飼用乳酸菌及其在養(yǎng)豬生產中的研究和應用

摘 要：乳酸菌是一種安全、優(yōu)質、高效的益生菌，具有調節(jié)動物腸道菌群平衡，提高動物免疫力、生產性能等作用。在國家逐步禁用抗生素添加劑的前提下，作為安全性最高的益生菌受到廣泛關注。本文在介紹乳酸菌分類、生理特性的基礎上，重點論述其維持動物機體微生態(tài)平衡、營養(yǎng)作用、增強機體免疫性能等機理，及其在養(yǎng)豬生產中的應用，并對其研究方向和應用前景做了展望。

關鍵詞：乳酸菌；豬；免疫

中圖分類號：S816.79 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0769（2016）10-0037-04

飼用抗生素的大量使用會引起藥物殘留、細菌耐藥性等問題，對畜產品安全和生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。在限用和禁用飼用抗生素的前提下，研發(fā)安全、高效的新型飼用抗生素替代品成為亟待解決的問題。乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）在自然界中廣泛存在，是人和動物消化道的優(yōu)勢菌群，絕大多數(shù)乳酸菌及其代謝產物對人和動物無毒、無害、無副作用，并且在宿主機體內發(fā)揮很多重要的生理功能[1]。研究表明，乳酸菌及其代謝產物通過調節(jié)腸道內的酸性環(huán)境、使腸道菌群保持平衡、抑制有害菌的生長發(fā)育，可以有效提高宿主的生長健康狀況[2]，還能通過加強宿主對有害菌的免疫來提高機體抗病力[3]。

1 乳酸菌的分類和生理特性

乳酸菌是一群形態(tài)、代謝性能和生理學特征不完全相同的革蘭氏陽性菌的總稱[4]，定義為：細胞為桿狀或球狀，革蘭氏染色陽性，不產生過氧化氫酶，消耗的葡萄糖50 %以上產生乳酸，不形成內孢子，無運動性，或僅少數(shù)有運動性的細菌[5]。

1.1 乳酸菌的分類

乳酸菌是原核生物細菌，屬于真細菌綱（Eubacteriac）真細菌目（Eubacteriales）的乳酸細菌科（lactobacillaceae）。自然界發(fā)現(xiàn)的乳酸菌在分類學上至少有23個屬，220多種。根據(jù)細胞呈球狀或桿狀，又分成乳酸桿菌族和鏈球菌族。乳酸桿菌族只包括桿狀的乳酸菌，直或微彎的桿菌單個或成鏈，有時呈長絲狀并不能產生假分支，包括：乳酸桿菌屬（Lactobacillus）、真細菌屬（Eubacterium）等，其中以乳酸桿菌屬最重要[6]。鏈球菌族的菌種為球狀或稍長一些的橢圓球狀，包括鏈球菌屬（Streptococcus）、明串珠球菌屬（Leuconostoc）等。我國農業(yè)部允許用作飼料添加劑的乳酸菌有：干酪乳酸菌、植物乳桿菌、糞鏈球菌、屎鏈球菌、乳酸片球菌、嗜酸乳桿菌、乳鏈球菌7種[7]。

根據(jù)乳酸菌的來源，可將其分類為植物源乳酸菌和動物源乳酸菌。來源于動物的乳酸菌，菌種處于相對不穩(wěn)定狀態(tài)，且耐酸能力差；食用后，絕大部分被胃酸和膽汁酸殺死，而且機體容易因動物蛋白過敏發(fā)生排斥反應；植物源乳酸菌比較穩(wěn)定，耐酸能力強，動物大量攝入不會出現(xiàn)異體蛋白過敏，且乳酸菌的活力高，容易在小腸內定植，發(fā)揮強大而穩(wěn)定的生物學功效。

