微生物發(fā)酵飼料發(fā)展現(xiàn)狀及展望

1、收稿日期:2008-11-30 修改日期:2009-05-30基金項(xiàng)目:江蘇省教育廳高?？蒲谐晒a(chǎn)業(yè)化推進(jìn)項(xiàng)目(J H 07-017作者簡介:張金玉(1963 ,男,江蘇海安人,海安縣孫莊鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站獸醫(yī)師.通訊作者:張李陽(1961,女,江蘇泰州人,南京曉莊學(xué)院生命科學(xué)系教授,E m a i:l cnhuogm2009年5月第3期南京曉莊學(xué)院學(xué)報(bào)J OURNA L O F NAN JI NG X IAO ZHUANG UN I V ERS I TY M ay .2009N o .3微生物發(fā)酵飼料發(fā)展現(xiàn)狀及展望張金玉1,霍光明2,張李陽2(1.海安縣孫莊鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站;2.南京曉莊學(xué)院生命科學(xué)系

2、,江蘇南京210017摘 要:微生物發(fā)酵飼料在養(yǎng)殖業(yè)中發(fā)展十分迅速,前景十分廣闊.本文綜述了微生物發(fā)酵飼料生產(chǎn)菌種、微生物發(fā)酵飼料種類及作用機(jī)理,闡述了微生物發(fā)酵飼料目前存在問題和發(fā)展前景.關(guān)鍵詞:微生物發(fā)酵飼料;免疫力;發(fā)酵中圖分類號:S816 6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-7902(200903-0068-04隨著畜牧養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展,人畜共糧的矛盾日趨突出,研究與開發(fā)利用飼料資源的新途徑已成為發(fā)展畜牧業(yè)的重大課題,其中微生物發(fā)酵飼料日益受到重視.微生物發(fā)酵飼料的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)有很長的歷史,形式多種多樣.微生物發(fā)酵飼料是指在人為可控制的條件下,以植物性農(nóng)副產(chǎn)品為主要原料,通過微生

3、物的代謝作用,將植物性、動物性和礦物性物質(zhì)中的抗?fàn)I養(yǎng)因子分解、合成,產(chǎn)生更能被畜、禽采食、消化、吸收養(yǎng)分和無毒害作用的生物飼料或飼料原料1.發(fā)酵飼料一方面可以提高和改善飼料原料的營養(yǎng)價(jià)值,另一方面對原有原料可通過微生物的發(fā)酵進(jìn)行脫毒,如棉仔餅等均可通過微生物發(fā)酵進(jìn)行脫毒.本文旨在概述微生物發(fā)酵飼料發(fā)展現(xiàn)狀.1 微生物發(fā)酵飼料的生產(chǎn)菌種近年來,微生物制品在飼養(yǎng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用發(fā)展迅速,與微生物飼料的生產(chǎn)有關(guān)的有益微生物,主要有細(xì)菌、酵母菌、擔(dān)子菌及部分單細(xì)胞藻類微生物等.美國已批準(zhǔn)40多種微生物用于飼料微生物添加劑生產(chǎn),我國農(nóng)業(yè)部于1999年公布允許使用飼料級微生物添加劑和酶制劑的微生物菌種名單

4、2.表1 飼料級微生物添加劑菌種(農(nóng)業(yè)部菌種系統(tǒng)名稱菌種系統(tǒng)名稱干酪乳桿菌Lact obacillus casei 納豆芽孢桿菌B acill u s na tto 植物乳桿菌Lactobacill u s p l antaru m 嗜酸乳桿菌Lactobacill us acidophil us 糞鏈球菌Strep tococcus faecalis 乳鏈球菌S tre p tococcus agalactiae 屎鏈球菌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產(chǎn)朊假絲酵母Cand i da utilis 枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis沼澤紅假單孢菌Rhodop seudomonas sphaeroides除上述菌種以外,許多新的生產(chǎn)菌種正在開發(fā)中,但選用生產(chǎn)菌種的基本原則是菌體本身不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)、不會破壞環(huán)境固有的生態(tài)平衡、菌體本身具有很好的生長代謝活力,能有效地降解大分子和抗?fàn)I養(yǎng)因子、合成小肽和有機(jī)酸等小分子物質(zhì)和能保護(hù)和加強(qiáng)動物微生物區(qū)系的正平衡.2 微生物發(fā)酵飼料種類2.1 固態(tài)發(fā)酵飼料固態(tài)發(fā)酵飼料是利用各種有益微生物的發(fā)酵作用,把粗飼料加工成營養(yǎng)成分高、適口性好的飼料,以增加適口性和提高養(yǎng)分利用率或解毒脫毒.發(fā)

