CN102234664A - 发酵丁酸梭菌与丁酸盐的复合物及其制法和在饲料添加剂中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，由2％-99.5％发酵丁酸梭菌和0.5％-98％丁酸盐组成。制法是：将丁酸梭菌接种到种子培养基中进行逐级放大培养，制备种子液；将种子液接种发酵培养基进行厌氧发酵生成丁酸；向发酵产物中加入碱性物质进行中和反应生成丁酸盐，并调测pH值至8～10，此时，反应液中发酵丁酸梭菌和丁酸盐的重量百分比为(2％-99.5％)∶(0.5％-98％)；将调pH值后的反应液喷雾干燥，即得含丁酸盐0.5％-98％的复合物产品。本发明使丁酸盐生产更环保，该复合物在动物饲料中的应用，使饲料营养价值更高。
Description
技术领域
本发明涉及发酵丁酸梭菌与丁酸盐的复合物，并与该复合物的制法以及该复合物在饲料添加剂中的应用有关。
技术背景
正常情况下，丁酸盐具有浓烈的脂臭味。添加进饲料之后，饲料厂在加工过程中仍然散发出脂臭味。直接使用化工合成丁酸盐经受着强大的环保压力。
丁酸梭菌是革兰氏阳性厌氧芽胞菌，主要作用是在动物后肠道(如盲肠和结肠)将碳水化合物按糖酵解途径生产丙酮酸，再由丙酮酸合成丁酸。丁酸梭菌的主要作用如下：(1)促进肠道内有益菌群(双歧杆菌、乳酸菌、粪杆菌等)的增殖和发育，抑制肠道内葡萄球菌、念珠菌、克雷伯氏菌、变形杆菌、弯曲杆菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、痢疾杆菌、伤寒沙门氏菌等有害菌和腐败菌的生长繁殖，减少胺类、吲哚类物质的产生，而丁酸梭菌本身由于不能分解蛋白质，会减少氨、吲哚、硫化氢等有害物质的产生；(2)在肠道内产生维生素B族、维生素K、淀粉酶，有良好的保健作用；(3)丁酸梭菌的代谢物丁酸是肠上皮组织细胞再生和修复的主要营养物质；(4)对多种抗生素有较强的耐受性，与抗生素并用时不会影响其生物作用，并能大幅度降低伪膜性肠炎的发病率；(5)丁酸梭菌是厌氧梭状芽孢杆菌，在体内不受胃酸、消化酶、胆汁酸等影响其生物作用，在体外室温下能长期保存；(6)丁酸梭菌是人体和动物肠道内正常菌群之一，在肠道内阻止有害菌的定植和入侵、纠正肠道内菌群紊乱。
直接将丁酸梭菌作为人和动物的益生菌产品，用于调理胃肠，已经被广泛接纳了。然而，本发明人经过研究发现，通过高密度液体厌氧发酵丁酸并将丁酸梭菌及其代谢产物用氢氧化钠等碱性物质直接灭活，再与化工合成的丁酸反应生成以丁酸盐为主的复合物。该复合物具有浓烈的天然发酵物气味，一方面减轻由于使用化工合成丁酸盐浓烈脂臭味带来的环境压力，另一方面，该复合物兼有丁酸盐广泛的生物调节剂作用和丁酸梭菌的益生菌作用，是一种新型优质的饲料添加剂，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，以及该复合物的制法和在动物饲料中的应用，使丁酸盐生产更环保，而产品营养价值更高。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，由2％-99.5％发酵丁酸梭菌和0.5％-98％丁酸盐组成。
其中，发酵丁酸梭菌包括丁酸梭菌及其代谢产物。
该复合物的制法是：
第一步，将丁酸梭菌接种到种子培养基中进行逐级放大培养，制备种子液；
第二步，将种子液接种发酵培养基进行厌氧发酵生成丁酸；
第三步，向发酵产物中加入碱性物质进行中和反应生成丁酸盐，并调测pH值至8～10，此时，反应液中发酵丁酸梭菌和丁酸盐的重量百分比为(2％-99.5％)∶(0.5％-98％)；
第四步，将调pH值后的反应液喷雾干燥，即得含丁酸盐0.5％-98％的复合物产品。
