常見(jiàn)益生菌在畜禽生產(chǎn)上的研究進(jìn)展

許 棟 楊岸奇 謝擁軍 任恕龍 李景軍*

(1.岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物環(huán)境工程學(xué)院，湖南 岳陽(yáng)414000；2. 湖南美可達(dá)生物資源股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410329；3. 岳陽(yáng)市康興生態(tài)養(yǎng)殖有限公司，湖南 岳陽(yáng)414000)

隨著生活水平的不斷提高， 人們對(duì)蛋白質(zhì)食品的要求越來(lái)越高， 所以在畜禽飼養(yǎng)過(guò)程中， 蛋白質(zhì)飼料的適量供給， 是提高畜禽類(lèi)生物蛋白質(zhì)水平的重要基礎(chǔ)和前提。 而日前漸漸興起的生物飼料進(jìn)入了各大養(yǎng)殖企業(yè)的視線， 生物飼料是指使用《飼料原料目錄(2013)》 和《飼料添加劑品種目錄(2013)》 等國(guó)家相關(guān)法規(guī)允許使用的飼料原料和添加劑， 通過(guò)發(fā)酵工程、 酶工程、 蛋白質(zhì)工程和基因工程等生物工程技術(shù)開(kāi)發(fā)的飼料產(chǎn)品總稱(chēng)， 包括發(fā)酵飼料、 酶解飼料、 菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料和生物飼料添加劑等。 生物飼料中的蛋白含量高于未經(jīng)處理的原料， 這是因?yàn)樘砑拥奈⑸镏苿┰趯?duì)飼料原料進(jìn)行了發(fā)酵， 將飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子以及一些不易吸收的大分子物質(zhì)分解成了小分子， 可以提高家畜對(duì)飼料的消化代謝率， 還可以提高畜禽生產(chǎn)性能， 在飼料中添加微生態(tài)制劑來(lái)改善飼料的價(jià)值和提高畜禽生長(zhǎng)性能在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 微生態(tài)制劑的主要成分

微生物與畜禽的關(guān)系非常密切， 除了具有常見(jiàn)的營(yíng)養(yǎng)、 免疫作用外， 還能影響機(jī)體腸道的微生態(tài)平衡狀態(tài)， 從而影響畜禽的生長(zhǎng)和發(fā)育。 微生態(tài)制劑的應(yīng)用在畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中當(dāng)前是一個(gè)熱點(diǎn)， 其主要是成分是益生菌， 主要分為三大類(lèi)：芽孢桿菌(Bacillus)、 乳酸菌(Lactic acid bacteria， LAB)、 酵母菌(Yeast) 及真菌(Fungi)，其中乳酸菌是最主要的益生菌， 《飼料添加劑品種目錄 (2013)》 中列舉的種類(lèi)如丁酸梭菌(Clostridium butyricum)、 乳酸乳桿菌 (Lactobacillus lactis)、 植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)、 保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus)、 地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)、 枯草芽孢桿菌 (Bacillus subtilis)、 凝結(jié)芽孢桿菌(Bacillus coagulans)、 糞腸球菌(Enterococcus faecalis)、 屎腸球菌(Enterococcus faecium)、 釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 等等都是目前常用在飼料生產(chǎn)上的菌群， 這些有益菌群能夠促進(jìn)機(jī)體的生長(zhǎng)性能和抗病力， 不會(huì)產(chǎn)生任何對(duì)機(jī)體有危害的物質(zhì)， 鑒于這些優(yōu)勢(shì)， 益生菌的替抗作用呼聲越來(lái)越高， 尤其是在家畜家禽的飼養(yǎng)上。

