最早，种类最多，但该类制剂都是厌氧菌，活菌存活率低，又由于生产技术，工 艺水平的限制，在产品加工和贮运过程中，易受干燥、高温、高压、氧化等不良环境的 影响，导致产品贮存期短，质量不稳定，进而影响饲喂效果。 2 第一章绪论 I 2 2 芽孢杆菌制剂 此类菌属在动物肠道中存在数量极少，目前应用的主要是蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢 杆菌、巨大芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等【5 1 。中国、日本、意大利和前苏联等均有用芽孢 杆菌作防病、治病及饲用微生态制剂的研究报道【6 】。与其他微生物制成的制剂有显著不 同，芽孢杆菌产品以内生孢子的形式存在，能耐受胃内酸性环境，对饲料加工、贮运过 程的干燥、高温、高压、氧化等不良环境因素的抵抗力强，稳定性高，并有很强的蛋白 酶、脂肪酶、淀粉酶活性，能降解植物饲料中一些复杂的化合物【7 】。 1 2 3 酵母类制剂 该类菌属在动物肠道内存在也极少，目前常用制剂主要有啤酒酵母、假丝酵母菌等 培养物。它可为动物提供蛋白质，帮助消化，刺激有益菌的生长，抑制病原微生物的繁 殖，提高机体免疫力和抗病力，对防治畜禽消化道系统疾病起到有益作用。此类制剂也 易受干燥、高温、高压、氧化等不良环境因素的影响，造成活菌数下降，产品的贮存期 短，质量不稳定，影响饲喂效果( 8 1 8 。 1 2 4 复合菌制荆 活菌制剂根据菌株的组成又可分为单一菌剂和复合菌剂，单一菌剂的研究和开发较 多，目前的发展趋势是研制复合菌剂。复合菌剂能适应多种条件和宿主，比单一菌制剂 更能促进畜禽的生长和提高饲料转化率。目前比较典型的是日本研制的含5 科1 0 属8 0 多种微生物复合培养的有效微生物群制剂，用于饲料中能增强畜禽免疫力、促进生长、 改善环境卫生，而且具有天然无毒、无残留等优点而广泛应用于世界各国畜牧业【9 】。 1 3 益生素的功能及其作用原理 1 3 1 益生菌的营养功能 益生菌在生长繁殖过程中能够产生很高的维生素B l 、B 2 、B 6 、维生素c 和各种氨 基酸，为动物肠道提供维生素营养和供蛋白质。酵母菌在增生过程中可以产生大量B 族 维生素和氨基酸，并且又能产生核酸，常作为核酸的主要来源，在提取核酸后的酵母中 大量的蛋白质回收利用。 益生菌在其生长繁殖过程中能够产生乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸，这些酸类 能够降低动物肠道的p H 值；可以提高钙、磷、铁的利用率，并促进铁和维生素D 的吸 收；肠道p H 的降低可有效抑制有害菌的生长，为乳酸菌的生长创造了条件，其中丙酸 还能够参与三羧酸循环，为动物新陈代谢提供能量；大量研究发现双歧杆菌具有较高的 代谢能力，可以利用尿素氮，胺氮等合成微生物蛋白质或转变成铵离子，这对边缘食物 3 江南大学硕士学位论文 蛋白质的吸收具有重要意义。 芽孢杆菌在生长繁殖过程中还能够产生植酸酶，促进动物对植酸磷的利用和对脂肪 的消化吸收率；产生的氨基氧化酶及分解硫化氢的酶类，可将吲哚类氧化成无毒、无害 的物质，从而降低畜禽舍内氨气、硫化氢的浓度和臭味，减少环境污染。双歧杆菌还可 以降低血氨改善肝脏功斛1 0 】。肠道内腐生菌产生的大量吲哚、硫化氢、胺等代谢产物需 在肝脏中由酸解毒，随后以葡萄糖醛酸盐和硫酸盐等形式排除，若不及时解毒将导致肝 功能紊乱和循环系统失常【l 。 益生菌( 素) 对动物本身具有产生营养物质的特性，它们也能通过对动物消化道菌 群和消化酶的影响提高营养物质在体内的消化吸收。