飼用微生物的種類與作用評價

成廷水張 崢李繼光胡竑邠

(1.北京九州互聯(lián)農(nóng)牧科技有限公司，北京 100029；2.智薈生物科技（武漢&株洲）有限公司，湖南株洲 412007)

目前，食品安全和養(yǎng)殖污染是影響飼料畜牧業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的兩大問題，這兩大問題又與動物疾病、動物生產(chǎn)潛能的發(fā)揮息息相關(guān)。飼用微生物作為綜合解決以上問題的方案之一，已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)較大范圍的認可，本文對普遍使用的芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌的作用作簡略評價。

1 中美飼用微生物種類的比較

飼用微生物，僅指活菌制劑（益生菌），即有生命的微生物，其中應(yīng)用最廣泛的是芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌。農(nóng)業(yè)部征求意見稿的《飼料添加劑品種目錄》中允許使用的微生物主要有：乳酸菌22種、丙酸桿菌1種、芽孢桿菌7種、酵母菌2種、曲霉菌2種、光合細菌1種等五大類，其中乳酸菌含雙歧桿菌屬6種、腸（鏈）球菌屬4種、乳桿菌屬10種、片球菌屬2種，芽孢桿菌含芽孢桿菌屬6種及芽孢桿菌科梭菌屬丁酸梭菌種，也有文獻把丁酸梭菌（僅用于斷奶仔豬和42日齡前肉雞，短期使用）歸于厚壁菌門梭菌目梭菌綱梭菌目梭菌科。美國FDA批準使用的微生物有乳桿菌屬（13種）、雙歧桿菌屬（6種）、腸球菌屬（2種）、鏈球菌屬（5種）、明串珠菌屬（1種）、片球菌屬（3種）、芽孢桿菌屬(5種)、乳球菌屬(1種)、丙酸桿菌屬(2種)、擬桿菌屬（4種）、酵母菌屬（3種）、曲霉菌屬（2種）等12個屬47種，不包括丁酸梭菌。根據(jù)Bresy細菌學分類法，前6屬同屬于乳酸菌類別（一說腸球菌屬歸于鏈球菌屬），其中30種是乳酸菌。

2 芽孢桿菌的種類及作用評價

芽孢桿菌歸屬于細菌界厚壁菌門桿菌綱芽孢桿菌目芽孢桿菌科，包括芽孢桿菌屬、芽孢乳桿菌屬、梭菌屬、脫硫腸球菌屬、芽孢入疊球菌屬，芽孢桿菌屬目前已知共有107個種，模式生物是枯草芽孢桿菌，通常所說有益的作為飼料添加劑使用的芽孢桿菌都是屬于芽孢桿菌屬，即枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌、遲緩芽孢桿菌、短小芽孢桿菌等五種。芽孢是芽孢桿菌的特征生命形態(tài)——休眠體，芽孢對熱、干燥、輻射、某些化學消毒劑和理化因素有較強的抵抗力，這可能與芽孢獨具的高含量吡啶二羧酸有關(guān)，如果該類活菌制劑不是以芽孢形式存在，而以營養(yǎng)體形式存在，則抵抗力大大降低。

2.1 不同芽孢桿菌的評價

芽孢桿菌作為活菌，不同菌株作用差異很大，從目前獲得的菌株共性上比較有以下差異：

2.1.1 枯草芽孢桿菌最穩(wěn)定，耐受性最強，最活躍，著床快，脫落也快，從而對降低腸黏膜的代謝率和能量消耗、提高非特異免疫應(yīng)激有一定作用。枯草芽孢桿菌在所有芽孢桿菌中營養(yǎng)代謝產(chǎn)物最豐富，能合成蛋白酶、淀粉酶、酪蛋白酶、明膠酶等，但是代謝低分子脂肪酸能力不如地衣芽孢桿菌和凝結(jié)芽孢桿菌，其代謝的抗菌物質(zhì)——枯草菌素一般對革蘭氏陰性菌發(fā)生作用。

2.1.2 地衣芽孢桿菌是生產(chǎn)短桿菌肽的主要菌種，所以其代謝短桿菌肽的能力很強,主要對革蘭氏陽性菌發(fā)生作用，特別對水生動物腸炎有較明顯作用。地衣芽孢桿菌的反硝化能力超過枯草芽孢桿菌，低于短小芽孢桿菌，地衣芽孢桿菌的短板在于營養(yǎng)代謝產(chǎn)物不多及不夠活躍，消化酶和B族維生素的代謝能力遠低于枯草芽孢桿菌。

