微生物饲料.ppt

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1、第一节 单细胞蛋白（SCP）第二节 青贮饲料第三节 益生菌发酵饲料,第二章 微生物饲料,微生物饲料：微生物饲料是指微生物及通过微生物加工调制的产品。就是利用微生物的新陈代谢和繁殖，生产和调制饲料，包括单细胞蛋白饲料、菌体饲科、发酵饲料、微生物秸秆发酵饲料，以及微生物添加剂(抗生素类添加剂、真菌添加剂、酶制剂)等。,1、利用微生物处理难利用的大宗饲料原料.经过微生物处理，发酵原料增加适口性，提高消化率及营养价值；或解毒、脱毒，积累有益物质等。高粗纤维的秸杆、农副产品，如青贮饲料，喂牛羊等反刍动物.包括乳酸发酵（青贮饲料），粗饲料发酵，饼粕脱毒（发酵豆粕），担子菌发酵，有毒饲料解毒等。,微生物饲料

2、的分类,2、利用广泛存在的废弃物，糖类和纤维素资源来生产菌体蛋白。如饲料酵母SCP用于猪、鸡；固态法菌体蛋白，食用菌，白地霉，光合细菌和微型藻等用于水生动物。,3、利用微生物及其有益产物作饲料添加剂。微生态制剂、维生素，氨基酸，酶和微生物促长剂。而药物，维生素，氨基酸和纯酶类一般不称为微生物饲料。上述三种形式很难截然分开，多半是互相结合在一起的，各有侧重而已。,第一节 单细胞蛋白（Single Cell Protein，SCP）,概念:微生物蛋白又称单细胞蛋白（Single Cell Protein,SCP），指的是从纯培养的微生物细胞中提取的总蛋白，它可以作为人或动物蛋白的补充。狭义的SCP

3、主要指酵母菌体蛋白，有“人造肉”之称。广义的SCP，泛指微生物菌体蛋白，用各种基质大规模培养酵母菌、霉菌、藻类和担子菌而获得的微生物细胞蛋白。,2013年中国进口大豆6000余万吨，国产大豆不足1000万吨！,随着世界人口的急剧增长，食物缺乏日益显著，尤其是蛋白质资源短缺。,解决途径,微生物转化生产蛋白质的能力远高于植物；以酵母等生产单细胞蛋白饲料；我国每年产生的各种可利用工农业副产品数量以数亿吨计，这些废渣、废液大部分未被利用而直接排放，造成了环境的严重污染和资源的浪费。寻求利用微生物将可再生性生物资源及其他廉价资源转化成饲料资源是可持续发展的内容之一。,（1）蛋白质含量很高 按干重计，细菌

4、40%-80%，酵母菌40%-60%，霉菌15%-50%，藻类60%-70%，所含人体8种必需氨基酸略高于大豆蛋白质。所含维生素有B2、B6 以及胡罗卜素，麦角固醇等，因此，可视其为一种理想的蛋白质资源。,1、SCP的特点,单细胞生物体与传统食品的各种营养成分含量比较,（2）微生物世代短，生长快 根据计算，体重为500 Kg的食用牛，每天能增加0.5 Kg蛋白质，在相同的时间里，在理想的生长条件下，理论上同样重量的酵母菌可产生1000 Kg以上的蛋白质。（3）微生物的培养不受季节、气候和地区的限制，它的生产环境可人为控制，所以微生物蛋白易于实现工业化生产。一个年产10万吨的单细胞蛋白工厂，如以

5、蛋白质含量为45%的酵母菌计，可相当于3.67万hm2 亩土地所生产的大豆蛋白。,2、单细胞蛋白的缺陷,（1）核酸含量很高。人体不容易消化核酸，核酸代谢会产生大量尿酸，人体没有尿酸酶，尿酸可能导致肾结实和痛风。（2）有毒性物质存在的可能性。如微生物从培养基中吸收重金属及自身代谢产生的毒素等，因此，必须投入大量资金、人力和物力进行质量检测。,（3）不容易消化。由于微生物细胞在人类消化管中消化得较慢，还有些细胞壁组分不能被消化，因此可能会使一些食用者产生消化不良或过敏症状。（4）价格较高。单细胞蛋白的生产价格较其他来源的蛋白质如鱼粉、大豆蛋白等为高，尚难与之竞争，这依赖于生产工艺的改进和生产成本的

