微生態(tài)制劑的生產(chǎn)工藝及質(zhì)量差異分析

王大會(huì)，胡強(qiáng)，李泰君，楊勝斌

（銅仁學(xué)院，貴州銅仁 554300）

從當(dāng)下的飼用微生態(tài)制劑研究現(xiàn)狀來(lái)看，主要研究側(cè)重點(diǎn)均在于菌種方面，很少有學(xué)者將研究重點(diǎn)放在微生態(tài)制劑的生產(chǎn)工藝以及設(shè)備方面。為了有效彌補(bǔ)這一研究空缺，有必要對(duì)微生態(tài)制劑的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究分析，通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝與當(dāng)下先進(jìn)生產(chǎn)工藝的質(zhì)量差異，這對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)微生態(tài)制劑的生產(chǎn)和發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 微生態(tài)制劑概述

微生態(tài)制劑又被稱(chēng)為活菌制劑，這種制劑能夠促進(jìn)或者抑制微生物生長(zhǎng)，主要用于動(dòng)物腸道環(huán)境的平衡與調(diào)節(jié)，且適用對(duì)象比較廣泛。目前，微生態(tài)制劑已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)藥保健領(lǐng)域、食品領(lǐng)域、飼料工業(yè)領(lǐng)域等。尤其是近些年，在飼料工業(yè)生產(chǎn)中，出現(xiàn)了多種先進(jìn)的微生態(tài)制劑生產(chǎn)設(shè)備與工藝，傳統(tǒng)家畜養(yǎng)殖添加劑也逐漸被微生物制劑所替代，因此有必要對(duì)家畜所用的微生態(tài)制劑生產(chǎn)工藝進(jìn)行討論分析，并對(duì)不同生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的菌種質(zhì)量差異進(jìn)行分析探討，這對(duì)推動(dòng)微生態(tài)制劑在牲畜養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用有著重要意義[1-2]。

2 微生態(tài)制劑生產(chǎn)育種工藝及質(zhì)量差異分析

2.1 液體培養(yǎng)工藝

2.1.1 傳統(tǒng)搖床育種生產(chǎn)工藝

在進(jìn)行微生態(tài)制劑生產(chǎn)時(shí)，需要進(jìn)行菌種育種，傳統(tǒng)的搖床育種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單介紹如下：先在搖瓶（三角瓶）中導(dǎo)入液體培養(yǎng)基，覆蓋紗布，要求紗布層數(shù)在8～12層左右，如果沒(méi)有紗布，可以采用棉塞替代；然后將搖瓶放在專(zhuān)門(mén)的搖床上進(jìn)行培養(yǎng)。這種傳統(tǒng)的育種生產(chǎn)工藝方式存在以下2個(gè)缺陷：（1）在培養(yǎng)基中，溶解的氧氣比較少，不利于培養(yǎng)基中的菌種快速生長(zhǎng)，且在生長(zhǎng)過(guò)程中，容易有雜菌混入，嚴(yán)重影響育種效率與育種質(zhì)量；（2）在這種搖床生產(chǎn)工藝下，整體搖晃的幅度仍有著進(jìn)一步提升，由于整個(gè)搖晃過(guò)程太過(guò)規(guī)律，培養(yǎng)液層容易出現(xiàn)菌膜，這為后續(xù)微生態(tài)制劑生產(chǎn)工藝的實(shí)施帶來(lái)諸多不便[3]。

2.1.2 新型空氣震蕩育種生產(chǎn)工藝

在空氣震蕩育種生產(chǎn)工藝中，需要用到三角燒瓶，瓶口塞膠塞，膠塞上穿兩個(gè)孔，一個(gè)孔為進(jìn)氣管所用，另一個(gè)孔為出氣管所用。進(jìn)氣管直接抵達(dá)三角燒瓶的瓶底，出氣管對(duì)長(zhǎng)度沒(méi)有要求，只需要通過(guò)膠塞，能夠正常排氣即可。在進(jìn)氣管口，還應(yīng)采用無(wú)紡布進(jìn)行封堵，要求無(wú)紡布在3層左右，且干凈無(wú)菌，以便能夠起到過(guò)濾空氣的作用。在出氣管中，還應(yīng)安裝一個(gè)調(diào)節(jié)閥，用于進(jìn)行出氣量的靈活控制。培養(yǎng)方法為：在三角燒瓶中加入培養(yǎng)液，接種菌種，隨后將瓶口塞住，啟動(dòng)氣泵提供振動(dòng)動(dòng)力。培養(yǎng)過(guò)程中需要結(jié)合實(shí)際需要，做好氣量的調(diào)節(jié)，確保能夠充分發(fā)揮空氣動(dòng)力作用，讓瓶?jī)?nèi)的培養(yǎng)基能夠翻滾起來(lái)。

