微生态制剂的生产工艺及质量差异分析

王大会，胡强，李泰君，杨胜斌

（铜仁学院，贵州铜仁 554300）

从当下的饲用微生态制剂研究现状来看，主要研究侧重点均在于菌种方面，很少有学者将研究重点放在微生态制剂的生产工艺以及设备方面。为了有效弥补这一研究空缺，有必要对微生态制剂的生产工艺进行研究分析，通过对比传统生产工艺与当下先进生产工艺的质量差异，这对进一步推动微生态制剂的生产和发展有着重要的现实意义。

1 微生态制剂概述

微生态制剂又被称为活菌制剂，这种制剂能够促进或者抑制微生物生长，主要用于动物肠道环境的平衡与调节，且适用对象比较广泛。目前，微生态制剂已经被广泛应用于多个领域，如医药保健领域、食品领域、饲料工业领域等。尤其是近些年，在饲料工业生产中，出现了多种先进的微生态制剂生产设备与工艺，传统家畜养殖添加剂也逐渐被微生物制剂所替代，因此有必要对家畜所用的微生态制剂生产工艺进行讨论分析，并对不同生产工艺产生的菌种质量差异进行分析探讨，这对推动微生态制剂在牲畜养殖产业中广泛应用有着重要意义[1-2]。

2 微生态制剂生产育种工艺及质量差异分析

2.1 液体培养工艺

2.1.1 传统摇床育种生产工艺

在进行微生态制剂生产时，需要进行菌种育种，传统的摇床育种生产工艺简单介绍如下：先在摇瓶（三角瓶）中导入液体培养基，覆盖纱布，要求纱布层数在8～12层左右，如果没有纱布，可以采用棉塞替代；然后将摇瓶放在专门的摇床上进行培养。这种传统的育种生产工艺方式存在以下2个缺陷：（1）在培养基中，溶解的氧气比较少，不利于培养基中的菌种快速生长，且在生长过程中，容易有杂菌混入，严重影响育种效率与育种质量；（2）在这种摇床生产工艺下，整体摇晃的幅度仍有着进一步提升，由于整个摇晃过程太过规律，培养液层容易出现菌膜，这为后续微生态制剂生产工艺的实施带来诸多不便[3]。

2.1.2 新型空气震荡育种生产工艺

在空气震荡育种生产工艺中，需要用到三角烧瓶，瓶口塞胶塞，胶塞上穿两个孔，一个孔为进气管所用，另一个孔为出气管所用。进气管直接抵达三角烧瓶的瓶底，出气管对长度没有要求，只需要通过胶塞，能够正常排气即可。在进气管口，还应采用无纺布进行封堵，要求无纺布在3层左右，且干净无菌，以便能够起到过滤空气的作用。在出气管中，还应安装一个调节阀，用于进行出气量的灵活控制。培养方法为：在三角烧瓶中加入培养液，接种菌种，随后将瓶口塞住，启动气泵提供振动动力。培养过程中需要结合实际需要，做好气量的调节，确保能够充分发挥空气动力作用，让瓶内的培养基能够翻滚起来。

2.1.3 培养质量差异对比

以啤酒酵母菌和拟内孢霉菌为例，分析传统与新型液体培养工艺的质量差异。

（1）啤酒酵母菌。在传统摇床工艺下，培养基的溶解氧浓度比较低下，啤酒酵母菌培养12 h后，经过检测发现细胞量为0.25亿～0.35亿/mL；24 h后，细胞量为0.5亿～1.5亿/mL；48 h后，细胞量为3.5亿～4.5亿/mL；72 h后，细胞量为 4.5亿 ～5.5亿/mL，且培养基的表面形成了一种菌膜，培养基底层发现有很多沉淀细胞。在新型空气震荡工艺下，培养基的溶解氧浓度比较高，啤酒酵母菌培养12 h后，经过检测发现细胞量为3.5亿～4.5亿/mL；培养24 h后，细胞量为6.5亿～8.5亿/mL；48 h后，细胞量为8.5亿～10.5亿/mL；72 h后，细胞量为11亿～13.5亿/mL，培养基表面细胞分布比较均匀，没有菌膜出现。

（2）拟内孢霉菌。在摇床生产工艺下，培养基的溶解氧浓度比较低下，拟内孢霉菌培养12 h后，经过检测发现细胞量为0.15亿～0.2亿/mL；培养24 h后，细胞量为0.25亿～0.6亿/mL；48 h后，细胞量为0.6亿～0.9亿/mL；72 h后，细胞量为1.0亿～2.0亿/mL，培养基表层形成了一种比较厚的菌膜，且在培养基中部与底部，发现的细胞数量较少。在新型空气震荡工艺下，培养基的溶解氧浓度比较高，拟内孢霉菌培养12 h后，经过检测发现细胞量为5.3亿～7.2亿/mL，培养基表层分布有点点“花絮”，且比较均匀；培养24 h后，细胞量为6.5亿～8.4亿/mL，培养基表面的“花絮”连接成片，培养基成为糊状；48 h后，细胞量为7.5亿～9.4亿/mL；72 h后，细胞量为10亿～13.2亿/mL。

