微生态原理及微生物饲料添加剂制造技术

1、第第5 5章章 微生态原理及微生物微生态原理及微生物饲料添加剂制造技术饲料添加剂制造技术专业：动物营养与饲料科学专业：动物营养与饲料科学姓名：于伽姓名：于伽 学号：学号：20140104752014010475目录目录5.1 5.1 动物微生态学概述动物微生态学概述5.2 5.2 微生态营养微生态营养5.3 5.3 微生物饲料添加剂微生物饲料添加剂5.4 5.4 微生物饲料添加剂制造工艺微生物饲料添加剂制造工艺5.5 5.5 益生元与合生元益生元与合生元5.6 5.6 应用技术应用技术5.1 动物微生态学概述动物微生态学概述5.1 动物微生态学概述动物微生态学概述动物微生态学是研究正常微生物与

2、微生物、正常微生物与动物体内环境、动物体与外界环境三者相互关系，多学科相互交叉的具有细胞水平和分子水平的生命学科分支。“”概念：5.1 动物微生态学概述动物微生态学概述1. 重点研究正常微生物与动物体（陆生动物与水生动物）内环境相互之间的关系。2. 微生物与微生物之间在健康动物体内、体表都保持相对稳定的平衡状态。3. 动物体与外环境之间的关系。主要内涵：5.1 动物微生态学概述动物微生态学概述ABC养殖业对提高人民生活水平和健康有重要作用；畜牧业面临的挑战及制约因素：饲料品质低、药物残留、疾病、畜禽排泄物严重污染环境，危害人们健康；微生态制剂具有安全、高效、无污染、无残留、成本低等特点，是抗生

3、素、激素等的理想替代品，能满足人们对动物源绿色保健食品的渴求。动物微生态学发展前景：5.2 微生态营养微生态营养目录目录5.2.1 5.2.1 消化道微生物菌群消化道微生物菌群5.2.2 5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系5.2.2.1 5.2.2.1 菌群对能量和脂类代谢的调控菌群对能量和脂类代谢的调控5.2.2.2 5.2.2.2 消化道菌群对碳水化合物代谢的影响消化道菌群对碳水化合物代谢的影响5.2.2.3 5.2.2.3 消化道菌群对蛋白质代谢的影响消化道菌群对蛋白质代谢的影响5.2.2.4 5.2.2.4 肠道微生物的维生素合成作用肠道微生物的维生素合成

4、作用5.2.2.5 5.2.2.5 消化道菌群对矿物元素代谢的影响消化道菌群对矿物元素代谢的影响5.2.2.6 5.2.2.6 肠道微生物对酶活力及酶合成的影响肠道微生物对酶活力及酶合成的影响5.2.1 消化道微生物菌群消化道微生物菌群0101020203030404胃：食物停滞的第一个部位，细菌繁殖的重要场所。胃为酸性环境，优势菌为耐酸菌和兼性厌氧菌，主要为乳杆菌和链球菌。十二指肠：从胃以后，细菌总数随小肠长度的增加而减少，十二指肠的微生物比较少。空肠和回肠：在十二指肠之后进入空肠，随肠段的延续细菌数量不断增加。据报道，乳酸杆菌和双歧杆菌是猪小肠的最大优势菌，其次为消化球菌、肠杆菌、小梭菌和

5、葡萄球菌。盲肠和结肠：食物停滞的主要部位，也是细菌量最大的部位，优势菌为严格厌氧菌，主要有拟杆菌，也有大量真杆菌、双歧杆菌、消化链球菌和梭菌、锤形菌。5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系01010202菌群与能量代谢：前人研究发现，由于在母猪日粮中添加细菌培养物或酵母培养物，刺激了后肠的发酵，从而导致VFA产量和细菌发酵终产物增加，这样就可为母猪多提供30%的能量需要，结果提高了母猪的养分利用率和产奶量。菌群与脂类代谢：微生物对肠道的脂质与固醇类的代谢起重要作用，可以直接作用于食物脂质和内源脂类，或间接改变胆固醇和胆盐的代谢。5.2.2.1 菌群对能量和脂类代谢的调

