微生態(tài)制劑在畜禽飼料中的應(yīng)用研究進(jìn)展

賓冬梅，楊 燦(衡陽(yáng)師范學(xué)院生命科學(xué)與環(huán)境學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421008)

隨著生活水平的提高，食品安全的問(wèn)題逐漸被人們重視，而畜禽肉作為人們?nèi)粘Ｊ澄镏胁豢扇鄙俚娜忸?lèi)食品，其安全性受到廣泛的關(guān)注。抗生素的使用能殺死致病菌，同時(shí)殺死宿主腸道內(nèi)的正常微生物使宿主腸道內(nèi)正常菌群的平衡被打破，頻繁使用還會(huì)導(dǎo)致病原菌產(chǎn)生抗藥性，并隨著畜產(chǎn)品進(jìn)入人體，對(duì)人體造成危害。目前，尋求能夠替代抗生素作為動(dòng)物飼料的添加劑已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)［1］。因此，微生態(tài)制劑因其無(wú)毒、無(wú)殘留、無(wú)副作用等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，它既能避免頻繁使用抗生素而導(dǎo)致的毒副作用，又能增強(qiáng)畜禽的生產(chǎn)性能，改善產(chǎn)品的品質(zhì)。微生態(tài)制劑在畜禽飼料中的應(yīng)用出現(xiàn)了許多研究成果，并形成一定的產(chǎn)業(yè)。筆者對(duì)微生態(tài)制劑的使用與現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述。

1 微生態(tài)制劑

1.1 微生態(tài)制劑的定義與分類(lèi) 微生態(tài)制劑是指在微生態(tài)學(xué)理論的指導(dǎo)下，調(diào)節(jié)與保持宿主體內(nèi)微生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定的有益微生物及其代謝產(chǎn)物和選擇性促進(jìn)宿主體內(nèi)有益微生物群落生長(zhǎng)的物質(zhì)制劑總稱(chēng)［2］。目前，微生態(tài)制劑按成分被大致分為3種:益生菌、益生元和合生元［3］。益生菌制劑又稱(chēng)益生素，是指將活菌制劑投入動(dòng)物飼料中，飼喂后進(jìn)入宿主的內(nèi)環(huán)境，通過(guò)提高宿主體內(nèi)有益菌群的微生態(tài)系統(tǒng)的平衡，并使宿主的身體健康和生產(chǎn)性能得到提高的活菌制劑及其代謝產(chǎn)物。益生元制劑是指可以促進(jìn)宿主體內(nèi)益生菌生長(zhǎng)和繁殖的物質(zhì)，從而抑制有害菌的生長(zhǎng)，保持機(jī)體健康的狀態(tài)。合生元制劑是指將益生元與益生菌并用的制劑。這種混合制劑綜合了前2種制劑的優(yōu)點(diǎn)，所以它既能促進(jìn)益生菌數(shù)量的增加，又能有效發(fā)揮益生菌的生理活性，使得宿主體內(nèi)的益生菌更高效更持久地發(fā)揮作用。因此，微生態(tài)制劑的發(fā)展將會(huì)朝向合生元這一方面。目前，在微生態(tài)制劑中常用的菌種有乳酸桿菌類(lèi)、芽孢桿菌類(lèi)及酵母類(lèi)等［4］。

1.2 微生態(tài)制劑的應(yīng)用 微生態(tài)制劑主要應(yīng)用在臨床、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域。在臨床應(yīng)用上，微生態(tài)制劑常用于治療炎癥性腸病、腹瀉、腸易激惹綜合征、抗幽門(mén)螺旋桿菌感染等。目前，市場(chǎng)上出售的微生態(tài)制劑產(chǎn)品有很多品種，劑型以片劑、液體制劑、膠囊劑、顆粒劑等，如麗珠腸樂(lè)、整腸生、媽咪愛(ài)、金雙歧等。

畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要包括豬、雞、羊、牛等畜禽動(dòng)物生產(chǎn)。微生態(tài)制劑主要被用作飼料添加劑，目前常用的有芽孢桿菌、乳酸桿菌、酵母菌、光合細(xì)菌及霉菌等。微生態(tài)制劑的作用主要在防治疾病、免疫調(diào)節(jié)、提高生產(chǎn)性能和改善環(huán)境等。

在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，微生態(tài)制劑主要有光合細(xì)菌、乳酸桿菌、芽孢桿菌、硝化細(xì)菌等，其不僅被用作飼料的來(lái)源，而且能調(diào)控水生態(tài)系統(tǒng)，在養(yǎng)殖水環(huán)境修復(fù)被廣泛應(yīng)用。

1.3 微生態(tài)制劑的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 國(guó)外早在20世紀(jì)初就開(kāi)始研究微生態(tài)制劑［5］。目前美國(guó)允許直接飼喂的微生物種類(lèi)達(dá)43種，其中嗜酸乳桿菌、糞鏈球菌和枯草桿菌、酵母菌、米曲霉等已進(jìn)行商品化生產(chǎn)?？莶輻U菌、納豆芽抱桿菌、乳酸桿菌、乳酸球菌、酪酸菌等主要在日本用作微生態(tài)制劑使用。目前，國(guó)外生產(chǎn)最多的是從土壤中分離Toyoi菌(孢子型桿菌培養(yǎng)物)、酪酸菌及Bifid菌(初代培養(yǎng)雙歧桿菌)。

我國(guó)微生態(tài)制劑的研究起步較晚，開(kāi)始于20世紀(jì)70年代，我國(guó)已批準(zhǔn)使用的微生態(tài)制劑菌株有蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、乳酸桿菌、乳酸球菌和酵母菌等，生產(chǎn)企業(yè)已達(dá)幾十家，主要集中分布在北京、河北、遼寧、廣東、山東等地區(qū)。隨著微生態(tài)制劑的應(yīng)用效果突顯及人們食品安全意識(shí)的日益增強(qiáng)，微生態(tài)制劑作為畜禽動(dòng)物飼料添加劑的應(yīng)用得到了大力的推廣。2013年我國(guó)的微生態(tài)制劑銷(xiāo)量達(dá)15萬(wàn)t，產(chǎn)值達(dá)20.3億元;2016年，市場(chǎng)需求量將達(dá)55萬(wàn)t，產(chǎn)值將達(dá)169.4 億元［6］。

2 微生態(tài)制劑的研究進(jìn)展

2.1 微生態(tài)制劑的作用機(jī)理 微生態(tài)制劑中的活菌作為宿主體內(nèi)環(huán)境中的有益微生物，具有定植性、排他性、分解性和繁殖性，對(duì)致病菌卻能起到一定的拮抗作用或分解作用。一旦進(jìn)入宿主體內(nèi)，能夠迅速地參與到宿主體內(nèi)微生態(tài)系統(tǒng)中，其作用機(jī)理與微生物的生理代謝和微生物的生長(zhǎng)繁殖相關(guān)［7－8］。

2.1.1 優(yōu)勢(shì)種群理論。宿主腸胃與正常微生物群落構(gòu)成一個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)。若是在宿主的健康狀態(tài)下，這個(gè)區(qū)系是處于一個(gè)平衡的狀態(tài)，其中的某些起著決定作用的優(yōu)勢(shì)種群對(duì)整個(gè)群落起控制作用。一旦這些優(yōu)勢(shì)種群被更替，微生態(tài)平衡遭到了破壞，病原微生物很快就能占據(jù)優(yōu)勢(shì)，接著引發(fā)各種疾?。?］。使用微生態(tài)制劑，能補(bǔ)充并恢復(fù)優(yōu)勢(shì)菌群數(shù)量，調(diào)整菌群失衡，同時(shí)及分泌物能控制病原微生物的生長(zhǎng)，達(dá)到防病治病的目的。

