動物微生態制劑制作工藝

奶牛養殖微生態

動物微生態工程就是運用動物微生態理論作指導，將有益微生物研制成為促進動物生長或生產性能，抗感染，促進免疫，提高飼料轉化利用率，提高畜產品品質或降低環境污染等功效的復合或單一的微生態制劑。
微生態制劑是一種新型活菌制劑，廣泛用于人類、動物和植物。利用動物體正常微生物群成員，通過鑒定、培養、干燥等系列工藝制成的一種活菌制劑。按其用途分為三類：①微生態調整（防病治病）；②微生態多功能制劑即微生物飼料添加劑；③微生態助長劑等。動物微生態制劑按其用途及作用分為三大類：
　　（1）微生態調整微生態調整是將不同的微生態制劑（包括需氧菌和厭氧菌制備的生態制劑）用以調整失去平衡的菌群達到治療疾病的目的。
　　（2）微生態多功能制劑用于豬、魚、禽的微生物飼料添加劑能發揮多種作用：①拮抗外襲菌，減少疾病發生；②幫助飼料的消化和吸收；③提供營養（有的細菌可提供18種以上的氨基酸）；④合成蛋白質和維生素；⑤刺激動物體免疫功能。
　　（3）微生態助長劑動物微生態制劑經過大量的試驗研究包括普通動物、悉生動物和無菌動物試驗，證明安全性強和效果確實，未表現任何副作用，且表現出顯著的助長和增產作用。
目前國際上研究微生態制劑有以下幾個發展趨勢：一、盡量使用動物自身的原籍微生物，即菌種的同源性，如豬源菌種運用在豬身上，而牛源菌種運用于牛身上；二、盡量少用過路菌作為微生態菌種。
　　動物微生態制劑運用復合菌種效果優于單一菌種，也避免了用戶自己復配單一菌種的麻煩，但單一菌種是研制和復配復合菌種的基礎。目前單一菌種的研究注重某些特定性能的開發，如免疫、抗感染、營養、腸道菌群調控、拮抗特定病原、代謝途徑改善、pH調節、環境調控、抗應激等。微生態菌種由數量型向質量型轉變，就是盡量減少外源微生物菌種對腸道正常菌群平衡的干擾，數量越少而性能越高越好。微生態數量過高會造成菌群平衡的打破，會帶來感染的發生及營養消耗的增加。
1.固體發酵
1.1固體發酵的概念
　　固體發酵是指微生物在潮濕不溶于水的基質中進行發酵，發酵過程中不含任何自由水，隨著微生物產出的自由水的增加，固體發酵范圍延伸至粘稠發酵以及固體顆粒懸浮發酵。
1.2固體發酵的優點
　　（1）固體發酵的原料來源廣泛，價格低廉。
　　（2）發酵過程中不需嚴格執行無菌操作，固體顆粒間隙中存在的空氣可為微生物生長提供氧氣，通風量小，不需無菌空氣。
　　（3）發酵工藝簡單，投資少，能耗低，發酵后不需回收和純化，無廢棄物處理問題。
1.3固體發酵的缺點
　　（1）固體發酵慢，過程復雜且難于控制，易受多種因素影響，不易保證純度。
　　（2）固體發酵限于低濕狀態下的微生物生長，一般較適合于真菌。
　　（3）發酵過程中會產生代謝熱，大量生產時代謝熱的移除問題會限制其生產規模。
　　（4）發酵不均勻，發酵參數的檢測和控制比較困難。
　　（5）發酵過程中物質的添加無法達到均勻，很難得到高含量的產品。
　　（6）固體發酵的勞動強度大、不便于機械化操作。
2.液體深層發酵
2.1液體深層發酵的概念
　　液體深層發酵是指在生化反應器中，模仿自然界將菌株在生育過程中所必需的糖類、有機和無機含有氮素的化合物、無機鹽等一些微量元素以及其它營養物質溶解在水中作為培養基，滅菌后接入菌種，通入無菌空氣并加以攪拌，提供適于菌體呼吸代謝所需要的氧氣，并控制適宜的外界條件，進行菌絲大量培養繁殖的過程。根據操作方式不同分為連續發酵、分批發酵和補料分批發酵三種類型。
　　連續發酵是指以一定的速度向發酵罐內添加新鮮培養基，同時以相同的速度流出培養液，從而使發酵罐內的液量維持恒定，微生物在穩定狀態下生長，可以有效地延長分批培養中的對數期。
　　分批發酵是指營養物和菌種一次加入進行培養，直到結束放出，中間除了空氣進入和尾氣排出，與外界沒有物料交換。
　　補料分批發酵又稱半連續發酵，是介于分批發酵和連續發酵之間的一種發酵技術，是指在微生物分批發酵中，以某種方式向培養系統補加一定物料的培養技術。通過向培養系統中補充物料，可以使培養液中的營養物濃度較長時間地保持在一定范圍內。既保證微生物的生長需要，又不造成不利影響，從而達到提高產率的目的。
2.2液體深層發酵的特點
　　（1）原料來源廣泛，但價格相比固體發酵稍高。
　　（2）菌體生長迅速，發酵周期短。
　　（3）液體菌種接入固體培養料時，具有流動快、易分散、發菌點多、萌發快等特點，能有效降低發酵過程中的污染。