6、酵表2 飼料級酶制劑及菌種(農(nóng)業(yè)部酶制劑菌種:酶制劑菌種:蛋白酶黑曲霉A sp erg illus ni ger,枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis麥芽糖酶枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis淀粉酶地衣芽孢桿菌Bacillus Lichenifor m is,黑曲霉A sp erg ill us ni ger木聚糖酶腐質(zhì)霉H u m icola insolens支鏈淀粉酶嗜酸乳桿菌Lactobacillus aci dop hilusB-菊聚糖酶緩慢芽孢桿菌果膠酶黑曲霉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,纖維素酶木霉T richoderma reesei葡萄糖氧化酶青霉P enicilliu m g l aucum微生物有霉菌、酵母菌及細(xì)菌的一些類群,常見的固態(tài)發(fā)酵飼料包括青貯、微貯、粗飼料等纖維素酶解飼料與擔(dān)子菌發(fā)酵、畜禽糞與動物下腳料發(fā)酵、餅粕類發(fā)酵脫毒飼料以及固態(tài)發(fā)酵菌體蛋白飼料.2.2 單細(xì)胞蛋白和菌體蛋白飼料單細(xì)胞微生物的蛋白提取物,利用微生物在液態(tài)基質(zhì)中大量生長繁殖的菌體以生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白,如常見的酵母飼料、細(xì)菌飼料、藻體飼料等,菌體蛋白包括食用菌菌絲體、光合細(xì)菌、微型藻飼料等.單細(xì)胞蛋白和菌體蛋白由于蛋白質(zhì)含量豐富,而且還含有

8、維生素和微量元素,因此是一種具有較高營養(yǎng)價(jià)值的微生物飼料.單細(xì)胞蛋白和菌體蛋白飼料原料來源廣泛,如淀粉、廢酒糟水等均可作原料,同時(shí)生產(chǎn)過程易控制,因此可工業(yè)化生產(chǎn).2.3 氨基酸、酶制劑以及抗生素、維生素等代謝產(chǎn)物利用現(xiàn)代化的微生物工程,發(fā)酵積累微生物有用的中間代謝產(chǎn)物或特殊代謝產(chǎn)物,以此生產(chǎn)飼用氨基酸、酶制劑以及抗生素、維生素等.細(xì)菌、霉菌發(fā)酵生產(chǎn)的淀粉酶、纖維素酶和蛋白酶,這些酶可以提高生物體內(nèi)反應(yīng)的速度,促進(jìn)飼料養(yǎng)分的吸收.微生物生產(chǎn)畜禽的限制性氨基酸賴氨酸,飼料中添加賴氨酸可提高豬禽的增重.2.4 微生態(tài)制劑和益生素微生態(tài)制劑和益生素直接用于畜禽飼料中,參與維持動物腸內(nèi)微生態(tài)平衡,具有

9、直接通過增強(qiáng)動物對腸內(nèi)有害微生物的抑制作用,或者通過增強(qiáng)非特異性免疫功能來預(yù)防疾病,而間接起到促進(jìn)動物生長作用和提高飼料轉(zhuǎn)化率3.微生態(tài)制劑和益生素在目前應(yīng)用較多,常見的如 保得 微生腸道調(diào)理劑4,SE M科隆粉5.3 微生物發(fā)酵飼料作用機(jī)理微生物發(fā)酵飼料的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,一是利用廉價(jià)的農(nóng)業(yè)和輕工副產(chǎn)物生產(chǎn)高質(zhì)量的飼料蛋白原料6,二是獲得高活性的有益微生物.這些微生物制品的應(yīng)用,一方面可以提高飼料的轉(zhuǎn)化率,促進(jìn)畜禽生長;另一方面可以調(diào)節(jié)動物的微生態(tài)平衡,提高動物的健康水平.還有一些活菌劑可以用于治療動物疾病,例如治療由于大腸桿菌引起的腹瀉,可以用對大腸桿菌有抑制作用的芽孢桿菌活菌制劑進(jìn)