2.1.2 屏障理論。宿主體內(nèi)的微生物及其分泌產(chǎn)物可以構(gòu)建自身的生物屏障和化學(xué)屏障。生物屏障是指在皮膚上皮細(xì)胞或粘膜之間原有的正常菌群，通過(guò)定植保護(hù)作用干擾外來(lái)致病菌的占位與定植所形成的菌群膜。化學(xué)屏障是指腸道內(nèi)主要菌群分泌可以阻止病原微生物在動(dòng)物體內(nèi)定植甚至殺滅病原微生物的代謝產(chǎn)物，如乳酸、乙酸、過(guò)氧化氫、丙酸與細(xì)菌素等。

2.1.3 生物奪氧理論。母體內(nèi)的人或動(dòng)物處于一個(gè)無(wú)菌的狀態(tài)，但出生后不久就會(huì)先后被需氧菌、兼性厭氧菌、厭氧菌［10］所定植。需氧菌和兼性厭氧菌的生長(zhǎng)，導(dǎo)致大量的氧被消耗掉，當(dāng)氧基本被消耗殆盡時(shí)，宿主體內(nèi)形成厭氧環(huán)境，厭氧菌開(kāi)始大量增殖，在整個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)首位并保持平衡，成為宿主體內(nèi)的優(yōu)勢(shì)種群。利用有益微生物消耗掉宿主胃腸道內(nèi)環(huán)境中的氧，營(yíng)造腸道優(yōu)勢(shì)厭氧菌群的生長(zhǎng)環(huán)境，達(dá)到有益微生物的動(dòng)態(tài)平衡。

2.1.4 增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。微生態(tài)制劑中的活菌能夠產(chǎn)生一定的抗菌物質(zhì)，也可以產(chǎn)生一些非特異性的免疫調(diào)節(jié)因子，還能進(jìn)一步提高動(dòng)物巨嗜細(xì)胞的活性以及抗體水平，通過(guò)這種方式來(lái)激發(fā)宿主的細(xì)胞免疫和體液免疫，并加強(qiáng)機(jī)體的抗病力和免疫力。

2.2 微生態(tài)制劑的生產(chǎn) 動(dòng)物微生態(tài)制劑的生產(chǎn)流程一般包括:選種、培養(yǎng)、發(fā)酵、濃縮、吸附、干燥、稀釋混合、包裝、質(zhì)檢等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。根據(jù)發(fā)酵工藝的不同，常用于制作微生態(tài)制劑的方法有液體深層發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵和液固兩相發(fā)酵。

2.2.1 液體深層發(fā)酵。液體深層發(fā)酵是將活化后的菌種接種到深層發(fā)酵罐發(fā)酵，再經(jīng)過(guò)濃縮、過(guò)濾或載體吸附、干燥得到的活菌制劑。液體深層發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下方面:微生物生長(zhǎng)在懸浮狀態(tài)，有利于活菌、產(chǎn)物、底物的擴(kuò)散，發(fā)酵的全過(guò)程都是在均質(zhì)的條件下進(jìn)行，能控制和檢測(cè)，便于運(yùn)輸及機(jī)械化操作，有利于規(guī)?；a(chǎn)。此外，液態(tài)發(fā)酵控制系統(tǒng)和發(fā)酵設(shè)備已逐漸完善并廣泛應(yīng)用。但是，液體深層發(fā)酵也有孢子數(shù)量少、孢子耐受力差、不易保存及設(shè)備投資大、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)，適用于人用微生態(tài)制劑的生產(chǎn)，如“整腸生”、“麗珠得樂(lè)”等。

2.2.2 固態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵是指利用農(nóng)作物纖維素顆粒(如稻殼、麩皮、米糠等)作為原料，利用微生物在沒(méi)有或幾乎沒(méi)有游離水的固態(tài)基質(zhì)上的發(fā)酵方法。此發(fā)酵過(guò)程中幾乎沒(méi)有游離水，微生物附著在固態(tài)基質(zhì)表面，并從中吸收水分、碳源、氮源、無(wú)機(jī)物和其他營(yíng)養(yǎng)物，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程與微生物在自然狀態(tài)下相似，其發(fā)酵得到的產(chǎn)品高。目前，固態(tài)發(fā)酵法的研究不斷深入，逐步開(kāi)發(fā)出填充床生物反應(yīng)器、壓力脈沖生物反應(yīng)器、轉(zhuǎn)鼓式生物反應(yīng)器等固態(tài)發(fā)酵設(shè)備。但是，因其不能使用密閉式接種，菌體分離、濃縮、提取技術(shù)較難，以致于該法的使用具有一定局限性。