6、降低。,选择不同微生物生产SCP时应具体分析:细菌：生长快、蛋白质含量高；但个体小、分离困难，分离的蛋白质不易消化。酵母菌：酵母蛋白质构成理想，蛋白质较细菌易于消化；且菌体大，比细菌易于分离回收。目前生产上采用酵母菌较多。丝状真菌：易于回收，质地良好。但生产速度较慢，蛋白质含量低。藻类：其纤维质的细胞壁不易被人体消化。可富集重金属，作为食品需进行加工。,酵母是一类广泛用于SCP生产的菌株，其蛋白质含量高达50%以上，氨基酸组成与牛肉相近，氨基酸齐全，具多种水解酶的活性，并含丰富的B族维生素，含有促进动物生长的生物活性物质，并且酵母细胞大、易培养，产品易分离回收。应用于SCP生产的常用酵母有酿酒

7、酵母属、汉逊酵母属、毕赤酵母属和假丝酵母属中的产朊假丝酵母、热带假丝酵母、解脂假丝酵母、扣囊拟内孢霉和白地霉等.,3、酵母SCP,（1）酿酒酵母（S.cerevesiae）,是工业最常用菌种之一，是生产食用、药用和饲料用单细胞蛋白的常见菌株。酵母可用于制作面包和酿造酒精、啤酒、葡萄酒等,蛋白质含量高、麦角质醇、维生素C、辅酶A等活性因子等含量丰富。,酿酒酵母：利用葡萄糖、蔗糖为碳源。,（2）假丝酵母属,可以利用农副产品和碳氢化合物生产菌体蛋白,产朊假丝酵母,热带假丝酵母,解脂假丝酵母,利用造纸废液（戊糖）,利用食品行业废弃物,利用农副产品,利用工业废弃物,分解脂肪和蛋白质的能力很强,利用石油生

8、产蛋白质,白地霉属丛梗孢科，地霉属。生长最适温度为30，最高温度为33-37。白地霉的菌体蛋白营养价值很高，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，生产的单细胞可供食用及饲料用，也可提取核酸。它可以利用糖厂、酒厂、淀粉厂、食品厂、饮料厂、豆制品厂和制药厂的废料、废水进行发酵生产菌体蛋白。（不能高密度堆积培养。）,（3）白地霉属,光合细菌（PSB）不仅能进行光合作用，也能进行呼吸、发酵或固氮，随环境条件的变化而改变其获得能量的方式。光合细菌菌体蛋白含量达60%以上，并富含多种维生素，特别是维生素B族、叶酸、生物素，此外，还有辅酶Q、抗病毒物质和生长促进因子。

9、,（4）光合细菌,光合细菌又分红螺菌科、着色科和绿硫菌科3科19属。用作饲料添加剂，能改善动物营养、增强抗逆性、减少病害发生、提高成活率、促进生长，并能提高能量转换率和饲料转化率，同时，也能提高产品质量、品质和经济效益。,4、单细胞蛋白生产的原料,20 世纪80 年代中期，全世界的SCP 年产量已达200万t，生产SCP 已为全世界所关注，地球上的不可再生的和可再生的资源都可以作为生产SCP的原料，它对于解决人类面临的粮食短缺问题有着很重要的意义。生产SCP的原料来源广泛而丰富。单细胞蛋白SCP的生产包括液体深层发酵和固态发酵法。液体深层发酵一般利用淀粉原料和食品加工及发酵、造纸的废液为原料；

10、固态发酵生产SCP则一般利用废渣糟。,4.1 糖蜜原料生产酵母SCP,糖蜜是甜菜制糖、甘蔗制糖的主要副产品,甜菜、甘蔗糖蜜中含有多种可利用成分,其干物质含量在80%90%之间,其中糖类物质占50%左右,是综合利用发酵生产酵母、酒精、核苷酸等副产品的宝贵资源,而且特别适用于生产SCP。以糖蜜为原料生产SCP,一般采用酵母菌,如热带假丝酵母、酿酒酵母等。,4.2 从发酵废液生产单细胞蛋白酒精厂、味精厂、豆腐厂、酱油厂等每天都排出大量废液，一些废液的排放已造成严重的环境污染。仅以酒精工业为例，我国酒精年产量为400万吨，而废液量高达4.0103 万吨，约为酒精产量的10倍。如果将这些废液加以利用，每

