การผลิตอาหารสัตว์ด้วย Enterococcus faecium A028 ที่แยกจากทางเดินอาหารไก่

Abstract

วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้ คือ คัดแยกและคัดเลือกแบคทีเรียกรดแลคติก (Lactic Acid Bacteria, LAB) ที่มีคุณสมบัติเป็นโพรไบโอติกส์ ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมต่อการเจริญของ LAB ในกากถั่วเหลืองโดยการหมักแบบแห้ง และเพื่อศึกษาผลของอุณหภูมิการอบแห้งและจลนศาสตร์การอบแห้งของกระบวนการอบแห้งด้วยลมร้อน ในขั้นแรกแบคทีเรียถูกคัดแยกจากทางเดินอาหารไก่ที่มีสุขภาพดี จากแบคทีเรียที่ถูกคัดแยกนี้ พบว่า แบคทีเรียไอโซเลต A028 A040 และ A046 คัดแยกได้จากลา ไส้และ B015 และ B020 คัดแยกได้จากตับ แบคทีเรียเหล่านี้เป็นแบคทีเรียแกรมบวกและแสดงผลของการทดสอบคะตะเลสเป็นลบซึ่งเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของ LAB จากการนำ LABs นี้ไปทดสอบคุณสมบัติโพรไบโอติกส์ในหลอดทดลองในขั้นตอนต่อไป การมีชีวิตของ LAB ถูกทดสอบภายใต้น้ำย่อยจำลองในกระเพาะอาหารที่มีเอนไซม์เปปซิน (Pepsin) ความเข้มข้น 3 mg / mL ที่อุณหภูมิ 41℃ เป็นเวลา 2 ชั่วโมง พบว่าไอโซเลต A028 และ A040 สามารถรอดชีวิตได้ภายใต้สภาวะจำลองนี้ ในขณะที่ไอโซเลต A046 B015 และ B020 ไม่สามารถรอดชีวิตได้ โดยไอโซเลตA028 และ A040 มีจำนวนเซลล์ที่มีชีวิตเท่ากับ 5.372 และ 5.146 log CFU / mL คิดเป็นเปอร์เซ็นต์การรอดชีวิตเท่ากับ 65.97 และ 63.23 % ตามลำดับ นอกจากนี้ LAB ทั้ง 5 สายพันธุ์ สามารถทนต่อสภาวะเกลือน้ำดีที่ 1.0 % (w / v) ความเป็นกรดด่างเท่ากับ 8.0 และการทดสอบการย่อยสารอาหารพบว่าทั้ง 5 ไอโซเลต สามารถย่อยโปรตีนได้ แต่ไม่มีความสามารถในการย่อยไขมันและแป้งนอกจากนี้ทุกไอโซเลต สามารถทนต่อยาปฏิชีวนะเพนิซิลิน วี (penicillin V) เตตราไซคลีน (tetracycline) และคลอแรมเฟนิคอล (chloramphenicol) และสามารถต้านทานเชื้อจุลินทรีย์ก่อโรค Staphylococcus aureus Escherichia coli และ Aeromonas sp. ได้ นอกจากนี้ไอโซเลต A028 และB015 ยังสามารถยับยั้ง Salmonella typhimurium ได้อีกด้วย เมื่อเทียบเคียงสายพันธุ์ LAB ทั้ง5 สายพันธุ์ พบว่าเป็น Enterococcus faecium ทั้งหมด โดยมีความคล้ายคลึงมากกว่า 99 % จากการทดสอบคุณสมบัติของโพรไบโอติกส์ในหลอดทดลอง การย่อยอาหาร ความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ ความต้านทานต่อเชื้อก่อโรคจึงคัดเลือก E. faecium A028 ซึ่งเป็นโพรไบโอติกส์ที่มีศักยภาพสำหรับศึกษาการหมักแบบแห้ง โดยใช้กากถั่วเหลืองและกากน้ำตาลเป็นสารตั้งต้นหลักของการหมักแบบแห้ง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการมีชีวิตของแบคทีเรียขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของกากถั่วเหลืองต่อน้ำและความเข้มข้นของกากน้ำตาล โดยมีจำนวนเซลล์ที่มีชีวิตสูงสุดเท่ากับ9.82 log CFU / g และอัตราการเจริญเติบโตจำเพาะสูงสุด 0.677 h[Superscript -1] เมื่อใช้กากน้ำตาลความเข้มข้น 5 % และอัตราส่วนกากถั่วเหลืองต่อน้ำ ที่ 1 ต่อ 1 เท่า การอบแห้งด้วยลมร้อนถูกใช้เพื่อลดความชื้นของกากถั่วเหลืองหมัก โดยศึกษาผลของอุณหภูมิในการอบแห้งต่อความสามารถในการมีชีวิตของโพรไบโอติกส์และความชื้นของกากถั่วเหลืองหมัก พบว่าการเพิ่มอุณหภูมิในการอบแห้งทำให้ความชื้นลดลงอย่างรวดเร็ว จำนวนเซลล์ที่มีชีวิตของ E. faecium A028 ลดลงเล็กน้อยที่อุณหภูมิการอบแห้งต่ำกว่า 50 ℃ และลดลงมากที่อุณหภูมิ 55 ℃ โดยที่อุณหภูมิ 50 ℃ จำนวนเซลล์ที่มีชีวิตของ E. faecium A028 ลดลงเล็กน้อยเหลือเท่ากับ 96.41 % และความชื้นลดลงต่ำกว่า 10 % และแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ 7 แบบถูกประยุกต์ใช้เพื่อศึกษาจลนศาสตร์การอบแห้ง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าแบบจำลองทางคณิตศาสตร์แบบModified Page เป็นแบบจำลองที่ดีที่สุดในการอธิบายจลนศาสตร์ของการอบแห้งกากถั่วเหลืองหมักโดยมีค่าสัมประสิทธิ์ของการตัดสินใจ (R[Superscript 2]) เท่ากับ 0.9996 ยิ่งกว่านี้แบบจำลอง Modified Page ยังให้ค่ารากที่สองของความคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ย (Root mean square error, RMSE) และค่าไคสแควร์(Chi-square, X[Superscript 2]) น้อยที่สุด และค่าประสิทธิภาพการจำลองแบบ (Modeling efficiency, EF) เป็นแบบจำลองที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

