微生物发酵饲料发展现状及展望

1、收稿日期:2008-11-30 修改日期:2009-05-30基金项目:江苏省教育厅高校科研成果产业化推进项目(J H 07-017作者简介:张金玉(1963 ,男,江苏海安人,海安县孙庄镇畜牧兽医站兽医师.通讯作者:张李阳(1961,女,江苏泰州人,南京晓庄学院生命科学系教授,E m a i:l cnhuogm2009年5月第3期南京晓庄学院学报J OURNA L O F NAN JI NG X IAO ZHUANG UN I V ERS I TY M ay .2009N o .3微生物发酵饲料发展现状及展望张金玉1,霍光明2,张李阳2(1.海安县孙庄镇畜牧兽医站;2.南京晓庄学院生命科学系

2、,江苏南京210017摘 要:微生物发酵饲料在养殖业中发展十分迅速,前景十分广阔.本文综述了微生物发酵饲料生产菌种、微生物发酵饲料种类及作用机理,阐述了微生物发酵饲料目前存在问题和发展前景.关键词:微生物发酵饲料;免疫力;发酵中图分类号:S816 6 文献标识码:A 文章编号:1009-7902(200903-0068-04随着畜牧养殖业的快速发展,人畜共粮的矛盾日趋突出,研究与开发利用饲料资源的新途径已成为发展畜牧业的重大课题,其中微生物发酵饲料日益受到重视.微生物发酵饲料的生产和应用已经有很长的历史,形式多种多样.微生物发酵饲料是指在人为可控制的条件下,以植物性农副产品为主要原料,通过微生

3、物的代谢作用,将植物性、动物性和矿物性物质中的抗营养因子分解、合成,产生更能被畜、禽采食、消化、吸收养分和无毒害作用的生物饲料或饲料原料1.发酵饲料一方面可以提高和改善饲料原料的营养价值,另一方面对原有原料可通过微生物的发酵进行脱毒,如棉仔饼等均可通过微生物发酵进行脱毒.本文旨在概述微生物发酵饲料发展现状.1 微生物发酵饲料的生产菌种近年来,微生物制品在饲养业和养殖业的应用发展迅速,与微生物饲料的生产有关的有益微生物,主要有细菌、酵母菌、担子菌及部分单细胞藻类微生物等.美国已批准40多种微生物用于饲料微生物添加剂生产,我国农业部于1999年公布允许使用饲料级微生物添加剂和酶制剂的微生物菌种名单

4、2.表1 饲料级微生物添加剂菌种(农业部菌种系统名称菌种系统名称干酪乳杆菌Lact obacillus casei 纳豆芽孢杆菌B acill u s na tto 植物乳杆菌Lactobacill u s p l antaru m 嗜酸乳杆菌Lactobacill us acidophil us 粪链球菌Strep tococcus faecalis 乳链球菌S tre p tococcus agalactiae 屎链球菌S tre p toco ccus faeci um 啤酒酵母Saccharo my ces cer evisiae乳酸片球菌P e d iococcus acidil a

5、ctici产朊假丝酵母Cand i da utilis 枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis沼泽红假单孢菌Rhodop seudomonas sphaeroides除上述菌种以外,许多新的生产菌种正在开发中,但选用生产菌种的基本原则是菌体本身不产生有毒有害物质、不会破坏环境固有的生态平衡、菌体本身具有很好的生长代谢活力,能有效地降解大分子和抗营养因子、合成小肽和有机酸等小分子物质和能保护和加强动物微生物区系的正平衡.2 微生物发酵饲料种类2.1 固态发酵饲料固态发酵饲料是利用各种有益微生物的发酵作用,把粗饲料加工成营养成分高、适口性好的饲料,以增加适口性和提高养分利用率或解毒脱毒.发

