微生態制劑的生產工藝及質量差異分析

王大會，胡強，李泰君，楊勝斌

（銅仁學院，貴州銅仁 554300）

從當下的飼用微生態制劑研究現狀來看，主要研究側重點均在于菌種方面，很少有學者將研究重點放在微生態制劑的生產工藝以及設備方面。為了有效彌補這一研究空缺，有必要對微生態制劑的生產工藝進行研究分析，通過對比傳統生產工藝與當下先進生產工藝的質量差異，這對進一步推動微生態制劑的生產和發展有著重要的現實意義。

1 微生態制劑概述

微生態制劑又被稱為活菌制劑，這種制劑能夠促進或者抑制微生物生長，主要用于動物腸道環境的平衡與調節，且適用對象比較廣泛。目前，微生態制劑已經被廣泛應用于多個領域，如醫藥保健領域、食品領域、飼料工業領域等。尤其是近些年，在飼料工業生產中，出現了多種先進的微生態制劑生產設備與工藝，傳統家畜養殖添加劑也逐漸被微生物制劑所替代，因此有必要對家畜所用的微生態制劑生產工藝進行討論分析，并對不同生產工藝產生的菌種質量差異進行分析探討，這對推動微生態制劑在牲畜養殖產業中廣泛應用有著重要意義[1-2]。

2 微生態制劑生產育種工藝及質量差異分析

2.1 液體培養工藝

2.1.1 傳統搖床育種生產工藝

在進行微生態制劑生產時，需要進行菌種育種，傳統的搖床育種生產工藝簡單介紹如下：先在搖瓶（三角瓶）中導入液體培養基，覆蓋紗布，要求紗布層數在8～12層左右，如果沒有紗布，可以采用棉塞替代；然后將搖瓶放在專門的搖床上進行培養。這種傳統的育種生產工藝方式存在以下2個缺陷：（1）在培養基中，溶解的氧氣比較少，不利于培養基中的菌種快速生長，且在生長過程中，容易有雜菌混入，嚴重影響育種效率與育種質量；（2）在這種搖床生產工藝下，整體搖晃的幅度仍有著進一步提升，由于整個搖晃過程太過規律，培養液層容易出現菌膜，這為后續微生態制劑生產工藝的實施帶來諸多不便[3]。

2.1.2 新型空氣震蕩育種生產工藝

在空氣震蕩育種生產工藝中，需要用到三角燒瓶，瓶口塞膠塞，膠塞上穿兩個孔，一個孔為進氣管所用，另一個孔為出氣管所用。進氣管直接抵達三角燒瓶的瓶底，出氣管對長度沒有要求，只需要通過膠塞，能夠正常排氣即可。在進氣管口，還應采用無紡布進行封堵，要求無紡布在3層左右，且干凈無菌，以便能夠起到過濾空氣的作用。在出氣管中，還應安裝一個調節閥，用于進行出氣量的靈活控制。培養方法為：在三角燒瓶中加入培養液，接種菌種，隨后將瓶口塞住，啟動氣泵提供振動動力。培養過程中需要結合實際需要，做好氣量的調節，確保能夠充分發揮空氣動力作用，讓瓶內的培養基能夠翻滾起來。

2.1.3 培養質量差異對比

以啤酒酵母菌和擬內孢霉菌為例，分析傳統與新型液體培養工藝的質量差異。

（1）啤酒酵母菌。在傳統搖床工藝下，培養基的溶解氧濃度比較低下，啤酒酵母菌培養12 h后，經過檢測發現細胞量為0.25億～0.35億/mL；24 h后，細胞量為0.5億～1.5億/mL；48 h后，細胞量為3.5億～4.5億/mL；72 h后，細胞量為 4.5億 ～5.5億/mL，且培養基的表面形成了一種菌膜，培養基底層發現有很多沉淀細胞。在新型空氣震蕩工藝下，培養基的溶解氧濃度比較高，啤酒酵母菌培養12 h后，經過檢測發現細胞量為3.5億～4.5億/mL；培養24 h后，細胞量為6.5億～8.5億/mL；48 h后，細胞量為8.5億～10.5億/mL；72 h后，細胞量為11億～13.5億/mL，培養基表面細胞分布比較均勻，沒有菌膜出現。

（2）擬內孢霉菌。在搖床生產工藝下，培養基的溶解氧濃度比較低下，擬內孢霉菌培養12 h后，經過檢測發現細胞量為0.15億～0.2億/mL；培養24 h后，細胞量為0.25億～0.6億/mL；48 h后，細胞量為0.6億～0.9億/mL；72 h后，細胞量為1.0億～2.0億/mL，培養基表層形成了一種比較厚的菌膜，且在培養基中部與底部，發現的細胞數量較少。在新型空氣震蕩工藝下，培養基的溶解氧濃度比較高，擬內孢霉菌培養12 h后，經過檢測發現細胞量為5.3億～7.2億/mL，培養基表層分布有點點“花絮”，且比較均勻；培養24 h后，細胞量為6.5億～8.4億/mL，培養基表面的“花絮”連接成片，培養基成為糊狀；48 h后，細胞量為7.5億～9.4億/mL；72 h后，細胞量為10億～13.2億/mL。