11、年可制造出十万吨酵母。从经济、技术和环保角度看，利用含糖质和淀粉质的废液为原料生产单细胞蛋白是近期单细胞蛋白工业的主要发展方向。,从发酵废液生产单细胞蛋白造纸厂、酒精厂、味精厂、豆腐厂、酱油厂等每天都排出大量废液，一些废液的排放已造成严重的环境污染。仅以酒精工业为例，1993年我国酒精产量为150万吨，而废液量高达1.51103 万吨，约为酒精产量的10倍。如果将这些废液加以利用，每年可制造出数万吨酵母。因此，从经济、技术和环保角度看，利用含糖质和淀粉质的废液为原料生产单细胞蛋白是近期单细胞蛋白工业的主要发展方向。,4.3 从淀粉质原料生产单细胞蛋白 淀粉类物质是一种传统原料，甘薯、木薯以及马

12、铃薯等淀粉质原料的最大特点是产量高，但蛋白质含量很低。据估计，1hm2 马铃薯转化成的单细胞蛋白可以相当于3 hm2 土地生产的大豆蛋白质。因此，许多国家对利用淀粉质原料生产单细胞蛋白进行了深入研究。我国目前薯类原料产量约为1.57亿吨，若能通过微生物发酵将其中的一部分淀粉转化为单细胞蛋白，将在很大程度上缓解人类蛋白食品的不足。,淀粉质原料生产SCP的优点：碳水化合物转化率高；无毒性嫌疑；可采用固态发酵工艺生产。,SCP生产过程是通过发酵技术，利用微生物将原料中不可利用的营养成分富集，转化成人或动物可利用的细胞生物量的过程。根据选用原料及生产菌种的不同，采用不同的生产工艺。生产工艺可分为液体发

13、酵和固体发酵两种。,5、SCP的生产工艺,液体发酵工艺,利用通风控温的罐式发酵法，属于深层液态发酵。,优点,机械化程度高,产品细胞数多,杂菌污染少,产品质量稳定,在发酵过程中可对参数进行自动化控制,缺点,耗能高,设备投资大,有工业废水污染等,发酵液中干物含量低,饲用高活性干酵母,利用加工废水生产SCP存在的问题,尽管一再呼吁利用各种有机废液生产单细胞蛋白其有原料来像广泛、取材方便、成本低廉的特点，而且还具有变废为宝使资源得以充分利用的优点，但是利用废液生产单细胞蛋白的厂家仍然屈指可数，产量不大，主要原因在于:首先设备投资大，能耗高，利用废液生产SCP规模过小；其二，虽然废液成本不高，但由于废液

14、有机物浓度不高等多种原因，使得单细胞蛋白的成本并不低；其三，尽管通过单细胞蛋白的生产,废液BOD、COD值得到降低，但仍存在着二次废水污染，达不到国家要求的排放标准。,挑战与机遇,各种资源的紧缺以及环保标准要求的提高可能是SCP进一步发展的挑战与机遇。,（2）固态发酵工艺,固态发酵又称固体发酵，指微生物在没有或几乎没有游离水的固态培养基上的发酵过程，培养基一般含水量为50%-60%左右，无游离水溢出，此培养基通常是“手握成团，落地能散”。固态发酵特别适宜发酵废糟，淀粉质原料等饲料的发酵，已成为生产SCP的首选。与液态法相比具有以下优点：（1）设备投资少、工艺简单、生产成本低；（2）生产过程中无

15、废水产生，无二次污染；（3）发酵产物中活性细胞比例高；,固体发酵罐,1一输送带 2一高位料斗 3一送料小车 4一曲料室 5一进出料机 6一料斗 7一输送带 8一鼓风机 9一空调室 10一循环风道 11-室闸门,固态发酵生产SCP的原料,我国糟渣资源十分丰富，种类多、数量大，每年度可产生的糟渣约6000万吨，这类糟渣资源综合利用能高效地转化为营养价值高、附加值高的优质酵母白饲料并有利于资源节约型工业体系和循环经济的建立和发展。酒糟、啤酒糟；甘蔗渣、甜菜渣；红薯渣、马铃薯渣豆制品加工废渣柠檬酸发酵渣苹果渣、木薯渣,固态发酵生产SCP 的菌种选择,微生物蛋白饲料的生产菌种采用多菌种组合发酵.以霉菌和