2.1.3 培養(yǎng)質(zhì)量差異對(duì)比

以啤酒酵母菌和擬內(nèi)孢霉菌為例，分析傳統(tǒng)與新型液體培養(yǎng)工藝的質(zhì)量差異。

（1）啤酒酵母菌。在傳統(tǒng)搖床工藝下，培養(yǎng)基的溶解氧濃度比較低下，啤酒酵母菌培養(yǎng)12 h后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞量為0.25億～0.35億/mL；24 h后，細(xì)胞量為0.5億～1.5億/mL；48 h后，細(xì)胞量為3.5億～4.5億/mL；72 h后，細(xì)胞量為 4.5億 ～5.5億/mL，且培養(yǎng)基的表面形成了一種菌膜，培養(yǎng)基底層發(fā)現(xiàn)有很多沉淀細(xì)胞。在新型空氣震蕩工藝下，培養(yǎng)基的溶解氧濃度比較高，啤酒酵母菌培養(yǎng)12 h后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞量為3.5億～4.5億/mL；培養(yǎng)24 h后，細(xì)胞量為6.5億～8.5億/mL；48 h后，細(xì)胞量為8.5億～10.5億/mL；72 h后，細(xì)胞量為11億～13.5億/mL，培養(yǎng)基表面細(xì)胞分布比較均勻，沒(méi)有菌膜出現(xiàn)。

（2）擬內(nèi)孢霉菌。在搖床生產(chǎn)工藝下，培養(yǎng)基的溶解氧濃度比較低下，擬內(nèi)孢霉菌培養(yǎng)12 h后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞量為0.15億～0.2億/mL；培養(yǎng)24 h后，細(xì)胞量為0.25億～0.6億/mL；48 h后，細(xì)胞量為0.6億～0.9億/mL；72 h后，細(xì)胞量為1.0億～2.0億/mL，培養(yǎng)基表層形成了一種比較厚的菌膜，且在培養(yǎng)基中部與底部，發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞數(shù)量較少。在新型空氣震蕩工藝下，培養(yǎng)基的溶解氧濃度比較高，擬內(nèi)孢霉菌培養(yǎng)12 h后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞量為5.3億～7.2億/mL，培養(yǎng)基表層分布有點(diǎn)點(diǎn)“花絮”，且比較均勻；培養(yǎng)24 h后，細(xì)胞量為6.5億～8.4億/mL，培養(yǎng)基表面的“花絮”連接成片，培養(yǎng)基成為糊狀；48 h后，細(xì)胞量為7.5億～9.4億/mL；72 h后，細(xì)胞量為10億～13.2億/mL。

綜上所述，新型生產(chǎn)工藝在最終生產(chǎn)質(zhì)量方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝，不僅菌種生長(zhǎng)速度較快，且整體比較旺盛，細(xì)胞數(shù)量較多，能夠生成更多有效菌種，更有助于后續(xù)微生態(tài)制劑產(chǎn)量的提升。

2.2 固體培養(yǎng)工藝

2.2.1 傳統(tǒng)發(fā)酵罐培養(yǎng)

在傳統(tǒng)發(fā)酵罐培養(yǎng)生產(chǎn)工藝實(shí)施過(guò)程中，通常要進(jìn)行分級(jí)培養(yǎng)，菌種在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中需要?dú)v經(jīng)4個(gè)階段，且在不同階段中，菌種在生理特性方面也表現(xiàn)出不同的差異性。

2.2.1.1 延遲階段

這一階段，菌種會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的培養(yǎng)環(huán)境中，需要有一段時(shí)間的適應(yīng)期，不會(huì)立刻進(jìn)行繁殖，細(xì)菌數(shù)量幾乎保持不變。面對(duì)新的生長(zhǎng)環(huán)境，菌體需要重新進(jìn)行自身分子組成的調(diào)整，如酶分子組成、細(xì)胞結(jié)構(gòu)的成分組成等，并具有以下3點(diǎn)生理特點(diǎn)。（1）細(xì)菌內(nèi)部的物質(zhì)量明顯增加，自身體積也在逐漸增大，桿菌菌體會(huì)明顯變長(zhǎng)，如巨大芽孢桿菌長(zhǎng)度會(huì)迅速增大6倍以上。（2）細(xì)菌生長(zhǎng)代謝速度會(huì)逐漸加快，并產(chǎn)生誘導(dǎo)酶、輔酶等特異性酶，以盡快適應(yīng)新環(huán)境帶來(lái)的變化。（3）細(xì)菌對(duì)外界各種影響因素的抵抗能力變?nèi)酰?dāng)外界出現(xiàn)溫度變化、酸堿變化時(shí)，細(xì)菌自身繁殖將會(huì)受到嚴(yán)重影響。這一階段會(huì)延長(zhǎng)細(xì)菌的生產(chǎn)周期，導(dǎo)致設(shè)備利用率低下[4]。

2.2.1.2 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)階段

這一階段，細(xì)菌已經(jīng)充分適應(yīng)新的環(huán)境，開(kāi)啟了迅猛增長(zhǎng)模式，主要表現(xiàn)為以下3點(diǎn)生理特征。（1）細(xì)菌生長(zhǎng)常數(shù)達(dá)到最大值，能夠在短時(shí)間內(nèi)快速增殖。（2）細(xì)菌較為敏感脆弱，容易受到溫度的影響。（3）細(xì)菌通常單個(gè)存在，并在具體的形態(tài)、體積等方面均比較一致。這一時(shí)期，由于細(xì)菌生長(zhǎng)速度的增加，自身消化營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的速度自然也在加快。

