本文发表在《畜禽业》杂志1999年第6期上
宜春强微高新技术专利产品开发中心 钟启平
宜春强微生物科技有限公司
4.2固态发酵的形式
4.2.1静置培养法
把含有水分的固体培养基（如谷物原料及农产品加工副产物）置于容器中，如500ml~1000ml三角瓶中（装干料50g，含水40g，共90g，），或300ⅹ200医用搪瓷托盘中（装干料200g，含水160g，共360g），厚度30mm左右，接种霉菌或酵母静置培养，氧的供给、二氧化碳和热量的散失依靠自然对流的方式进行，对某些菌种的发酵（黑曲霉）则辅以一两次间断的摇动、拌翻料等。
这种方式主要用于2、3、4级种子的制作，工业上多用多层铝制浅盘（如60cmⅹ150cmⅹ25cm）交叉叠起或上架培养，缺点是单位产量劳动强度大，优点是质量优异且稳定。
4.2.2通风发酵池培养法
通风发酵池有全开放的，也有全封闭式的（类似于密封制曲机），目前趋向于向后者发展，不仅劳动强度小，且劳动环境也大有改善，控制成本低等。
发酵池一般为长方形的砖石水泥结构，长约6m~10m，宽约1.5m~2m，半地下式，高出地面0.4m~0.5m,池底导风板倾斜度8°～10°，曲池设假底，假底材料用篦子、竹席，可以取出，以便清洗池底。（见图１）罩子可用钢板、玻璃或轻质材料制作，可一直顶到天花板，设出风口。风机选用中压风机，风压100mmH２O~300mmH２O，风道长1m~2.7m，倾斜度7°~10°,风量掌握在曲线池装料总量的4～5倍体积，铺料厚度20cm~30cm.。
通风发酵池是目前应用最广的一种方式，投资少，效果好，也利于实现机构化操作，如图２。
对于发酵周期为16h－24h的高蛋白基料水平上的发酵来讲，无需搅拌翻料，长白长透即出料，对于益生素、酶制剂生产则必须配置搅拌装置。
4.2.3旋转培养
旋转转鼓式发酵罐，例如天津东海实验厂设计的发酵机，该装置便于置换空气和散热，旋转没有必要连续地进行，在激烈旋转时还会妨害菌丝的发育。本法单位产量投资大，自动化程度高；但本法的大规模放大，在基本参数方面尚欠充分。
4.2.4圆盘制曲机
是一种机械化程度高的设备，投资也很巨大，厂家有南京通用建筑机械厂，河北秦皇岛山海关酿造机械厂，广东轻工机械设计研究所。
如PYZ－600型，回转曲床直径6000mm，曲床有效面积27.62m，每批混合原料在投料量约3000kg，料层厚度250mm~270mm，装机容量18.5KW，曲床转速0.137r·p·m，主机尺寸（长ⅹ宽ⅹ高）9mⅹ7mⅹ5m，占地面积70m，厂房高度要求6m以上。为拼装式结构体系，无需土建工程，便于运输、吊装和现场安装等，缺点是投资巨大，许多发酵厂家多自行设计，自行制造。目前该设备仅广泛用于酱油、食醋、溜曲、酶制剂等行业。
4.2.5其它发酵方法
例如大棚内搭竹架用竹扁上架发酵法、蜂窝煤发酵法、地面发酵法、厌氧池发酵法等。
在能够有效地提升基饲用营养价值、增加生物活性、以及能达到 期目的的前提下，能采用厌氧发酵的，则尽量采用厌氧发酵。这种方法物质损耗少，劳动强度小，投资极少，工艺简单，缺点是不稳定，生物活性不高，须防止烧料，以及应用范围很窄等。
4.3固态发酵常用微生物
4.3.1酵母属
酵母菌是一群单细胞微生物，属真菌类，在发酵饲料中是高蛋白和生物活性物质的主要载体，也是人类应用较早的一类微生物。酵母菌也有呈丝状的假菌丝体Paseudomycellium，其细胞大小通常为1um~5um、长度5um~30um，形状有卵形、球形、柠檬形、丝状形、腊肠形及各种子囊孢子形状，宜用100倍以上显微镜观察。