其中，第一步的丁酸梭菌分四级培养；一级种子液的制备，按种子培养基配方配制培养基500毫升，将培养基在压力蒸汽灭菌锅中进行115℃灭菌20分钟，冷却至室温后，按相对培养基10％的量将保存的丁酸杆菌菌液接种至500ml种子培养基中，密封放入培养箱，于37℃培养24小时，生长状况检测合格后投入下一级种子液的制备工序；二级种子液的制备，按种子培养基配方配制培养基5升，将培养基在压力蒸汽灭菌锅中进行115℃灭菌20分钟，冷却至室温后，按相对培养基10％的量将一级菌钟接种至5升种子培养基中，密封放入培养箱，于37℃培养24小时，生长状况检测合格后投入下一级种子液的制备工序；三级种子液的制备，按发酵罐操作规程对50升种子发酵罐进行空消操作后，将种子培养基投入50升种子发酵罐中并进行实消操作，发酵罐内培养基于115℃灭菌20分钟，冷却至40℃以下，按10％的量接种二级种子液，控制发酵罐37℃发酵24小时，生长状况检测合格后投入下一级种子液的制备工序；四级种子液的制备，按发酵罐操作规程对500升种子发酵罐进行空消操作后，将种子培养基投入种子发酵罐中并进行实消操作，发酵罐内培养基于115℃灭菌20分钟，冷却至40℃以下，按10％的量接种三级种子液，控制发酵罐37℃发酵24小时，生长状况检测合格后投入发酵工序。
第二步的发酵是，按发酵罐操作规程对5-500吨发酵罐进行空消操作后，按发酵培养基配方将物料投入发酵罐中，用1mol/L的氢氧化钠水溶液调pH至6.8后对发酵罐进行实消操作，发酵罐内物料于115℃灭菌20分钟，冷却至40℃以下，按0.5％～15％的量接种四级种子液，控制发酵罐37℃发酵24～48小时，发酵结束后发酵液pH值应降至5.5以下。
第三步的中和前直接按比例加入外源的丁酸，搅拌均匀。
第三步的中和及调测pH值是，用3％-50％氢氧化钠水溶液中和及调测发酵液pH值至8～10。
第三步的中和及调测pH值是，将发酵产物或加入外源丁酸后的混合物加入3％-50％氢氧化钠水溶液中进行中和及调测pH值至8～10。
第四步的喷雾干燥是，控制喷雾干燥塔进风温度140℃～260℃、出风温度60℃～160℃，将中和及调测好pH值的料液进行喷雾干燥。
本发明的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物可应用于动物饲料中。
采用上述方案后，本发明通过浓烈的天然发酵气味去掩盖化工合成的丁酸盐脂臭味，饲料用户更容易接纳和应用丁酸盐产品。该复合物应用在动物饲料中，具有提高饲料营养价值，维护动物胃肠道微生态平衡，改善动物生产性能，提高动物免疫力以及减少动物腹泻发生率等作用。
附图说明
图1是未加外源化工合成丁酸的工艺路线；
图2是加外源化工合成丁酸的工艺路线。
具体实施方式
本发明的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，由2％-99.5％发酵丁酸梭菌和0.5％-98％丁酸盐组成。
图1和图2分别是未加外源化工和加外源化工合成丁酸的两种工艺路线。
用丁酸杆菌(酪酸梭菌)发酵产生丁酸，并用含钠(或钾、钙、镁中的一种或多种混合物)的碱或碱式盐直接对发酵产物(或其添加外源丁酸的混合物)进行中和及调测pH值，物料经过离心或压力喷雾干燥即得粉状(或颗粒状)、白色(或类白色至浅黄色、棕黄色)的含丁酸盐0.5％-98％的天然发酵丁酸盐产品。
以天然发酵丁酸钠为例具体生产工艺步骤如下：
一、种子培养基配方
配方1：红糖2.3kg，酵母膏3.5kg，K2HPO4 2.3Kg，水350L，调pH至6.8。
配方2：葡萄糖10g，胰蛋白胨10g，酵母膏5g，硫酸铵1g，氯化钠2g，K2HPO4 4g，NaHCO3 1g，MnSO4 0.2g，MgSO4·7H2O 0.5g，CaCO3 1g，水1000ml；用0.1mol/L的氢氧化钠调pH至7.0。