酵母和代谢物是一种酵母产品，含 有一定的活性酵母，而其主要的饲用价值在于酵母细胞在培养基中产生的代谢产物，具 有良好的热稳定性，广泛应用于饲料工业。向产蛋鸡日粮中添加酵母及其代谢物，产蛋 鸡的生产性能得到明显的改善，酵母代谢物对日粮中营养物质的吸收代谢产生显著的促 进作用，从表1 1 中可以看出，日粮中酵母及培养物的添加量由O 1 到0 3 ，日粮中 粗蛋白质、脂肪、总能和酸性洗涤纤维的消化率都得到提高，表明益生菌( 素) 除本身 具有的营养特性外，对营养物质的吸收还有明显的促进作用。 表1 1 酵母代谢物对营养物质消化的影响( 产蛋鸡试验) T a b 1 一l E f f e c to f n u t r i e n td i g e s t i n gb yy e a s tm e t a b o l i t e s 1 3 2 益生菌的免疫功能 益生菌和肠道正常菌群共同对外袭菌、病原菌具有定植抵抗作用，即通过生物拮抗 和免疫作用而使病原菌难以在动物肠道内定植和繁殖。 双歧杆菌能通过细胞上的磷酸与肠粘膜上皮细胞特异性结合，从而占据肠粘膜表 面，形成与肠上皮细胞相连接的细菌生物膜，阻止各种致病菌、条件致病菌的定值、入 侵。国内郑跃杰1 9 9 7 年报道，由蛋白质介导的双歧杆菌能特异地粘附于体外培养的肠上 皮细胞，国外B e l l e n 等发现双歧杆菌粘附于肠上皮细胞，并不引起细胞损害而是抑制肠 道致病菌对肠上皮细胞的侵袭作用。F u l i v a r a 等人研究表明，双歧杆菌产生的蛋白因子 4 第一章绪论 可以阻止产毒性大肠杆菌与神经节一四聚体一顺式神经酰胺结合，保护肠粘膜，抗感染。 蒋虹等1 9 9 9 年报道双歧杆菌可以产生一些耐热的抗菌物质，可以耐受1 0 0 “ C 3 0 r a i n 抑制致 病菌的生长，提高局部和全身的防御功能。双歧杆菌及其表面结构成分能够赋活机体的 免疫监视功能，增强各种细胞因子和抗体的产生，提高自然杀伤细胞和巨噬细胞活性， 对宿主无任何毒副作用。刺激动物产生干扰素，提高免疫球蛋白浓度和巨噬细胞活性。 乳酸杆菌以某种免疫调节因子的形式起作用，刺激肠道某种局部型免疫反应，增强机体 免疫功能【1 2 1 。 益生菌和肠道原籍菌群本身具有较强的抗感染作用【”】。 潜在的致病菌大量繁殖，穿过肠道粘膜细胞，进入结缔组织和局部淋巴组织，这是 对动物感染的一项重要指标【1 4 1 ，益生菌首先抑制病原菌不再繁殖并逐渐减少，作用方式 为芽孢杆菌产生蛋白多肽类物质以拮抗病原性微生物，而乳酸杆菌的抗菌作用是其产生 的酸、过氧化氢和乳酸菌素的联合作用：其次两菌株还可以迅速治理已经严重失调的肠 道微生物群系，恢复肠道微生态平衡，共同参与对病原菌的竞争排斥和拮抗作用。最后， 动物通过自身免疫机能的提高和微生态平衡的恢复而达到了抗感染效果。 益生菌的抗感染作用不仅仅表现为定植抵抗作用，还对动物的免疫系统产生积极的 影响【1 5 】。 为了抵抗肠道内细菌及毒素对粘膜细胞的粘附和穿透，哺乳动物都有健全的肠道相 关淋巴组织，在肠粘膜下层有许多潘氏结和免疫细胞，其中的桨细胞能够分泌I g A 至粘 膜表面，对增强动物的抵抗力、限制病原微生物起着重要作用。I g A 的作用主要表现为 两个方面：一是粘液中的I g A 与免疫原性物质相互作用，避免其粘附至肠粘膜细胞上， 二是凝集细菌或封闭其鞭毛，使其失去粘附能力【1 6 1 。 使用益生菌可使动物肠道粘膜底层细胞增加，出现淋巴细胞、组织细胞、巨噬细胞 和浆细胞浸润，细胞吞噬功能增强，机体免疫特别是局部免疫功能提高，分泌型I g A 的 分泌增加，从而抵御感染。