枯草芽孢杆菌微生态制剂制备工艺研究

【摘要】微生态制剂是有效的抗生素替代物,可有效防治动物疾病,促进生长发育,并且无毒无副作用,无残留污染,不产生抗药性,在养殖业中具有很好的应用前景。但在微生态制剂的实际应用中,常存在有效活菌数低、产品稳定性差、保质期短等问题,限制了其工业化生产和大规模应用。由于枯草芽孢杆菌在其生活史中可形成抗逆性极强的芽孢,在稳定性方面具有先天优势,且枯草芽孢杆菌是我国农业部和美国食品药品监督管理局(FDA)都允许作为饲料添加剂的菌种,因此枯草芽孢杆菌制剂是一种理想的抗生素替代物。本实验室前期研究表明,BacillussubtilisBS1作为饲料添加剂可有效提高断奶仔猪的生长性能,提高饲料利用率,并有效提高动物机体的抗病能力。在此基础上,本研究通过对枯草芽孢杆菌BS1进行发酵培养基优化、发酵工艺优化以及喷雾干燥工艺优化,旨在获得芽孢数高、稳定性好的枯草芽孢杆菌微生态制剂的工业化生产工艺,为枯草芽孢杆菌制剂替代抗生素提供依据。主要结论如下：1.枯草芽孢杆菌BacillussubtilisBS1发酵培养基优化。通过单因素试验,确定枯草芽孢杆菌BS1最适碳源、氮源和无机盐分别为麦芽浸粉、黄豆粉和碳酸钙。在单因素试验的基础上,采用正交试验和回归正交组合试验,对枯草芽孢杆菌BS1的发酵培养基进行了优化。通过回归分析,建立了芽孢产量与麦芽浸粉、黄豆粉、碳酸钙的二次多项式数学模型,并对该模型进行显著性和有效性检验。结果表明,在37℃,180rpm·条件下,培养基配方为麦芽浸粉1g/L,黄豆粉15g/L,CaCO36.68g/L,MnSO40.4g/L,MgCl22g/L,培养48h,枯草芽孢杆菌BS1菌株的芽孢产量可达8.55×1010cfu/mL,比初始水平提高了131倍。2.实验室规模发酵条件研究。50L发酵罐小试试验表明,装液量60%(V/V),温度37+1℃,搅拌转速200rpm,无菌空气通气量为1.5m3/h,罐压0.03～0.05Mpa,自然pH进行发酵,菌体生长约8h进入对数期,16h进入稳定期,20h开始形成芽孢,28h芽孢大量形成,芽孢产量于46h达到最高值6.90×109cfu/mL。3.中试规模发酵条件研究。通过500L发酵罐中试规模试验,得出较适于枯草芽孢杆菌BS1的发酵过程控制策略为：0-8h,搅拌转速100rpm,通气量12m3/h；8-20h,搅拌转速150rpm,通气量18m3/h；20～48h,搅拌转速100rpm,通气量10m3/h；全程温度37+1℃,罐压0.03～0.05Mpa,自然pH。采用上述发酵过程控制策略,在5000L发酵罐规模进行枯草芽孢杆菌BS1试生产,经5次发酵,平均芽孢产量为1.02×1010cfu/mL,比初始水平提高了15.7倍。4.以玉米淀粉为干燥助剂,进风温度210℃,送料变频13Hz,对枯草芽孢杆菌BS1发酵液进行喷雾干燥,产品得率为48.8%,水分含量为5.27%。该粉剂在常温下贮存,保质期至少可达6个月,细菌存活率稳定在84%左右。
【作者】钟蔚；
【导师】陆兆新；
【作者基本信息】南京农业大学，食品科学，2013，硕士
【关键词】枯草芽孢杆菌；微生态制剂；发酵优化；喷雾干燥；

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