配方3：葡萄糖1％，红糖2％，玉米浆2％，硫酸铵0.5％，硫酸镁0.05％，磷酸二氢钾0.2％，氯化钠0.2％，CaCO3 0.1％。
二、发酵培养基配方
红糖(或蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、乳糖、可溶性淀粉等，一种或多种的混合物)2.3kg，酵母膏3.5kg，K2HPO4 2.3Kg，水350L，调pH至6.8。
三、一级种子液的制备。按种子培养基配方配制培养基500毫升，将培养基在压力蒸汽灭菌锅中进行115℃灭菌20分钟，冷却至室温后，按10％(相对培养基)的量将保存的丁酸杆菌菌液接种至500ml种子培养基中，密封放入培养箱，于37℃培养24小时，生长状况检测合格后可投入下一级种子液的制备工序。
四、二级种子液的制备。按种子培养基配方配制培养基5升，将培养基在压力蒸汽灭菌锅中进行115℃灭菌20分钟，冷却至室温后，按10％(相对培养基)的量将一级菌钟接种至5升种子培养基中，密封放入培养箱，于37℃培养24小时，生长状况检测合格后可投入下一级种子液的制备工序。
五、三级种子液的制备。按发酵罐操作规程对50升种子发酵罐进行空消操作后，将种子培养基投入50升种子发酵罐中并进行实消操作。发酵罐内培养基于115℃灭菌20分钟，冷却至40℃以下，按10％的量接种二级种子液，控制发酵罐37℃发酵24小时，生长状况检测合格后可投入下一级种子液的制备工序。
六、四级种子液的制备。按发酵罐操作规程对500升种子发酵罐进行空消操作后，将种子培养基投入种子发酵罐中并进行实消操作。发酵罐内培养基于115℃灭菌20分钟，冷却至40℃以下，按10％的量接种三级种子液，控制发酵罐37℃发酵24小时，生长状况检测合格后可投入发酵工序。
七、发酵。按发酵罐操作规程对1-500吨发酵罐进行空消操作后，按发酵培养基配方将物料投入发酵罐中，用1mol/L的氢氧化钠水溶液调pH至6.8后对发酵罐进行实消操作。发酵罐内物料于115℃灭菌20分钟，冷却至40℃以下，按0.5％～15％的量接种四级种子液，控制发酵罐37℃发酵24～48小时。发酵结束后发酵液pH值应降至5.5以下。
八、欲得含丁酸盐0.5％-98％的天然发酵丁酸盐系列产品，可在此中和前直接(或分成若干罐)，按比例加入外源的丁酸0-700吨，搅拌均匀。
九、中和及调测pH值。用30％(或3％-50％)氢氧化钠水溶液(或碳酸钠、碳酸氢钠等)中和及调测发酵液pH值至8～10；或反之将发酵产物(或加入外源丁酸后的混合物)加入50％(或4％-50)氢氧化钠水溶液中进行中和及调测pH值至8～10。反应完全后可进行离心或压力喷雾干燥。
十、喷雾干燥。控制喷雾干燥塔进风温度160℃～260℃、出风温度70℃～160℃，将中和及调测好pH值的料液进行喷雾干燥，即得含丁酸盐0.5％-98％的天然发酵丁酸盐系列产品。
生产实例
(一)未加外源丁酸：
按以上配比及生产条件生产，分别产出含天然发酵丁酸钠58％、63％、72％系列产品。
(二)加外源丁酸：
按以上配比及生产条件生产，分别产出含丁酸盐70％、80％、90％的天然发酵丁酸盐系列产品。
含70％、80％、90％丁酸盐复合物的主要营养指标
| 含量 | 粗蛋白 | 粗灰分(矿物质) | 粗脂肪 | 氨基酸 |
| 70％ | 2.9％ | 44.1％ | 0.1％ | |
| 80％ | 2.8％ | 47.0％ | 0.1％ | 赖氨酸含量为2.2g/kg；蛋氨酸含量为0.6g/kg |
| 90％ | 2.6％ | 47.3％ | ＜0.1％ |
含80％丁酸钠的产品中，赖氨酸含量为2.2g/kg，蛋氨酸含量为0.6g/kg，蛋氨酸含量相当于赖氨酸含量的27.3％，是丁酸梭菌及其代谢产物蛋白质中两个重要氨基酸的基本比例。