2.2.3 液固兩相發(fā)酵。液固兩相發(fā)酵是指利用液體發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的菌絲利用密閉管道泵送到固體發(fā)酵罐中進(jìn)行固體發(fā)酵的發(fā)酵方式。它結(jié)合了液體發(fā)酵菌量大、周期短和固體發(fā)酵菌體活力高、成本低、酶系豐富等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于動(dòng)物飼料添加劑的生產(chǎn)。但是，關(guān)鍵在于能否找到適合的液體種子培養(yǎng)基以及與之搭配的固體發(fā)酵培養(yǎng)。

3 微生態(tài)制劑在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

3.1 微生態(tài)制劑在豬飼料中的應(yīng)用 仔豬在斷奶過(guò)程中會(huì)因?yàn)榄h(huán)境、營(yíng)養(yǎng)和管理等一系列變化而受到各種應(yīng)激影響。在應(yīng)激時(shí)會(huì)導(dǎo)致腸道中大腸桿菌數(shù)量的增多和乳酸菌數(shù)量的減少。但是，在仔豬的飼料中添加一定的微生態(tài)制劑有利于仔豬體內(nèi)有益微生物的繁殖，抑制有害菌的生長(zhǎng)，并能使仔豬腸道內(nèi)的pH降低，增加各種酶的活性，進(jìn)而促進(jìn)仔豬健康和提高其生產(chǎn)性能。Huang等［11］研究表明在斷奶仔豬飼料中添加乳酸菌復(fù)合物能對(duì)其平均日增重有顯著提高作用。Giang等［12］報(bào)道在豬生長(zhǎng)過(guò)程的日糧中添加復(fù)合微生態(tài)制劑，能提高其飼料轉(zhuǎn)化效率、生長(zhǎng)性能以及養(yǎng)分消化率。張建梅等［13］報(bào)道日糧中添加復(fù)合微生態(tài)制劑可以顯著降低斷奶仔豬的料重比，提高仔豬的生長(zhǎng)速度。

3.2 微生態(tài)制劑在雞飼料中的應(yīng)用 在產(chǎn)蛋雞的飼料中添加合適的微生態(tài)制劑后，微生態(tài)制劑中的有益微生物就會(huì)迅速在產(chǎn)蛋雞體內(nèi)生長(zhǎng)繁殖，并能產(chǎn)生多種有利于降解飼料中脂肪、多糖和蛋白質(zhì)的酶類(lèi)。微生態(tài)制劑在產(chǎn)蛋雞體內(nèi)還可以產(chǎn)生多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸、未知生長(zhǎng)因子和B族維生素等。許蘭嬌等［14］用產(chǎn)蛋白酶的益生菌制備成益生素飼喂肉雞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)益生菌能提高肉雞體內(nèi)的蛋白酶活力，提高肉雞的飼料轉(zhuǎn)化率、日增重和產(chǎn)蛋率。羅曉花等［15］研究了微生態(tài)制劑對(duì)肉雞生產(chǎn)性能的影響，將400只雞隨機(jī)分為2組，每組200只，試驗(yàn)組飼料中添加微生態(tài)制劑，按微生態(tài)制劑與基礎(chǔ)日糧5∶100的比例混合拌勻，每天拌1次，拌量為1 d的飼料用量，使拌好的飼料在1 d內(nèi)用完，而對(duì)照組飼喂基礎(chǔ)日糧，結(jié)果表明在肉雞飼料中添加微生態(tài)制劑可以提高肉雞的產(chǎn)蛋率，并降低料蛋比。