2.2.1.3 穩(wěn)定階段

這一階段，隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗逐漸加快，不同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之間的比例也逐漸不平衡，再加上細(xì)菌生長(zhǎng)代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，細(xì)菌理想的生長(zhǎng)環(huán)境會(huì)因此遭到破壞，自身生長(zhǎng)速度也在逐漸放緩，最后逐漸趨于穩(wěn)定。在這一過(guò)程中，細(xì)菌主要表現(xiàn)為以下3點(diǎn)特征。（1）細(xì)菌數(shù)量會(huì)逐漸趨向于動(dòng)態(tài)平衡并達(dá)到最大值，此時(shí)要盡快收獲。（2）細(xì)胞分裂速率逐漸下降，且細(xì)胞內(nèi)部通常會(huì)累積一些內(nèi)容物，如脂肪粒、肝糖等。一些芽孢細(xì)菌還會(huì)產(chǎn)生很多芽孢，從而更好應(yīng)對(duì)越來(lái)越惡劣的生長(zhǎng)環(huán)境。（3）伴隨著細(xì)菌的持續(xù)生長(zhǎng)，如果不及時(shí)收獲，有的細(xì)菌微生物會(huì)產(chǎn)生次級(jí)代謝物，導(dǎo)致整體生長(zhǎng)環(huán)境越來(lái)越惡劣，細(xì)菌數(shù)量也會(huì)由此減少。

2.2.1.4 衰亡階段

隨著細(xì)菌繁殖數(shù)量越來(lái)越多，代謝物也隨之增多，而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在逐漸減少，最終會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌死亡率逐漸上升。在這一過(guò)程中，細(xì)菌會(huì)表現(xiàn)出以下3點(diǎn)生理特征。（1）細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)明顯的顆粒，且很多細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)畸形變化，釋放大量芽孢。（2）受細(xì)菌產(chǎn)生大量毒害代謝物的影響，很多細(xì)菌出現(xiàn)死亡并自溶，進(jìn)一步加劇細(xì)菌生長(zhǎng)環(huán)境惡化。為了應(yīng)對(duì)這一情況，一些微生物開(kāi)始產(chǎn)生次級(jí)代謝物，如抗生物，避免自身死亡。（3）細(xì)菌進(jìn)入衰亡期所花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，且最終時(shí)間長(zhǎng)度大小由菌種與環(huán)境條件所決定[5]。

2.2.2 微生物恒化器連續(xù)培養(yǎng)

微生物恒化器連續(xù)培養(yǎng)采用了恒化器設(shè)備，能夠靈活結(jié)合細(xì)菌的生長(zhǎng)速度以及具體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗量，做好營(yíng)養(yǎng)液的持續(xù)加入，同時(shí)將已經(jīng)培養(yǎng)好的菌液抽取出，從而確保內(nèi)部生長(zhǎng)環(huán)境始終處于一個(gè)比較平衡的狀態(tài)。除此之外，恒化器還具備自動(dòng)供氧、自動(dòng)攪拌等功能，因此能夠?qū)崿F(xiàn)微生物細(xì)菌的連續(xù)培養(yǎng)。

2.2.3 培養(yǎng)質(zhì)量差異對(duì)比

微生物恒化器連續(xù)培養(yǎng)的出現(xiàn)，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工藝存在的種種缺陷問(wèn)題，且自身的優(yōu)勢(shì)也比較明顯，能夠有效節(jié)約生產(chǎn)成本。（1）采用傳統(tǒng)發(fā)酵罐培養(yǎng)，每一株菌株，至少需要3個(gè)發(fā)酵罐，而采用微生物恒化器連續(xù)培養(yǎng)只需要一個(gè)恒化器即可解決。（2）連續(xù)培養(yǎng)工藝設(shè)備所需容量更小，產(chǎn)量更高，而發(fā)酵罐由于需要?dú)v經(jīng)4個(gè)階段，實(shí)際設(shè)備需要容量更大，且產(chǎn)量較低，通常一個(gè)500 L的恒化器的產(chǎn)量相當(dāng)于5 000 L容量發(fā)酵罐產(chǎn)量。（3）連續(xù)培養(yǎng)生產(chǎn)工藝整體操作比較簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度非常高，整體設(shè)備占地面積也比較小，因此在微生態(tài)制劑生產(chǎn)方面適合廣泛應(yīng)用并推廣[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

微生態(tài)制劑的生產(chǎn)是一個(gè)系統(tǒng)且復(fù)雜的過(guò)程，當(dāng)下隨著人們對(duì)微生態(tài)制劑生產(chǎn)質(zhì)量的要求越來(lái)越高，需要在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)微生態(tài)制劑生產(chǎn)工藝的引入，通過(guò)總結(jié)微生態(tài)制劑生產(chǎn)育種發(fā)酵等先進(jìn)生產(chǎn)工藝，并與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行質(zhì)量差異比對(duì)，加快先進(jìn)生產(chǎn)工藝設(shè)備的推廣與應(yīng)用。