本发明产品应用于动物生产中，具体实施例如下：
实施例1：
将当年人工孵化的同一批体格健壮的草鱼鱼苗随机分散在6个水族箱中，每个水族箱放养9尾，实验组(T)和对照组(C)各三个重复(或水族箱)。经过1周的驯化适应后，试验期为8周，试验期间水温为25±1.0℃，保持溶解氧含量在5mg.L-1以上，每天投喂两次(08:00和17:30)，投喂后每10min观察一次，如发现饲料摄食完，则继续加投，直到鱼不再摄食达到饱食为止。投喂结束后采用虹吸法及时吸出残饵并保持每天两次换水，每次换水量不低于1/3。试验期每天观察和记录鱼体状况和病、死鱼情况。结束时，试验鱼饥饿1d，称量体重。对照组(C)饲喂“基础日粮”，实验组(T)饲喂“基础日粮+0.1％含80％丁酸钠的丁酸梭菌复合物”。实验结果如下：
| 组别 | 初体重(g/尾) | 终体重(g/尾) | 增重率(％) | 成活率(％) |
| 对照组(C) | 58.8±0.52 | 56.1±0.26 | 10.7±0.54 | 96.3±3.7 |
| 实验组(T) | 59.2±1.03 | 78.5±1.14 | 33.2±0.55 | 100±0.0 |
| 改善率(％) | +20.6 | +22.5 | 3.7 |
结果表明，实验组比对照组增重率改善了22.5％，草鱼成活率提高了3.7％。
实施例2：
选用28日龄，体重为避免7.35±0.78Kg的大约克断奶仔猪24头随机分配到2个组，每组12个重复，每个重复1头猪，试验期为21天。仔猪单笼饲养，室温24-28℃，每天饲喂4次，保证采食后料槽内仍留有少许余料，自由饮水。对照组(C)饲喂玉米—豆粕型“基础日粮”，实验组(T)饲喂“基础日粮+0.3％含80％丁酸钠的丁酸梭菌复合物”。实验结果如下：
| 日龄 | 指标 | 对照组(C) | 实验组(T) | 改善率 |
| 1-14 | 平均日增重(g/d) | 70.5±28.8 | 119.8±31.9 | +69.9％ |
| 平均日采食量(g/d) | 161.1±24.8 | 233.6±34.8 | +45.0％ | |
| 料重比F/G | 2.53±0.71 | 2.21±0.89 | -0.32 | |
| 15-21 | 平均日增重(g/d) | 192.9±41.2 | 263.3±34.9 | +36.5％ |
| 平均日采食量(g/d) | 296.4±27.5 | 369.1±51.4 | +24.5％ | |
| 料重比F/G | 1.57±0.22 | 1.40±0.09 | -0.17 |
结果表明，实验组比对照组平均日增重(g/d)改善了69.9％(1-14d)和36.5％(15-21d)，平均日采食量(g/d)改善了45.0％(1-14d)和24.5(15-21d)，料重比F/G下降了32个百分点(1-14d)和17个百分点(15-21d)。
Claims (10)
1.发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，其特征在于：由2％-99.5％发酵丁酸梭菌和0.5％-98％丁酸盐组成。
2.如权利要求1所述的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，其特征在于：发酵丁酸梭菌包括丁酸梭菌及其代谢产物。
3.如权利要求1或2所述的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，其特征在于：该复合物的制法是：
第一步，将丁酸梭菌接种到种子培养基中进行逐级放大培养，制备种子液；