同时乳酸杆菌对幼龄动物免疫能力的发挥起着重要作用，特 别是针对抗原的保护引起炎症反应的时候。 1 3 3 益生素的作用机理 1 调整微生态平衡 健康动物体内的微生物菌群处于平衡状态，有益微生物是优势菌群并起主要作用， 但一旦机体受到疾病因素的影响，体内微生物处于失衡状态，病原微生物占优势时，就 会诱发各种疾病【1 7 】。此时，及时饲喂微生态制剂产品，可以补充有益菌群的数量，抑制 病原微生物的生长和繁殖，使动物体内的微生物菌群重新处于平衡状态，保持动物机体 5 江南大学硕士学位论文 处于健康状态【1 鄹。 2 有助于厌氧菌繁殖 饲喂动物微生态制剂后，芽孢杆菌等好氧菌在肠道内的生长繁殖需要氧气，这样可 以有助于畜禽肠道内的优势微生物种群一厌氧菌的繁殖，恢复动物体内的微生物菌群的 平衡状态【1 9 】。 3 生物屏障作用 健康动物的肠道黏膜都存在一层微生物机体防御屏障，抵御外来入侵的病原微生物。 微生态制剂可以增强生物屏障的功能，与病原微生物争夺肠黏膜上皮细胞上的生态占位 点，从而抑制病原微生物的生长繁殖，达到保持动物机体健康的目的【2 0 1 。 4 营养促消化作用 微生态制剂不仅可以维持动物机体的微生态平衡，同时微生态制剂及其代谢产物还 具有很好的营养作用。双歧杆菌可合成多种维生素，如核黄素、尼克酸、吡哆醇、泛酸、 叶酸和维生素B 1 2 等。酵母菌的代谢产物，可促进结肠微生物的发酵，为动物增加养分 的供应。有益菌群能在消化道繁衍，产生蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等消化酶类，促进饲 料消化吸收利用f 2 l 】。乳酸菌能够分解在常态下不易分解的木质素和纤维素。双歧杆菌代 谢产生的有机酸可促进维生素D 、钙和铁离子的吸收【2 2 1 。 5 增强机体免疫力 动物微生态制剂可以使畜禽肠道微生态系统处于最佳的平衡状态，还可以作为非特 异性免疫调节因子，诱导T 、B 淋巴细胞和巨噬细胞等产生细胞因子，从而增强机体的 免疫力。光合菌群和酵母菌群协同其他有益微生物，通过氧化、还原、发酵等途径将畜 禽肠道内的有害物质转化为无毒物质。双歧杆菌细胞壁肽聚糖在适当条件下呈现免疫原 性【2 3 1 ，增强了体液性免疫应答，激活了巨噬细胞活性，从而可抑制肿瘤细胞的增殖和致 癌物质的产生【2 4 1 。 1 4 微生态发酵饲料 微生态制洲2 5 1 除了在饲料中作为添加剂应用以外【2 6 1 ，在饲料发酵方面也发挥着越来 越重要的作用【2 7 1 。 1 4 1 微生态发酵饲料的概念及发展进程 微生态发酵饲料【2 引，在国际上也称为发酵液体饲料( F e r m e n t e dL i q u i dF e e d ，F L F ) 【2 9 】，有时也称为半流体发酵饲料【3 0 l 。通常是指采用从健康动物肠道内分离得到的有益菌 进行培养筛选，然后再接种到全价饲料或者某种饲料原料中进行发酵而得到的微生态饲 6 第一章绪论 料。F L F 有两种形式：控制发酵的液体饲料和非控制发酵的液体饲料3 。 控制发酵的液体饲料要求先放入发酵剂来控制发酵过程和乳酸的产生，使p H 值小 于4 ，其目的是产生足够的乳酸。乳酸菌接种在谷物和液体的混合物上能产生乳酸和提 高液体混合物的酸度【3 2 】。 非控制发酵的液体饲料是使用自然存在的细菌和其他微生物来生产，所以不会产生 最大的酸度，也不能依靠降解来减少有害菌和其他有机物的活性，而且还允许天然酵母 菌生长，这对饲料有害的影响。因此非控制发酵的液体饲料不能达到需要的p H 值，降 解有害菌和其他的有机物而保证饲料的质量。