枯草芽孢桿菌在發(fā)酵飼料中的應(yīng)用研究進(jìn)展

宋立立， 張晨旭， 張連水

（1.滄州師范學(xué)院，河北滄州061000；2.河北省水產(chǎn)養(yǎng)殖微生物菌劑技術(shù)創(chuàng)新中心，河北滄州061000）

枯草芽孢桿菌是一種在發(fā)酵飼料添加劑中常見的菌株，枯草芽孢桿菌屬于革蘭氏陽性菌，在動(dòng)物飼料中是以芽孢的形式存在。 芽孢是一種細(xì)菌的休眠體， 在對發(fā)酵飼料進(jìn)行加工時(shí)芽孢可以以一種穩(wěn)定的形態(tài)存在，防止加工過程中的破壞?？莶菅挎邨U菌在各個(gè)方面應(yīng)用廣泛， 并且其安全得到認(rèn)可（劉穎等，2014）。枯草芽孢桿菌同時(shí)也是一種常見的益生菌，當(dāng)動(dòng)物食用添加該菌種飼料時(shí)，可調(diào)節(jié)腸道微生物菌群平衡， 同時(shí)還可提高動(dòng)物免疫力，促進(jìn)生長發(fā)育（李春鳳等，2013）。 在畜牧業(yè)中發(fā)酵飼料是一種綠色健康的飼料（鄧雪娟等，2019）。本文對枯草芽孢桿菌在發(fā)酵飼料中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)和展望。

1 枯草芽孢桿菌發(fā)酵飼料概述

抗生素的使用可控制患病動(dòng)物的病情， 但也暴露出許多新問題。例如，不規(guī)范的用藥使一些細(xì)菌產(chǎn)生了抗藥性，破壞了自然界中微生物的平衡，而且動(dòng)物體內(nèi)殘留的抗生素會(huì)對人體健康造成威脅。發(fā)酵飼料可解決這一系列的問題，既提高了動(dòng)物的免疫力又實(shí)現(xiàn)資源回收利用。

在飼料中添加枯草芽孢桿菌對飼料進(jìn)行發(fā)酵處理所形成的生物飼料是一種常見的發(fā)酵飼料，也是應(yīng)用非常廣泛的一種飼料。 在豆粕等發(fā)酵原料中添加枯草芽孢桿菌進(jìn)行厭氧與好氧兩種方式發(fā)酵，在此過程中枯草芽孢桿菌會(huì)產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物如蛋白酶等各種水解酶，將原粗飼料中的纖維素以及蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)水解成葡萄糖、多肽等，提高了原飼料的營養(yǎng)價(jià)值，并且枯草芽孢桿菌在動(dòng)物腸道內(nèi)會(huì)抑制有害菌種的繁殖，提高動(dòng)物的抵抗力（劉桂香等，2016）?？莶菅挎邨U菌產(chǎn)生的肽聚糖可以保護(hù)鯉魚腸上皮細(xì)胞，使其免受β-伴大豆球蛋白導(dǎo)致的炎性損傷，提高鯉魚腸上皮細(xì)胞的抗氧化與抗炎能力（張?zhí)鹛鸬龋?018）。枯草芽孢桿菌所起到的積極作用還有會(huì)讓動(dòng)物變得更健康， 從而提高動(dòng)物經(jīng)濟(jì)效益（劉興等，2020）。

2 枯草芽孢桿菌在不同飼料原料中的發(fā)酵應(yīng)用

2.1 大豆粕 隨著養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展， 發(fā)酵飼料漸漸被人們開發(fā)利用，其中豆粕便是一種常見的發(fā)酵飼料原料。豆粕是從大豆中提取豆油后得到的一種副產(chǎn)品，富含植物蛋白，但是其中也含有很多抗?fàn)I養(yǎng)因子，這使得大豆粕蛋白質(zhì)的利用率比較低，在添加微生物進(jìn)行發(fā)酵后可以改善這一現(xiàn)象（王永偉等，2019）。