值得指出的是，酵母菌的细胞壁在动物肠胃中较难被消化，阻止了胞内营养物质的消化吸收，使得酵母作为饲料存在一个细胞壁抗营养因子，尽管酵母的营养十分丰富。酵母细胞壁主要由甘露聚糖（31%），葡聚糖(29%)、蛋白质（13%）、类脂质(8.5%)所组成，Moor和Muhlethaler 报道其厚度在70mm，随菌龄的增加而增加。解决这一抗营养因子的方法，一是破碎细胞，但往往需要较大动力的设备及耗能大等而不现实。二是在培养液中加入一些表面活性剂，如天然的茶枯饼(2%)、十二烷硫酸钠(0.1%)、TritonX－100(0.4%)，可改善细胞内外通透性，使消化酶及其它生物活性物质尽量释放出来，对某些物质而言，比机械破碎法还有效。三是控制一定的发酵时间，适时出料，酵母细胞壁还较幼嫩且薄，易于消化。四是自溶，微生物代谢过程中，大多能产生一种能水解细胞壁上聚合物结构的酶，以便使细胞能够伸长生长（如酵母出芽繁殖的芽痕便是溶酶作用的结果）。在出料前，可通过改变微生物的温湿环境，或加入促溶剂，以诱发产生过剩的这种酶或激发产生其它的自溶酶，达到自溶的目的。
扣囊拟内孢霉酵母是一种非常优秀的固态发酵酵母菌种，（我中心有保藏菌种供应），其特点是可以在固体基质表面高密度堆积生长，例如在纯麦夫培养基上可以达到80亿/克的细胞密度，而该菌种的纯细胞每克含细胞数为116亿个/克，说明它在麦夫培养基上的菌体转化率达到了66.7%！相比之下，酒精酵母在麦夫培养基上仅能生长达到3—6亿个/克的密度，而酒精酵母的纯干细胞密度为650亿个/克，菌体转化率还不到1%！扣囊拟内孢霉酵母菌具有很强的淀粉酶和蛋白酶能力，能有效地利用淀粉和蛋白源作为能源和氮源，合成菌体。而其它如酒精酵母，则需要依靠其它菌种（如酒曲生产中的根霉菌）的糖化酶来帮助它分解淀粉，产生葡萄糖来生长和产酒，故而酒精酵母不适合于固态发酵。
皮状丝孢酵母也具有淀粉和蛋白分解能力，也能高密度堆积生长，形成浓厚的菌苔，故而它也适合于作为固态发酵菌种。
另外如产朊假丝酵母Candia utilis、铁红假丝酵母Candida pulcherrima、掷孢酵母Spororbolomyces roseus、红酵母属Rhodotorula Harrisom等，则往往作为辅助菌种，在固态发酵中用量较少，生长量也有限，但它们为主发酵菌提供一些特异的生长因子，有互为促进的作用，且在一定程度上改善产品的生物学效价。
4.3.2 霉菌
大多数霉菌被用于固态发酵，例如米曲霉Aspergillus oryzae用于固态发酵制酱曲和蛋白酶，黑曲霉中如盛泡曲霉A.awamori则被用于作糖化曲，青霉中的娄地青霉Penicillium rogueforti、沙门柏干酪青霉P.Camemberti用于干酪生产，产黄青霉P.chrysogenum用来生产青霉素，根霉菌作为小曲白酒中的糖化曲。
饲料工业中常用霉菌作为辅助菌以分解蛋白和淀粉，曲霉也常用来固态发酵生产各种酶制剂。它们的酶系发达，用其生产的复合酶中含有纤维素酶、植酸酶、果胶酶、葡聚糖酶、甘露聚糖酶等等，而这些物质常常是农副产品中及饲料原料中常见的需要降解的抗营养因子。
霉菌多属产孢子繁殖体，如黑曲霉产黑色孢子，米曲霉产黄绿色孢子，孢子容易收集，接种量少，使用方便，因而在固态发酵中广泛应用。
黑曲霉尤其是产生分解饲料中抗营养因子的酶活的黑曲霉，常用来生产高挡饲用酶制剂，也作为酵母饲料的辅助菌，本中心有菌种保藏。