1.2 乳酸菌的生理特性

乳酸菌是一種革蘭氏陽性菌，不形成芽孢（個別屬除外），不運動或少運動，代謝類型為異養(yǎng)厭氧型，適合于在含氧量低或無氧的環(huán)境中生長，不耐高溫，但耐酸的球菌或桿菌[8]。代謝類型為異養(yǎng)厭氧型，除了需要可發(fā)酵碳水化合物外，還需要多種氨基酸、維生素（核黃素、泛酸、煙酸、硫胺素、葉酸、生物素）、嘌呤和嘧啶等。乳酸菌家族相當龐大，適宜在偏酸的環(huán)境中生長，能利用可發(fā)酵糖產生大量乳酸，有微弱分解蛋白質和脂肪的能力，乳酸菌觸酶呈陽性，不僅是動物消化道中具有重要生理功能的有益菌群，且在農業(yè)、工業(yè)和醫(yī)藥等領域具有很高的應用價值。

2 乳酸菌的作用機理

2.1 抑制病原菌，調節(jié)消化道微生態(tài)平衡

動物在健康狀態(tài)下，胃腸道內寄生著大量作為一個整體存在、與宿主保持相對平衡穩(wěn)定狀態(tài)、且種類、數(shù)量和定植部位相對穩(wěn)定的微生物菌群，各菌群相互依存、相互制約，起營養(yǎng)生理學作用。菌群平衡對機體的健康十分重要，乳酸菌是其中的優(yōu)勢菌群，它穿越胃酸屏障后，通過粘附、競爭排斥、占位和產生抑制物，能夠調節(jié)微生態(tài)平衡，拮抗腸道病原菌，阻礙特定病原菌的黏附和定植，保障動物宿主處于正常生理狀態(tài)。其作用機理：

2.1.1 定植腸上皮細胞，競爭性排斥致病菌

乳酸菌細胞壁主要由肽聚糖（Peptidoglycan，PG）、磷壁酸（Lipoteichoic Acid，LTA）、表面蛋白（Surface Layer Protein，SLP）和胞外多糖（Exopolysaccharides，EPS）組成[9]。組成成分具有微生物相關分子模式功能，可以識別宿主腸黏膜上的特定識別受體（Pattern Recognition Receptors，PRRs）。SLP為乳酸菌細胞壁最外層的單分子亞結晶體排列蛋白，C端區(qū)域具有較高的同源性，作用為主要負責蛋白對細胞外膜的錨定；N端區(qū)域具有較大的變異性，作用為主要與蛋白的自身組裝和菌體對細胞的黏附有關。因而，表面蛋白既可以調節(jié)其結合上皮細胞的能力，又能夠抑制病原菌的黏附，使乳酸菌與腸黏膜細胞緊密結合，在其表面定植占位，阻止病原菌繁殖[10]。

2.1.2 營養(yǎng)競爭

乳酸菌在宿主腸上皮細胞上定植，且為優(yōu)勢菌群，與腸道內源性及外源性潛在致病菌在腸上皮細胞的黏附、定植存在競爭性；乳酸菌和病原菌的生長繁殖，都需要可利用碳水化合物、微生物和其他營養(yǎng)物質，乳酸菌通過競爭營養(yǎng)物質抑制了病原菌的生長。

2.1.3 代謝產物抑制致病菌，調節(jié)腸道微生態(tài)平衡

乳酸菌能夠產生大量的細菌素、乳酸、過氧化氫等代謝產物，細菌素是乳酸菌代謝產生的肽類物質，可以直接作用于病原菌，抑制病原菌在腸道內的生長繁殖[11]，而產生菌對細菌素有自身免疫性。嗜酸乳桿菌產生的細菌素Lactacin B、植物乳桿菌產生的細菌素plantaricin等，均可通過干擾細菌細胞膜通透性殺死細菌[12]。乳酸是一種重要的抗菌物質，可以通過螯合金屬離子和改變細菌細胞膜的通透性來發(fā)揮抑菌作用；乳酸還能降低宿主腸道pH和氧化還原電位（Oxidation-Reduction Potential，ORP或Eh）值，使腸道處于酸性環(huán)境，抑制病原菌的生長；乳酸菌產生的過氧化氫也是一種重要的抗菌物質，如格氏乳桿菌L.gasseri CRL1421產生的乳酸和過氧化氫能使金黃色葡萄球菌細胞膜崩解，使細胞內容物深處，從而起到抑菌作用[13]。