6、酵表2 饲料级酶制剂及菌种(农业部酶制剂菌种:酶制剂菌种:蛋白酶黑曲霉A sp erg illus ni ger,枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis麦芽糖酶枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis淀粉酶地衣芽孢杆菌Bacillus Lichenifor m is,黑曲霉A sp erg ill us ni ger木聚糖酶腐质霉H u m icola insolens支链淀粉酶嗜酸乳杆菌Lactobacillus aci dop hilusB-菊聚糖酶缓慢芽孢杆菌果胶酶黑曲霉A sp erg ill us ni ger植酸酶黑曲霉A sp erg illus ni ger、米曲

7、霉A sp erg ill us ory zae脂肪酶,纤维素酶木霉T richoderma reesei葡萄糖氧化酶青霉P enicilliu m g l aucum微生物有霉菌、酵母菌及细菌的一些类群,常见的固态发酵饲料包括青贮、微贮、粗饲料等纤维素酶解饲料与担子菌发酵、畜禽粪与动物下脚料发酵、饼粕类发酵脱毒饲料以及固态发酵菌体蛋白饲料.2.2 单细胞蛋白和菌体蛋白饲料单细胞微生物的蛋白提取物,利用微生物在液态基质中大量生长繁殖的菌体以生产单细胞蛋白,如常见的酵母饲料、细菌饲料、藻体饲料等,菌体蛋白包括食用菌菌丝体、光合细菌、微型藻饲料等.单细胞蛋白和菌体蛋白由于蛋白质含量丰富,而且还含有

8、维生素和微量元素,因此是一种具有较高营养价值的微生物饲料.单细胞蛋白和菌体蛋白饲料原料来源广泛,如淀粉、废酒糟水等均可作原料,同时生产过程易控制,因此可工业化生产.2.3 氨基酸、酶制剂以及抗生素、维生素等代谢产物利用现代化的微生物工程,发酵积累微生物有用的中间代谢产物或特殊代谢产物,以此生产饲用氨基酸、酶制剂以及抗生素、维生素等.细菌、霉菌发酵生产的淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶,这些酶可以提高生物体内反应的速度,促进饲料养分的吸收.微生物生产畜禽的限制性氨基酸赖氨酸,饲料中添加赖氨酸可提高猪禽的增重.2.4 微生态制剂和益生素微生态制剂和益生素直接用于畜禽饲料中,参与维持动物肠内微生态平衡,具有

9、直接通过增强动物对肠内有害微生物的抑制作用,或者通过增强非特异性免疫功能来预防疾病,而间接起到促进动物生长作用和提高饲料转化率3.微生态制剂和益生素在目前应用较多,常见的如 保得 微生肠道调理剂4,SE M科隆粉5.3 微生物发酵饲料作用机理微生物发酵饲料的作用主要体现在两个方面,一是利用廉价的农业和轻工副产物生产高质量的饲料蛋白原料6,二是获得高活性的有益微生物.这些微生物制品的应用,一方面可以提高饲料的转化率,促进畜禽生长;另一方面可以调节动物的微生态平衡,提高动物的健康水平.还有一些活菌剂可以用于治疗动物疾病,例如治疗由于大肠杆菌引起的腹泻,可以用对大肠杆菌有抑制作用的芽孢杆菌活菌制剂进

10、行治疗.在畜禽养殖中推广应用微生物发酵饲料,可以减少抗菌素的使用,有利于生产安全食品,提高产品出口的竞争力.3.1 补充有益菌,调节动物的微生态平衡健康畜禽肠道内生长着各种各样的微生物群落,各种微生物群落之间相互依存、相互制约,构成畜禽肠道内微生态系统的平衡,建立一个正常且平衡良好的肠道微生物区系对抵御病原性微生物感染具有十分重要的意义.由于微生物之间存在着相互作用,某一生态系统中现存的微生物会阻止新的有机体在这一部位的入侵,有益菌通过竞争性抑制作用阻止有害微生物在肠粘膜附着与繁殖7.因此对那些菌群形成迟缓或有障碍的幼小动物服用微生物饲料有着十分重要的意义.乳酸杆菌等可抑制埃希氏大肠杆菌和沙门