2 常見(jiàn)益生菌類(lèi)型

丁酸梭菌首次被分離出來(lái)是1880 年由科學(xué)家Prazmowski 在豬腸道研究的實(shí)驗(yàn)中， 這是一種革蘭氏陽(yáng)性產(chǎn)芽孢的厭氧桿菌， 芽孢桿菌科梭菌屬， 屬于環(huán)境、 人體和動(dòng)物腸道中的共生菌群。丁酸梭菌作為一種熱門(mén)的益生菌添加劑， 已被研究作為抗生素的替代品。 大多數(shù)集中在對(duì)肉雞的影響研究表明， 將丁酸梭菌以適當(dāng)比例添加在飼料中可以顯著提高肉雞的生長(zhǎng)性能并提高養(yǎng)分利用效率； 對(duì)仔豬的有限研究表明， 日糧中添加丁酸梭菌提高了生長(zhǎng)性能并提高了飼料效率， 顯著降低了斷奶仔豬的F/G 比和腹瀉率。 丁酸梭菌補(bǔ)充劑還顯著提高了斷奶仔豬的飼料效率和平均糞便評(píng)分， 與抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑 (Antibiotic Growth Promoters, AGPs) 一樣有效， 這與之前的研究結(jié)果一致。 在對(duì)肉鴨的研究表明， 在北京鴨飼料中適當(dāng)補(bǔ)充(400 mg/kg) 丁酸梭菌可以改善其肉質(zhì)和脂質(zhì)代謝， 利用從頭組裝方法來(lái)分析北京鴨胸肌中的RNA-Seq 轉(zhuǎn)錄組譜， 以探索丁酸梭菌處理和對(duì)照北京鴨之間的差異表達(dá)基因，通過(guò)GO 注釋和KEGG 通路分析表明， 這些差異表達(dá)基因參與了與肌肉發(fā)育相關(guān)的眾多通路， 包括ECM-受體相互作用、 MAPK 信號(hào)通路和TNF信號(hào)通路， 這項(xiàng)研究表明長(zhǎng)期膳食補(bǔ)充丁酸梭菌可以通過(guò)改變參與關(guān)鍵代謝途徑的基因的表達(dá)模式來(lái)調(diào)節(jié)肌肉發(fā)育和肉質(zhì)， 這為在飼料中添加丁酸梭菌對(duì)北京鴨以及其它家禽品種肌肉發(fā)育影響的分子機(jī)制提供了依據(jù)。 丁酸梭菌可以產(chǎn)生丁酸并形成孢子， 進(jìn)入動(dòng)物腸道后可以改善腸道環(huán)境， 調(diào)控菌群的平衡， 提高腸道的消化能力以及機(jī)體的抗病力， 改善畜禽的肉品質(zhì)， 維持畜禽機(jī)體的健康。 丁酸梭菌屬于厭氧型的芽孢桿菌， 耐高溫高壓且對(duì)胃腸道的酸性環(huán)境有較好的耐受性， 適合替代某些抗生素作為飼料添加劑在生產(chǎn)上應(yīng)用。

芽孢桿菌在動(dòng)物養(yǎng)殖上應(yīng)用的非常廣泛， 屬于芽孢桿菌屬， 在非常時(shí)期能產(chǎn)生對(duì)外界有害因子形成抗力的芽孢， 又叫內(nèi)生孢子， 在有氧和厭氧環(huán)境中能存活繁殖， 在PH 值較低的胃腸道中也能存活， 且能分泌具有抗菌、 增強(qiáng)免疫的活性化合物， 這些生物學(xué)特性使得芽孢桿菌具有在生產(chǎn)上作為益生菌使用的潛力。 常見(jiàn)的種類(lèi)有多黏類(lèi)芽孢桿菌、 枯草芽孢桿菌、 地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)、 凝結(jié)芽孢桿菌、 短芽孢桿菌(Bacillus brevis) 和炭疽芽孢桿菌(Bacillus anthracis)， 均可作為飼料添加劑應(yīng)用在生產(chǎn)上， 能夠有效促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)， 促進(jìn)倡導(dǎo)有益微生物的繁殖， 維持機(jī)體健康。 有研究表明將芽孢桿菌添加在飼料中進(jìn)行一定時(shí)間的發(fā)酵， 可以提高飼料的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)， 具有不同程度的降解纖維、 分解脂肪、 提高粗蛋白質(zhì)含量的能力， 其中， 地衣芽孢桿菌分解飼料中纖維的能力相對(duì)相對(duì)較強(qiáng)，枯草芽孢桿菌分解脂肪的能力較強(qiáng)。 芽孢桿菌還可以分泌多種有益的化合物， 如細(xì)菌素化合物，有著廣泛的抑菌譜， 對(duì)多種革蘭氏陰性、 陽(yáng)性菌、 真菌等均有抑制作用； 如多糖類(lèi)化合物， 具有不同程度的免疫調(diào)節(jié)、 抗氧化等作用。 芽孢桿菌作為益生菌添加在畜禽飼料中， 對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用。

