益生菌發(fā)酵飼料在反芻動物生產上的應用

申遠航, 聶海濤，張艷麗,朱 剛，王恒昌，陸亞珍，王子玉，王 鋒*

(1.南京農業(yè)大學 江蘇省肉羊產業(yè)工程技術研究中心，江蘇 南京 210095；2.江蘇省灌南縣畜牧獸醫(yī)站，江蘇 連云港 223500)

隨著畜牧業(yè)生產的進步和人民生活水平的不斷改善，人們對畜產品品質要求更加嚴格,諸如產品來源、飼養(yǎng)管理過程中的添加劑亂用、抗生素殘留、細菌多重耐藥性和環(huán)境污染等問題倍加關注。目前，歐美等發(fā)達國家已全面禁止向飼料中添加任何抗菌類藥物[1]，我國也出臺了相關的禁止措施，全面禁止在畜禽飼養(yǎng)過程中添加抗生素勢在必行。因此，尋找能滿足動物性食品的衛(wèi)生安全水平，而且無毒、無殘留、對畜禽有益的飼料添加劑是產業(yè)發(fā)展的需求。益生菌制劑被認為是抗生素最佳的替代品之一[2-3]。益生菌作為一類對宿主有益的活性微生物，適量添加可以抑制宿主腸道病原微生物的增殖[4]，維持胃腸道菌群的平衡，提高動物的生產性能，改善動物的免疫功能。我國農作物秸稈和副產品如酒糟、醋糟、菌糠等豐富，隨意堆放容易造成環(huán)境的污染。益生菌可充分的降解飼料中畜禽難以利用的物質。這些副產物其中含有大量有機物質，若利用益生菌進行適當的發(fā)酵，可以降解其中動物難以利用的成分，使之成為營養(yǎng)價值高的發(fā)酵飼料[5]。所得到的發(fā)酵飼料成本低、利潤高，同時減少了對環(huán)境的污染，對動物健康有益。

1 發(fā)酵飼料常用的益生菌

1.1 益生菌的發(fā)展

益生菌(Probiotic)是一類對宿主有益的活性微生物，是定植于人體或動物體腸道、生殖系統(tǒng)內，能產生確切健康功效,從而改善宿主微生態(tài)平衡、發(fā)揮有益作用的活性有益微生物的總稱[6]。

1857年，巴斯德首次發(fā)現了乳酸菌，這是人類發(fā)現的第一種益生菌。隨后人們開始關注這一微生物。1908年，Elie Metchnikoff提出長期食用含益生菌的發(fā)酵牛奶能使人長壽。1917年，Alfred Nissle從人的糞便中提取了一株大腸桿菌，并利用此菌株治愈了無數患志賀氏菌病的患者。1998年，Guarner & Schaafsma給出了通俗的定義：益生菌是活的微生物，當攝入足夠量時，能給予宿主健康作用。隨著現代生物技術的發(fā)展，特別是益生菌分子生物學和基因組學研究的逐漸深入，使得其在動物體內作用機制逐漸清晰。目前，益生菌的開發(fā)研究已相對完善，在全球范圍內應用廣泛。

1.2 常用益生菌的種類

根據益生菌的作用機制及其與宿主的關系，可將其分為原籍菌劑、共生菌劑與真菌劑。宿主腸道內的優(yōu)勢菌群為原籍菌劑的主要來源，使用原籍菌劑可直接補充消化道優(yōu)勢菌群，調節(jié)菌群平衡，如糞球菌、酪酸梭菌、乳酸菌、雙歧桿菌等[7]。共生菌劑所使用的菌株來源于宿主消化道以外的部位，是研究人員發(fā)現的與宿主原籍菌有共生作用的菌株，服用后能夠促進原籍菌的繁殖、生長，如枯草桿菌、芽孢桿菌等。布拉酵母菌為主要的真菌制劑，其具有獨特的作用機制。我國農業(yè)部2014年公布的飼料微生物目錄 《飼料添加劑品種目錄(2013)》中，可在飼料中使用的菌種有：(1)乳桿菌屬。嗜酸乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌、乳酸乳桿菌、干酪乳桿菌、布氏乳桿菌、副干酪乳桿菌、纖維二糖乳桿菌、羅伊氏乳桿菌。(2)雙歧桿菌屬。兩歧雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、短雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、長雙歧桿菌、動物雙歧桿菌。(3)腸道球桿菌屬。乳酸腸球菌、屎腸球菌、糞腸球菌。(4)芽孢桿菌屬。地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、側孢短芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、遲緩芽孢桿菌。(5)其他菌種。釀酒酵母、乳酸片球菌、戊糖片球菌、產朊假絲酵母、沼澤紅假單胞菌、嗜熱鏈球菌、黑曲霉、米曲霉、產丙酸丙酸桿菌。