6、控菌群对能量和脂类代谢的调控5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系01010202胃肠菌群对单糖分解代谢的途径：a. 双膦酸己糖降解途径（EMP途径）,即糖酵解。b. 单磷酸己糖降解途径（HMP途径）,即磷酸戊糖途径。c. 2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途径（ED途径）,即糖类厌氧分解途径。d. 磷酸解酮酶途径。 细菌对淀粉的利用：不同淀粉酶分解淀粉的方式不同。a. 液化型淀粉酶（- 淀粉酶），由放线菌和霉菌等产生，此酶水解淀粉产生麦芽糖、双糖等；b. 糖化型淀粉酶，将淀粉水解为麦芽糖或葡萄糖，肠内菌群中的乳杆菌、双歧杆菌、链球菌、拟杆菌、梭状芽胞杆菌等菌属的

7、一部分菌种具有此型酶。 5.2.2.2 消化道菌群对碳水化合物代谢的影响5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系03030404细菌对纤维素和半纤维素的利用： 能利用纤维素生长的细菌都具有纤维素酶，常见的纤维素分解菌有黏细菌、梭状芽胞杆菌、产琥珀酸拟杆菌、丁酸弧菌以及瘤胃中的一些分解纤维素的菌。肠道微生物对果胶的利用： 果胶分解的终产物是半乳糖醛酸，半乳糖醛酸最后进入糖代谢途径被分解成VFA并放出能量。细菌中芽孢杆菌、梭状芽胞杆菌、栖瘤胃拟杆菌和溶纤维拟杆菌有分解果胶的能力。5.2.2.2 消化道菌群对碳水化合物代谢的影响5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群

8、与动物的代谢关系0505肠道微生物发酵产生短链脂肪酸：醋酸、丙酸、丁酸。 短链脂肪酸是草食动物的前胃发酵以及所有动物的下部消化道（主要在大肠）发酵产生。食物纤维等未消化的多糖，经过细菌酶的分解产生中间代谢产物丙酮酸，再继续分解为终产物醋酸、丙酸、丁酸等。 反刍动物前胃发酵产生的短链脂肪酸大部分作为能源被消耗，单胃动物从大肠吸收的短链脂肪酸也是其能量的来源。5.2.2.2 消化道菌群对碳水化合物代谢的影响5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系0101蛋白质水解： 蛋白质是许多氨基酸通过肽键连接的大分子化合物，经过细菌的分解作用，产生氨基酸，才能被利用。蛋白质分解大致分为

9、两个过程：一是在蛋白酶作用下分解成多肽，二是在肽酶作用下分解成氨基酸。水解蛋白质的细菌有变形杆菌、梭菌、芽孢杆菌等，大肠杆菌只能分解蛋白质的降解产物。 蛋白质及其降解产物常作为细菌生长的氮源或生长因子等。肠道微生物具有使蛋白质降解的分解代谢过程，而且能够利用氨合成蛋白质。这种代谢过程，对反刍动物宿主的氮营养是非常重要的。5.2.2.3 消化道菌群对蛋白质代谢的影响5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系0202微生物对氨基酸的分解和氮素循环的影响细菌分解氨基酸途径:a. 脱羧作用。是细菌的氨基酸代谢的最初反应。许多细菌细胞具有氨基酸脱羧酶，它可以催化氨基酸脱羧生成有机胺

10、。b. 脱氨作用。包括氧化脱氨作用、水解脱氨、不饱和化脱氨三种方式，不论哪种脱氨方式，最终产物都合成氨。 肠内氨再利用途径：一是肠内生成的氨通过肠道进入肝，通过尿素循环氨被解毒，形成的尿素一部分转换成尿排出体外，一部分通过肠肝循环又进入肠内，经肠内尿素酶作用变成氨；二是肠内的氨作为肠道菌的菌体氨基酸源被利用，合成菌体蛋白。据报道，猪肠道优势菌中，拟杆菌、月形单胞菌、螺旋体、真杆菌、梭状芽胞杆菌、肠杆菌、链球菌等均能很好利用氨。5.2.2.3 消化道菌群对蛋白质代谢的影响5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系0101消化道菌群的维生素合成作用被认为是菌群具有的主要的积极

11、作用之一。肠道微生物能合成维生素K及维生素B复合体已是肯定的事实。双歧杆菌类能合成维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸、叶酸等，并能增强食物消化的能力。虽然微生物可为宿主动物提供少量的某些维生素、能量和氮，但这可能对动物组织的营养没有重大意义。5.2.2.4 肠道微生物的维生素合成作用5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系0101消化道菌群对矿物元素代谢的影响：研究表明，酵母可提高单胃动物对磷的利用率，酵母能在消化道后段存活，并可促进植酸酶的产生。有人报道，微生物在肠道产生的有机酸是一种螯合剂，能促进后肠中钙、磷等矿物质的吸收。双歧杆菌能产生大量酸，

