飼料加工工藝對益生素活性的影響

SLBL

羅有文，周巖民，王恬*

（南京農業大學動物科技學院，南京210095）

摘要：益生素作為一種綠色飼料添加劑，已日益引起人們的重視。現代配合飼料加工工藝趨于顆粒化，使益生素制劑有可能參與飼料熱加工過程。而益生素對諸多因素如溫度、壓力、氧氣等都比較敏感，因此在其生產過程中必須考慮飼料加工工藝對益生素活性的影響。文章針對飼料加工工藝對益生素活性的影響進行了分析，并對其發展方向作了簡單的展望。

關鍵詞：飼料加工；益生素；活性；影響因素

益生素的活性易受多種物理與化學因素的影響，如溫度、壓力、氧氣、pH 值、水分等。目前顆粒飼料、膨化飼料的大規模生產已經成為世界飼料工業的一個發展趨勢，據不完全統計，國外飼料產品70%以上是經過熱加工（調質、制粒或膨化）處理的。飼料在制粒、擠壓和膨化過程中的溫度、濕度和壓力的強烈作用，均會對飼料中的益生素活性產生不良影響。而益生素尤其是乳酸桿菌類的最大缺點是對熱抵抗力弱，活菌數穩定性差，經過加工制粒后大多死亡。因此必須就飼料加工工藝對益生素活性的影響加以研究，以確定益生素添加劑中的有效活菌素。

1 益生素

益生素（Probiotic）又稱益生菌、生菌劑、微生態制劑等。其中文名稱至今尚無統一規定，對其定義的解釋也不盡一致。益生素是1965 年由Lilly 和Stillwell 最先提出使用的，1974 年美國教授Parker將其定義為：可以直接飼喂動物并通過調節動物腸道微生態平衡達到預防疾病、促進動物生長和提高飼料轉化率的活性微生物或其培養物。我國微生態專家、四川農大何明清教授將其定義為：在微生態理論指導下，采用有益的微生物，經培養、發酵、干燥等特殊工藝制成的對人和動物有益的生物制劑或活菌制劑。

益生素的分類按使用目的可將其分為助消化促生長型、藥用型和綜合型。助消化促生長型可用于提高動物的生產性能，提高飼料利用率以及維護動物機體的健康；藥用型主要用于預防和治療消化機能紊亂和消化道感染；綜合型不僅具有輔助消化、促進生長的作用，而且有防治疾病的功能。按制劑的含菌成分和組合，可將其分為由一種菌種制成的單一菌劑和由兩種以上菌種組成的復合菌劑。依據微生物的菌種類型，還可將其劃分為乳酸桿菌制劑、芽孢桿菌制劑和酵母類等真菌制劑。

2 影響益生素活性的工序

飼料加工工序中對益生素起破壞作用的主要是制粒和膨化工序，這兩道工序均產生高溫、高濕及擠壓作用，并會對益生素的活性產生很大的影響。

2.1 制粒工序

飼料在制粒過程中，需要加入4%～5%的蒸氣進行調質，從而使物料升溫至50 ℃左右。而達到最佳制粒效果所需的物料水分含量在15.5%～17.5%之間，所以升高的溫度可能還會更高。另外，物料與壓軸、壓模與模孔之間的摩擦，也可使物料升溫5～20 ℃，從而使制粒后顆粒溫度達到70～90 ℃，甚至達到100 ℃左右。一般來說，調質的溫度不低于70 ℃，才能使粉料比較充分的糊化。另外還需一定的糊化時間，一般粉料在調質中滯留15 s 以上，最少的也不低于6 s。

2.2 膨化工序

在擠壓膨化工藝中，物料要充分膨化必須達到以下條件：壓力為3～10 MPa；筒內溫度為150～200 ℃；物料在筒內逗留時間為10～30 s。擠壓產品的干燥、冷卻，通常用帶式二階段干燥、冷卻機，用燃氣或蒸氣間接加熱的熱風為干燥介質，熱風溫度為100～200 ℃。在加工浮性水產餌料時，蒸氣和水的添加量為8%，擠出物通過模頭時的最終壓力為3.45～3.75 MPa，溫度為125～138 ℃，水分為25%～27%。生產沉性餌料時，在調制器內先加入少量的蒸氣，然后加水，混合料離開調質器時的最終水分通常為20%～24%，配合料的溫度在調質筒的出口處達到70～90 ℃，擠出物的水分含量達到28%～30%。生產魚餌料時，擠壓機模頭處的壓力通常是2.63～3.04MPa。非膨化的完全熟化水產餌料，擠壓機模頭處的擠出溫度為120 ℃。

