微囊化技术在饲用微生态制剂中的应用

时间:2020-01-16 来源:www.phiphi-hotel.com

摘要:微生物在畜禽生产中起着重要的生理作用,但在恶劣环境中容易失活,丧失益生菌的功能。微胶囊技术是一种快速发展的高科技技术,它具有保护核心物质的功能,可以提高核心物质在加工或宿主体内定植的有效性。微胶囊技术在微生态制剂领域的应用越来越广泛。综述了微胶囊技术的发展、功能特点及其在饲料微生态制剂中的应用。

关键词:微胶囊技术;微生态制剂;

微囊技术的应用是指生物活性物质(酶、蛋白质、激素和组织细胞等)的包埋。)在具有选择性渗透性的膜中,允许营养物、氧气和一些具有生物活性的小分子进出,同时阻止大分子抗体和免疫细胞通过半透膜。微胶囊的制备过程称为微胶囊化。目前,微胶囊技术广泛应用于医药、轻工、石化、食品和农业生物技术领域。微生态制剂,也称为活菌制剂和益生菌,是通过人工分离正常菌群并通过相关过程制成的活菌制剂。它们是无毒、无残留、耐药、低成本和有效的抗生素替代品。然而,由于它们的抗应激能力差,益生菌的特性很容易在不利的环境中丧失。大量研究发现微胶囊化饲料微生态制剂的应用效果有了显着提高。微胶囊化饲料添加剂已成为现代国际饲料工业的重要成分之一,[1-2]。“1微胶囊技术”微胶囊技术的研究和应用始于20世纪30年代,当时大西洋海岸渔业公司以明胶为壁材制备鱼肝油明胶微胶囊。Lim相当于1980年对海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸“三明治”结构微胶囊的研究,这为微胶囊技术在医学上的应用带来了突破[3]。微胶囊可以包裹不稳定的化合物和挥发性气体或液体。它们广泛应用于医药、生物制品、肥料、高分子添加剂等领域。它们在饲料工业中也有一些研究和应用,但仍处于起步阶段,发展空间广阔。

1.1技术原理

球形微胶囊的直径从几微米到几百微米不等,由壁材和芯材组成。壁材是包裹和制造微胶囊所需的材料,是决定微胶囊性能的关键因素。它保护内核材料。常用的墙体材料有半合成高分子材料、全合成高分子材料、天然高分子材料和无机材料。天然材料因其良好的生物相容性、良好的成型性、低免疫原性、自身和产品的可降解性和无毒,是微胶囊制备中最常用的材料。墙体材料的选择应基于核心材料的作用位置、方式和特点。

1.2释放特性

靶向是微胶囊技术的主要特性之一。胶囊核心物质可在特定部位释放,从而提高其利用效率,减少过程中不必要的损失。释放的主要方式有:在一定条件下,微胶囊受到膨胀、摩擦等作用,囊膜破裂后芯材释放出来;由于微胶囊内外浓度不同,液体中的微胶囊在不同浓度梯度力的作用下释放。在微生物、酶、酸或碱的作用下,胶囊降解,核心物质释放。微胶囊必须在特定条件下释放其内含物才能达到一定的特殊效果,因此生产方法和壁材的选择是至关重要的因素。

2饲料微生态制剂

2.1微生物制剂的开发

微生态制剂可分为益生元、益生元和合生元[4]。微生态制剂发展历史悠久。早在1908年,俄罗斯微生物学家就首次提出乳酸菌具有抑制大肠杆菌的功能。摩尔加德在1947年发现乳酸菌

微生态制剂中的活菌是环境微生物的成员,具有可分解性、繁殖性、定居性和排他性。它们可以进入天然微生态菌群分解或拮抗异常菌群。其作用机制主要包括:调节胃肠菌群的平衡。正常情况下,胃肠道微生物的优势菌群在微生态系统中起着关键作用,并维持消化道菌群的平衡。然而,在一定的应激条件下,菌群平衡状态被打破,有害细菌大量繁殖,导致动物消化吸收能力减弱,营养缺乏和疾病。加入微生态制剂后,有益菌可以与有害菌竞争营养、氧气和附着部位,从而抑制有害菌,使胃肠道微生物群达到平衡状态。生物拮抗作用,有益微生物能产生有机酸和细菌素,抑制和杀死致病菌;提供营养和促进消化。微生态制剂中的益生菌可以合成氨基酸、维生素K、消化酶等有益物质。例如,乳酸菌可以促进微量元素和主要元素的吸收。芽孢杆菌具有淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶的活性,能降解复杂的碳水化合物。提高免疫力,微生态制剂可提高巨噬细胞活性,促进动物细胞免疫和体液免疫,提高机体免疫功能。例如,酿酒酵母可分泌甘露寡糖,甘露寡糖可被胃肠道表面的M细胞或树突状细胞吸收,并可直接作用于免疫细胞。降解有毒物质,有益菌可以提高蛋白质的利用率,减少氨和胺的产生,并减少氨向外界的排放[4-6]。