2.1.3 凝結(jié)芽孢桿菌又稱乳酸芽孢桿菌，是所有芽孢桿菌中制菌作用最強的，也是單價最高的，其代謝乳酸能力雖然不如乳酸菌，但是耐受性遠優(yōu)于后者，凝結(jié)芽孢桿菌同時有一些特征作用，如代謝出的凝結(jié)素能治療飼料霉菌毒素導致的腸道炎癥，某些凝結(jié)芽孢桿菌甚至能分解霉菌毒素，而且對水生藍藻有較強殺滅能力，凝結(jié)芽孢桿菌的短板與地衣芽孢桿菌近似。

2.1.4 遲緩芽孢桿菌是研究較少的一種芽孢桿菌，其主要作用是分解甘露聚糖生成甘露寡糖，并有一定固定分子態(tài)氮的能力，從而提高日糧中蛋白質(zhì)的利用。

2.1.5 短小芽孢桿菌性狀穩(wěn)定，耐受性強，可以循環(huán)利用，是所有芽孢桿菌中反硝化作用最明顯的菌種，對于養(yǎng)殖場化學需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)排放的環(huán)境凈化作用顯著，能顯著降低水產(chǎn)養(yǎng)殖中氨氮和亞硝酸鹽含量，但是短小芽孢桿菌營養(yǎng)代謝產(chǎn)物很不豐富，除能合成葡聚糖酶外其余代謝產(chǎn)物乏善可陳。

2.2 芽孢桿菌的使用

芽孢桿菌最大的使用優(yōu)點是性價比優(yōu)異，其功能全面，使用成本遠低于乳酸菌和酵母菌，耐受性好，使用范圍更加廣。芽孢桿菌的液體發(fā)酵工藝已經(jīng)日臻成熟，我國芽孢桿菌生產(chǎn)工藝處于國際領(lǐng)先地位并有一些出口，目前已經(jīng)能規(guī)?；a(chǎn)出芽孢形成率達到99%以上，每克產(chǎn)品含單菌10 000億CFU以上的枯草芽孢原粉，從而大幅降低了單菌的成本。因為不同芽孢的功能多樣化，所以需要定向發(fā)酵再按照動物需求精確復(fù)配才有意義，而只有降低了單菌成本才能形成動物日糧單位使用成本相對較低的高品質(zhì)、多功能的芽孢桿菌復(fù)配制劑。期望以芽孢桿菌完全代替藥物添加劑預(yù)防治療消化道疾病是不太現(xiàn)實的，所有芽孢桿菌的弱勢都在于在腸道定殖時間短，往往在使用后第7 d在動物腸道中就較難發(fā)現(xiàn)充分的孢子體，在應(yīng)用中往往只能觀察到生產(chǎn)性能的提高，在某些季節(jié)、某些養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境下、某些特征動物上能觀察到消化道疾病的減少。

3 酵母菌的種類和作用評價

中國允許使用的飼用酵母菌有釀酒酵母和產(chǎn)朊假絲酵母。酵母菌專性或兼性厭氧，在缺氧時，最終把糖分解成酒精和二氧化碳，在有氧時生長更快，最終把糖分解成二氧化碳和水。

3.1 不同酵母菌的作用評價

酵母菌易于培養(yǎng)，生長迅速，定植于小腸中段，是人類文明史中被應(yīng)用最早的微生物，也是世界上研究最多的微生物之一，其模式生物是釀酒酵母。

3.1.1 釀酒酵母又稱啤酒酵母，歸屬于真菌界子囊菌門半子囊菌綱內(nèi)孢霉目酵母科。釀酒酵母細胞本身含有豐富的蛋白質(zhì)和完整的B族維生素，并可胞外分泌多種酶，如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等，活酵母可加強對營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用，促進腸蠕動，對改善母豬便秘有一定功效，奶牛精料中用于對瘤胃微生物的調(diào)控和對飼料原料的發(fā)酵。與芽孢桿菌比較，釀酒酵母本身營養(yǎng)豐富，但性狀不夠穩(wěn)定，生物奪氧能力遠低于芽孢桿菌，其代謝的產(chǎn)物不像芽孢多樣化，尤其對于益生菌素的代謝合成是其短板。