3 影響益生素活性的因素

益生素的本質是活性微生物或其培養物，與其他微生物一樣對溫度、壓力、氧氣等比較敏感。制粒膨化過程中的溫度可達到100~200 ℃，并伴有高濕（容易使物料升溫）、高壓現象，且氧含量低（對需氧桿菌損害尤其大），在該條件下大多數益生素的活性都將受到不同程度的影響。溫度對益生素的影響尤為明顯，乳酸桿菌類益生素，在65～75 ℃下致死。芽孢桿菌類益生素由于含有芽孢，能耐100 ℃的高溫，但飼料制粒膨化過程中可以產生高于100℃的溫度，所以加工對芽孢桿菌的活性仍然存在一定影響。氧的含量主要影響需氧益生素如大多數芽孢桿菌類益生菌的活性。需氧芽孢桿菌進入動物胃腸道在生長繁殖過程中消耗腸內過量氣體，造成厭氧狀態，有利于厭氧益生菌繁殖，使腸道內形成良性生態平衡，抑制有害菌的生長和繁殖。加工過程產生的缺氧狀態必然減少芽孢桿菌數量，并影響其作用效果。此外，飼料加工工藝中的壓力和剪切力，腸道中的酸、鹽、消化液及其他微生物菌群均能影響益生素的活性。使用益生素獲得理想效果的關鍵是動物食入的活菌數量。一般認為，每克日糧中活菌（或孢子）數量以2×105～2×106 為佳，因此益生素的添加效果主要由其活性菌數量所決定。但目前有關在飼料加工過程中造成益生素失活原因的研究報道極少。

4 益生素的發展方向

為避免上述因素對益生素的影響，目前配合飼料工業常采用以下工藝來添加飼用益生素。

a. 利用載體。如乳酸桿菌、雙歧桿菌等對溫度較敏感的活菌制劑，一般先制成預混料后再混入飼料中。但載體尤其是有機物載體中含雜菌數多，水分含量高，因此容易生蟲、霉變，影響產品質量。同時有機物流散性差，而且益生素產品在飼料中添加量少，因此很難混勻，容易影響使用效果。所以選擇理想的載體，避免載體對益生素作用效果產生影響將是一個值得考慮的問題。

b. 使用包被劑。活菌制劑制備中，采用微膠囊包被技術可以較好地保持益生素的穩定性。包埋后微膠囊化形成的是近似球狀的微小顆粒，很容易添加到飼料中。采用一些腸溶衣壁材還能防止胃液對益生素的破壞，從而使更多的菌體到達腸道，真正起到益生素的作用。目前報道比較多的有用海藻酸鈉、硬化油、明膠、果膠等作為壁材，也有報道采用鄰苯二甲酸醋酸纖維為壁材的，包被后的益生素可最大的減少加工溫度對其的影響，但如何保證其在動物消化道內的合適部位及時得到釋放，并發揮最大的效果將成為包被工藝最值得思考的問題。通過對新的包埋材料和方法的研究，從外部解決益生素的失活問題，獲得性能高、穩定性好的益生素產品將是今后的一個發展方向。

c. 選擇合適培養方法培育優良菌株。益生素生產的關鍵之一是獲得足夠多活菌體，因此應采用合適的培養方法，并根據菌株的特點選擇適合其生長的培養基成分及溫度、pH 值、溶氧等環境條件。

此外，隨著基因工程技術的引入，利用遺傳工程技術，培育出具有耐熱、耐酸等抗外界不良環境的特性，以及具有在消化道中特定位點定值的優良菌株將會是今后益生素育種中的一個重點。