2 益生菌發(fā)酵飼料的類型

2.1 液體發(fā)酵飼料

液體發(fā)酵飼料在最初制作時主要利用自然發(fā)酵，不需要添加任何菌種，通過外部環(huán)境(溫度、氣體條件等)的控制，促進飼料與空氣中的有益微生物(乳酸菌、酵母菌等)相互作用發(fā)酵而成，改變了飼料的營養(yǎng)含量和物理化學性質。現階段制作的液態(tài)發(fā)酵飼料，通過內環(huán)境嚴格的控制，可以防止有害菌的生長，使接種菌大量繁殖，產生有利于動物健康和生長的物質。Joris等[8]發(fā)現使用液體發(fā)酵飼料可一定程度上降低胃腸道pH，對動物健康有利。液體發(fā)酵飼料具有使用安全、適口性好和動物喜采食等優(yōu)點，所以液體發(fā)酵飼料值得深入研究。

2.2 固體發(fā)酵飼料

固態(tài)發(fā)酵是微生物在沒有游離水的固態(tài)基質上的發(fā)酵方式，固態(tài)基質中氣、液、固三相并存，即多孔性的固態(tài)基質中含有水和水不溶性質。因其發(fā)酵過程粗放，需要設備構造簡單，后處理簡便，所以采用固態(tài)發(fā)酵飼料方式較多[9]。

2.3 全價發(fā)酵飼料

將菌種和全價配合飼料按一定的比例混合均勻，調整適宜的含水量，根據所選菌種的培養(yǎng)溫度、需氧類型等在適宜的條件下發(fā)酵而成的飼料稱為全價發(fā)酵飼料。發(fā)酵全價飼料可以充分滿足動物的營養(yǎng)需求，含有多種有機酸和有益微生物，適口性好，可以增加畜禽采食量，提高飼料報酬[10]。

2.4 其他發(fā)酵產品

此類副產品大多來源于農業(yè)副產品，最有代表的是青貯玉米秸稈以及棉籽餅、菜籽餅等，還有各種工業(yè)廢棄物如菌糠、啤酒渣、酒糟、檸檬酸渣、豆渣、蔗渣、甜菜渣、蘋果渣、中藥渣等。鄭有坤等[11]在木腐香菇菌糠分別添加接種量1%乳酸菌和酵母混合菌液，進行厭氧發(fā)酵，發(fā)現進行微生物發(fā)酵以后，降低了菌糠中的中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和可溶性碳水化合物的含量，但粗蛋白含量明顯提高，混菌發(fā)酵處理組比對照組分別提高25%和29%;提高了菌糠的飼用營養(yǎng)價值。說明此類副產品，可通過益生菌發(fā)酵的方式提高其可消化性和營養(yǎng)價值。

3 益生菌發(fā)酵飼料的營養(yǎng)作用

3.1 豐富飼料原料，緩解飼料資源短缺問題

隨著養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，我國飼料資源短缺、人畜爭糧的矛盾日益突出，2015年飼料產品凈進口規(guī)模達到歷史最高的113.55億美元[12]。對反芻動物而言，我國粗飼料資源相對較少，粗飼料品質也相對較低劣等問題成了當前限制反芻動物產業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。對于部分農業(yè)和食品業(yè)副產物等非常規(guī)飼料資源而言，其具有產量大、價格低、營養(yǎng)價值偏低等特點。在微生態(tài)理論的指導下，通過益生菌進行混合發(fā)酵制成的含活性益生菌、無污染、無殘留的優(yōu)質飼料，是解決這一問題的重要途徑。在利用畢赤酵母菌發(fā)酵玉米皮的試驗中[13]，其纖維素含量降低了10.18%，半纖維素含量降低了14.23%，形成了高附加值的菌體蛋白飼料。利用黑曲霉、木霉和酵母，3種菌混合發(fā)酵制作秸稈飼料試驗中[14]，發(fā)酵終產物中粗蛋白含量提高了22.4%，粗纖維含量降低了17.61%。朱勇等[15]對鮮食大豆秸稈用益生菌進行發(fā)酵，提高了其營養(yǎng)價值，試驗羊的消化率明顯提高。利用發(fā)酵的方式，使微生物和益生菌充分降解其中的木質素和粗纖維，從而提高飼料營養(yǎng)成分，彌補飼料資源，節(jié)約養(yǎng)殖成本。