16、酵母菌的组合发酵为多数。这是由于霉菌同化淀粉、纤维素的能力强，可将工业废渣中的淀粉和纤维素降解为酵母能利用的单糖、双糖等简单糖类物质，使酵母得以良好地生长繁殖，实现生物转化蛋白饲料的效果。,第二节 青贮饲料,青贮饲料是指在密闭的青贮设施中，将青绿饲料经乳酸菌发酵制备出适口性好、营养物质消化率高青饲料，广泛使用于奶牛等饲养。,青贮的原理：其实质是选择适宜的原料，调节原料的水分，将其切碎、压实、密封在设施（窖、壕、塔、袋）中，创造厌氧环境，通过乳酸菌的发酵，使饲料中的糖类（一般应占饲料干物质的8%10%）转变为乳酸。当乳酸在青贮原料中积累到一定浓度时，即pH值下降到3.84.2时，抑制了包括乳酸菌

17、在内的各种微生物的繁衍，从而达到长期保存饲料的目的。,一、青贮目的与意义,1、有效保存青绿饲料的营养成份青贮还产生了有机酸、菌体蛋白等，提高营养价值。2、提高饲料的适口性：青贮可以产生了明显的酸香、醇香、果香味，提高适口性，加快采食速度。3、扩大饲料资源、提高粗饲料的使用量和利用率4、为动物常年提供青绿多汁饲料，是保存饲料的最经济安全和有效的方法。,二、青贮的生物学原理与条件,青贮是乳酸菌在厌气条件下发酵、产生乳酸，当乳酸积累 到一定量时，就能抑制各种微生物活动，而达到长期保存的目的。,原理：,其过程可分为三个阶段：（1）有氧呼吸阶段：约3天，原料本身呼吸作用，好氧菌类尚能生活，但由于压实、密

18、封，氧的含量有限，很快被耗净。（2）无氧发酵阶段：约10天，乳酸菌非常活跃，产生大量乳酸，保持青贮饲料不霉烂变质。（3）稳定期：乳酸菌发酵，其它菌被杀死，进入稳定期，此时pH值为3.8-4.0。,青贮发酵过程,第一阶段：好气性微生物和各种酶利用富含碳水化合物的汁液进行活动，消耗氧气，产生二氧化碳和热量，形成厌氧环境。大约13天左右。,第二阶段：乙酸菌大量繁殖，产生乙酸。随着酸浓度的增加，抑制了乙酸菌的繁殖。（12天）,第三阶段：乳酸菌开始生长繁殖，生成乳酸。,第四阶段：乳酸菌大量增殖，乳酸大量形成。窖内温度由33降到25，pH值由6下降到3.44.0，此过程持续1215天。,第五阶段：pH值由

19、6下降到3.0后，窖内的各种微生物停止活动，青贮饲料进入稳定阶段，营养物质不再损失。乳酸不足，则产生丁酸，蛋白质分解，青贮霉坏。,青贮主要条件：（1）缺氧的环境 乳酸菌只有厌氧才能大量繁殖，要尽量创造缺氧环境。具体做法：将原料切短，压实，装满，封严。青贮过程中厌气条件是逐渐形成的。封窖后总有残留的空气，好气微生物与植物细胞呼吸消耗空气。所以做青贮时最好利用新鲜原料，尽快形成厌气环境。,青贮时各种微生物及其作用,微生物种类,乳酸菌 酪酸菌（丁酸菌）腐败菌 酵母菌 醋酸菌 霉 菌,新鲜青饲料上腐败菌远超过乳酸菌,青贮成败决定于乳酸发酵的程度,（2）适宜的窖温和原料含水量 温度2035为宜，过高易发