10、行治療.在畜禽養(yǎng)殖中推廣應(yīng)用微生物發(fā)酵飼料,可以減少抗菌素的使用,有利于生產(chǎn)安全食品,提高產(chǎn)品出口的競爭力.3.1 補(bǔ)充有益菌,調(diào)節(jié)動物的微生態(tài)平衡健康畜禽腸道內(nèi)生長著各種各樣的微生物群落,各種微生物群落之間相互依存、相互制約,構(gòu)成畜禽腸道內(nèi)微生態(tài)系統(tǒng)的平衡,建立一個(gè)正常且平衡良好的腸道微生物區(qū)系對抵御病原性微生物感染具有十分重要的意義.由于微生物之間存在著相互作用,某一生態(tài)系統(tǒng)中現(xiàn)存的微生物會阻止新的有機(jī)體在這一部位的入侵,有益菌通過競爭性抑制作用阻止有害微生物在腸粘膜附著與繁殖7.因此對那些菌群形成遲緩或有障礙的幼小動物服用微生物飼料有著十分重要的意義.乳酸桿菌等可抑制埃希氏大腸桿菌和沙門

11、氏寒菌等其它致病菌附著到腸細(xì)胞上,與病原菌發(fā)生競爭性拮抗作用,將其驅(qū)出定植地點(diǎn)8,9.3.2 產(chǎn)生有益代謝物,抑制和殺死有害菌許多乳酸菌和鏈球菌可以產(chǎn)生細(xì)菌素,如乳酸鏈球菌素等,這些多肽類物質(zhì)能抑制對革蘭氏陽性細(xì)菌有抑制作用10.有些乳酸菌如嗜酸乳桿菌和保加利亞乳桿菌,可以產(chǎn)生少量的過氧化氫,過氧化氫可以抑制許多細(xì)菌的生長,尤其是革蘭氏陰性病原菌.另外有些有益微生物可以產(chǎn)生酶類,如雙歧桿菌和乳酸桿菌產(chǎn)生的胞外糖苷酶可以阻止細(xì)菌毒素在上皮細(xì)胞的黏附和侵入11,12.3.3 具有營養(yǎng)作用,促進(jìn)動物生長直接飼用微生物飼料中的有益菌在腸道內(nèi)代謝可產(chǎn)生多種有助于動物營養(yǎng)消化的有益因子,從而促進(jìn)畜禽的生長

12、發(fā)育和增重.如芽孢桿菌能分泌多種消化酶(蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收13,14;酵母菌所產(chǎn)生的氨基酸、維生素(K、C、B1、B2、泛酸、煙酸、生物素、肌醇和葉酸等,酵母菌還可以促進(jìn)植酸酶的產(chǎn)生,提高單胃動物對磷的利用率15.3.4 提高機(jī)體免疫功能微生物發(fā)酵飼料中的有益微生物可以作為一種非特異免疫調(diào)節(jié)因子,通過細(xì)菌本身或細(xì)胞壁成分刺激并激活宿主免疫細(xì)胞,促進(jìn)吞噬細(xì)胞活力或作為佐劑發(fā)揮作用.有益微生物還可以發(fā)揮特異性免疫功能,增強(qiáng)動物體內(nèi)B細(xì)胞產(chǎn)生抗體的能力.直接飼用微生物通過促使機(jī)體發(fā)生體液免疫和細(xì)胞免疫,提高畜禽抗體水平,增強(qiáng)免疫功能,及時(shí)殺滅侵入機(jī)體內(nèi)的致病菌,從而防止

13、疾病的發(fā)生.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌能夠增強(qiáng)機(jī)體的免疫能力16,一些益生菌能夠影響人體免疫系統(tǒng)的應(yīng)答能力,其影響能力隨菌體的不同而變化17.4 微生物發(fā)酵飼料存在問題微生物發(fā)酵飼料雖然取得了很大進(jìn)步,但也存在一些問題:4.1 菌種保存問題微生物在制作中的培養(yǎng)、干燥、分裝、保存過程和加工中的高溫、機(jī)械、制粒等過程都有可能減少微生物的活性.因此,選擇一種經(jīng)濟(jì)又有效的微生物發(fā)酵飼料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存方法對于推廣發(fā)酵飼料使用有著重要意義.4.2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)問題由于微生物發(fā)酵產(chǎn)生眾多的代謝物質(zhì),對于其中有效成分研究缺乏,對微生物發(fā)酵飼料的品質(zhì)難以鑒定,阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展.因此,建立完善的行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法十分