綜上所述，新型生產工藝在最終生產質量方面遠遠高于傳統工藝，不僅菌種生長速度較快，且整體比較旺盛，細胞數量較多，能夠生成更多有效菌種，更有助于后續微生態制劑產量的提升。

2.2 固體培養工藝

2.2.1 傳統發酵罐培養

在傳統發酵罐培養生產工藝實施過程中，通常要進行分級培養，菌種在整個生產過程中需要歷經4個階段，且在不同階段中，菌種在生理特性方面也表現出不同的差異性。

2.2.1.1 延遲階段

這一階段，菌種會進入一個新的培養環境中，需要有一段時間的適應期，不會立刻進行繁殖，細菌數量幾乎保持不變。面對新的生長環境，菌體需要重新進行自身分子組成的調整，如酶分子組成、細胞結構的成分組成等，并具有以下3點生理特點。（1）細菌內部的物質量明顯增加，自身體積也在逐漸增大，桿菌菌體會明顯變長，如巨大芽孢桿菌長度會迅速增大6倍以上。（2）細菌生長代謝速度會逐漸加快，并產生誘導酶、輔酶等特異性酶，以盡快適應新環境帶來的變化。（3）細菌對外界各種影響因素的抵抗能力變弱，當外界出現溫度變化、酸堿變化時，細菌自身繁殖將會受到嚴重影響。這一階段會延長細菌的生產周期，導致設備利用率低下[4]。

2.2.1.2 對數生長階段

這一階段，細菌已經充分適應新的環境，開啟了迅猛增長模式，主要表現為以下3點生理特征。（1）細菌生長常數達到最大值，能夠在短時間內快速增殖。（2）細菌較為敏感脆弱，容易受到溫度的影響。（3）細菌通常單個存在，并在具體的形態、體積等方面均比較一致。這一時期，由于細菌生長速度的增加，自身消化營養物質的速度自然也在加快。

2.2.1.3 穩定階段

這一階段，隨著營養物質消耗逐漸加快，不同營養物質之間的比例也逐漸不平衡，再加上細菌生長代謝過程中會產生有害物質，細菌理想的生長環境會因此遭到破壞，自身生長速度也在逐漸放緩，最后逐漸趨于穩定。在這一過程中，細菌主要表現為以下3點特征。（1）細菌數量會逐漸趨向于動態平衡并達到最大值，此時要盡快收獲。（2）細胞分裂速率逐漸下降，且細胞內部通常會累積一些內容物，如脂肪粒、肝糖等。一些芽孢細菌還會產生很多芽孢，從而更好應對越來越惡劣的生長環境。（3）伴隨著細菌的持續生長，如果不及時收獲，有的細菌微生物會產生次級代謝物，導致整體生長環境越來越惡劣，細菌數量也會由此減少。

2.2.1.4 衰亡階段

隨著細菌繁殖數量越來越多，代謝物也隨之增多，而營養物質在逐漸減少，最終會導致細菌死亡率逐漸上升。在這一過程中，細菌會表現出以下3點生理特征。（1）細菌細胞內出現明顯的顆粒，且很多細胞開始出現畸形變化，釋放大量芽孢。（2）受細菌產生大量毒害代謝物的影響，很多細菌出現死亡并自溶，進一步加劇細菌生長環境惡化。為了應對這一情況，一些微生物開始產生次級代謝物，如抗生物，避免自身死亡。（3）細菌進入衰亡期所花費的時間更長，且最終時間長度大小由菌種與環境條件所決定[5]。

2.2.2 微生物恒化器連續培養

微生物恒化器連續培養采用了恒化器設備，能夠靈活結合細菌的生長速度以及具體營養物質的消耗量，做好營養液的持續加入，同時將已經培養好的菌液抽取出，從而確保內部生長環境始終處于一個比較平衡的狀態。除此之外，恒化器還具備自動供氧、自動攪拌等功能，因此能夠實現微生物細菌的連續培養。

2.2.3 培養質量差異對比

微生物恒化器連續培養的出現，有效彌補了傳統工藝存在的種種缺陷問題，且自身的優勢也比較明顯，能夠有效節約生產成本。（1）采用傳統發酵罐培養，每一株菌株，至少需要3個發酵罐，而采用微生物恒化器連續培養只需要一個恒化器即可解決。（2）連續培養工藝設備所需容量更小，產量更高，而發酵罐由于需要歷經4個階段，實際設備需要容量更大，且產量較低，通常一個500 L的恒化器的產量相當于5 000 L容量發酵罐產量。（3）連續培養生產工藝整體操作比較簡單，自動化程度非常高，整體設備占地面積也比較小，因此在微生態制劑生產方面適合廣泛應用并推廣[6]。

3 結語

微生態制劑的生產是一個系統且復雜的過程，當下隨著人們對微生態制劑生產質量的要求越來越高，需要在實際生產過程中，加強對先進微生態制劑生產工藝的引入，通過總結微生態制劑生產育種發酵等先進生產工藝，并與傳統工藝進行質量差異比對，加快先進生產工藝設備的推廣與應用。