20、霉。含水量在 6570最好。简便测定方法：把切碎的原料用手握紧，在指缝中能见到水分但又不能流出来，就是适宜含水量。水分含水量少时，不易压紧，窖内残留空气多，不利于乳酸菌的增殖，易使窖温升高，青贮易腐烂。过干的原料可以加入含水量过高的原料混合青贮。含水量过多不能保证乳酸的适当浓度，原料中营养物质易随水分流失。过湿的青贮原料应稍干后或加入一定比例糠麸吸收水分。青贮时掌握好压紧排气，可以控制青贮的温度。,（3）青贮原料的糖分 发酵主要利用乳酸菌代谢糖制造乳酸并大量繁殖。当乳酸增多，酸度到pH4时，各种厌气菌包括乳酸菌都停止活动，饲料才能长期保存。禾本科植物含糖多，是做青贮的好原料。易于青贮的原料有禾

21、本科的青草、鲜的玉米秸、鲜的高粱秸、地瓜秧、花生秧、野生或栽培的各种饲草等。豆科植物如苜蓿草，花生秧等含糖少，含蛋白高，不宜单独做青贮，最好与禾本科植物混合青贮。,青贮添加剂,微生物添加剂酶 制 剂不良发酵抑制剂好气性变质抑制剂,乳酸菌(同型)+糖+酵母菌+.纤维素酶、半纤维素酶黑曲霉、米曲霉 盐酸、硫酸等无机酸；甲醛甲酸、乙酸、乳酸、柠檬酸、山梨酸丙酸及其盐类、焦亚硫酸钠、氨,堆 贮,铲车或人工取青贮造成截面暴露,青贮抓手防止青贮二次发酵,塑料袋青贮,草捆青贮,青贮饲料感官鉴定：看、摸、嗅等来感官判断青贮饲料的质量,三、质量鉴定,第三节 益生菌发酵饲料,近年来，随着世界上许多国家限制或禁止在

22、饲料中使用抗生素，寻找新的抗生素替代品成为畜牧业的一个紧迫任务。,替代抗生素的主要添加剂,活菌制剂：益生菌制剂（微生态制剂）植物提取物（中草药）有机酸、酶制剂、抗菌肽微生物发酵复合物（主要是酵母类产品）上述产品的添加量一般都在0.1%数量级，虽然对生猪健康有一定的效果，但是在我国的常规饲养条件下达到无抗要求还是很困难的。如果添加量达到1.0%，效果会如何？如果添加量达到5.0%，效果又会如何？,什么样的产品最有可能实现无抗？,如果不考虑饲养成本，加大添加比例。植物提取物、活菌制剂、微生物发酵复合物都有可能实现无抗生素饲养。从经济性考虑，活菌制剂和微生物发酵复合物比植物提取物有优势，也更有潜力。

23、考虑如何降低这类添加剂生产成本，使它们能大比例地使用而基本不增加养殖成本。,益生菌发酵饲料的种类,液态发酵饲料（天然的乳酸或酵母菌）,固体发酵饲料（发酵剂或菌种）,按照饲料中含水量的多少,国外常用,（一）液体发酵饲料,发酵液体饲料在欧洲已广泛使用。15年前，荷兰20%的猪都使用湿拌料，如今至少占50%。丹麦有30%以上母猪使用发酵液体饲料，70%以上的母猪在泌乳期也使用发酵液体饲料。添加乳酸和乳酸片球菌发酵日粮对猪的饲养效果没有差异，但两者的效果都比自然乳酸菌发酵好。存在问题：1）发酵不良，发酵过程受到限制；2）饲料转化率低；3）饲喂系统要求高度自动化或劳动强度大,发酵饲料的生产菌种有很多，主

24、要有以下四类：乳酸菌芽孢菌酵母菌霉菌,（二）固体发酵饲料,微生物发酵饲料的主要特征,天然的发酵香味，良好的诱食效果。含有大量的有益菌；有害菌（以大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌为典型代表）数量极低，不超过10cfu/g。发酵成品的pH值较低，在4.5左右，含有较多的有机酸（以乳酸和乙酸为主）。,固态好氧发酵存在的问题,发酵成品需要干燥，否则容易腐败变质。机械化程度较低，需要较多的人工用于物料的翻拌、散热等繁琐的操作。呼吸损失大，干物质损失达到10%以上。能耗高，需要大量的通风。,选择厌氧发酵方式,呼吸消耗很小，一般不超过1.0%，代谢产物主要是有机酸和二氧化碳，有利于保存物料的营养。发酵过程