2.2 菌體自身和代謝產物的營養(yǎng)作用

乳酸菌本身為菌體蛋白，富含多種營養(yǎng)物質，能夠直接被宿主動物利用，為其提供必需氨基酸、各種維生素（如B族維生素、維生素K等）、促生長因子、多種酶類等，并且能夠促進宿主動物對營養(yǎng)物質及元素的消化吸收和代謝。

乳酸菌能夠分解進入宿主動物腸道的營養(yǎng)物質。通過乳酸菌酶作用，將食物中的大分子降解為小分子肽和游離氨基酸，通過產生磷酸蛋白酶，將α酪蛋白分解為氨基酸和微小的奶酪脂肪肽，提高動物對蛋白的消化吸收效率。通過乳糖酶作用，將乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，其中葡萄糖經發(fā)酵成為乳酸等小分子化合物；合成宿主動物生長發(fā)育所需的多種維生素，如B族維生素、煙酸、泛酸和葉酸等；乳酸菌發(fā)酵可以少量降解脂肪，增加動物乳中游離脂肪酸和揮發(fā)性脂肪酸的含量，其代謝產物乳酸等，為消化道提供了酸性環(huán)境，維持體液和電解質的平衡，促進常量及鈣、鐵、鋅、鎂等微量元素的吸收代謝，起到促進營養(yǎng)物質吸收和調節(jié)動物內源代謝的作用[14]。產生的有機酸可以加強腸道的蠕動和分泌，而且一般消化酶的最適pH偏酸性（淀粉酶6.5、糖化酶4.4）；在胃腸道酸性環(huán)境中，胃蛋白酶活性升高，進而反饋性的促進胰腺分泌，各種消化酶的分泌量增多，提高動物對營養(yǎng)物質的消化吸收能力。

2.3 增強機體免疫能力

乳酸菌通過兩種方式提高動物機體的免疫力：通過提高特異性免疫水平提高免疫力，通過非特異性免疫提高機體抗病能力。

2.3.1 非特異性免疫作用

乳酸菌可作為非特異性免疫調節(jié)因子，激活宿主免疫細胞，表現(xiàn)為可以增強多形核白細胞、單核吞噬細胞（單核細胞和巨噬細胞）和自然殺傷細胞（Natural Killer cell，NK）活力，刺激單核因子、活性氧和溶酶體酶的分泌。

乳酸菌細胞壁的主要成分為肽聚糖，主要通過Toll樣受體2（Toll-Like Receptors-2，TLR2）的介導來發(fā)揮非特異性免疫作用。TRL2優(yōu)先識別二氨基庚二酸型（Dap型）肽聚糖片段[15]，兩者結合，增加白細胞介素-1（Interleukin-1，IL-1）、IL-2、IL-5、IL-6、腫瘤壞死因子-α（Tumor Necrosis Factor，TNF-α）等細胞因子的產生量，提高機體免疫能力。

根據(jù)乳酸菌細胞壁中的LTA在細胞表面的固定方式，將其分為壁磷壁酸（Wall-Teichoic Acid，WTA）和脂磷壁酸（Lipoteichoic，LTA）。LTA跨過肽聚糖層，末端的磷酸與質膜中糖脂的寡糖基共價連接，可以作為黏附分子與腸上皮細胞結合，也可以作為配體與宿主免疫細胞上的TRL2結合，調節(jié)TNF-α的水平。

EPS是乳酸菌在生長代謝過程中分泌的細胞壁外多糖化合物，可降解腸粘膜上皮細胞的與潛在致病菌和細菌毒素結合的受體，分為兩種：莢膜多糖（Capsular Polysaccharide，CPS），緊密的依附在乳酸菌表面形成莢膜；黏液多糖（Slime Polysaccharides，SPS），比較松散的分布在細菌表面。CPS含量低的環(huán)境，反而能夠提高了鼠李糖桿菌的黏附能力和生物膜的形成能力，CPS含量高，可以保護該桿菌抵抗腸道先天性免疫因子[16，17]。