12、可促进各种物质如钙、铁、镁、锌的吸收利用，也能降低血清胆固醇和甘油三酯。5.2.2.5 消化道菌群对矿物元素代谢的影响5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系0101肠道微生物对酶活力及酶合成的影响微生物的酶按催化方式不同分为三种：1. 水解酶：促进蛋白质、糖和脂肪等有机物分解为小分子量易溶物质2. 发酵酶：将糖类物质分解为简单化合物和产生能量3. 呼吸酶：在微生物呼吸过程中氢和氧的转移上有重要作用，如脱氢酶、氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等5.2.2.6 肠道微生物对酶活力及酶合成的影响5.2.2 消化道菌群与动物的代谢关系消化道菌群与动物的代谢关系0202微生物对酶

13、的作用表现在两个方面（1）酶活性的调节：酶活性的激活、酶活性的抑制。对已存在酶的活性进行控制，与酶量变化无关。（2）对酶合成的调节：酶合成的诱导、酶合成的阻遏。通过酶量的变化来控制代谢的速率，即通过酶的合成或停止酶的合成来进行调节代谢。 一般代谢途径中都同时存在这两种调节方式，因而能高效又准确的控制代谢的正常进行。5.2.2.6 肠道微生物对酶活力及酶合成的影响5.3 微生物饲料添加剂微生物饲料添加剂目录目录5.3.15.3.1微生物饲料添加剂定义微生物饲料添加剂定义5.3.2 5.3.2 微生物饲料添加剂菌种及生物学特性微生物饲料添加剂菌种及生物学特性5.3.2.1 5.3.2.1 芽孢杆菌

14、属芽孢杆菌属5.3.2.2 5.3.2.2 无孢子乳酸菌属无孢子乳酸菌属5.3.2.3 5.3.2.3 酵母与霉菌酵母与霉菌5.3.3 5.3.3 微生物饲料添加剂的作用机理及功效微生物饲料添加剂的作用机理及功效5.3.1 微生物饲料添加剂定义微生物饲料添加剂定义用已知有益的微生物经培养、发酵、干燥等特殊工艺制成的对人、畜安全有益的活菌制剂，并用于饲料的添加剂。活菌、死菌、死菌成分和代谢产物活菌、死菌、菌体成分和载体定义：定义：固态固态剂型：剂型：液态液态剂型：剂型：5.3.2 微生物饲料添加剂菌种及生物学特性微生物饲料添加剂菌种及生物学特性普遍存在于土壤、水、发酵食品及动物肠道或粪便中。抗逆

15、性强（耐酸、耐盐、耐高温、耐挤压）。生长过程中产生丰富的酶（蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、果胶酶、纤维素酶）。是动物消化道的正常菌群。5.3.2.1 芽孢杆菌属芽孢芽孢杆菌杆菌属属5.3.2 微生物饲料添加剂菌种及生物学特性微生物饲料添加剂菌种及生物学特性0101乳酸杆菌属： 动物消化道正常微生物区系，家禽肠道的优势菌群，可利用糖类发酵产生大量乳酸，降低肠道pH值，防止有害菌的生长。 特性：是多种动物消化道主要的共生菌，能形成正常菌群；在微需氧或厌氧条件下产生乳酸；有较强的耐酸性、有的能产生细菌素或乳酸菌素，有效抑制肠杆菌、葡萄球菌生长；耐热能力差，65-75条件下死亡，饲料制粒过程中的瞬间高温即可

16、将其杀死。 此类菌在饲料中应用最早最广泛，制剂种类多，如乳酸杆菌发酵饲料、乳酸杆菌粉、乳酸杆菌提取物等。用作微生物添加剂的菌种主要有嗜热乳杆菌、乳酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌。20% 5.3.2.2 无孢子乳酸菌属5.3.2 微生物饲料添加剂菌种及生物学特性微生物饲料添加剂菌种及生物学特性0202双歧杆菌属： 是动物生命活动中的重要微生物，对调整和维持正常微生物区系和稳定的消化道内环境起关键作用，特别是维持幼龄动物消化道机能正常和防止腹泻有明显作用，能抑制肠内细菌产生氨等有害物质，并能中和肠内毒素（主要是细菌毒素）。 缺点：对营养成分要求严格、复杂，培养基中必须含有生长素和酵母膏才能生长；厌氧条件