3.1.2 產(chǎn)朊假絲酵母又稱產(chǎn)朊圓酵母，歸屬于不完全菌門蓯梗孢目隱球酵母科，能利用葡萄糖、蔗糖和一些棉籽糖，不能利用乳糖、半乳糖、麥芽糖，能同化銨鹽和硝酸鹽,不分解蛋白質(zhì)和脂肪,最適生長溫度25～27℃，最適pH值4.5～6.5。產(chǎn)朊假絲酵母在工業(yè)中是極為重要的微生物，用于生產(chǎn)谷胱甘肽、一些氨基酸和一些特征酶。較之釀酒酵母，它性狀更加穩(wěn)定，生長營養(yǎng)要求低，而且細胞密度高，細胞體中蛋白質(zhì)和維生素高于釀酒酵母。

3.2 酵母菌的使用

活性干酵母可以調(diào)節(jié)動物腸道菌群平衡，但是實際應(yīng)用中，活性干酵母的應(yīng)用范圍遠不及酵母菌失活體和酵母培養(yǎng)物（YC）?；罱湍副旧黼m然營養(yǎng)成分豐富，如果不破壁，一些功效性成分很難被釋放激活。酵母菌失活體指破壁酵母、酵母細胞壁、酵母內(nèi)容物等，酵母細胞壁的主要成分是甘露寡糖、β-葡聚糖、糖蛋白，可對動物疾病和環(huán)境因素導致的應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生非特異免疫力并有一定吸附分解霉菌毒素的能力，高品質(zhì)產(chǎn)品有一定的治療價值。酵母內(nèi)容物氨基酸組成比例近于理想狀態(tài)，特別是賴氨酸含量較高，其中B族維生素豐富完整，并多以易被吸收的磷酸酯形式存在，并含有2%～5%的微量元素螯合物、4%～8%的核糖核酸等多種成分。酵母培養(yǎng)物是在特定工藝條件控制下由酵母在特制的培養(yǎng)基上經(jīng)過充分發(fā)酵后所形成的，不僅含有酵母細胞壁及酵母內(nèi)容物，而且還含有發(fā)酵后變異的培養(yǎng)基、發(fā)酵代謝產(chǎn)物及少量已無活性的酵母細胞，功效包括：營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收利用、腸道的生物-生態(tài)修復(fù)、非特征免疫體系與疾病及健康、畜產(chǎn)品的品質(zhì)風味色澤、養(yǎng)殖排放的控制等五大方面。

4 乳酸菌的種類和使用

除雙歧桿菌屬于放線菌門雙歧桿菌目外，所有乳酸菌同屬厚壁菌門桿菌綱乳桿菌目，下設(shè)腸球菌科、乳酸菌科、明串珠菌科、鏈球菌科，共有9屬76種（一說18屬），目前主要作為飼料添加劑使用的是糞鏈球菌、屎鏈球菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、乳酸鏈球菌等8種，都是革蘭氏陽性菌，可利用碳水化合物代謝產(chǎn)生乳酸、丙酸等一些有機酸，能分解蛋白質(zhì)，有些能分解脂肪，嚴格厭氧或兼性厭氧，能耐受胃酸和膽鹽，但是耐熱性能很差，如未經(jīng)過一些處理，儲存溫度超過30℃、4 h以上，存活率降到50%以下，一些菌株不能接觸氧氣，需要真空包裝儲存。

4.1 不同乳酸菌的性能

不同乳酸菌的耐受性、代謝產(chǎn)物、特征功效差異較大，需要單獨分析。

4.1.1 雙歧桿菌在乳酸菌群中耐熱性較差，產(chǎn)酸能力不顯著，但是代謝產(chǎn)生各種B族維生素、合成氨基酸能力強，還能通過抑制某些維生素分解菌來保障維生素的供應(yīng)，所以在促進仔豬生長發(fā)育、提高日增重和飼料報酬方面作用優(yōu)異。雙歧桿菌在腸道內(nèi)吸收利用吲哚、胺等含氮有害物質(zhì)，抑制腐敗菌，從而降低血氨最終改善肝臟功能。

4.1.2 糞鏈球菌、屎鏈球菌又稱糞腸球菌、屎腸球菌，屬于腸球菌科。耐熱性優(yōu)于雙歧桿菌，產(chǎn)酸能力超過植物乳酸菌、乳酸片球菌，是目前已知的乳酸菌群中產(chǎn)酸能力最強的菌種。屎鏈球菌耐熱性能在所有乳酸菌中表現(xiàn)優(yōu)異，多數(shù)菌株可常溫保存4個月以上，成活率達到75%左右。糞鏈球菌代謝產(chǎn)生乳酸菌生長因子酶系及控制內(nèi)毒素的酶系，從而促進腸道內(nèi)其余乳酸菌的生長，降低腸道內(nèi)毒素的危害。屎鏈球菌對腸道絨毛上皮細胞有較強的營養(yǎng)作用，能促進腸道組織形態(tài)的病后恢復(fù)。但是糞鏈球菌和屎鏈球菌本身又是條件性致病菌，安全性不高。