2.2.1 枯草芽孢桿菌

枯草芽孢桿菌具有很強(qiáng)的耐熱性、 耐酸性，在動(dòng)物體小腸內(nèi)能夠形成生物膜， 而且在儲(chǔ)存和給藥過(guò)程中具有高穩(wěn)定性， 這些特征使得其被廣泛使用。 有研究表明， 枯草芽孢桿菌單獨(dú)或與其他細(xì)菌結(jié)合可用作生長(zhǎng)促進(jìn)劑或免疫調(diào)節(jié)因子，以增加肉雞的能量保持、 體重增加和飼料轉(zhuǎn)化率。 其作用機(jī)制之一是促進(jìn)胃腸道中的飼料消化和營(yíng)養(yǎng)吸收， 通過(guò)提高骨密度和鈣、 磷等礦物質(zhì)含量， 來(lái)預(yù)防骨量減少。 與肉雞相比， 蛋雞的壽命更長(zhǎng)， 有一個(gè)產(chǎn)蛋量高的階段， 大約每年300顆蛋或更多， 因此， 蛋雞需要更多的鈣， 導(dǎo)致在生產(chǎn)過(guò)程中消耗結(jié)構(gòu)骨， 從而增加骨質(zhì)疏松癥的風(fēng)險(xiǎn)。 有研究表明， 枯草芽孢桿菌通過(guò)保護(hù)腸道屏障和積極調(diào)節(jié)腸道菌群組成來(lái)促進(jìn)蛋雞的吸收能力， 并提高蛋質(zhì)量和礦物質(zhì)保留。 最新研究表明枯草芽孢桿菌作為蛋雞日糧的添加劑可以通過(guò)增加磷的使用、 改善雌激素代謝、 抑制促炎因子合成和增加OPG 基因 表達(dá)來(lái)增加適銷(xiāo)產(chǎn)蛋量和骨骼特性。 因此， 枯草芽孢桿菌是一種有價(jià)值的飼料添加劑， 可以改善蛋雞的生長(zhǎng)性能和預(yù)防骨質(zhì)疏松癥。

2.2.2 凝結(jié)芽孢桿菌

凝結(jié)芽孢桿菌的發(fā)現(xiàn)可以追溯到1915 年，當(dāng)時(shí)它首次在愛(ài)荷華州農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)基地凝結(jié)的罐裝淡奶中被發(fā)現(xiàn)， 并于1932 年首次分離。 在發(fā)現(xiàn)之初， 凝結(jié)芽孢桿菌被稱(chēng)為產(chǎn)孢乳酸桿菌， 被認(rèn)為是一種很有前途的益生菌候選物， 具有芽孢桿菌科和乳酸桿菌科的共同特征。 凝結(jié)芽孢桿菌是一種革蘭氏陽(yáng)性、 兼性厭氧、 非致病性、 產(chǎn)孢子和產(chǎn)乳酸菌。 由于其在胃腸道中的高穩(wěn)定性、 無(wú)毒作用以及高但尚未完全了解的藥理活性， 它被稱(chēng)為“益生菌之王”。 凝結(jié)芽孢桿菌耐高溫， 其最佳生長(zhǎng)溫度35-50°C， 最佳生長(zhǎng)pH 值為5.5-6.5。 此外， 凝結(jié)芽孢桿菌的孢子具有很強(qiáng)的抗菌性、 復(fù)活性和穩(wěn)定性， 可以在胃的酸性環(huán)境中被激活， 并開(kāi)始在腸道內(nèi)激活和增殖， 這些特征賦予凝結(jié)芽孢桿菌許多優(yōu)于其他LAB 菌株的優(yōu)勢(shì)。 孢子可以適應(yīng)腸道低氧環(huán)境， 順利到達(dá)胃腸道， 從而在腸道中發(fā)揮乳酸菌的作用。 據(jù)報(bào)道，在模擬消化過(guò)程中凝結(jié)芽孢桿菌孢子的存活率為92%， 一旦激活， 凝結(jié)芽孢桿菌會(huì)產(chǎn)生一種稱(chēng)為凝固素的細(xì)菌素， 它具有對(duì)抗廣譜腸道微生物的活性， 這是凝結(jié)芽孢桿菌發(fā)揮抗菌活性的機(jī)制之一。 值得指出的是， 凝結(jié)芽孢桿菌缺乏粘附于腸上皮的能力， 除非維持長(zhǎng)期給藥。 凝結(jié)芽孢桿菌在4-5 天內(nèi)完全消亡。 由于這一特性， 凝結(jié)芽孢桿菌可能需要長(zhǎng)期給藥才能維持益生菌的作用。