發(fā)酵豆粕和原豆粕相比具有許多優(yōu)勢， 由于經(jīng)過微生物發(fā)酵益生菌所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物會(huì)被動(dòng)物吸收利用，豆粕中存在的抗?fàn)I養(yǎng)因子也會(huì)消失。此外發(fā)酵后的豆粕營養(yǎng)價(jià)值也非常高， 蛋白質(zhì)與氨基酸含量經(jīng)過枯草芽孢桿菌發(fā)酵處理后也在增加，原豆粕中不易被消化的物質(zhì)被微生物分解。發(fā)酵豆粕還可以改善動(dòng)物腸道環(huán)境， 由于產(chǎn)量及營養(yǎng)價(jià)值高， 所以有研究利用發(fā)酵豆粕代替部分魚粉等用于養(yǎng)殖中（孫林等，2017）。

利用枯草芽孢桿菌制成的發(fā)酵豆粕會(huì)產(chǎn)生抗氧化多肽，對動(dòng)物健康大有好處，并且提高了豆粕的利用率（柯旭清等，2016）。研究表明，利用枯草芽孢桿菌與中性蛋白酶協(xié)同發(fā)酵豆粕，提升了豆粕的營養(yǎng)價(jià)值，降低了蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量，確定了發(fā)酵處理豆粕的最佳工藝（周爽等，2016）。 史艷麗等（2015）對枯草芽孢桿菌發(fā)酵豆粕進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定，結(jié)果表明豆粕中的大分子蛋白可以被枯草芽孢桿菌降解成為小分子的多肽，而且對抗原蛋白有較強(qiáng)的降解能力，從而使豆粕的應(yīng)用價(jià)值得到提高。

2.2 玉米秸稈 我國的玉米種植十分廣泛，因此，也會(huì)產(chǎn)生大量的秸稈，每年的產(chǎn)量已高達(dá)6 億噸（曹紅梅等，2016）。 在農(nóng)村秸稈一般是焚燒處理，但是這樣會(huì)產(chǎn)生許多環(huán)境問題，例如，霧霾以及土壤質(zhì)量變差等。玉米秸稈粗纖維含量高，粗蛋白質(zhì)含量低，導(dǎo)致玉米秸稈作為飼料口感不好，利用率差，因此，對玉米秸稈進(jìn)行發(fā)酵處理是一種非?？茖W(xué)有效的方法， 其中枯草芽孢桿菌可以分泌少量的纖維素胞外酶， 對玉米秸稈中木質(zhì)纖維素具有很強(qiáng)的降解能力， 從而提高玉米秸稈的利用率，增加蛋白質(zhì)含量（李立波等，2017）。 玉米秸稈含有眾多微量元素， 作為發(fā)酵飼料原料可以補(bǔ)充動(dòng)物體內(nèi)缺乏的微量元素，從而提高動(dòng)物的產(chǎn)量。王巍杰等（2014）利用枯草芽孢桿菌與乳酸菌對玉米秸稈進(jìn)行發(fā)酵處理， 通過實(shí)驗(yàn)測量還原糖的含量從而確定最佳工藝， 結(jié)果表明發(fā)酵秸稈還原糖含量是原來的3.24 倍。