第二步，将种子液接种发酵培养基进行厌氧发酵生成丁酸；
第三步，向发酵产物中加入碱性物质进行中和反应生成丁酸盐，并调测pH值至8～10，此时，反应液中发酵丁酸梭菌和丁酸盐的重量百分比为(2％-99.5％)∶(0.5％-98％)；
第四步，将调pH值后的反应液喷雾干燥，即得含丁酸盐0.5％-98％的复合物产品。
4.如权利要求3所述的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，其特征在于：第一步的丁酸梭菌分四级培养；一级种子液的制备，按种子培养基配方配制培养基500毫升，将培养基在压力蒸汽灭菌锅中进行115℃灭菌20分钟，冷却至室温后，按相对培养基10％的量将保存的丁酸杆菌菌液接种至500ml种子培养基中，密封放入培养箱，于37℃培养24小时，生长状况检测合格后投入下一级种子液的制备工序；二级种子液的制备，按种子培养基配方配制培养基5升，将培养基在压力蒸汽灭菌锅中进行115℃灭菌20分钟，冷却至室温后，按相对培养基10％的量将一级菌钟接种至5升种子培养基中，密封放入培养箱，于37℃培养24小时，生长状况检测合格后投入下一级种子液的制备工序；三级种子液的制备，按发酵罐操作规程对50升种子发酵罐进行空消操作后，将种子培养基投入50升种子发酵罐中并进行实消操作，发酵罐内培养基于115℃灭菌20分钟，冷却至40℃以下，按10％的量接种二级种子液，控制发酵罐37℃发酵24小时，生长状况检测合格后投入下一级种子液的制备工序；四级种子液的制备，按发酵罐操作规程对500升种子发酵罐进行空消操作后，将种子培养基投入种子发酵罐中并进行实消操作，发酵罐内培养基于115℃灭菌20分钟，冷却至40℃以下，按10％的量接种三级种子液，控制发酵罐37℃发酵24小时，生长状况检测合格后投入发酵工序。
5.如权利要求3所述的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，其特征在于：第二步的发酵是，按发酵罐操作规程对5-500吨发酵罐进行空消操作后，按发酵培养基配方将物料投入发酵罐中，用1mol/L的氢氧化钠水溶液调pH至6.8后对发酵罐进行实消操作，发酵罐内物料于115℃灭菌20分钟，冷却至40℃以下，按0.5％～15％的量接种四级种子液，控制发酵罐37℃发酵24～48小时，发酵结束后发酵液pH值应降至5.5以下。
6.如权利要求3所述的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，其特征在于：第三步的中和前直接按比例加入外源的丁酸，搅拌均匀。
7.如权利要求3所述的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，其特征在于：第三步的中和及调测pH值是，用3％-50％氢氧化钠水溶液中和及调测发酵液pH值至8～10。
8.如权利要求3所述的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，其特征在于：第三步的中和及调测pH值是，将发酵产物或加入外源丁酸后的混合物加入3％-50％氢氧化钠水溶液中进行中和及调测pH值至8～10。
9.如权利要求3所述的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物，其特征在于：第四步的喷雾干燥是，控制喷雾干燥塔进风温度140℃～260℃、出风温度60℃～160℃，将中和及调测好pH值的料液进行喷雾干燥。
10.如权利要求1或2所述的发酵丁酸梭菌和丁酸盐的复合物在饲料添加剂中的应用。
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