3.3 微生態(tài)制劑在反芻動(dòng)物飼料中的應(yīng)用 新生反芻動(dòng)物的胃腸道內(nèi)幾乎是處于一個(gè)無(wú)菌的狀態(tài)，pH也比較緩和，基本接近中性，在這樣的環(huán)境下對(duì)腸道病原菌的生長(zhǎng)是最有利的［16］。飼喂微生物制劑可以促進(jìn)其瘤胃發(fā)育和調(diào)節(jié)瘤胃pH，并能促進(jìn)犢牛提前斷奶。周盟［17］和董曉麗［18］以枯草芽孢桿菌和植物乳酸桿菌為研究對(duì)象，分別給哺乳期犢牛飼喂基礎(chǔ)日糧(CT組)、基礎(chǔ)日糧+植物乳酸桿菌(LB組)、基礎(chǔ)日糧+植物乳酸桿菌+枯草芽孢桿菌(LBS組)，測(cè)定微生態(tài)制劑對(duì)營(yíng)養(yǎng)素消化率的影響，結(jié)果表明，飼喂植物乳酸桿菌及其與枯草芽孢桿菌組合菌的犢牛，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如干物質(zhì)、粗脂肪有機(jī)物)的表觀消化率提高，特別是磷的表觀消化率顯著提高。Frizzo等［19］和 Signorini等［20］采用 Meta 分析法分析了1980～2010年發(fā)表的66篇文獻(xiàn)，這些研究都是針對(duì)飼喂牛奶或代乳品的未斷奶犢牛，且被用于飼喂的微生物制劑主要集中于雙歧桿菌、乳酸桿菌、芽孢桿菌，使用微生物制劑提高了飼喂代乳粉犢牛的飼料轉(zhuǎn)化率和生長(zhǎng)率，并且添加乳酸桿菌還可以降低飼喂全奶犢牛的腹瀉發(fā)生率，但其對(duì)飼喂代乳粉的犢牛沒(méi)有影響。

4 微生態(tài)制劑在畜禽飼料應(yīng)用中存在的問(wèn)題

4.1 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定 微生態(tài)制劑中活性是最重要的，只有活菌數(shù)足夠的微生態(tài)制劑才能對(duì)腸道菌群起到調(diào)節(jié)作用［21］，但在微生態(tài)制劑的保存中活菌的穩(wěn)定性不高。此外，目前企業(yè)生產(chǎn)的微生態(tài)制劑存在產(chǎn)品性狀不穩(wěn)定，活菌飼料添加劑在加工、運(yùn)輸、貯存的過(guò)程中很容易失活，導(dǎo)致使用的效果不甚理想。因此，廠家在產(chǎn)品出售前應(yīng)保證有足夠的活菌數(shù)量，這樣才能使其在預(yù)定的儲(chǔ)存期內(nèi)發(fā)揮出良好的效用。目前，提高微生態(tài)制劑的穩(wěn)定性已引起人們的高度重視，國(guó)內(nèi)外都對(duì)此進(jìn)行了更深入的研究，如美國(guó)的生物技術(shù)中心研發(fā)出一種B－葡聚糖微膠囊益生菌產(chǎn)品，在室溫下可保存36個(gè)月，且不影響其中的活菌數(shù)量［22］。

4.2 廣大養(yǎng)殖戶(hù)的使用不當(dāng) 市場(chǎng)需求是企業(yè)生產(chǎn)的主要導(dǎo)向，廣大養(yǎng)殖戶(hù)對(duì)微生態(tài)制劑的使用量與生產(chǎn)微生態(tài)制劑企業(yè)的效益直接相關(guān)。但是，大多數(shù)養(yǎng)殖戶(hù)的傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)意識(shí)和用藥思想根深蒂固，在微生態(tài)制劑認(rèn)知與使用上還存在著很大的缺陷，主要表現(xiàn)為以下方面:①用藥思想與傳統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)意識(shí)的限制;②將微生態(tài)制劑當(dāng)藥使用，而不是當(dāng)作添加劑來(lái)使用;③使用越多越好的心理［22］。養(yǎng)殖戶(hù)應(yīng)端正微生態(tài)制劑的使用態(tài)度，科學(xué)使用微生態(tài)制劑，是微生態(tài)制劑市場(chǎng)發(fā)展的前提。