2.3 小麥麩皮 小麥麩皮是小麥加工的一種副產(chǎn)品，但由于粗纖維含量較多且營養(yǎng)少，所以在飼料中的應(yīng)用較少， 但是經(jīng)過枯草芽孢桿菌處理后形成的發(fā)酵飼料會(huì)大大改善這一情況（夏超篤等，2017）。加入枯草芽孢桿菌發(fā)酵可以使麩皮的纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，降低抗?fàn)I養(yǎng)因子和粗纖維的含量，同時(shí)提高蛋白質(zhì)的含量（劉春雪等，2017）。 此外，發(fā)酵麩皮還具有抗氧化功能， 并且具有多種可溶性膳食纖維，增加了發(fā)酵麩皮的營養(yǎng)價(jià)值，提高了麩皮的利用率。 同時(shí)發(fā)酵麩皮中含有大量維生素以及豐富的微生物菌種， 對維持動(dòng)物健康起到積極作用，從而降低養(yǎng)殖成本。曹香林等（2014）在研究中利用不同比例的枯草芽孢桿菌與酵母菌以及乳酸菌對小麥麩皮進(jìn)行發(fā)酵， 得到最佳發(fā)酵條件為枯草芽孢桿菌：乳酸菌為1:2，發(fā)酵時(shí)長為72 h，在此條件下發(fā)酵麩皮的消化率較高。

2.4 屠宰場的下腳料 在動(dòng)物屠宰過程中，一些動(dòng)物內(nèi)臟以及刺血等無法食用， 而其蛋白質(zhì)的含量非常高， 經(jīng)過微生物發(fā)酵可對廢棄物進(jìn)行有效利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。劉喚明等（2018）在羅非魚下腳料中添加枯草芽孢桿菌進(jìn)行發(fā)酵， 并通過響應(yīng)面分析獲得了最佳的發(fā)酵工藝， 結(jié)果表明蛋白質(zhì)的水解度高達(dá)33.12%。

3 枯草芽孢桿菌發(fā)酵飼料的工藝研究

在發(fā)酵生產(chǎn)過程中發(fā)酵工藝對微生物發(fā)酵結(jié)果有很大影響，例如培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)溫度、初始pH、裝料量、接種量等因素的影響（羅璇等，2020）。過低或者過高的溫度與pH 會(huì)影響到枯草芽孢桿菌的繁殖，在發(fā)酵所得到的產(chǎn)物中，蛋白質(zhì)與酶產(chǎn)量都不同。 枯草芽孢桿菌是一種優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)酶菌種，利用生物工程技術(shù)優(yōu)化枯草芽孢桿菌的發(fā)酵條件可以提高其酶產(chǎn)量和其他營養(yǎng)物質(zhì)，從而提高飼料的營養(yǎng)價(jià)值與利用率。利用單因素試驗(yàn)以及響應(yīng)面法可以得到最佳發(fā)酵條件（王東等，2016）。 不同的接種量會(huì)影響枯草芽孢桿菌產(chǎn)芽孢的能力，過多的接種量會(huì)導(dǎo)致菌種競爭加強(qiáng)， 同時(shí)產(chǎn)生更多代謝廢物，當(dāng)接種量為1%～6%時(shí)，枯草芽孢桿菌以2%接種量會(huì)產(chǎn)生最多的芽孢（陳莉等，2014）。

3.1 枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵飼料的研究 固態(tài)發(fā)酵是一種常見的發(fā)酵方式， 是生物在濕固體的基質(zhì)上生長，基質(zhì)中存在氣、液、固三相。由于固態(tài)發(fā)酵具有易操作、耗能低、條件不苛刻以及有利于微生物的生長和產(chǎn)酶等優(yōu)勢， 所以固態(tài)發(fā)酵在我國具有更廣泛的應(yīng)用。 管軍軍等（2018）對固態(tài)發(fā)酵仔豬配合飼料進(jìn)行工藝研究， 確定了枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵的最佳工藝， 為以后大規(guī)模應(yīng)用枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵仔豬配合飼料提供了理論基礎(chǔ)。 李舒宇等（2013）對枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵高溫豆粕進(jìn)行了工藝優(yōu)化研究， 確定了最佳發(fā)酵時(shí)間、初始含水率和發(fā)酵溫度，在此條件下粗蛋白質(zhì)含量為53.65%。