米曲霉的特点是蛋白酶活力高，可达6000u/g，同时它尤其适合于在高蛋白含量的基质上生长，故而常用于豆制品的生产。米曲霉经诱变筛选后常作为棉籽饼和菜籽饼粉的发酵，脱毒菌种，并可增加营养价值，本中心有菌种保藏。
白地霉Geotrichum candidum link也常用于发酵饲料，许多文献把白地霉放在酵母属类。显微镜下单个细胞呈圆柱形，它的生理适应性强，生长速度快，耐高渗透压，菌体中含有丰富的维生素和蛋白营养素，且比扣囊拟内孢霉酵母还耐高渗和适应性强。但最大的缺点是不能象扣囊拟内孢霉酵母那样高密度堆积生长，例如，在纯麦夫培养基上培养成熟后，它只能达到10亿/克的密度，菌体转化率只有3%左右，远低于扣囊拟内孢霉的66.7%，同时抗杂菌能力（形成生长优势的能力）也不如扣囊拟内孢霉。
4.3.3 细菌
主要是指乳酸杆菌类，且主要用于厌氧发酵，如青贮饲料，微贮饲料，菜粕厌氧发酵脱毒等。另外，与芽孢杆菌、粪链球菌、双歧菌等一样，可作为微生态制剂使用。
5 微生物在饲料工业中的其它应用领域
5.1 益生素 Probiotics
类似的名称有微生态制剂Micobial ecologicalagents和微生物生长促进剂Microbial growth Promotirg。是一些活的微生物培养物。
益生素的诞生起因于抗菌素广泛应用的副作用，如引起动物的内源性感染和二重感染，破坏了肠道微生物平衡；产生了耐药性病菌，使抗生素的应用越来越不理想；抗生素长期使用的结果可使畜禽细胞免疫功能下降；抗菌素在畜禽产品中的残留问题等。而益生素主要以恢复微生态平衡入手，利用微生物的各种有益机制达到治病促长的目的和效果，不存在上述缺陷，因而有专家预言：“光辉的抗生素时代后，将是一个崭新的微生态制剂时代。
目前主要应用于益生素的菌种有芽孢杆菌属、乳酸杆菌属（以嗜酸乳酸杆菌为主），粪链球菌属及酵母等，一些产品还含有光合细菌、双歧杆菌、曲霉菌等。
益生素的作用原理，一是建立肠道有效微生物种群优势，抑制有害细菌种群；二是益生素中孢子在肠道中萌发时，大量消耗肠道内的氧气，造成肠道中的厌氧环境，改善了微生态环境；三是与病菌竞争性地吸附到肠细胞上；四是在肠道中产生乳酸、丙酸、乙酸等使空肠内容物PH下降；五是防止有害物质氨和胺的产生；六是产生过氧化氢，杀灭某些潜在的病菌；七是在肠道中代谢产生消化酶、维生素、菌蛋白等；Savage.C(1977)估计，盲肠中的微生物活动可提供动物营养需要的25---35%。八是产生抗生素类物质，如嗜酸菌素、乳糖菌素等；九是产生非特异性免疫调节因子。
Duthenson研究表明，饲喂益生素在抗肉牛集约化生产的逆境影响下，效果十分明显，在舍饲条件下，平均日增重可提高13.2%，饲料转化率提高6.3%，发病率下降27.7%。在添加ＤＭ４２３芽孢杆菌粉剂0.05%条件下，据报道可显著降低肉鸡死亡率，雏鸡增重提高13%。另据Grawford报道，乳酸杆菌可提高产蛋率，降低饲料消耗。
国内这类产品有强力益生素（广州产）、调痢生（四川省）、复合菌剂、和DM423（南京）等。生产工艺可为液体发酵工艺：细菌生长发酵罐→回收系统→微胶囊化→硬化系统→回收系统→冻干→成品。也可为固态发酵工艺（国内几乎为此）：斜面菌种→一级种子→二级种子→生产发酵→加载体→干燥→粉碎→成品。
5.2 饲用酶制剂 Feeding enzyme
利用曲霉菌固态发酵生产蛋白酶和淀粉酶的工艺已经很成熟，这类产品主要应用于消化系统尚不发达的幼小动物，对于成年动物则几乎没有作用，因为其充足的唾液、胃液、及胰液分泌已能满足对这些酶的需要，市场竞争也很剧烈。