The aims of this study were to screen and select the lactic acid bacteria (LAB) having probiotic properties, study the appropriate condition for growing the selected LAB in soybean meal by solid-state fermentation, and study the effect of drying temperatures and kinetics of hot-air drying process. Firstly, bacteria were screened from the intestinal tract of healthy chicken. Among these bacteria, the isolate A028, A040, and A046 bacteria were screened from the intestine and B015 and B020 bacteria were screened from the liver. These bacteria were gram-positive bacteria and presented a negative result of catalase test which was the basic properties of a LAB. These LABs were further investigated on the in-vitro probiotic properties. The cell viability of LAB was determined under the simulated gastric juice containing 3 mg/mL pepsin at 41 degree Celsius for 2 hours. Under this condition, the isolate A028 and A040 survived while isolate A046, B015, and B020 did not. The isolate A028 and A040 presented the viable cell number for 5.372 and 5.146 log CFU/mL with 65.97 and 63.23 % of survival, respectively. Moreover, these five isolates could tolerate 1.0 % (w/v) bile salt condition at pH 8.0. The nutrient digestions were investigated and found that all isolates could digest protein, but they had no ability to digest lipid and starch. In addition, all isolates could tolerant the penicillin V, tetracycline, and chloramphenicol and showed the antimicrobial activity against Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Aeromonas sp. Moreover, the isolate A028 and B015 could inhibitSalmonella typhimurium. Consequently, all isolates (A028, A040, A046, B015, and B020) were identified as Enterococcus faecium with over 99% identity. According to the investigation of in vitro probiotic properties, nutrient digestion, antibiotic, and antimicrobial activity, E. faecium A028 was selected as the potential probiotic strain for studying solid state fermentation (SSF). Soybean meal (SBM) and molasses were used as the main substrate of SSF. The results showed that bacterial viability depended on the ratios of SBM-to-water and molasses concentration. The highest viable cell number of 9.82 log CFU/g and maximum specific growth rate of 0.677 1/h were obtained at 5% molasses and a 1:1 ratio of SBM-to-water. Hot air-drying was used to decrease the moisture content of fermented soybean meal (FSBM). The effect of drying temperature on probiotic viability and moisture content was examined. Increasing the drying temperature resulted in a rapid decrease of the moisture content. The viable cell number of E. faecium A028 slightly decreased at drying temperatures lower than 50 degree Celsius and was greatly decreased at 55 degree Celsius. At 50 degree Celsius, cell viability of E. faecium A028 was slightly decreased to 96.41% and the moisture content lowered than 10%. Seven mathematical models were further applied to study the drying kinetics. The results demonstrated that Modified Page model was the best fit model for explanation of FSBM drying kinetics, with a coefficient of determination (R[Superscript 2]) of 0.9996. Moreover, the Modified Page model provided the lowest root mean square error (RSME) and chisquare (X[Superscript 2]) and the highest modeling efficiency (EF).