2.3.2 特異性免疫作用

乳酸菌的特異性免疫應答，通過體液免疫和細胞免疫來實現(xiàn)。體液免疫可以通過加強黏膜表面和血清中IgA、IgM和IgG水平來實現(xiàn)；通過激活巨噬細胞、B淋巴細胞、NK細胞，促進白細胞介素和干擾素（Interferon，IFN）等細胞因子的產生來完成細胞免疫，加強機體的免疫力[18]。

宿主受到刺激發(fā)生免疫反應，使抗原物質通過M細胞（Membranous/ microfold cell）進入回腸派伊爾結，激活Th2細胞，生成有效的IgA生成因子，黏膜淋巴結和固有膜淋巴結分泌產生IgA，IgA結合腸上皮腺體細胞的分泌物，形成了抗蛋白酶水解的SIgA抗體，該抗體能夠與毒素、病原微生物和抗原物質相結合，防止抗原的粘附與吸收，在局部抗感染過程中起關鍵作用。免疫球蛋白IgM與抗原形成抗原-抗體復合物，并及時與補體結合，起到溶解病原體，進而發(fā)揮免疫調節(jié)作用。乳酸菌具有抑制IgE產生的作用，可以抑制其引起的Ⅰ型超敏反應。

乳酸菌可以提高巨噬細胞的吞噬能力，也可以改變其產生的細胞因子，蘇廣偉等[19]研究結果發(fā)現(xiàn)：乳酸桿菌通過細胞壁中的PG，刺激免疫調節(jié)細胞因子相關基因的表達，釋放細胞因子；該機制可能是通過激活TLR-NF-κB相關信號通路實現(xiàn)的：乳酸菌啟動病原相關分子模式（Pathogen-Associated Molecular Patterns，PAMP），如TLR識別PG后，信號由TIR區(qū)域向胞漿內傳遞，激活NF-κB等轉錄因子和蛋白激酶，釋放細胞因子，如白細胞介素、TNF-α、CO合成酶，在非特異性免疫和特異性免疫中發(fā)揮作用。

2.4 其它作用

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，乳酸菌產生的有機酸中的乙酸鹽、丙酸鹽和乳酸鹽通過調節(jié)脂肪代謝，具有降低血漿和血清膽固醇和甘油三酯，同時對升高HDL有一定作用[21]。研究表明降低膽固醇能力最強的是嗜酸乳桿菌 [20]；乳酸菌具有抗腫瘤作用，作用方式是抑制致突變酶的活性，提高機體抵抗力，以及發(fā)酵分解致癌物N-亞硝基胺。乳酸菌可以產生一些特殊的酶系，如合成多糖的酶系、分解脂肪的酶系、合成維生素的酶系等，可提高食品的儲藏性能和賦予發(fā)酵食品特有的風味等作用。

3 在養(yǎng)豬生產中的應用

3.1 在哺乳仔豬上的應用

仔豬培育是生豬產業(yè)的基礎環(huán)節(jié)，養(yǎng)好仔豬對生豬產業(yè)的發(fā)展具有重要意義，對提高養(yǎng)殖者的經濟效益也起著十分重要的作用。大量研究表明，在哺乳仔豬飼料中添加或給仔豬灌服乳酸菌制劑，可以提高仔豬的生長性能和免疫力。楚青慧等[21]通過在飲水中添加乳酸菌研究其對哺乳仔豬生長性能、血清生化指標及糞便微生物數(shù)量的影響，結果表明：實驗組仔豬斷奶中、平均日增重、仔豬皮毛發(fā)育狀況平分較對照組均極顯著提高（P<0.01），其腹瀉率有降低趨勢。郭志杰等[22]研究結果表明乳酸菌飼喂的哺乳仔豬（7～28日齡）與對照組相比，平均日增重、平均日采食量、腹瀉率差異均不顯著，說明乳酸菌制劑可以替代抗生素應用于哺乳仔豬。石英軍等[23]用德氏乳桿菌灌服哺乳仔豬，研究結果表明：仔豬腸道粘膜中SigA、IL-2、IL-4含量以及淋巴細胞數(shù)量增加。戴兆來等[24]研究結果表明：4株乳酸菌（S1、L7、L17、L18）以FOS+inulin為底物，S1和混合乳酸菌均能很好的抑制腸毒素大腸桿菌K88和混合大腸桿菌的生長，混合乳酸菌抑菌效果優(yōu)于單菌S1，飼喂后哺乳仔豬腹瀉率降低。