3.2 抑制致病菌的生長，維持胃腸道屏障功能

動物胃腸道大約有1014個菌株，種類大約500多種。其中大部分為有益菌，也有部分致病菌。它們是一個整體，互利共生，共同維持了消化道內環(huán)境的平衡。生產中大量的抗生素用于治療疾病，提高效益。然而，抗生素的長期使用、濫用，會導致胃腸道菌群失調，造成畜體機能紊亂、生長發(fā)育受到抑制、細菌耐藥性增加，嚴重時產生“超級細菌”。益生菌在進入動物胃腸道后會直接或間接的影響致病菌的生長，補充有益菌成為優(yōu)勢菌群，競爭消化道內的致病菌的營養(yǎng)物質[16]；與此同時，有益菌在繁殖的過程中消耗氧氣，形成厭氧環(huán)境，使致病菌的生存環(huán)境破壞。一些抗致病菌活性的物質會在益生菌代謝的過程中產生，如有機酸(乳酸、乙酸等)、丁二酮、二氧化碳、過氧化氫等，來抑制致病類型的有害菌和外源病原菌[17]。乳酸菌能夠調節(jié)機體胃腸道正常菌群，提高食物消化率和生物價，抑制腸道內腐敗菌生長繁殖和腐敗產物的產生[18]。在益生菌與石灰處理秸稈飼喂綿羊的試驗中，發(fā)現益生菌對瘤胃pH無不良影響，處于正常范圍之內[19]。枯草芽孢桿菌生長過程中產生多種物質(枯草菌素、制霉菌素、多粘菌素、短桿菌肽等)可以抑制病原微生物。益生菌發(fā)酵產品在控制致病菌引起的腹瀉方面有很大的潛力，從發(fā)酵產品中提取出的乳酸菌，在作為抗菌藥物或抗菌療法很受歡迎[20-21]。

3.3 改善適口性，提高飼料的營養(yǎng)價值

益生菌在生長繁殖過程中可產生各種消化酶，能降解飼料中難以被動物利用的物質，提高飼料的可消化性。同時，發(fā)酵后的產品呈酸甜味，含有乙醇及多種酯類香氣物質，畜禽喜食，適口性極好[22]，如芽孢桿菌具有很強的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性，可以提高三大有機物質的消化率，降解飼料中的抗營養(yǎng)因子。酵母菌體富中含有非常豐富的蛋白質、B族維生素、脂肪、糖、酶等多種營養(yǎng)成分。試驗證明，飼料中加入酵母和枯草芽孢桿菌可提高動物飼料營養(yǎng)價值。王金斌等[23]以豆粕為發(fā)酵原料，枯草芽孢桿菌及熱帶假絲酵母為發(fā)酵菌種，最終產物粗蛋白含量提高了17.52%。用酵母菌發(fā)酵玉米秸稈顯著增加了其粗蛋白質和粗脂肪含量[24]。飼料經過益生菌發(fā)酵后，淀粉、粗蛋白、粗纖維等大分子物質和植酸、單寧、抗胰蛋白酶、游離棉酚等抗營養(yǎng)成分得到一定程度的降解和轉化[25]。當動物采食這種發(fā)酵飼料后，補充了自身產酶的不足，達到提高飼料轉化效率的目的。

3.4 增強免疫系統(tǒng)，提高免疫力

益生菌發(fā)酵飼料進入動物消化道內時，益生菌是作為一種非特異性免疫調節(jié)因子，使腸粘膜內的相關淋巴組織活化，刺激腸道免疫器官的生長發(fā)育，動物抗體水平和巨噬細胞活性被提高，并且誘導T、B淋巴細胞和巨噬細胞產生細胞因子，通過淋巴細胞再循環(huán)使全身免疫系統(tǒng)活化。用無抗發(fā)酵飼料代替日糧飼喂斷奶仔豬的，20% 無抗發(fā)酵飼料組能顯著提高總蛋白(Serum total protein,STP)、免疫球蛋白G(IgG)的含量[26]，益生菌通過口服、灌胃等方式，均能提高動物的巨噬細胞能量水平，促進腸道分泌免疫球蛋白，進而增強機體免疫功能[27-29]。 當機體受到病原菌刺激時，定植在動物腸道上的有益菌通過刺激腸道細胞使機體產生免疫應答[30]。所以在生產上應用益生菌發(fā)酵飼料可以增強動物的免疫功能，提高抵抗疾病的能力。

4 益生菌發(fā)酵飼料的應用效果

應用益生菌發(fā)酵的方式來處理飼料，在畜牧生產中已經廣泛應用，尤其是反芻動物?？偨Y近些年來的研究報道，益生菌發(fā)酵飼料有以下作用效果：產生有利的代謝產物，調節(jié)體內微生態(tài)平衡；提高采食量；降低料肉比；促進動物生長；激活宿主免疫細胞，提高機體免疫功能。降低仔畜的腹瀉率，對動物生長有利。