2.3微生物制剂在畜牧生产中的应用

2.3.1猪饲料

在母猪泌乳不足、仔猪生长迅速的时期,在仔猪饲料中添加微生态制剂对发挥仔猪消化道功能、提高仔猪生产性能非常重要。研究证明,微生态制剂可以通过减少胃肠道中有害细菌的数量和增加有益细菌的数量来促进动物健康,[7-8]。研究发现,在仔猪饲料和保育饲料中分别添加了0.01%和0.05%的微生态制剂(枯草芽孢杆菌、干酪乳杆菌和异常汉逊酵母)。结果表明,仔猪腹泻率和死亡率显着降低(P0.05)。将0.05%微生态制剂添加到断奶仔猪的苗木中。结果表明,仔猪胃、空肠、结肠和盲肠中乳酸菌数量显着增加(P005),胃和盲肠中大肠杆菌数量显着减少(P005)。因此,微生态制剂有利于维持仔猪胃肠道微生态菌群的平衡,降低胃肠疾病的发病率[9]。研究了添加益生菌(芽孢杆菌、酵母、乳酸菌等)的效果。)对3个月大豪猪的饲料重量比、日增重和血液生化指标的影响。实验期为28天。结果表明,实验组豪猪的料重比下降,日增重增加。降低了谷草转氨酶和谷丙转氨酶,增加了尿素氮、球蛋白和白蛋白,提高了豪猪的生产性能和血液生化指标。一些研究发现鼠李糖乳杆菌LR6001可以通过增强肠粘膜化学屏障、物理屏障和免疫屏障的功能,促进肠道微生态平衡,改善仔猪肠道健康,降低腹泻率,促进生长[11]。研究表明,枯草芽孢杆菌复合微生态制剂能改善仔猪生长性能,预防仔猪腹泻,提高经济效益,[12]。研究了酶制剂和微生态制剂对动物消化代谢的影响。将创博丰富的溶素酶添加到猪日粮中。结果表明,十二指肠、回肠和盲肠淀粉酶和蛋白酶活性增加,回肠酶活性增加最多。试验证明,饲喂富含溶酶素的两种酶

微生态制剂可以通过促进抗体和免疫因子的产生,刺激机体产生免疫细胞,促进免疫器官的生长发育,从而影响机体的免疫功能。研究发现,在1日龄健康AA肉鸡饮用水中添加益生菌可显着降低死亡率、料肉比和肠道发病率,提高肉鸡平均体重、新城疫抗体滴度和免疫器官指数[14。徐海燕等人在肉鸡饮水中添加微生态制剂产品。结果表明,与对照组相比,料肉比显着降低(P0.05),脾脏指数和法氏囊指数显着升高(P0.05),血清新城疫血凝抑制抗体效价显着升高(P0.05),盲肠分泌型免疫球蛋白A含量和血清免疫球蛋白G含量显着升高(P0.05),证明微生态制剂不仅能提高肉鸡的生长性能,而且能在一定程度上增强肉鸡的免疫功能,[15]。董秀梅等人发现在肉鸡饮用水中添加了复合微生态制剂。结果表明,与对照组相比,肠道内大肠杆菌数量明显减少(P0.05),肠球菌和乳杆菌数量明显增加(p0.05)。肉鸡血清丙二醛含量降低,超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性显着提高(P0.05),[16。范玉等人在蛋鸡基础日粮中分别添加0.01%、0.02%芽孢杆菌微生态制剂和0.02%合生元复合微生态制剂。结果表明,与对照组相比,0.01%芽孢杆菌组和0.02%复合组能显着提高蛋鸡的采食量、产蛋量和产蛋率(P0.01),显着提高日粮干物质及相关氨基酸的表观消化率和表观代谢能。因此,添加适量芽孢杆菌和合生元复合微生态制剂可以提高蛋鸡的生产性能和饲料养分的表观消化率