11、氏寒菌等其它致病菌附着到肠细胞上,与病原菌发生竞争性拮抗作用,将其驱出定植地点8,9.3.2 产生有益代谢物,抑制和杀死有害菌许多乳酸菌和链球菌可以产生细菌素,如乳酸链球菌素等,这些多肽类物质能抑制对革兰氏阳性细菌有抑制作用10.有些乳酸菌如嗜酸乳杆菌和保加利亚乳杆菌,可以产生少量的过氧化氢,过氧化氢可以抑制许多细菌的生长,尤其是革兰氏阴性病原菌.另外有些有益微生物可以产生酶类,如双歧杆菌和乳酸杆菌产生的胞外糖苷酶可以阻止细菌毒素在上皮细胞的黏附和侵入11,12.3.3 具有营养作用,促进动物生长直接饲用微生物饲料中的有益菌在肠道内代谢可产生多种有助于动物营养消化的有益因子,从而促进畜禽的生长

12、发育和增重.如芽孢杆菌能分泌多种消化酶(蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等促进营养物质的消化与吸收13,14;酵母菌所产生的氨基酸、维生素(K、C、B1、B2、泛酸、烟酸、生物素、肌醇和叶酸等,酵母菌还可以促进植酸酶的产生,提高单胃动物对磷的利用率15.3.4 提高机体免疫功能微生物发酵饲料中的有益微生物可以作为一种非特异免疫调节因子,通过细菌本身或细胞壁成分刺激并激活宿主免疫细胞,促进吞噬细胞活力或作为佐剂发挥作用.有益微生物还可以发挥特异性免疫功能,增强动物体内B细胞产生抗体的能力.直接饲用微生物通过促使机体发生体液免疫和细胞免疫,提高畜禽抗体水平,增强免疫功能,及时杀灭侵入机体内的致病菌,从而防止

13、疾病的发生.实验发现乳酸杆菌能够增强机体的免疫能力16,一些益生菌能够影响人体免疫系统的应答能力,其影响能力随菌体的不同而变化17.4 微生物发酵饲料存在问题微生物发酵饲料虽然取得了很大进步,但也存在一些问题:4.1 菌种保存问题微生物在制作中的培养、干燥、分装、保存过程和加工中的高温、机械、制粒等过程都有可能减少微生物的活性.因此,选择一种经济又有效的微生物发酵饲料的生产、运输、储存方法对于推广发酵饲料使用有着重要意义.4.2 产品标准问题由于微生物发酵产生众多的代谢物质,对于其中有效成分研究缺乏,对微生物发酵饲料的品质难以鉴定,阻碍了其进一步发展.因此,建立完善的行业检测标准和检测方法十分

14、必要.4.3 微生物发酵饲料的效果不稳定由于各种微生物饲料的菌种组合、筛选、培育的方向和方法的不同,生产水平、动物种类以及饲料加工、储存、饲喂条件等因素的差异,微生物发酵饲料的应用效果差异较大,难以获得稳定、一致的效果.因此,进一步筛选合适的微生物,深入研究微生物发酵饲料的有效成分,并对其适用动物种类以及剂量进行深入研究十分必要.4.4 微生物发酵饲料使用的安全性问题正常微生物区系平衡打破后,有益菌微生物在特定情况下有可能变为病原微生物18,如乳酸杆菌19引起的临床感染.耐药性微生物携带并转移抗生素抗性基因,产生耐药因子的可能性,如M orelli20等在不同类的乳酸杆菌中发现了肠球菌的pAM

15、 b1质粒.微生物转基因过程中的某些不确定因素导致目的基因不能实现定向转移,从而带来宿主范围改变、非病原性转变成病原性菌株、毒性改变等负面影响.因此,微生物发酵饲料使用应充分考虑到动物安全,使用者安全,消费者安全和环境安全这几方面因素,严格的科学试验证明无害后才能广泛的推广应用.5 微生物发酵饲料的展望微生物种类众多,资源丰富,开发潜力巨大,同时发酵原料来源广泛,特别是可以利用农产品废弃物,如各种农作物秸秆、糠、木屑、蔗渣、薯渣、甜菜渣及药渣等,通过微生物发酵,内能把大量的基质转化为有用产品,可以减少环境污染,同时又变废为宝,得到产品价格低廉,易于生产推广.为了生产质优价廉的发酵饲料,还需要研