而且这种发酵饲料可能含有太多的有机物 而危害家畜的健康。这就是推荐可控发酵液体饲料的原因。 当采用可控的发酵饲料时，产生乳酸，p H 降到4 以下。在这种环境中，微生物的活 性被抑制，所以安全性能提高。F L F 能用很多方法稳定肠中微生物的数量，不像使用抗 生素那样产生抗药性，危害人类健康。 微生态发酵饲料【3 3 1 最早起源于2 0 世纪8 0 年代的荷兰，之后在欧洲的其他国家广泛 流行【蚓。 詹森等人早在1 9 9 8 年就研究了在断奶仔猪中，干饲料，新鲜液体饲料，或发酵液体 饲料( F L F ) 的性能影响比划3 5 1 。喂食液体饲料相比干饲料体重平均提高了1 2 3 ， 而液体发酵饲料则提高了1 3 4 。然而，干饲料的料肉比高于液体饲料( L F ) 及F L F 3 6 1 。 2 0 0 0 年来自德国农场的试验表明颗粒料的应用成了通常沙门氏菌感染的危险因子。 美国动物健康协会B u s h 发现颗粒料比粉料感染沙门氏菌的机会多2 6 倍。W o n g 等人观 察了在丹麦、德国、希腊、瑞典、荷兰等国猪群中群体水平的沙门氏菌的传入和传播。 他们发现在喂干颗粒料的猪群中沙门氏菌发病率为8 2 ，在喂非颗粒干料的猪群中， 发病率为4 2 ，喂湿料的发病率为l 。 从观察的数据来看，发酵液体饲料对肠道健康有利，可以减少沙门氏茵的发病率。 对荷兰3 2 0 个农场的调查，饲喂液体饲料的农场沙门氏菌的发病率比饲喂干的配合饲料 的农场低1 0 倍。近来更多的研究发现自动的液体饲喂能降低感染率。其主要原因是p H 值低，并且含有大量的乳酸。这种饲料中的高乳酸浓度有抑制沙门氏菌的作用，能消除 沙门氏菌一开始的食物链。因此，这种包含发酵副产品的发酵液体饲料在猪肉的安全问 题上做出了重大贡献。这导致了欧洲的研究人员，更深入地研究发酵液体饲料的微生物 学，并发展可控的饲料发酵【3 刀。 1 4 2 微生态发酵饲料的优点 l 预防疾病 7 江南大学硕士学位论文 微生态发酵饲料里面含有大量的乳酸菌等有益菌种以及乳斟3 8 1 ，降低了肠道的p H 值，胃肠道内维持较低p H 值可以抑制大肠杆菌以及沙门氏菌等致病菌的繁殖生长 3 9 1 , 4 0 1 ，提高动物的免疫机能，建立动物机体健康的良性循环，有效地预防各类细菌性 和病毒性疾病，减少药物投用量，降低药费支出。乳酸菌等有益菌在肠道内的吸附增值 对于调节肠道菌群平衡，改善肠道微生态环境又起到重要的作用【4 1 】，【4 2 1 。 2 改善饲料品质，提高消化利用率 饲料经过微生物发酵作用以后，一些大分子蛋白物质以及难以消化的纤维类物质含 量大大减少，饲料利用率明显提高。同时，饲料中的一些抗原物质被微生物分解利用， 减轻了对动物肠道尤其是幼龄动物肠道的抗原性刺激。另外，饲料发酵过程中，像芽孢 杆菌等会产生大量的消化酶类、小肽、B 族维生素以及未知促生长因子也会提高动物对 饲料的消化利用率 4 3 】。 3 优化生态环境 微生态发酵饲料因为其极高的消化利用率，显著减少了动物粪便中氨氮物质的含 量，对于降低养殖舍内氨气等有毒气体的含量，减少环境污染尤为明显。最重要的是， 微生态发酵饲料中无药物添加剂避免了耐药性菌株对养殖环境的污染。 4 降低饲料成本 针对微生物发酵的优点，可以增加一些非常规蛋白原料的使用量而不会降低动物的 生长性能，从而节约饲料成本。 