17、较为严格；在pH低的环境下存活时间短。75% 5.3.2.2 无孢子乳酸菌属5.3.2 微生物饲料添加剂菌种及生物学特性微生物饲料添加剂菌种及生物学特性0303乳酸球菌链球菌属：粪链球菌、嗜热链球菌、乳链球菌等。特点为好氧或兼性厌氧，产酸作用强，具有很好的助消化保健作用。片球菌属：该属中乳酸片球菌、啤酒片球菌、明串珠（白色念珠菌）属的肠膜状明串珠菌等产酸作用强，厌氧。此类菌作为饲料添加剂试剂应用较少。 45%5.3.2.2 无孢子乳酸菌属5.3.2 微生物饲料添加剂菌种及生物学特性微生物饲料添加剂菌种及生物学特性酵母与霉菌： 在动物消化道中很少存在，有很强的产酶活性，因而一般在消化道内参与营养

18、代谢，产生丰富的B族维生素、麦角固醇、谷胱甘肽、未知生长因子等，用作饲料添加剂有提供营养物质、助消化、促生长、提高饲料利用率等作用。是饲料中应用最早、最广泛的微生物之一。 特点：能生长在多糖、偏酸环境中；菌体内富含蛋白质和B族维生素；不耐热，60-70 1h即死亡。目前广泛应用的酵母有啤酒酵母、产元假丝酵母等。 用作饲料添加剂的霉菌主要有米曲霉、黑曲霉等。53% 5.3.2.3 酵母与霉菌5.3.3 微生物饲料添加剂的作用机理及功效微生物饲料添加剂的作用机理及功效0101调整动物消化道内环境，恢复和维持正常微生态平衡帮助建立和维持正常的肠道优势菌群通过黏附机制和竞争肠道定居位置抑制和排除病原微

19、生物通过生物夺氧方式阻止病原菌的繁殖通过产生代谢产物和生理活性物质杀害病原微生物20% 5.3.3 微生物饲料添加剂的作用机理及功效微生物饲料添加剂的作用机理及功效0202为动物机体提供营养、促进生长合成多种消化酶，增强消化力，提高饲料利用率产生有机酸，激活酶原，促进营养物质消化吸收合成菌体蛋白、维生素和未知生长因子0303产生非特异性免疫调节因子，增强动物免疫系统功能0404防止有害物质的产生，改善环境53% 5.3.3微生物饲料添加剂在动物生产中的应用微生物饲料添加剂在动物生产中的应用0101在养猪生产中的应用：防病治病，提高生产性能。枯草杆菌对仔猪存活率有改进。芽孢杆菌制品可降低仔猪黄白

20、痢的发生率和死淘率。母猪饲喂有益微生物制剂能提高断奶仔猪的窝重。提高机体免疫力替代抗生素等化学合成药物减少粪便中臭味物质的产生20% 5.3.3微生物饲料添加剂在动物生产中的应用微生物饲料添加剂在动物生产中的应用0202在养禽生产中的使用：提高生产性能。在肉鸡日粮中添加乳酸杆菌培养物，可使鸡日增重提高9.7%，死亡率降低2.7%。饲喂乳酸杆菌复合物可提高产蛋母鸡的产蛋量和蛋重。防病治病替代抗生素。在肉仔鸡基础日粮中添加0.2%的微生物添加剂“益生康”和10mg/kg黄霉素的结果表明，添加“益生康”的肉仔鸡的生长、增重、饲料转化率显著高于添加黄霉素的肉仔鸡。75% 5.3.3微生物饲料添加剂在动

21、物生产中的应用微生物饲料添加剂在动物生产中的应用0303在反刍动物中的应用： 肉牛：对采食较少的犊牛饲喂嗜酸乳杆菌两周，其饲料报酬提高。嗜酸乳杆菌能显著改善犊牛早期生长速度。 奶牛：乳酸菌作为饲料添加剂有助于稳定小肠微生物区系，改善奶牛生产性能。泌乳中午饲喂酵母培养物，乳蛋白百分率有提高趋势。 羊：在舍饲条件下用微生物添加剂可控制胃肠消化功能不良和肠道疾病，提高饲料利用率。 45%5.4 微生物饲料添加剂制微生物饲料添加剂制造工艺造工艺目录目录5.4.1 国内微生物饲料添加剂（益生菌）生产中的问题国内微生物饲料添加剂（益生菌）生产中的问题5.4.2 微生物饲料添加剂（益生菌）的生产工艺技术微生