　　（4）工廠化生產、無季節性。
　　（5）液體發酵過程復雜，生產設備投資大，但液體發酵生產效率高，易自動化控制。
　　（6）液體發酵產品易于提取、精制，且產品質量穩定。
3.微膠囊包被技術
　　微膠囊包被技術是將微量物質包裹在聚合物薄膜中的技術，是用特殊手段將需要包被的物質（固體、液體或氣體）包裹在微小封閉的膠囊內。微膠囊包括壁材和芯材兩部分，被包被的物質稱為芯材，如維生素、益生菌等；包埋物質稱為壁材或囊材，如海藻酸鈉、大豆分離蛋白等。采用微膠囊包被技術可以保護在加工、儲藏過程中易失去活性的物質，使其保持原有的性狀和性能。在適當條件下，通過某些外部刺激或緩釋作用，使被包被的物質釋放出來。微膠囊的直徑一般為1~500μm，壁的厚度為0.5~150μm，目前已開發了粒徑在1μm以下的超微膠囊。微膠囊的形狀可為球形、谷粒狀或塊狀。
4.噴霧干燥技術
　　噴霧干燥技術是以單一工序將溶液、乳液、懸浮液或漿狀液加工成粉狀干燥制品的一種干燥方法。其原理是將被干燥的液體通過霧化器的作用，噴成非常細微的霧滴，并依靠干燥介質（熱空氣或惰性氣體）與霧滴均勻混合，通過熱交換和質交換，使得溶劑汽化或熔融物固化。噴霧干燥法最適合于親油性液體物料的微膠囊化，芯材的疏水性越強，包埋效果越好。目前用于噴霧干燥的材料主要有液體石蠟、醋酸纖維素、檸檬油和羥基化糊精。羥基化糊精較為常見，主要是因為該材料的干燥溫度為38-65℃，比其他干燥材料的干燥溫度低得多。噴霧干燥法隨著排風溫度的上升，微囊化顆粒溫度也上升，芯材的生物活性可能會降低，如70-73℃是菌體噴霧干燥的敏感點。
　　噴霧干燥技術的主要優點是干燥速率高、時間短；產品純度高，具有良好的分散性和溶解性；生產過程簡單，操作控制方便，適于連續化生產；物料溫度較低。對于噴霧干燥工藝來說，雖然采用較高溫度的干燥介質，但是液滴中含有大量溶劑存在，物料的表面溫度一般不超過熱空氣的濕球溫度，因此非常適用于熱敏性物質的干燥。缺點是單位產品的耗熱量大，設備熱效率低，介質消耗量大，干燥器的體積較大，基建費用較高。
5.真空冷凍干燥技術
　　真空冷凍干燥技術是真空技術與冷凍技術相結合的一種新型干燥脫水技術。此技術是先將濕物質冷凍到共晶點溫度以下，使水分變成固態的冰，然后在適當的溫度和真空度下，使冰直接升華成蒸汽的干燥方法。真空冷凍干燥技術的基本原理是基于水的三種相態（固態、液態和氣態）的變化。這三種相態即可以相互轉換也可以共存。三相點所對應的溫度為0.0098℃、氣壓為610.5Pa，在這樣的溫度和氣壓下，水、冰、水蒸汽三者可共存且相互平衡。只有在三相點以下，冰才能由固相直接轉變為氣相，這個過程稱為升華。在高真空狀態下，利用升華原理，使預先凍結的物料中的水分(不經過冰的融化)直接以冰態升華為水蒸汽被除去，從而達到冷凍干燥的目的。
冷凍干燥的優點：①對不耐熱的物質來說，其活力的破壞和損失最小；②形成一層有孔的脆性結構；③具有無菌過濾液體的能力。真空冷凍干燥技術的工藝流程為：預處理(原料→品選→清洗→分切)→凍結→升華干燥→真空包裝→成品。其中凍結和升華干燥是加工的關鍵工序。
6.膜過濾技術
　　膜過濾技術是以壓力為推動力使得溶液中的物質在通過半透膜時按分子大小進行機械性分離的膜分離技術，是一種高效分離、濃縮、提純及凈化技術。膜過濾技術具有操作簡單、占地面積小，處理過程中無相變及不會產生新的污染物質、分離效果好等優點。
　　根據膜選擇性的不同，可分為反滲透(RO)、納濾(NF)、超濾(UF)和微濾(MF)等。反滲透是在濃溶液上外加壓力，且該壓力大于滲透壓，則濃溶液中的水就會克服滲透壓而通過半透膜流向稀溶液，使得濃溶液的濃度更大，主要應用于水處理脫鹽、醫藥用水、純凈水制備和熱敏感物質的濃縮。納濾介于超濾和反滲透之間，對有機物截留分子量從200～1000Dalton，對二價離子特別是陰離子的截留率可達99%，特別適用于低分子量物質的濃縮、脫鹽。超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜分離技術，對有機物截留分子量從3000～300000Dalton可選，適用于大分子物質與小分子物質分離、濃縮和純化過程，涉及食品工業、醫藥工業、生物制劑和中藥制劑等眾多領域。微濾屬于精密過濾，主要應用于制藥工業的除菌過濾澄清、廢水處理前的預處理。