乳酸菌通常是動(dòng)物和人類(lèi)正常菌群的一部分， 是一種利用可發(fā)酵的碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸的細(xì)菌總稱(chēng)。 乳酸菌主要又分為三類(lèi)： 乳桿菌類(lèi)、 雙歧桿菌類(lèi)、 革蘭氏陽(yáng)性球菌。 乳酸桿菌可以減少病原體炎癥并調(diào)節(jié)關(guān)鍵免疫細(xì)胞因子的表達(dá)， 以改善宿主腸道健康和病原體暴露后家禽和豬的生長(zhǎng)性能。 乳酸桿菌的益生菌作用機(jī)制是多因素的， 尚未完全表征， 可能的機(jī)制包括抗菌物質(zhì)的分泌、 腸上皮屏障功能的增強(qiáng)、 對(duì)粘膜的競(jìng)爭(zhēng)性粘附和免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)。 乳酸桿菌可以在體外阻止大腸桿菌和沙門(mén)氏菌的生長(zhǎng)， 增加回腸和盲腸中乳酸桿菌的數(shù)量， 減少回腸中大腸桿菌的數(shù)量， 改善腸道菌群可以抵消腸道病原體引起的血清內(nèi)毒素含量的增加。

常見(jiàn)的類(lèi)型有乳球菌、 片球菌、 明串球菌、乳桿菌和雙歧桿菌， 其中用的較廣泛的乳桿菌有乳酸乳桿菌、 植物乳桿菌、 保加利亞乳桿菌， 嗜酸乳桿菌(Lactobacillus acidophilus)、 干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)、 羅伊氏乳桿菌(Lactobacillus reuteri) 等等。

2.3.1 植物乳桿菌

植物乳桿菌是一種乳桿菌科乳桿菌屬的菌群， 典型的兼性厭氧菌， 對(duì)糖類(lèi)的發(fā)酵能力很強(qiáng)， 能夠產(chǎn)生大量的乳酸， 且產(chǎn)物只有一種， 在食品發(fā)酵過(guò)程中與其它乳酸菌有協(xié)同作用， 應(yīng)用比較廣泛。 自從將微生物制劑應(yīng)用到動(dòng)物飼料生產(chǎn)上， 諸多研究表明， 腸道微生物的構(gòu)建與腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育有密切的聯(lián)系， 植物乳桿菌能調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道的菌群， 促進(jìn)有益菌的增殖、 減少病原菌的數(shù)量， 具有促進(jìn)生長(zhǎng)、 預(yù)防腹瀉、 增強(qiáng)抗病力和免疫力的效果。 保加利亞乳桿菌廣泛用在乳制品和蔬菜制品的生產(chǎn)加工中， 經(jīng)發(fā)酵后可以產(chǎn)生乳酸、 細(xì)菌素等代謝產(chǎn)物， 乳酸可以加工生產(chǎn)乳制品， 細(xì)菌素是一種非抗菌藥物的殺菌物質(zhì)， 對(duì)大腸桿菌有很強(qiáng)的抑制和扛黏附作用， 對(duì)幽門(mén)螺桿菌的活性也有一定的抑制作用， 而且發(fā)酵產(chǎn)物中的抑菌物質(zhì)只在酸性環(huán)境中發(fā)揮抑菌活性。