综上所述，新型生产工艺在最终生产质量方面远远高于传统工艺，不仅菌种生长速度较快，且整体比较旺盛，细胞数量较多，能够生成更多有效菌种，更有助于后续微生态制剂产量的提升。

2.2 固体培养工艺

2.2.1 传统发酵罐培养

在传统发酵罐培养生产工艺实施过程中，通常要进行分级培养，菌种在整个生产过程中需要历经4个阶段，且在不同阶段中，菌种在生理特性方面也表现出不同的差异性。

2.2.1.1 延迟阶段

这一阶段，菌种会进入一个新的培养环境中，需要有一段时间的适应期，不会立刻进行繁殖，细菌数量几乎保持不变。面对新的生长环境，菌体需要重新进行自身分子组成的调整，如酶分子组成、细胞结构的成分组成等，并具有以下3点生理特点。（1）细菌内部的物质量明显增加，自身体积也在逐渐增大，杆菌菌体会明显变长，如巨大芽孢杆菌长度会迅速增大6倍以上。（2）细菌生长代谢速度会逐渐加快，并产生诱导酶、辅酶等特异性酶，以尽快适应新环境带来的变化。（3）细菌对外界各种影响因素的抵抗能力变弱，当外界出现温度变化、酸碱变化时，细菌自身繁殖将会受到严重影响。这一阶段会延长细菌的生产周期，导致设备利用率低下[4]。

2.2.1.2 对数生长阶段

这一阶段，细菌已经充分适应新的环境，开启了迅猛增长模式，主要表现为以下3点生理特征。（1）细菌生长常数达到最大值，能够在短时间内快速增殖。（2）细菌较为敏感脆弱，容易受到温度的影响。（3）细菌通常单个存在，并在具体的形态、体积等方面均比较一致。这一时期，由于细菌生长速度的增加，自身消化营养物质的速度自然也在加快。

2.2.1.3 稳定阶段

这一阶段，随着营养物质消耗逐渐加快，不同营养物质之间的比例也逐渐不平衡，再加上细菌生长代谢过程中会产生有害物质，细菌理想的生长环境会因此遭到破坏，自身生长速度也在逐渐放缓，最后逐渐趋于稳定。在这一过程中，细菌主要表现为以下3点特征。（1）细菌数量会逐渐趋向于动态平衡并达到最大值，此时要尽快收获。（2）细胞分裂速率逐渐下降，且细胞内部通常会累积一些内容物，如脂肪粒、肝糖等。一些芽孢细菌还会产生很多芽孢，从而更好应对越来越恶劣的生长环境。（3）伴随着细菌的持续生长，如果不及时收获，有的细菌微生物会产生次级代谢物，导致整体生长环境越来越恶劣，细菌数量也会由此减少。

2.2.1.4 衰亡阶段

随着细菌繁殖数量越来越多，代谢物也随之增多，而营养物质在逐渐减少，最终会导致细菌死亡率逐渐上升。在这一过程中，细菌会表现出以下3点生理特征。（1）细菌细胞内出现明显的颗粒，且很多细胞开始出现畸形变化，释放大量芽孢。（2）受细菌产生大量毒害代谢物的影响，很多细菌出现死亡并自溶，进一步加剧细菌生长环境恶化。为了应对这一情况，一些微生物开始产生次级代谢物，如抗生物，避免自身死亡。（3）细菌进入衰亡期所花费的时间更长，且最终时间长度大小由菌种与环境条件所决定[5]。

2.2.2 微生物恒化器连续培养

微生物恒化器连续培养采用了恒化器设备，能够灵活结合细菌的生长速度以及具体营养物质的消耗量，做好营养液的持续加入，同时将已经培养好的菌液抽取出，从而确保内部生长环境始终处于一个比较平衡的状态。除此之外，恒化器还具备自动供氧、自动搅拌等功能，因此能够实现微生物细菌的连续培养。

2.2.3 培养质量差异对比

微生物恒化器连续培养的出现，有效弥补了传统工艺存在的种种缺陷问题，且自身的优势也比较明显，能够有效节约生产成本。（1）采用传统发酵罐培养，每一株菌株，至少需要3个发酵罐，而采用微生物恒化器连续培养只需要一个恒化器即可解决。（2）连续培养工艺设备所需容量更小，产量更高，而发酵罐由于需要历经4个阶段，实际设备需要容量更大，且产量较低，通常一个500 L的恒化器的产量相当于5 000 L容量发酵罐产量。（3）连续培养生产工艺整体操作比较简单，自动化程度非常高，整体设备占地面积也比较小，因此在微生态制剂生产方面适合广泛应用并推广[6]。

3 结语

微生态制剂的生产是一个系统且复杂的过程，当下随着人们对微生态制剂生产质量的要求越来越高，需要在实际生产过程中，加强对先进微生态制剂生产工艺的引入，通过总结微生态制剂生产育种发酵等先进生产工艺，并与传统工艺进行质量差异比对，加快先进生产工艺设备的推广与应用。