2.3.3改善环境

动物排泄物中的氮磷直接进入河流湖泊,渗透地下水或沉积在土壤中,会使水体富营养化,严重破坏生态环境。因此,促进动物肠道对蛋白质和矿物质等营养物质的吸收对减少氮和磷的排放具有重要意义[18]。大量研究发现,在日粮中添加微生态制剂可以提高动物生产性能,减少氮磷排泄,有效改善围栏环境质量,增加养殖效益。李锐等人在生长猪的日粮中添加了2000毫克千克-1的益生菌(主要包括乳酸菌、芽孢杆菌和酵母),为期28天。结果表明,益生菌组单位增重氮磷的摄入量高于对照组,单位增重粪便氮磷的排放量低于对照组[19]。卢秦鹏等人在蛋鸡日粮中添加了微生物发酵饲料。结果表明,与对照组相比,试验组肠道内乳杆菌数量显着增加(p 0.05)。氮的排泄明显减少(P0。05),磷的排泄减少(P0。05)。微生物发酵饲料能显着改善蛋鸡肠道微生态环境,减少氮磷的排泄。[20]。

2.4微生物制剂存在的问题

在实际应用中,由于微生物制剂的热稳定性和化学稳定性差,很难将其保存在液态。然而,微生态制剂中的益生菌需要稳定的生理活性才能发挥益生菌的作用。当添加和使用配合饲料时,产品需要在高温下加热和造粒,这导致有效成分的大量损失和产品的保质期有限。益生菌在肠道中的存活率是益生菌功效的重要指标之一。由于益生菌中的活菌在进入肠道前经过胃酸和胆汁的作用,大部分活菌死亡,而沉积在肠粘膜中的活菌可以发挥其生理作用。目前,有许多方法可以提高有益细菌对不利环境的抵抗力,例如

采用微胶囊包覆的方法将活菌包覆在微胶囊中,提高了微生物活菌制剂在加工过程中对高温高压的耐受性;同时,由于壁材的包覆,使芯材与外界隔离,延长了活菌制剂的存活时间,释放活菌制剂,并在合适的环境中发挥作用。大量研究表明,微胶囊技术可以改善益生菌的加工和储存过程,提高胃肠液中的存活率,并有效提高益生菌制剂对高温的耐受性[21-23]。屎肠球菌是动物宿主肠道内的主要细菌,具有优良的益生菌特性和生物安全性。王婷婷等人采用预发酵包衣工艺微胶囊化屎肠球菌,并采用平板计数法评价其对常温贮藏条件、80℃和模拟胃肠液的耐受性。结果表明,与游离屎肠球菌固体产品相比,其对模拟胃肠液和80℃高温[24]有较强的耐受性。研究发现,屎肠球菌微胶囊化后制备的微胶囊具有良好的粒径形态和合适的粒径,对沙门氏菌、巴氏杆菌、金黄色葡萄球菌和致病性大肠杆菌K88和K99有很强的抑制作用。微囊化培养物比游离培养屎肠球菌对高铜、模拟胃液具有更好的抗性和更好的生长优势。贮藏试验结果表明,在4℃贮藏2个月后,活菌数没有明显减少。双歧杆菌是动物体内肠道的重要益生菌群,在维持肠道正常生理功能、微生态平衡和动物身体健康方面发挥着重要作用。然而,双歧杆菌是厌氧菌,不能耐受强酸环境。在胃酸、胆汁和消化酶的作用下,双歧杆菌大多失活,难以在动物机体的保健和治疗中发挥有效作用。研究发现双歧杆菌微胶囊化技术是保护细菌活力最实用、最有效的方法。研究表明,通过微囊化双歧杆菌,大量活性双歧杆菌可以顺利通过胃酸,并在大肠中释放、增殖和代谢。[26]。魏娟用相同浓度的微胶囊化乳酸乳球菌和游离乳酸乳球菌菌液分别饲喂基础日粮中的AA肉鸡42 d。结果表明,与对照组和菌液组相比,微胶囊化组显着提高了鸡的平均日增重、饲料转化率、胸腺指数和法氏囊指数[27]。微生物活菌制剂与变性淀粉、糊精、阿拉伯胶、玉米糖浆等原料混合溶解、均质、喷雾干燥,可生产出质量好、包埋率高的饲料微生物制剂,可提高饲料添加剂产品的储存时间,有效防止高温造粒和加热过程中的损失,充分发挥微生物制剂[28]有效成分的作用。微胶囊化可以提高微生态制剂在生产、储存和代谢中的稳定性,并在动物体内发挥其最大价值。

4微胶囊化微生态制剂的问题与展望

目前微生态制剂中微胶囊化技术存在的问题主要包括加工成本高、壁材稳定性好、加工工艺适宜等。微胶囊微生态产品的开发需要设备、技术和良好材料的支持。然而,随着人们对微胶囊技术认识的加深以及新设备、新技术、新材料的不断研发,微胶囊技术将在微生态制剂中有更广阔的应用前景。