許云賀等（2013）對枯草芽孢桿菌發(fā)酵豆粕工藝進(jìn)行了優(yōu)化， 通過單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)得到最佳條件為接種量10%，發(fā)酵溫度40 ℃，發(fā)酵時(shí)間3 d， 此時(shí)粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到57.34%。 徐速等（2016）以秸稈、稻谷殼、豆粕為原料對枯草芽孢桿菌進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵， 得到最佳發(fā)酵工藝為pH 7.0，發(fā)酵溫度36 ℃，發(fā)酵時(shí)間36 h，在此條件下枯草芽孢桿菌活菌數(shù)量最高，達(dá)到5.35×109cfu/g。 常曉川等（2019）對枯草芽孢桿菌發(fā)酵飼料工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最佳發(fā)酵時(shí)間與發(fā)酵溫度，在此時(shí)菌體濃度最高為200 億/g。 武洪志等（2017）在研究枯草芽孢桿菌發(fā)酵金櫻子飼料時(shí)發(fā)現(xiàn)， 發(fā)酵時(shí)間對發(fā)酵結(jié)果影響較大，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為2 d、接種量為5.74%時(shí)發(fā)酵結(jié)果最好， 在此條件下發(fā)酵金櫻子多糖含量提高了47.47%。

3.2 枯草芽孢桿菌液態(tài)發(fā)酵飼料的研究 液態(tài)發(fā)酵是以液體為培養(yǎng)基， 在此培養(yǎng)基上進(jìn)行微生物發(fā)酵。 李情敏等（2016）利用農(nóng)業(yè)廢棄資源水解碎米粉、玉米粉、小麥粉作為液態(tài)發(fā)酵原料，對枯草芽孢桿菌最佳培養(yǎng)條件進(jìn)行研究， 得到了最佳工藝， 在此條件下枯草芽孢桿菌發(fā)酵液OD 值最高，為7.38。劉以清等（2016）對油茶茶枯進(jìn)行枯草芽孢桿菌液態(tài)發(fā)酵處理，確定了最佳發(fā)酵條件，在此條件下茶皂素的降解率達(dá)到67.07%。

4 枯草芽孢桿菌發(fā)酵飼料的應(yīng)用

4.1 枯草芽孢桿菌發(fā)酵飼料在牲畜中的應(yīng)用枯草芽孢桿菌作為益生菌對宿主具有積極的影響，其可以促進(jìn)腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，抑制有害菌種的繁殖，保護(hù)宿主腸道環(huán)境，同時(shí)可以產(chǎn)生多種類似于各種酶、 維生素促生長因子等的活性物質(zhì)（王永偉等，2019）。彭忠利等（2013）對肉牛進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，飼喂枯草芽孢桿菌發(fā)酵飼料比飼喂基礎(chǔ)精料日增重有所提高， 并且飼喂發(fā)酵飼料試驗(yàn)組的粗蛋白質(zhì)消化率以及粗纖維消化率均有提高，說明發(fā)酵飼料對禽畜體重有促進(jìn)作用。李龍等（2019）利用枯草芽孢桿菌與植物乳酸桿菌發(fā)酵飼料對肉雞進(jìn)行飼喂， 得到兩種菌發(fā)酵飼料的最佳工藝， 以及當(dāng)兩種菌比例為10%和15%時(shí)，肉雞平均日增重、養(yǎng)分消化率最高。李潔等（2018）對木薯酒精渣進(jìn)行發(fā)酵處理， 得到枯草芽孢桿菌與產(chǎn)乳酸菌的最佳比例， 在此條件下豬平均日增重0.78 kg，平均日采食量2.8 kg，料肉比3.59。

