乳酸菌在固态发酵饲料中的应用,99多功能饲料发酵剂是典型代表产品之一

2018-10-07 20:08:03      点击:

导读

发酵饲料是指在人工控制条件下,通过微生物自身的代谢活动,将植物性、动物性和矿物性物质中的抗营养因子分解或转化,产生易被畜禽采食、消化、吸收且无毒害作用的饲料。发酵料适口性好,有酸香风味,富含益生菌,营养价值高,易消化,具有抗生素替代潜力。就其含水量可分为液体发酵饲料和固态发酵饲料,固态发酵饲料相对于液体发酵饲料,因其具有技术工艺简单、废水废渣少、易处理等特点而备受关注。固态发酵饲料常选用的益生菌菌种有乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌和小型丝状真菌等。国内开发和利用的益生菌主要是乳酸菌类。乳酸菌是一类革兰氏阳性细菌,无芽孢,杆菌或球菌,兼性需氧或严格厌氧条件下生长,能利用碳水化合物进行发酵,主要产生乳酸。乳酸菌存在于人和动物体内,属于长期定植的正常菌群,更是消化道内分布较为广泛的优势菌群(吴振强,2006)。本文概述了乳酸菌的代谢产酸抑菌特性、乳酸菌固态发酵饲料的变化、优势及在动物生产中的应用前景与注意事项。

1乳酸菌概述

乳酸菌(Lactic acid bacteria)是一类能利用碳水化合物产生大量乳酸的革兰氏阳性菌的总称,主要包括乳酸杆菌属、链球菌属、肠球菌属、乳球菌属、双歧杆菌属和明串珠球菌属。乳酸菌安全无毒,无致病性、致癌性,已在世界范围内被公认为“Generally Recognized as Safe (GRAS)”等级的食品微生物(Widyastuti 等,2014)。

乳酸菌的代谢类型主要有糖酵解途径(EMP)和磷酸戊糖途径(HMP)。乳酸菌可以通过糖酵解途径的产物丙酮酸进行同型乳酸发酵, 主要发酵产物为乳酸。能进行同型乳酸发酵的乳酸菌有植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌和干酪乳杆菌等。乳酸菌由葡萄糖经磷酸戊糖途径发酵产生乳酸、乙醇、乙酸和CO2等多种产物的发酵称为异型乳酸发酵。能进行异型乳酸发酵的乳酸菌有发酵乳杆菌、短乳杆菌、肠膜明串珠菌和双歧杆菌等。固态发酵饲料过程中,乳酸菌急剧增殖,乳酸大量产生,体系pH 迅速降低,其他细菌的活动受到抑制, 从而减少贮藏过程中干物质和营养物质的损失。乳酸菌固态发酵饲料产酸条件非常重要,可直接影响发酵周期与发酵饲料的品质。李慧芬等(2015)用单因素试验与正交试验,对植物乳杆菌固态发酵豆粕产L-乳酸的条件进行了优化,最终确定影响植物乳杆菌发酵豆粕产L-乳酸各因素的主次顺序为:料水比>发酵温度>初始pH>接种量,最优发酵工艺条件为:乳酸菌接种量2%,料水比1∶0.6,发酵温度42 ℃,初始pH 6 。张可可等(2017)利用Plackett-Burman 优化试验设计,对干酪乳杆菌XJL 发酵废弃烟梗产L-乳酸的条件进行优化,发酵时间为24 h 和42 h 时, L-乳酸的最高产率分别为307.5 g/kg 和315.0 g/kg, 试验确定发酵时间的延长对L-乳酸产率无显著影响, 而营养添加物能够提高L-乳酸的产量。

某些乳酸菌代谢除了乳酸等有机酸, 还可产生一些具有抑菌或杀菌作用的细菌素, 其在食品防腐保鲜中起重要作用, 并且对食品的风味和组织状态有较好的效果(刘稳等, 1996)。林勇等(2008) 研究表明,L1 菌株代谢产物对K88 和O138 存活具有很强的抑制作用。杨亚晋等(2017)研究表明, 日粮中添加植物乳杆菌和土霉素均可改善沙门氏菌感染蛋鸡的生产性能, 降低鸡蛋和粪中沙门氏菌含量,提高家禽抗感染能力。植物乳杆菌具有无污染、无残留的特点,可作为家禽养殖中理想的抗生素替代品。

2乳酸菌固态发酵饲料的变化

2.1 饲料营养特性发生变化

乳酸菌发酵固态饲料可将一些大分子营养物质(如蛋白质、多糖、脂肪等)不断降解,产生有利于动物消化吸收的物质。章世元等(2009)利用微生物发酵普通豆粕,其粗蛋白质含量提高20.69%,粗纤维下降43.73%,消化能由13.18 MJ/kg 提高到15.69 MJ/kg。饲料经乳酸菌发酵,还可产生一些有机酸、多肽、游离氨基酸、维生素、功能性生物活性肽及未知生长因子等,从而提高饲料的营养价值。发酵饲料的特殊酸香味儿,还可提高适口性,增进动物食欲,有利于采食量等生长指标提升。


