枯草芽孢桿菌在固態發酵飼料中的應用研究進展
摘要：在畜牧業生產領域，益生菌常被用作飼料添加劑以改善動物的生產性能和免疫性能。益生菌可調節動物腸道菌群、預防疾病，是良好的抗生素替代品。以枯草芽孢桿菌為代表的益生菌受到了廣泛關注，再結合固態發酵技術發酵飼料使得飼料的品質得以提高。文章介紹了枯草芽孢桿菌及固態發酵技術，概述了枯草芽孢桿菌在固態發酵飼料中的作用及其在動物生產中的應用。最后，總結了枯草芽孢桿菌在固態發酵飼料中的發展前景及相關建議，以期為枯草芽孢桿菌在發酵飼料的生產上提供參考。
隨著對環境保護、污染治理以及食品安全等問題的重視程度逐漸加大，無抗替抗養殖的呼聲越來越高。所以，需要尋找抗生素的替代品來控制和預防致病性細菌的定植。微生態制劑是很好的替代品，微生態制劑中的枯草芽孢桿菌，具有調節宿主細胞、保護宿主細胞的功能，以支持動物健康。枯草芽孢桿菌可形成內生孢子、革蘭氏陽性細菌，由于其特有的特性，它們能夠對植物進行定植，產生孢子、生物膜、各種蛋白酶類物質以及短鏈抗真菌肽，并誘導植物激素的合成，具有很高的經濟價值。枯草芽孢桿菌由于能夠產生孢子而被用作動物飼料中的益生菌補充劑。與其他益生菌相比，它的熱穩定性和在低pH值下生存的能力具有很大優勢。此外，發酵方式也尤為重要，發酵方式主要包括固態發酵、液體發酵。現在使用較多的發酵方式是固態發酵。許多工農業副產品，如麥麩、豆粕、米糠、玉米粉、馬鈴薯皮、酒糟等，常被選為固態發酵的基質，用來做固態發酵飼料。一些產孢子的微生物，在固態發酵系統提供的環境下會有更好的性能和更高的產率。本文主要概述了枯草芽孢桿菌在固態發酵技術下發酵飼料所產生的作用、在動物生產中的應用、前景及相關建議。
1枯草芽孢桿菌概述
枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）是典型的有益菌，具有控制不同類型細胞發育的能力。枯草芽孢桿菌被生物技術公司用于工業規模化生產。枯草芽孢桿菌屬革蘭氏陽性菌，形成孢子的微生物，能抑制大多數有害菌的繁殖。枯草芽孢桿菌是好氧菌，具有極強的抗逆性，能在較高酸堿和溫度等惡劣環境中存活。
枯草芽孢桿菌可以在動物腸道內出芽生長，產生多種酶類物質，對動物生長有很好的促進作用，在防治疾病方面也有著良好的效果。研究表明，枯草芽孢桿菌能產生胞外酶，如蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶、植酸酶和脂肪酶等，這些酶能夠水解植物飼料細胞的細胞壁，使細胞里面的營養物質釋放出來，并能消除飼料中的抗營養因子，減少抗營養因子對動物消化利用的障礙。在國內，枯草芽孢桿菌被人體攝入，可以緩解腹瀉和建立健康的腸道微生物群。
枯草芽孢桿菌飼料添加劑也可調節動物腸道菌群，對動物健康生長有很大益處。此外，芽孢桿菌也有一定的生物修復用途，可以減少含氮廢物，從而改善環境條件和水質。因此，有人稱它為“菌中之王”。
2固態發酵
2.1 固態發酵技術簡介
固態發酵（Solid-State Fermentation，SSF）是一種生物加工技術，是指微生物在濕固體顆粒上的生長，顆粒間的空隙存在少量液態水和連續氣相。SSF在食品發酵工業和飼料發酵工業中有著悠久的應用歷史。在亞洲，SSF用于生產面包、奶酪、曲酒、醬油、豆豉和腐乳等食品。此外，利用SSF技術已經生產了許多重要的產品，如氨基酸、酶、有機酸、紡織和生物燃料等。近幾年來，SSF技術以其優于液態發酵（Submerged Fermentation，SmF）的諸多優勢而獲得了廣泛的應用。SSF相較于SmF有許多優點，在SSF過程中，很少有廢棄物產生，靠固體顆粒間隙中存留的空氣向微生物提供氧氣，有產量高、投資低、耗能低、污染小等一系列優點。芽孢桿菌在SSF中的生長過程中，芽孢的積累往往伴隨著基質的消化和生物活性代謝物的釋放。因此，SSF可以降低抗營養因子（如豆粕、棉籽粕和菜籽粕中），提高飼料的營養價值。
2.2 固態發酵的主要步驟
一般來說，SSF的主要步驟和SmF基本相同，SSF的主要步驟如圖1所示。
3枯草芽孢桿菌固態發酵飼料的作用及在動物生產中的應用
3.1 枯草芽孢桿菌固態發酵飼料的作用
3.1.1 在機體內產生酶類和營養物質
芽孢桿菌能夠分泌大量的胞外酶，正是因為枯草芽孢桿菌在發酵時產生的各種酶類使蛋白質、多糖、脂肪等一些大分子營養物質可被枯草芽孢桿菌固態發酵飼料所降解，促進動物腸道吸收，提高消化率。