[参考资料]

[1]李杰生,查德生,朴海杰.冻干保加利亚乳杆菌KFRI 673在壳聚糖包被海藻酸盐微粒中的存活[[]。农业和食品化学杂志,2004,52(24):7 300-7 305。

[ 2 ]莱尔C,凯拉塞克,佩里斯普。利用绿色荧光蛋白基因标记的[朱评价离体猪胃肠内容物中包囊细菌的存活和释放。木材科学和

[ 7 ]塞蒂亚阿,班达里SK,豪斯杰德,等.一种能够抑制致病性大肠杆菌生长的大肠杆菌益生菌的开发和体外评价[[]动物科学杂志,2009,87 (6): 2 005-2 012 .

[8]尹庆强,李小飞,常娟,等.微生态制剂对泌乳和断奶仔猪生长性能的影响及其机理[.动物营养杂志,2011,23 (4): 622-630。

[9]李小飞、王为民、郑湫泓等。用微生态制剂替代抗生素对猪生产性能和胃肠微生物的影响[。畜牧兽医,2008,40 (10): 55-57。

[10]蒋卫星,李伟,唐松源,等.日粮中添加微生态制剂对猪生产性能和血液生化指标影响的研究[.经济学和动物科学杂志,2011,15 (1): 14-17。

[11]崔文志。鼠李糖乳杆菌对仔猪肠道屏障功能影响的研究。杭州:浙江大学,2013。

[12]潘康成,黄旭刚,朱晓,等.微生态制剂在断奶仔猪饲料中的应用效果研究[.四川畜牧兽医,2006,33 (11): 21-22。

[13]许建雄,马正志。酶制剂联合微生态制剂对生长猪肠道消化酶活性的影响[。《中国饲料》,2003 (18): 14-15。

[14]章雷,李佳,张涛等。微生态制剂对肉鸡生长性能和免疫功能的影响[。北京农业大学学报,2009,23 (4): 41-45。

[15]徐海燕,新郭敏,王鸿等。复合微生态制剂对肉鸡生长性能和免疫性能的影响[。畜牧业和饲料科学,2013,34 (4): 45-48。

[16]董秀梅,张超凡,卫平。复合微生态制剂对肉鸡肠道菌群和抗氧化功能的影响[。中国家禽,2004,26 (14): 11-13。

[17]范宇,李晓英,马秋刚,等.微生态制剂对产蛋后期蛋鸡生产性能和饲料养分消化率的影响[.中国畜牧业杂志,2012,48 (5): 55-58。

[18]高伟,周峰,郭怀成,等.滇池流域高分辨率氮磷排放清单[]。环境科学杂志,2013,33 (1): 240-250。

[19]李瑞,侯盖峰,吴立阳,等.微生态制剂对生长猪氮磷排放和血清免疫指标的影响[.家畜生态学杂志,2013,34 (6): 66-71。

[20]吕月琴,孙汝江,肖易发,等.微生物发酵饲料对蛋鸡肠道菌群及氮磷排泄率的影响[.家禽科学,2012 (6): 9-11。[21]崔杰,高杰,戴平,等.海藻酸钠多赖氨酸微粒负载双歧杆菌的存活和稳定性[.国际药学杂志,2000,210(1): 51-59。

[22]戈德沃德格,凯拉塞克.酸奶中游离益生菌、包囊益生菌和共包囊益生菌的生存力和存活率[.牛奶科学国际,2003,58(7-8): 396-399。

[23]丁文凯,沙恩.泼酸,胆汁,以及游离和微囊化生物细菌的健康耐受性[.《食品科学》,2007,72 (9): 446-450。

[24]王婷婷,李艾可,徐熊伟,等.微胶囊化屎肠球菌活菌制剂的研究[]。西北农林大学学报,2009,37 (12): 51-56。

[25]王婷婷,齐温韬,易建明,等.微囊化屎肠球菌及其特性[.中国畜牧业杂志,2009,45 (21): 52-55。

[26]夏耿锋,许熊伟。引用该论文[。中国食品添加剂,2002 (6): 25-28。

[27]魏娟。微胶囊化后鸡肠源性乳球菌的筛选及其对肉仔鸡生长性能的影响。合肥:安徽农业大学,2011。

[28]温璜,王毅,谭军。饲用微生物添加剂微胶囊化的研究[。食品和饲料工业,2002 (7): 24-25。