14、必要.4.3 微生物發(fā)酵飼料的效果不穩(wěn)定由于各種微生物飼料的菌種組合、篩選、培育的方向和方法的不同,生產(chǎn)水平、動物種類以及飼料加工、儲存、飼喂條件等因素的差異,微生物發(fā)酵飼料的應(yīng)用效果差異較大,難以獲得穩(wěn)定、一致的效果.因此,進(jìn)一步篩選合適的微生物,深入研究微生物發(fā)酵飼料的有效成分,并對其適用動物種類以及劑量進(jìn)行深入研究十分必要.4.4 微生物發(fā)酵飼料使用的安全性問題正常微生物區(qū)系平衡打破后,有益菌微生物在特定情況下有可能變?yōu)椴≡⑸?8,如乳酸桿菌19引起的臨床感染.耐藥性微生物攜帶并轉(zhuǎn)移抗生素抗性基因,產(chǎn)生耐藥因子的可能性,如M orelli20等在不同類的乳酸桿菌中發(fā)現(xiàn)了腸球菌的pAM

15、 b1質(zhì)粒.微生物轉(zhuǎn)基因過程中的某些不確定因素導(dǎo)致目的基因不能實(shí)現(xiàn)定向轉(zhuǎn)移,從而帶來宿主范圍改變、非病原性轉(zhuǎn)變成病原性菌株、毒性改變等負(fù)面影響.因此,微生物發(fā)酵飼料使用應(yīng)充分考慮到動物安全,使用者安全,消費(fèi)者安全和環(huán)境安全這幾方面因素,嚴(yán)格的科學(xué)試驗(yàn)證明無害后才能廣泛的推廣應(yīng)用.5 微生物發(fā)酵飼料的展望微生物種類眾多,資源豐富,開發(fā)潛力巨大,同時(shí)發(fā)酵原料來源廣泛,特別是可以利用農(nóng)產(chǎn)品廢棄物,如各種農(nóng)作物秸稈、糠、木屑、蔗渣、薯渣、甜菜渣及藥渣等,通過微生物發(fā)酵,內(nèi)能把大量的基質(zhì)轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品,可以減少環(huán)境污染,同時(shí)又變廢為寶,得到產(chǎn)品價(jià)格低廉,易于生產(chǎn)推廣.為了生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的發(fā)酵飼料,還需要研

16、發(fā)一些規(guī)模較大,自動化程度較高的固體發(fā)酵設(shè)備,不斷發(fā)掘新的微生物飼料菌種和改良現(xiàn)有的菌種,特別是纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶等酶類對發(fā)酵飼料很重要,因此篩選此類重要酶制劑的菌種是微生物發(fā)酵飼料的重點(diǎn).盡管目前微生物發(fā)酵飼料存在一些問題,但是隨著人們對其研究的進(jìn)一步深入,這些問題都會得到很好的解決,其作為抗生素和蛋白的替代品,以及帶來的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益,在飼料工業(yè)中必將受到更大重視.參考文獻(xiàn):1陸文清,胡起源.微生物發(fā)酵飼料的生產(chǎn)與應(yīng)用J.飼料與畜牧,2008,7:5-9.2 飼料和飼料添加劑管理?xiàng)l例 釋義,中國飼料,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李煥友,甄輯銘,鄧小燕,等.肉鴨飼料中微生態(tài)制劑的應(yīng)用效果J.中國飼料,2001(23:20-21.5孫秉忠.新型微生態(tài)蛋白飼料 SE M科隆粉 J.飼料工業(yè),1998,19(10:32-33.6徐姍楠;邱宏端.微生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料的研究進(jìn)展J.福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版,2002,30:709-713.7齊

18、廣海,張海軍,武書庚.家禽腸道微生態(tài)系統(tǒng)及其調(diào)控的研究進(jìn)展J.飼料與畜牧,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呂淑霞,白澤樸,代義,馮江波,黃益.乳酸鏈球菌素(N isi n抑菌作用及其抑菌機(jī)理的研究J.中國釀造,2008,9:87-91.11徐營,李霞,楊利國.雙歧桿菌的生物學(xué)特性及對人體的

20、生理功能J.微生物學(xué)通報(bào),2001,(286:94-96. 12胡東興,潘康成.微生態(tài)制劑及其作用機(jī)理J.中國飼料,2001,3:14-16.13王麗娟.益生素的研究及應(yīng)用進(jìn)展J.飼料博覽,1999,(11,9:15-17.14張潤棟,活菌制劑在畜禽飼養(yǎng)業(yè)中的應(yīng)用J.飼料博覽,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黃慶生,王加啟.微生物飼料添加劑安全性問題的探討J.中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),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