25、散热量较小，操作容易控制。设备投资少，生产成本低，容易推广。如何进行厌氧发酵？,发酵装置更简单，搬运更方便。气压控制不受环境和方位限制。保存时间更长原料更广泛温度梯度变化小,如何模仿泡菜发酵？,泡菜发酵的启示,以乳酸杆菌、屎肠球菌、芽孢杆菌和酵母菌混合发酵饲料，成品中含活性乳酸菌和屎肠球菌数量达109CFU/g以上，酵母菌达107CFU/g，芽孢杆菌达108CFU/g；采用先包装后发酵的移动式固态发酵工艺，工艺操作简便，改进微生物饲料生产工艺；采用呼吸(阀)膜装置，解决了发酵生产过程气体控制和杂菌污染等技术难点，操作简便可控；有益微生物迅速繁殖，占数量优势，综合了厌氧发酵和好氧发酵的优点，原料

26、不需要灭菌消毒就可以直接用于发酵。,呼吸膜固态发酵饲料,移动式袋装饲料发酵,单向阀门,排出袋内微生物产生的CO2，阻止大气进入,发酵呼吸膜,呼吸阀平衡气压原理,原料接种以后，直接进入包装袋中，热合封口。包装袋上附加一个可以调节气压的硅胶膜。在发酵过程中产生二氧化碳，气压达到设定压力，呼吸阀开放。低于设定压力，呼吸阀自动关闭。,蛋白类饲料微生物发酵处理,1、发酵豆粕2、发酵羽毛粉等,豆粕的使用,我国养殖业消费豆粕的比重：豆粕因其蛋白质含量丰富、氨基酸较平衡，成为植物蛋白的首选原料。猪料用豆粕比例约29%，肉禽料约30%，蛋禽料约22%，合计52。,豆粕的营养特性,大豆粕是大豆经浸提脱油后的碎片状

27、或粗粉状的副产品，是目前使用最多、最广泛的植物性蛋白质饲料原料豆粕是一种优质植物蛋白源，含粗蛋白约43%，必需AA含量高、组成合理。粗纤维主要来自豆皮，无氮浸出物主要是二糖、三糖、四糖，淀粉含量低。,豆粕抗营养因子,蛋白类抗营养因子：胰蛋白酶抑制因子(TI):大豆中最重要蛋白类抗营养因子。大豆凝集素（SBA）、脲酶非淀粉多糖(NSP)是植物细胞壁物质主要成分：豆类原料中的非淀粉多糖主要是果胶、甘露聚糖和纤维素。胃肠胀气因子：豆类易产生肠胃胀气，是由于存在棉子糖与水苏糖的缘故。由于肠道中缺乏半乳糖苷酶，人和动物不能消化这些低聚糖，结果这些半乳糖苷进入结肠被细菌发酵产生大量二氧化碳和氢，少量甲烷，

28、从而引起肠道胀气，并导致腹痛、腹泻、肠鸣等。,豆粕发酵的益处,微生物发酵处理可降解豆粕中抗营养因子 发酵过程微生物的繁殖消耗利用抗营养因子，如植酸、低聚糖、致甲状腺肿素等，减少这些抗营养因子；微生物会分泌一些蛋白酶对豆粕中的蛋白类抗营养因子进行降解(如大豆抗原蛋白、胰蛋白酶抑制剂、大豆凝集素、脲酶、脂肪氧化酶)，减少对豆粕中的抗原成分；发酵过程中产生低分子肽、有机酸对动物生长有益；发酵中有益菌可增加菌体蛋白；,1,发酵方式：固态；复合；联合；混菌；多菌2,发酵菌种：霉菌；酵母；细菌3,发酵目的：（1）营养目的：增加有益AA和肽；平衡AA；减少抗营养因子；提高原料利用率（2）安全目的：饲料用抗生素替代技术的物质基础（3）安全+营养目的：多功能添加剂益生菌/复合酶/酵母发酵混合物（4）原料目的：优质乳猪料蛋白原料/替代鱼粉,豆粕发酵技术,发酵池（槽）,固态发酵用于养猪发酵床,制作发酵床的菌种为微生态制剂产品,纳豆芽孢杆菌、酵母菌？或丝状菌、酵母？,