4.2 枯草芽孢桿菌發(fā)酵飼料在水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用 魚粉常被用作水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖中的動(dòng)物蛋白補(bǔ)充飼料。由于養(yǎng)殖水產(chǎn)中常常暴發(fā)病害，添加抗生素往往會(huì)對環(huán)境造成污染， 所以發(fā)酵飼料的替代會(huì)很好地彌補(bǔ)這一缺陷。 馮健等（2016）用發(fā)酵豆粕代替部分魚粉飼喂黃魚幼魚， 研究得出發(fā)酵飼料代替魚粉30%時(shí)為最適含量，否則會(huì)造成肝細(xì)胞的損傷。 鐘小群等（2018）對鯉魚幼魚進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 用發(fā)酵飼料代替基礎(chǔ)飼料可以提高鯉魚幼魚的飼料利用率，并且不會(huì)影響鯉魚的肌肉質(zhì)量。姚學(xué)良等（2020）對贛昌鯉鯽投喂三種飼料，試驗(yàn)表明投喂發(fā)酵飼料的贛昌鯉鯽生長速度最快，且營養(yǎng)成分屬于正常范圍。

4.3 枯草芽孢桿菌發(fā)酵飼料對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的應(yīng)用 在一些情況下，由于發(fā)酵飼料具有與使用抗生素相同的效果， 所以發(fā)酵飼料可以減少抗生素的使用。 由于抗生素會(huì)以活性的形式存在于污水中，從而流向自然，這會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)平衡的破壞，而飼料中添加抗生素則是一種常見的現(xiàn)象，所以發(fā)酵飼料替代抗生素可以改善環(huán)境， 保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)生物飼料會(huì)降低糞便中粗蛋白質(zhì)含量，從而減少糞便中氨氣的排放量， 進(jìn)而減少豬場廢棄物對環(huán)境的影響。 張益燾等（2017）在豬飼料中添加干、濕發(fā)酵豆粕發(fā)現(xiàn)，豬糞便中產(chǎn)氨量相較于原飼料分別降低了33.46%、13.39%。

5 應(yīng)用前景

5.1 槽渣的回收利用 我國中草藥行業(yè)發(fā)展迅速，每年都有許多的中草藥渣被排放，但許多企業(yè)將中草藥渣作廢棄、掩埋等處理。將發(fā)酵飼料制作的方法應(yīng)用到中草藥渣中將會(huì)得到一種新的發(fā)酵飼料，因此中藥渣發(fā)酵飼料的研究，在處理廢棄物以及提高中藥經(jīng)濟(jì)效益具有很大應(yīng)用前景。 同理許多其他槽渣例如白酒渣、啤酒渣、豆渣等均有應(yīng)用空間。不僅可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，還可以對廢棄物進(jìn)行回收利用，保護(hù)環(huán)境。

5.2 混合發(fā)酵與轉(zhuǎn)基因技術(shù) 目前發(fā)酵飼料的研究已成為熱點(diǎn)， 但是發(fā)酵飼料的研究往往存在單一性的問題，只是對一種菌種進(jìn)行發(fā)酵處理。自然界中有許多類似于枯草芽孢桿菌的益生菌，多種菌株的代謝產(chǎn)物可以通過益生菌如枯草芽孢桿菌和乳酸菌的混合發(fā)酵獲得， 這樣比單一菌種發(fā)酵飼料飼養(yǎng)效果更加顯著。

在發(fā)酵過程中往往面臨許多問題， 例如發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生熱量導(dǎo)致飼料總能降低， 在菌種的保存以及防污染上仍具有挑戰(zhàn)， 如果控制不當(dāng)會(huì)造成霉菌的污染。 通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)對枯草芽孢桿菌進(jìn)行改良， 設(shè)計(jì)需要的功能來獲取基因， 改變基因序列，利用PCR 技術(shù)與DNA 重組技術(shù)獲得工程菌，使基因在微生物中高效的表達(dá)， 從而提高飼料的利用率，減少發(fā)酵過程中的污染。

我國畜禽業(yè)發(fā)展迅速， 對于飼料的需求也在增加，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，生物飼料將會(huì)大量被使用，人們對綠色食品的需求也在增加，相信發(fā)酵飼料會(huì)讓人們得到更高品質(zhì)的肉類與蛋白質(zhì)。