22、物饲料添加剂（益生菌）的生产工艺技术5.4.2.1 益生菌种子培养基益生菌种子培养基5.4.2.2 益生菌的生产培养（基本步骤）益生菌的生产培养（基本步骤）5.4.2.3 菌体的后加工工艺菌体的后加工工艺集菌和干燥集菌和干燥5.4.1国内微生物饲料添加剂（益生菌）生产中的问题生产用的菌种来源不规范；产品包装和剂型不规范；益生菌产品表示不明确或标示值与实际含量不符。多菌种任意混合。复合菌制剂要进行科学合理的设计，未经鉴定和安全性评价的产品存在潜在风险。生产工艺简单，质量控制不严。发酵温度和时间会影响产品质量，干燥工艺、温度和时间会影响益生菌的存活率和活性。干燥方式不科学，易引起菌种存活率降低。喷

23、雾干燥菌种存活率偏低，抗逆性差的益生菌应采取冷冻干燥或低温干燥。5.4.2微生物饲料添加剂（益生菌）的生产工艺技术（1）微生物培养基应具备的条件（2）培养基分类和组成益生菌生产菌株绝大部分是异养型微生物，它们需要糖类、蛋白质或其水解产物、矿物元素、生长素及微量元素等。益生菌种子培养基分为天然培养基和人工合成培养基。现阶段饲用益生菌菌种主要是乳酸细菌（乳杆菌、乳球菌、双歧杆菌、酵母、曲霉真菌），因此主要是一些常用的乳酸菌培养基、芽孢菌培养基和酵母培养基。5.4.2.1益生菌种子培养基5.4.2微生物饲料添加剂（益生菌）的生产工艺技术（3）益生菌种子的培养工艺 好气性培养：主要用于芽孢杆菌生产工艺

24、流程：保藏菌种斜面菌种摇瓶培养种子罐培养种子厌氧培养：兼性厌氧菌和厌氧菌（微生物饲料添加剂生产重要菌种）生产工艺流程：保存菌种厌氧罐内斜面菌种厌氧罐内厌氧瓶种子厌氧种子罐种子（4）种子质量检测指标及其控制5.4.2.1益生菌种子培养基益生菌种子培养基菌种的稳定性检查和种子的纯度检查5.4.2微生物饲料添加剂（益生菌）的生产工艺技术5.4.2.1益生菌种子培养基益生菌种子培养基（5）生产菌种保藏 原理：根据菌种的生理生化特点创造条件，使细胞代谢停止、处于休眠状态、减少变异发生。如保持最低水平营养及成分、缺氧、干燥、低温。 基本方法：真空冷冻干燥、液氮超低温保藏法、甘油管冷冻保藏法。5.4.2微生

25、物饲料添加剂（益生菌）的生产工艺技术5.4.2.2 益生菌的生产培养（基本步骤）5.4.2.3 菌体的后加工工艺集菌和干燥平板培养复壮 制作摇瓶生产一级种子液 二级发酵（生产发酵）三级发酵菌体的收集：最常用的分离浓缩方法有离心法、膜分离法、沉淀法等。菌体的干燥：主要方法有喷雾干燥、烘干、真空低温干燥、冷冻干燥等。5.5益生元与合生元5.5.1 益生元是一种不被宿主消化的食物成分或制剂，它能选择性的刺激一种或几种结肠内常驻菌的活性或生长繁殖，起到增进宿主健康的作用。具备具备条件条件在胃肠道的上部既不能水解，也不能被吸收；能提高肠内有益菌的构成和数量；只能选择性的对某种有益菌进行刺激生长繁殖或激活

26、代谢；能起到增强宿主机体健康的作用。益生元益生元具备具备条件条件5.5.2 合生元01010202是指益生菌与益生协同剂（益生元）的混合制剂。优点：能够提高外源性有益活菌的生存率，延长其作用时间；使外源有益菌以更大的数量到达体内；刺激肠道内、外源性细菌的定植和生长；改善肠道内菌群结构，增强有益菌代谢；吸附肠道病原菌，起保健作用；诱导肠腔内系统性免疫，改善宿主体质。5.6应用技术5.6.1影响微生物饲料添加剂功效的因素（1）菌种本身的特性是发挥其效能的关键因素首先必须保证不产生任何内外毒素，无毒、无害、无副作用。要考虑能保护微生态制剂通过胃酸及胆汁酸的剂型。菌株必须具有黏附性才能在肠道中生存并发挥作用。对产乳酸益生菌来说，既要有较强的抗胃酸能力，也要有自身的产酸能力及产生抗菌活性物质的能力。5.6.1影响微生物饲料添加剂功效的因素（2）生产和储存条件对益生菌存活性能的影响菌株在发酵时的生长条件以及发酵结束的时间，会影响菌