1 4 3 微生态发酵饲料在生产中的应用 1 微生态发酵饲料对畜禽生产性能的影响 J e n s e I l 和M i k k e l s e n 在1 9 9 8 年通过近l O 个试验发现，饲喂微生态发酵饲料的断奶 仔猪平均日增重比饲喂干料的仔猪提高1 2 3 ，比饲喂未发酵湿料的仔猪提高1 3 4 【4 4 】 0 D e m e c k o v a 在2 0 0 3 年给产前2 周到产后1 4 天的母猪饲喂微生态发酵饲料( 采用唾 液乳杆菌进行发酵) 4 5 】，发现母猪产后粪便中干物质重比饲喂干料和湿拌料显著降低， 便秘的现象明显减轻。产仔时粪便中的大肠杆菌数量显著比饲喂干料的母猪少，并且这 种优势一直持续整个哺乳期【4 6 】。 瑞典营养学家N g u y e nN h u tX u a nD u n g 在2 0 0 5 年分别给生长育肥猪饲喂干料、未 发酵湿料、发酵液体饲料以及添加乳酸的干料，研究发现，在猪的生长阶段，饲喂发酵 液体饲料和添加乳酸的干料的猪平均日增重【4 7 】( 分别是0 5 7 2 k g 和0 5 6 7 k g ) 显著高于 干料和未发酵湿料( 分别是0 5 1 5 k g 和0 4 9 8 k g ) 。在育肥阶段，前两种饲料( 分别是0 6 4 1 k g 第一章绪论 和0 6 7 6 k g ) 也依然高于后两种饲料( 分别是o 5 7 7 k g 和0 5 5 8 k g ) 。饲料转化率方面，饲 喂发酵液体饲料的生长育肥猪显著低于其余三种饲料( 干料3 7 9 k g ，未发酵湿料3 7 6 k g ， 添加乳酸的干料3 4 1 k g ) 。饲喂发酵液体饲料的生长育肥猪有机物质和粗蛋白的消化利 用率在四种饲料中最高【4 8 1 。 2 微生态发酵饲料对畜禽胃肠道p H 的影响 微生态发酵饲料含有大量的乳酸，经动物采食进入动物的胃肠道后，显著降低了肠 道p H 值f 4 9 】。 微生态发酵饲料通过降低仔猪胃肠道的p H 值，可以直接促进蛋白质的消化率。一 方面，胃肠道较低的p H 值激活了某些蛋白酶原的活性O O l ；另一方面，胃肠道的低p H 降低了胃排空的速率，增加了食物在胃内的消化滞留时耐5 1 1 。 3微生态发酵饲料对畜禽胃肠道微生态环境的影响 和饲喂未发酵的饲料相比，给断奶仔猪饲喂发酵液体饲料可以给仔猪胃肠道创造一 个酸性环境，显著降低胃内大肠杆菌的数量【5 2 1 。R u s s e l l 在1 9 9 6 年发现，发酵可以显著 降低饲料中大肠杆菌和沙门氏菌的含量。C a n i b e 和J e l l s 在2 0 0 3 年的试验证实，和干 料和未发酵的湿拌料相比，饲喂微生态发酵饲料可以有效的降低生长猪肠道内大肠杆菌 的数量。 H c r e s2 0 0 3 年在鸡的沙门氏菌盲肠感染试验中发现，饲喂微生态发酵饲料的鸡群【5 3 1 ， 对沙门氏菌的敏感性显著降低【5 4 1 。 1 4 4 影响发酵液体饲料应用效果的因素 最大限度地发挥猪生产性能是养猪生产者和营养学家共同追求的目标。在养殖场， 断奶仔猪一直是管理工作的最大挑战，同时，断奶仔猪潜在生长能力的开发也是当前面 临的一个大难题。利用发酵液体饲料饲喂断奶仔猪较之于液体饲料，更好地维持仔猪的 饲料采食量，保护仔猪肠道绒毛结构。然而，在应用发酵液体饲料的过程中，多种因素 都会对发酵液体饲料的饲喂效果产生一定的影响。影响的因素主要有以下几个方面： ( 1 ) 发酵液体饲料的原料选择： 当前，研究发酵液体饲料所选用的原料有多种，不同的原料饲喂效果存在明显差异， 而发酵液体饲料的最佳原料目前尚无定论，仍需进一步的研究； ( 2 ) 日粮配方设计的选择： 不同的水料及不同的日粮组成都可影响发酵液体饲料的饲喂效果，例如，提高水料 比，可增加接触消化酶的表面积，提高水和速度，从而有利于消化酶更有效的渗透