3.2 在保育豬上的應用

乳酸菌制劑具有調節(jié)保育豬腸道微生態(tài)平衡的作用，進而對保育豬的生長性能、飼料轉化率、免疫功能等具有一定影響。袁世超等[25]研究乳酸菌制劑A203和A190對保育豬糞便和腸道中微生物及其生長性能的影響，結果表明：添加乳酸菌的兩個實驗組，在調節(jié)保育豬糞便和腸道菌群平衡、采食量、日增重、料重比、腹瀉率和病死率指標上，均優(yōu)于添加抗生素實驗組，說明乳酸菌制劑完全可以替代抗生素用于保育豬生產。楚青慧等[26]研究了保育仔豬飼喂不同劑量乳酸菌，其生產性能及血清生化指標的影響研究結果表明：飼喂乳酸菌的3個試驗組（乳酸菌菌落數(shù)0.5×1011、1×1011、1.5×1011，添加量50 mL、100 mL、150 mL）的飼料增重比對照組分別降低了25.00 %（P<0.05）、11.86 %（P>0.05）和17.37（P>0.05）；3個試驗組平均日增重比對照組均有所提高，50 mL組提高21.17 %（P<0.05）；飼喂乳酸菌對保育豬皮毛和腹瀉情況均有明顯改善；50 mL組血清尿素含量比對照組低22.22 %（P<0.05）；試驗組胰島素樣生長因子1（Insulin-Like Growth Factor 1，IGF-1）含量比對照組分別提高了1.73 %（P>0.05）、7.86 %（P<0.05）和12.65（P<0.05）；結果表明飼喂乳酸菌液能改善保育豬健康狀況，提高生產性能。

3.3 在育肥豬上的應用

在集約化養(yǎng)殖模式下，養(yǎng)殖者注重育肥豬的生長和產肉性能，而隨著人民生活水平的提高，消費者首選優(yōu)質安全豬肉，通過添加乳酸菌可提高豬健康狀況，提升豬肉品質。張?zhí)礻柕萚27]研究了乳酸菌對育肥豬生長性能、胴體性狀及肉質特性的影響，結果表明：飼喂乳酸菌可提高育肥豬的平均日增重，對飼料轉化率有提高趨勢，對豬的成活率有改善，且可提高育肥豬的階段收益，提高胴體長，對眼肌面積有提高趨勢，對豬肉嫩度和總膠原含量有提高趨勢，可提高肌肉肌苷酸含量，可改善肌肉滋味，有降低豬肉中總膽固醇趨勢，有升高肌肉中氨基酸總量、鮮味氨基酸含量、必需氨基酸含量的趨勢，可提高豬肉的抗氧化性，減少肉中過氧化物的產生。相偉等[28]的研究結果表明：飼喂乳酸菌能夠顯著提升豬肉的風味和營養(yǎng)等品質特性，其作為商品肉豬肉質改良的飼料添加劑具有獨特的開發(fā)利用價值。

4 展望

乳酸菌在應用中也存在一些問題，如菌種活力不穩(wěn)定，活菌制劑的保存及飼料成分對乳酸菌制劑的影響等，生物技術的發(fā)展和研究實踐的不斷深入將逐步解決這些問題。隨著人們對豬肉品質及安全關注程度的提高，在國家限用和逐步禁用抗生素的前提下，乳酸菌作為安全性能最高的益生菌，具有調節(jié)動物腸道菌群平衡，提高動物免疫力、生產性能等作用，具有安全可靠、無毒副作用、無藥物殘留、成本低的特點，在養(yǎng)豬業(yè)有著廣闊的應用前景。