4.1 在羊生產上的應用

微生物發(fā)酵飼料飼喂山羊的試驗中(乳酸菌、枯草芽孢桿菌)，以50%微生物發(fā)酵飼料+精飼料組和100%的發(fā)酵飼料組分別飼喂。兩試驗組粗蛋白、粗纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的消化率都高于對照組[31]。添加酵母培養(yǎng)物的試驗組羔羊腹瀉率明顯小于其他試驗組[32]。 另外，對羊羔飼喂由布氏乳桿菌11A44發(fā)酵的野豌豆飼料，羔羊日增重為84 g，較對照組有顯著提高，生產性能得到明顯改善[33]。肉羊飼糧中添加地衣芽孢桿菌提高了中性洗滌纖維、有機物、氮、干物質、酸性洗滌纖維的表觀消化率，提高了能量利用率，對酸堿度、揮發(fā)性脂肪酸濃度及比例等瘤胃發(fā)酵性能指標均無顯著影響，升高了甲烷菌和原蟲的數量[34]，添加芽孢桿菌具有提高羔羊育肥效果和屠宰性能的作用。說明益生菌發(fā)酵飼料、在羔羊補飼、成年羊育肥等方面作用效果明顯[35]，在降低飼料成本，提高羊只增重方面效果顯著。

4.2 在牛生產上的應用

余淼等[36]在微生物發(fā)酵飼料對肉牛免疫機能的影響研究中，運用酵母菌、芽孢桿菌、乳酸菌發(fā)酵飼料飼喂肉牛，結果表明，試驗組能提高總蛋白(STP)、白蛋白(Serum albumin,ALB)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白M(IgM)含量，提高總抗氧化能力，增強超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)活性。微生態(tài)發(fā)酵飼料能促進奶牛對營養(yǎng)成分的消化吸收和利用[37]，提高奶牛飼料利用率，同時能抑制病原微生物的生長和繁殖，提高奶?？共∧芰Γ龠M奶牛泌乳，并極顯著降低牛乳中體細胞數提高牛乳品質。吳小燕等[38]用微生物發(fā)酵飼料代替奶?；A日糧，結果表明，適當水平的微生物發(fā)酵飼料能提高泌乳奶牛的產奶量和飼糧各養(yǎng)分的表觀消化率、改善乳品質。陳光吉等[39]用益生菌發(fā)酵酒糟飼喂牦牛，發(fā)現發(fā)酵酒糟可以提高牦牛的生產性能和對營養(yǎng)物質的消化率。徐曉峰等[40]試驗結果也顯示，斷奶荷斯坦犢牛平均日增質量隨酵母培養(yǎng)物添加量的增加而增加。由此可見，在幼齡反芻動物日糧中添加酵母培養(yǎng)物有利于提高其日增質量。符運勤[41]以地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌與植物乳酸桿菌的復合益生菌飼喂8周齡哺乳期犢牛，研究發(fā)現復合益生菌促進了纖維分解菌在瘤胃中的繁衍和定植?？梢姡⑸锇l(fā)酵飼料可以提高牛生產性能和免疫機能。

5 小 結

益生菌發(fā)酵飼料的有益作用日益受到人們的重視。在非常規(guī)飼料開發(fā)方面，豐富了飼料資源，提高了飼料的營養(yǎng)價值，進而改善畜禽對飼料的利用率,提高動物生產性能。但其在免疫調節(jié)上的作用尚未在分子基礎上做一定論，這正是研究熱點所在。對于反芻動物特有的消化環(huán)境，其具有抗生素的作用但不傷害瘤胃內環(huán)境的功能，所以可替代一部分抗生素的使用。減少動物耐藥性的產生。另外，使用混菌發(fā)酵相比單菌株發(fā)酵效果好，生產中應多開發(fā)適宜的菌種組合。

益生菌發(fā)酵飼料在提高動物生產性能維持動物健康等方面顯示了良好的前景，在預防因菌群失調引起的疾病方面，部分機理明確、療效確切，安全性高，并且受到飼養(yǎng)者的青睞和專家的推崇。對于益生菌發(fā)酵飼料在反芻動物上的研究重點，將包括以下幾點：(1)加強選育，尋找同種益生菌株中表達量高、定植能力強的菌株。(2)開發(fā)多種便于調節(jié)瘤胃菌群的菌劑，代替一部分抗生素的使用。(3)應制定統(tǒng)一的行業(yè)標準，便于控制益生菌發(fā)酵飼料的質量。(4)探索益生菌制劑與中草藥的混合發(fā)酵。(5)研發(fā)用于規(guī)?；B(yǎng)殖場用的發(fā)酵設備，改進工藝流程，解決包裝儲存等問題。