史艷麗等利用枯草芽孢桿菌固態發酵豆粕，結果表明，抗原蛋白殘留率、粗蛋白均顯著高于空白對照組（P<0.05）。Dai等用枯草芽孢桿菌，通過SSF提高豆粕（SBM）的營養價值和生物活性，粗蛋白質、可溶性蛋白質、總酚、黃酮類化合物含量均有所增加。閆亞婷等以玉米為飼料原料，通過正交試驗優化其發酵條件，優化后玉米粉淀粉含量下降，分解率達到37.76％，可溶性糖含量提高了1.72倍。豆渣是大豆工業產生的主要農業廢棄物。為了水解豆渣并釋放營養物質，Mok等采用枯草芽孢桿菌固態發酵法發酵豆渣，研究表明，用枯草芽孢桿菌發酵豆渣提高了其營養含量。用枯草芽孢桿菌發酵的豆渣，總氨基酸含量由未發酵的（3.04±0.14）mg/g增加到（5.41±1.21）mg/g。發酵后，總脂肪酸含量從（153.04±5.10）mg/g增加到（166.78±2.41）mg/g，發酵后的抗氧化劑含量（DPPH）也提高了6.4倍。由此可見，枯草芽孢桿菌固態發酵飼料可產生豐富的酶、多肽、有機酸、氨基酸等益生性物質。
3.1.2 抑菌作用
枯草芽孢桿菌固態發酵產生多種生物活性肽，包括抗菌肽、免疫活性肽和抗氧化肽。李萌等用枯草芽孢桿菌固態發酵豆粕產抗菌脂肽以提高脂肽產量。結果表明，在最優條件下，抗菌脂肽的抑菌率的實際值為（75.62±0.36）%，抑菌率提升了將近一半。
3.2 枯草芽孢桿菌固態發酵飼料在動物生產中的應用
3.2.1 枯草芽孢桿菌固態發酵飼料在仔豬中的應用
枯草芽孢桿菌中的有益菌可產生多種生物活性物質，如消化酶、維生素、有機酸、小肽和促生長因子等，可顯著提高仔豬的生產性能。洪文探究了枯草芽孢桿菌固態發酵工藝的條件，并以不同劑量的枯草芽孢桿菌對斷奶仔豬生長性能、腹瀉發病率等情況進行研究，結果表明，高劑量組仔豬的平均日增重和飼料效率比陰性對照組高，而抗生素組，中劑量組和高劑量組之間則無顯著差異（P<0.05）。所有益生菌組和抗生素組腹瀉指數低于陰性對照組（P<0.05）。張煜用新型枯草芽孢桿菌固態發酵豆粕降解豆粕抗原蛋白，中試發酵豆粕確定發酵條件，在仔豬日糧中添加10％的發酵豆粕，促進仔豬對營養物質的消化吸收，提高仔豬生長性能。
3.2.2 枯草芽孢桿菌固態發酵飼料在畜禽中的應用
歐榮娣等利用枯草芽孢桿菌固態發酵米糠，拌入日糧中飼喂臨武鴨，試驗結果表明，與對照組相比，日糧中添加枯草芽孢桿菌可有效提高臨武鴨平均日增重，降低料肉比和死亡率。文靜等研究肉雞日糧中添加枯草芽孢桿菌對其生長性能的影響，結果表明，在基礎日糧中添加0.75g/kg的枯草芽孢桿菌制劑肉雞的日增重顯著高于基礎日糧（P<0.05）。
3.2.3 枯草芽孢桿菌固態發酵飼料在水產動物中的應用
水產養殖業一直在穩步增長，特別是水產養殖中的蝦。然而，對蝦養殖中病害的爆發阻礙了對蝦產業發展的步伐。在水產養殖中使用抗生素或化療藥物來控制疾病，導致了耐藥性和消費者不接受的問題。枯草芽孢桿菌作為益生菌，可成為預防對蝦養殖病害爆發的良好替代物。
在人工飼養條件下，Zuenko等研究了鯉魚腸道食糜中消化酶活性、細菌屬比，結果表明，加入活菌枯草芽孢桿菌對鯉魚腸道食糜中微生物群落的大小和結構、某些消化酶的活性、消化率和增重都有積極的影響。鯉魚腸道食糜中微生物總數比對照組高13%，胸骨中微生物總數是對照組的3.5倍。在所研究的魚類中，消化酶活性的提高的同時會使氮、氨和尿素含量的減少。這可能是因為腸道微生物對蛋白質有更好的吸收，更多地利用氮代謝物來合成自己的生物量。試驗組鯉魚平均日增重比對照組高25%，平均日增重35%。
4結 論
固態發酵飼料產量高、價格低、操作簡單，益生菌枯草芽孢桿菌發酵產品更加安全、營養更加豐富、更容易讓動物消化吸收。利用枯草芽孢桿菌固態發酵飼料可以顯著增強動物免疫力，大大降低動物的發病率和死亡率。在飼料中添加枯草芽孢桿菌可以增強動物食欲，明顯提高日增重、縮短飼養周期、提高了養殖經濟效益。所以，隨著研究工作的進一步深入，以及人們綠色、安全和環保意識的不斷增強，枯草芽孢桿菌在發酵飼料中的應用前景將會更加廣闊。未來，可以對復合菌種多加研究，以期找到最佳的發酵工藝條件、最佳配比及用量。
對枯草芽孢桿菌固態發酵飼料相關建議如下：①應選擇優良生產的菌種，提高菌株定植能力；②固態發酵飼料原料種類繁多，應對飼料原料的質量和穩定性加已把控；③不應只注重試驗研究而忽略實際應用研究，獲得的試驗結論要與生產實際相關聯；④要嚴格符合發酵飼料相關的使用標準和規范。
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