2.2 产生大量的益生性物质

固态发酵饲料过程中,接种的乳酸菌大量繁殖,菌体本身是益生性蛋白,另外,还可产生大量代谢产物,如乳酸等有机酸,乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸,其可作为能量补给动物生长。Kiyoshi 等(2010)采用植物乳杆菌接种发酵液体饲料,接种后18 h ,pH 降低至3.93,乳酸含量237.4 mmol/g,乙酸含量32.0 mmol/g。


2.3 抑菌能力与抑菌物质

在固态发酵过程中,乳酸菌可迅速降低体系pH,而霉菌、腐败菌等杂菌的生长适宜pH 多在6 以上, 由此可抑制杂菌生长,有效降低产品挥发性盐基氮含量,降低氧化酸败可能性。发酵饲料中含有大量益生菌,随饲料颗粒进入动物肠道后,会在肠道内定植,通过调节机体胃肠道微生态区系和产生一些细菌素及有机酸,抑制肠道中的致病菌(Wang 等, 2005)。乳酸菌产生的细菌素是一类具有活性的多肽或蛋白质,大部分细菌素对近缘关系的细菌有抑制作用,少数细菌素抑菌谱很广。乳酸菌素、苯乳酸等天然抑菌物质,可抑制大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等多种有害菌; 发酵饲料内的有机酸可降低肠道pH,改变肠道菌群生长环境,起到间接的抑菌作用。

3乳酸菌固态发酵饲料的优势

3.1 安全环保

乳酸菌固态发酵饲料pH 较低不适合杂菌生长,且富含细菌素等天然抑菌物质,发酵过程污染几率非常小。固态发酵的物质完全被利用,几乎无废水废气废渣,无污染,零排放,绿色环保。


3.2 工艺简单

国内固态发酵饲料的生产普遍采用发酵密封袋技术, 这种移动发酵技术突破了传统发酵饲料生产中出现的设备技术壁垒。乳酸菌固态发酵饲料的基本步骤多为物料混合后接种乳酸菌, 然后密封压实, 特定环境内发酵一定时间,然后对物料进行烘干粉碎等处理,工艺简单,易于操作。


3.3 原料多样

乳酸菌可发酵多种固态饲料或饲料废料,如植物饼粕、糠麸糟渣、芯皮壳秸、浆胚粉杆等,不管是蛋白类还是纤维类原料,都可发酵。


3.4 灭菌可选

乳酸菌固态发酵的基质, 可灭菌,也可不灭菌。若基质灭菌,接种乳酸菌为纯乳酸菌发酵饲料,产物纯正无杂质;若基质不灭菌,原料本身的菌利用残余空气繁殖,消耗体系能量,会促进蛋白等一些指标提升,当氧气较少时,乳酸菌逐渐接力生长并大量繁殖, 并通过产酸改变体系pH 环境,抑制杂菌生长。


3.5 降本增效

发酵饲料中富含益生性乳酸菌,其进入动物肠道后,可调节肠道区系微生态环境,增强动物机体免疫力,提高成活率与养殖效益。发酵饲料的饲喂可降低饲养成本、促进养殖业集约化、规模化的发展,加强行业竞争力和生存力。

4乳酸菌固态发酵饲料在动物生产中的应用

饲料经乳酸菌发酵后, 淀粉和蛋白质等大分子物质转化成葡萄糖、氨基酸和肽类等小分子物质,缩短了消化、转化反应链,使各种有效成分能迅速、高效地被吸收利用,在采食量增加的同时,饲料转化效率也得到提高。发酵饲料中的乳酸菌,通过黏附作用对胃肠壁细胞实行屏障保护, 可有效减少病原菌与胃肠壁细胞接触的机会, 竞争性的抑制病原微生物的生长。同时,发酵饲料中的有机酸能降低肠道pH, 改善消化系统的内环境,从而抑制病原菌的生长和繁殖, 减少肠道腹泻疾病的发生。有的乳酸菌还能充当免疫激活剂, 刺激胃肠道相应免疫器官、组织和细胞的生长,提高巨噬细胞的活性,增强动物自身抗体机能,从而增强动物免疫力。