4.1.3 嗜酸乳桿菌，耐熱性和耐酸性都較好，本身產(chǎn)酸能力一般，過氧化氫代謝能力強，對大腸桿菌、沙門氏菌、梭菌等過氧化氫陽性細菌拮抗作用強，并有助于腸道正常菌群的平衡。對腸道黏膜上皮細胞表面和膜受體吸附作用強，占位性抑制多數(shù)腸道致病菌對黏膜上皮細胞的吸附。代謝產(chǎn)生嗜酸菌素，對頑固型腹瀉和部分病毒有抑制作用。

4.1.4 植物乳桿菌，應(yīng)用研究較少，嚴格厭氧，耐熱性較差，產(chǎn)酸能力較強，適合應(yīng)用于幼畜禽，刺激特異性免疫應(yīng)答能力強，促進血清中IgA、IgG、IgM水平，強化體液免疫。

4.1.5 乳酸鏈球菌，嚴格厭氧，耐熱性僅次于屎鏈球菌，產(chǎn)生獨特的乳鏈菌素（一種多肽結(jié)構(gòu)）能力強，能殺死李斯特菌、金黃色葡萄球菌等特征有害菌。

4.1.6 片球菌，包括乳酸片球菌、戊糖片球菌，耐熱性能差，產(chǎn)酸能力強，能殺死大腸桿菌、沙門氏菌、梭菌等過氧化氫陽性細菌。

4.2 乳酸菌的應(yīng)用研究方向

近些年來，隨著對乳酸菌代謝特性和發(fā)酵機理的認識，已經(jīng)有一些成熟產(chǎn)品應(yīng)用于畜牧業(yè)，但是因為使用成本的限制，田間試驗數(shù)據(jù)較少，雖然單位產(chǎn)品中乳酸菌的數(shù)量和發(fā)酵濃度有所上升，但是耐受性仍然較差，研究方向有菌株選擇、制粒、包被等，但是多數(shù)仍不成熟，仍未達到有足夠的活菌數(shù)到達病灶部位，不能達到治療劑量標準。但是，在所有益生菌制劑中，乳酸菌為飼料畜牧業(yè)提供了一條高效的解決方案，我們不能因噎廢食，只有從業(yè)者大量參與，嚴謹論證，才能找到穩(wěn)定發(fā)揮乳酸菌巨大效能的方法。我們使用乳酸菌，一方面是調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，抑制有害菌、促生有益菌，一方面是利用其在體內(nèi)發(fā)酵的代謝產(chǎn)物，如酶、乳酸、維生素、乳酸菌素等。在提高乳酸菌耐受性方向遇到困難時，一些廠商把方向轉(zhuǎn)向乳酸菌代謝產(chǎn)物——乳酸菌培養(yǎng)物，即用發(fā)酵工程學理論，接種豐富各異的乳酸菌群到發(fā)酵基質(zhì)及乳酸菌特征營養(yǎng)因子（如一些微量元素、維生素）中，經(jīng)過嚴格的生物學控制和發(fā)酵工藝控制，以豐富而高品質(zhì)的乳酸菌代謝產(chǎn)物和發(fā)酵后變異的培養(yǎng)基為最終發(fā)酵目標（類似酵母培養(yǎng)物），從而大幅提高動物的生產(chǎn)性能，減少動物養(yǎng)殖中疾病發(fā)生率和藥物使用量的技術(shù)措施，取得了一定的成功。

5 結(jié)語

飼用微生物種類繁多，作用各異，作為解決食品安全、養(yǎng)殖污染、動物疾病、動物生產(chǎn)性能這四大糾結(jié)問題的方案之一，就必須依靠業(yè)內(nèi)認識高度的統(tǒng)一、國家政策的關(guān)注、行業(yè)門檻的提升、生物技術(shù)的突破，目前，技術(shù)方向和措施已經(jīng)有了一定深度的研究，飼用微生物科學和技術(shù)必將為我國的飼料畜牧業(yè)健康發(fā)展起到應(yīng)有的作用。