布拉酵母菌高密度培养技术及微胶囊的制备

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布拉酵母(Saccharomyces boulardii)具有降解肠道毒素、增强肠道免疫和促进消化等益生作用,在临床上主要用于治疗肠炎、消化不良和肠道菌群失调等疾病。布拉酵母在动物养殖中也表现出良好效果,作为饲料添加剂已得到许多国家的认可。为提高布拉酵母菌生物量和对消化液的耐受能力,对其发酵培养基和高密度培养工艺进行优化,利用喷雾干燥法制备布拉酵母菌微胶囊。在此基础上进行动物实验,进一步研究布拉酵母菌微胶囊对仔鸡生长性能的影响。本研究主要结果如下:1.采用单因素实验和Plackett-Burman实验对培养基成分和显著因子进行筛选。确定影响布拉酵母菌生长的主要成分为:葡萄糖、蛋白胨、硝酸钾、玉米浆、酵母营养盐、磷酸二氢钾、硫酸镁,其中葡萄糖、蛋白胨和玉米浆为显著影响因子。对显著因子进行中心组合实验(central composite design,CCD),通过人工神经网络(artificial neural network,ANN)和响应面法(response surface methodology,RSM)建立菌体生物量与培养基之间的关系模型。结果表明:ANN模型有着更好的数据拟合能力和预测能力。2.利用遗传算法(genetic algorithm,GA)进行全局寻优,获得最佳培养基组成:葡萄糖40.52 g/L、蛋白胨36.8 g/L、玉米浆17.32 g/L、硝酸钾14 g/L、酵母营养盐1.5 g/L、磷酸二氢钾0.6 g/L、硫酸镁0.8 g/L。利用该培养基进行摇瓶培养,生物量达到8.21 g/L,比优化前提高了1.39倍。在此基础上利用1L发酵罐培养,确定发酵工艺参数:温度30℃、接种量10%、pH 5.0、溶氧40%。利用50 L发酵罐进行扩大培养,在发酵中后期控制发酵液中葡萄糖3 g/L、氨氮0.06g/L,发酵结束时布拉酵母菌生物量达到51.21 g/L。3.为提高布拉酵母对消化环境的耐受能力,采用喷雾干燥法制备微胶囊。考察变性淀粉、β-环糊精和明胶三种壁材的比例对微胶囊有效活菌数的影响,在此基础上,通过单因素法和正交实验对喷雾干燥工艺参数进行优化。结果表明最佳工艺条件为:变性淀粉、β-环糊精和明胶比例为6:3:5,壁材浓度16%、进风温度80℃、通气量550 L/min、上料速度15 mL/min。各因素对喷雾干燥工艺的影响程度为:进风温度>壁材浓度>上料速度>通气量。4.采用最优条件制备布拉酵母微胶囊,扫描电镜表征(SEM)显示:微胶囊呈球形,表面紧密无裂缝,绝大多数粒径分布范围在100180μm,平均粒径为138.65μm。微胶囊中有效活菌数为1.48×1010 CFU/g,经人工模拟胃液处理2h后存活率为90.57%,经人工模拟肠液中处理1.5 h后基本实现完全释放,表现出有较好的耐酸性和肠溶性。5.为研究布拉酵母菌微胶囊对仔鸡生长性能的影响,将120只1日龄健康仔鸡随机分成6个组,其中对照组和实验组各3个重复。实验组添加6‰的微胶囊,进行为期6周的饲养实验。结果表明:实验组仔鸡的平均体重分别为791.04、803.58和816.72 g,对照组的平均体重分别为637.28、631.96和643.49 g,实验组仔鸡体重与对照组仔鸡体重差异极为显著(P<0.01)。实验组的平均采食量比对照组高出12.62%,平均料肉比降低了10.63%。布拉酵母微胶囊能够提高仔鸡的采食量和饲料利用率,具有促进生长的作用。
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