目前研究的热点和普遍关注的问题是非消化酶类产品如：木聚糖酶、戊聚糖酶、β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶、植酸酶、纤维素酶等。因为动物本身不产生这些酶，而这些酶各自的底物如木聚糖，又常常是常规饲料中重要的抗营养因子，是造成消化不良、拉稀、污染禽蛋、降低饲料报酬的重要原因之一。
目前已知玉米中含木聚糖酶4.5%左右、植酸1%左右；小麦中含β-葡聚糖1%、木聚糖6%、戊聚糖5—8%、植酸1.16%；大麦中含β-葡聚糖3—6%、木聚糖6—7%、植酸1.17%；黑麦中含戊聚糖10%、植酸1.3%；豆饼中含果胶14%、植酸1.5%；燕麦中含β-葡聚糖3—6%、植酸1.5%。这些非淀粉多糖都可部分溶于水，在消化道中形成凝胶状，使消化道内容物具有较强的粘性，因而影响了营养物质的吸收，并导致不同程度的拉稀，最终影响畜禽的生长和饲料报酬。更为严重的是，它们多为植物细胞壁的组成成份，因而它们的存在会影响植物细胞内容物的消化吸收。另一方面，对于玉米来讲，它在我国饲料配方中的使用量达到了50—60%，因而消除木聚糖的抗营养影响显得至关重要。饲料中添加β-葡聚糖酶则可提高大麦的用量，而降低成本，添加戊聚糖酶则可提高小麦、黑麦、黑小麦等用量，而降低饲料成本，并相应地改善和提高饲料营养。若能生产出所有的这些抗营养因子的分解的酶制剂并组成复合酶，显然具有极大的竞争力和开发市场潜力。
目前国内已经开发出采用较简单的固态发酵工艺生产这些酶的工艺技术。如生产5万单位的植酸酶，生产5万单位的木聚糖酶，生产5万单位的β-葡聚糖酶，生产5万单位的戊聚糖酶等。复合后不仅可以显著提高改善玉米加豆粕型日粮的饲料转化率，而且可以加大小麦、大麦、黑麦、燕麦、荞麦、米糠、次粉等用量，既降低饲料成本又改善营养价值。
芬兰ALKO生物技术公司研究表明，饲料中添加200ppm的β-葡聚糖酶，可有效地提高肉鸡生长速度达10%，饲料报酬提高6%。Kemin公司的非淀粉多糖酶Kemzyme,添加500ppm于蛋鸡饲料中，产蛋量可提高7%以上。Gruham1983在以大麦、细麦夫为主的饲料中添加β-葡聚糖酶和戊聚糖酶，显著提高回肠干物质消化率。加拿大沙斯喀彻温大学在以大麦为基础的肉鸡日粮中添加这些酶，肉鸡日平均增重提高17%，饲料报酬提高10%。Collier Hardy1986在早期断奶仔猪日粮中添加以中性蛋白酶、淀粉酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶等的多酶制剂，日增重和饲料报酬都得到了显著的提高，在生长育肥猪中，类似的效果也很显著。
这些酶的一个共同特点是添加量小，大多为200-300克/吨，效果显著，投资较小，是今后的发展方向。
6 其它
在饲料工业的微生物应用领域中，采用人工瘤胃技术利用纤维素是国际上的一个重要研究课题。我们知道，反刍动物牛有四胃，瘤胃、网胃、绊胃、真胃等，内含有大量的细菌（500亿/克）和纤毛虫，形成一个独特的微生态生物链，逐级将纤维素物质消化利用，形成能够被肠胃吸收消化的营养物质（纤毛虫蛋白、细菌菌体蛋白、氨基酸、维生素等），最终合成牛肉蛋白。若能人工制造这一微生态环境，将纤维原料进行工业化转化，无疑将为人类创造一个巨大的蛋白质资源库。
全文完。
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