16、发一些规模较大,自动化程度较高的固体发酵设备,不断发掘新的微生物饲料菌种和改良现有的菌种,特别是纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶等酶类对发酵饲料很重要,因此筛选此类重要酶制剂的菌种是微生物发酵饲料的重点.尽管目前微生物发酵饲料存在一些问题,但是随着人们对其研究的进一步深入,这些问题都会得到很好的解决,其作为抗生素和蛋白的替代品,以及带来的社会效益与经济效益,在饲料工业中必将受到更大重视.参考文献:1陆文清,胡起源.微生物发酵饲料的生产与应用J.饲料与畜牧,2008,7:5-9.2 饲料和饲料添加剂管理条例 释义,中国饲料,2001,6.3Savage, D.C.1987.M icroo rganis

17、m s assoc iated w ith ep ithelial surfaces and t he stab ility of t he i nd i genous gastro i n testi na lm i crofl o raJ.D ie N ahrung.5-6:383.4李焕友,甄辑铭,邓小燕,等.肉鸭饲料中微生态制剂的应用效果J.中国饲料,2001(23:20-21.5孙秉忠.新型微生态蛋白饲料 SE M科隆粉 J.饲料工业,1998,19(10:32-33.6徐姗楠;邱宏端.微生物发酵生产蛋白饲料的研究进展J.福州大学学报(自然科学版,2002,30:709-713.7齐

18、广海,张海军,武书庚.家禽肠道微生态系统及其调控的研究进展J.饲料与畜牧,2006,2:5-8.8EM Tuo m o l a,AC O u w ehand,SJ Sal m i nen.The e ffect o fprob i o ti c bacter i a on t he adhesi on o f pathog ens to hu m an i n testina lm ucusJ.I mmuno l ogy&M edica l M icrob i o logy, 1999,26(2:137-142.9C F orestier,C D e Cha m ps,C V a t

19、oux,B Jo ly.P rob i o ti c acti v iti es of Lactobacill us case i rha m nosus:i n v itro adherence to?i ntesti nal cell s and anti m icrob i a l propertiesJ.R e search i n M i crobiology,2001,152(2:167-173.10吕淑霞,白泽朴,代义,冯江波,黄益.乳酸链球菌素(N isi n抑菌作用及其抑菌机理的研究J.中国酿造,2008,9:87-91.11徐营,李霞,杨利国.双歧杆菌的生物学特性及对人体的

20、生理功能J.微生物学通报,2001,(286:94-96. 12胡东兴,潘康成.微生态制剂及其作用机理J.中国饲料,2001,3:14-16.13王丽娟.益生素的研究及应用进展J.饲料博览,1999,(11,9:15-17.14张润栋,活菌制剂在畜禽饲养业中的应用J.饲料博览,1998(10:1:21-25.15R eddy N R,M D P i e rson.R educti on i n an ti nutriti onal andtox i c co m ponents in plan t foods by fer m entati on:F er m en ted f oodsJ.F

21、 ood R esearch Interna tiona,l1994,27(3:281-290.16H S G il,l K J Ru t herfurd,J Prasad,PK G opa.l Enhancem ent o f natural and acqu ired i m mun ity by L actobac ill us rh amnosus(HN001,Lactobacill us ac i doph ilus(HN017 and B ifidobac teriu m l ac tis(HN019J.Br iti sh Journa l o f Nu trition(2000,

22、83:167-176.17H F ang,T E li na,A H e i kk,i S Seppo.M odu l ation o f humo ra l i m m une response through prob i o ti c i ntakeJ.I m muno logy andM edicalM icrob i o l ogy,2000,2000,29(1:47-52.18黄庆生,王加启.微生物饲料添加剂安全性问题的探讨J.中国农业科技导报,2002,3(5:62-65.19M arti n R.A da m s.Safety o f i ndustr i a l l actic aci d bacteriaJ.Journa l o f B i o technology.1999,68(2-3:171-178.20M orel