4.3 微生態(tài)制劑的市場(chǎng)缺乏合理的管理機(jī)制 微生態(tài)制劑重在預(yù)防，而非治療，適時(shí)適量添加微生態(tài)制劑能最大限度地幫助動(dòng)物發(fā)揮其生產(chǎn)能力。若添加量不足，不能顯現(xiàn)其功能，但若添加過(guò)量微生態(tài)制劑造成了多余的微生態(tài)制劑，則其作用也不能顯現(xiàn)，還消耗掉過(guò)多的人力和物力。因此，生產(chǎn)者對(duì)微生態(tài)制劑的認(rèn)知的改變是微生態(tài)制劑市場(chǎng)健康、和諧發(fā)展的基礎(chǔ)，制定一套合理的微生態(tài)制劑市場(chǎng)管理機(jī)制勢(shì)在必行。

4.4 菌株有效性低 有些活菌制劑進(jìn)入宿主體內(nèi)后難以適應(yīng)膽汁酸與鹽酸等的低pH，在腸道腸道中定植的活菌數(shù)量不足以發(fā)揮理想作用;有些活菌制劑進(jìn)入宿主體內(nèi)后繁殖速度慢，且與其他微生物相比競(jìng)爭(zhēng)能力較差，難以形成優(yōu)勢(shì)菌群，這樣就會(huì)使微生態(tài)制劑的功效難以體現(xiàn)。因此，微生態(tài)制劑的生產(chǎn)應(yīng)根據(jù)菌種特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)，如乳酸菌不耐高溫，還會(huì)與一些微量元素產(chǎn)生拮抗，不在飼料尤其是顆粒飼料中添加，但可制成水劑來(lái)直接飼喂［23］。耐受性能較強(qiáng)的糞鏈球菌與芽孢桿菌可以在飼料中添加。

5 展望

5.1 考慮與某些抗生素或協(xié)同劑的配合使用 利用抗生素殺菌效果強(qiáng)、可重復(fù)等優(yōu)勢(shì)，可用于防治常見(jiàn)疾病、促進(jìn)動(dòng)物健康成長(zhǎng)和提高動(dòng)物生產(chǎn)性能等［24］。在動(dòng)物發(fā)病時(shí)，先用針對(duì)性較強(qiáng)的抗生素消滅或抑制病原菌的繁殖，再補(bǔ)充有益微生物的作用，恢復(fù)被破壞的胃腸道菌群平衡，發(fā)揮微生態(tài)制劑與抗生素的協(xié)同作用，提高微生態(tài)制劑的功效。

5.2 往合生元方向發(fā)展 “合生元”是“益生菌”和“益生元”同時(shí)并存的制劑［25］，既可增加益生菌的數(shù)量，又可以使其生理活性得到有效發(fā)揮，使效果更優(yōu)越、結(jié)構(gòu)更合理，是微生態(tài)制劑未來(lái)的發(fā)展方向。例如，在雙歧桿菌的活菌制劑中添加低聚糖等雙歧因子后，效果提高了10～100倍［26］。

5.3 優(yōu)勢(shì)菌種的選育 微生態(tài)制劑容易被胃酸和膽汁等破壞，難以到達(dá)宿主體內(nèi)，即使能到達(dá)腸道內(nèi)，活菌數(shù)量也會(huì)大大減少，不能有效發(fā)揮其效用，定向選育耐熱耐酸的菌種尤為重要。近年來(lái)，利用遺傳工程和分子生物學(xué)技術(shù)改造或外源轉(zhuǎn)入有益菌的遺傳基因，構(gòu)建優(yōu)良的工程菌株，是備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)，進(jìn)而研發(fā)出更多、更有效的新型微生態(tài)制劑，以此來(lái)造福于人類(lèi)［27］。

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