4.1 乳酸菌固态发酵饲料在畜禽动物中的应用

大量研究表明, 饲用发酵饲料可以显著提高畜禽动物的生产性能、养分表观消化率与免疫性能。刘金萍等(2004)研究表明,植物乳杆菌A6 发酵饲料能显著提高断奶仔猪的生产性能, 有提高断奶仔猪细胞免疫水平和小肠绒毛长度的趋势,能在一定程度上改善肠道微生物环境。赵圣振等(2015)研究表明,添加0.6%的发酵黄芪组较抗生素对照组相比, 仔猪采食量和日增重分别提高了12.2%(P < 0.05)、19.8%(P < 0.05), 料肉比降低了6.2%(< 0.05),IgG 和IgA 分别提高了30.2%(P < 0.05)和22.1%(P < 0.05)。赵臣(2017)研究嗜酸乳杆菌发酵饲料及其对母猪健康和繁殖性能的影响,结果表明,与对照组相比,母猪日粮中添加固态发酵饲料,使仔猪出生成活率、断奶成活率和仔猪平均日增重分别提高了2.60%、9.20%和9.10%,仔猪腹泻率降低53.24%,哺乳母猪平均日采食量提高了13.79%, 哺乳母猪血清中IgG 含量提高7.58%,初乳中蛋白质、总固形物、IgA 和IgM 含量分别提高18.08% 、1.30% 、4.06% 和5.61%,鲜粪中乳酸菌数量由7.59 lg cfu/g 提高到9.04 lg cfu/g。徐基利等(2010)研究表明,日粮中添加1.0%乳酸菌制剂能显著提高1 ~ 4 周龄肉仔鸡的平均日增重,降低料肉比(P < 0.05);添加1.0%乳酸菌制剂能显著增加盲肠内乳酸菌的数量(P < 0.05), 有效抑制盲肠内大肠杆菌的繁殖(P < 0.05)。王永强等(2017)研究嗜酸乳杆菌发酵棉籽粕对黄羽肉鸡肌肉营养成分和风味特性的影响,结果表明,饲粮中添加发酵棉籽粕可以改善黄羽肉鸡肌肉的风味特性, 并且按6%或9%比例添加效果较好。张晓羊等(2017)研究表明,日粮中添加发酵棉籽粕可以显著增强黄羽肉鸡的免疫功能和抗氧化性能,嗜酸乳杆菌对黄羽肉鸡的免疫功能和抗氧化性能有一定的促进作用,但效果不显著。


4.2 乳酸菌固态发酵饲料在反刍动物中的应用

乳酸菌发酵饲料可改善饲料的营养价值, 提高牲畜的营养吸收与生长性能,而且对奶品质、肉质品质都有直接的影响。孟庆翔等(1999)研究表明,用微生物处理的小麦秸饲喂生长育肥牛, 肉牛秸秆采食量、日增重和饲料转化率分别提高19.4%、22.9%、9.6%, 并使其单位增重的饲料成本降低13.9%。朱越等(2010)用苹果渣青贮料替代50%的玉米青贮料饲喂奶山羊, 研究其对奶山羊产奶量的影响,结果表明,试验组奶山羊的采食量和产奶量均高于对照组, 其差异随饲喂时间的推移而增加,饲喂苹果渣青贮料能够使羊奶乳脂率、干物质含量增加,但差异不显著(P > 0.05),对奶山羊血液生化指标无显著影响(P > 0.05)。


4.3 乳酸菌固态发酵饲料在水产动物中的应用

发酵饲料富含微生物菌体蛋白、小肽类氨基酸、活性益生菌等物质, 用其取代水产动物苗种的部分饵料,更容易被吸收,提高能蛋比,减轻肝脏负担,促进消化吸收,防控肠炎。发酵料香味更独特,有诱食作用,适口性好,能促进对虾摄食,既有利于对虾生长,也降低了饲料成本。王天神(2012)研究表明, 适量的生物发酵浓缩饲料可提高克氏原螯虾的生长性能, 生物发酵饲料中的益生菌能够优化肠道中的微生物菌群,提高消化酶活性,从而使饵料的利用率得到提高, 并促进了机体营养物质的沉积。此外,生物发酵饲料能提高克氏原螯虾的非特异性免疫和抗病能力,而生长性能、消化酶及免疫酶指标的测定结果表明, 生物发酵饲料的适宜添加量为25% ~ 35%。

5乳酸菌固态发酵饲料的应用前景与注意事项

乳酸菌固态发酵饲料,富含乳酸菌、有机酸、天然抑菌物质与酸香风味物质,体外发酵无污染、低成本、低风险,体内应用有利于动物采食消化吸收, 益生菌的定植与有机酸的调节可抑制有害菌的生长,提高机体免疫性能。

乳酸菌固态发酵饲料需注意事项:

(1) 乳酸菌的筛选应注重动物源乳酸菌的筛选,提高菌株的原位定植能力, 还要高度注重菌株安全性,选择《饲料添加剂品种目录》允许的安全菌株;

(2)乳酸杆菌特别容易失活,应妥善保存现有高效菌株,并注重筛选新的、稳定性好的菌株;

(3)固态发酵饲料的原料多样,发酵基质成分通常较为复杂多变,发酵质量稳定性差,应注重原料来源的稳定性、均一性,做好固态发酵过程的质量控制;

(4)固态发酵的料水比、发酵温度、环境湿度、氧气含量等参数,需详细研究,以提高发酵效率,保持品质稳定。

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