2.3.2 嗜酸乳桿菌

嗜酸乳桿菌是乳酸桿菌屬中革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的一種， 廣泛用作人類(lèi)和動(dòng)物的益生菌。 嗜酸乳桿菌可以抑制病原體入侵， 調(diào)節(jié)體外和體內(nèi)的免疫反應(yīng)。 嗜酸乳桿菌可以產(chǎn)生類(lèi)似細(xì)菌的細(xì)菌素化合物以及減少腸道pH 值的酸， 在家禽飼料中加入嗜酸乳桿菌有助于防止致病菌的擴(kuò)散， 并通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)排斥和對(duì)抗調(diào)節(jié)腸道菌群， 這些研究表明， 嗜酸乳桿菌具有控制動(dòng)物病原體的潛力。 目前有研究表明補(bǔ)充嗜酸乳桿菌對(duì)肉雞生產(chǎn)和腸道健康的重要性， 在飼料中添加嗜酸乳桿菌可以增加肉雞的體重和日增重， 這表明嗜酸乳桿菌改善了肉雞的生長(zhǎng)性能。 Fukata 等人報(bào)道了嗜酸乳桿菌減少了腸道病原體產(chǎn)生的毒素， 這解釋了添加嗜酸乳桿菌的有益效果。 補(bǔ)充嗜酸乳桿菌后生長(zhǎng)的改善， 也可能是因?yàn)樗軌蛟谀c道內(nèi)直接發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)， 產(chǎn)生內(nèi)源性酶或生長(zhǎng)促進(jìn)因子。 這一生理過(guò)程可以刺激小腸蠕動(dòng)， 提高飼料的消化率和可用性， 并促進(jìn)腸道健康。 免疫應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致大量的能量消耗來(lái)合成炎癥因子， 因此嗜酸乳桿菌可以減輕免疫應(yīng)激， 為生長(zhǎng)和維持保留能量。 日糧中添加嗜酸乳桿菌對(duì)感染大腸桿菌的鳥(niǎo)類(lèi)的保護(hù)作用源于細(xì)胞和體液免疫的增強(qiáng)以及腸道屏障功能的改善， 這些影響導(dǎo)致了鳥(niǎo)類(lèi)生長(zhǎng)性能的提高和死亡率的降低。 嗜酸乳桿菌可用作減少肉雞大腸桿菌感染的干預(yù)策略。

2.3.3 雙歧桿菌

雙歧桿菌作為厭氧、 不形成孢子的細(xì)菌， 產(chǎn)生抗菌蛋白質(zhì)物質(zhì)， 如細(xì)菌素、 乳酸和乙酸， 它們可以抑制幾種革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性菌的生長(zhǎng)體外細(xì)菌。 雙歧桿菌素B 對(duì)某些食源性病原體顯示出抗菌活性， 例如明串珠菌、 腸球菌、 芽孢桿菌、 李斯特菌、 乳桿菌和片球菌屬等， 雙歧桿菌素對(duì)黃色微球菌和金黃色葡萄球菌的活性有促進(jìn)作用。 雙歧桿菌素B 對(duì)某些食源性病原體顯示出抗菌活性， 例如蠟狀芽孢桿菌、 單核細(xì)胞增生李斯特氏菌， 而雙歧桿菌素對(duì)黃曲霉和金黃色葡萄球菌具有抗菌活性。 使用好氧和厭氧細(xì)菌菌株的益生菌混合物對(duì)畜禽的生產(chǎn)和健康產(chǎn)生協(xié)同改善作用。

酵母、 細(xì)菌和藻類(lèi)等微生物是眾多工業(yè)過(guò)程中的關(guān)鍵參與者， 從傳統(tǒng)發(fā)酵食品和飲料的生產(chǎn)到重組蛋白質(zhì)和其他高價(jià)值分子。 酵母菌是一種單細(xì)胞真菌， 含有豐富的酶類(lèi)、 氨基酸和B 族維生素， 具有繁殖速度快、 生長(zhǎng)周期短、 菌體營(yíng)養(yǎng)等特點(diǎn)， 廣泛分布在自然界， 用在食品加工制作中， 不僅能提高食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值， 還能增加風(fēng)味， 尤其是釀酒酵母， 在我國(guó)已有多年的使用歷史。 近年來(lái)酵母菌被廣泛應(yīng)用在畜禽養(yǎng)殖業(yè)飼料的研究， 在畜禽的基礎(chǔ)日糧中添加一定比例的酵母菌， 經(jīng)發(fā)酵后不僅能夠提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還可以作為生長(zhǎng)激素替代抗生素， 避免了使用抗生素所產(chǎn)生的耐藥性、 藥物殘留等問(wèn)題。 酵母菌既可以單獨(dú)對(duì)飼料進(jìn)行發(fā)酵， 也可以協(xié)同其它益生菌對(duì)飼料發(fā)酵， 酵母菌與其它益生菌組成的復(fù)合益生菌制劑， 有利于加強(qiáng)共生菌種之間的互作， 產(chǎn)生多種有益的產(chǎn)物， 大大提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值， 對(duì)畜禽的生長(zhǎng)性能有促進(jìn)作用， 還可以提高飼料的適口性。 通過(guò)對(duì)酵母菌對(duì)飼料發(fā)酵的研究發(fā)現(xiàn)， 諸多農(nóng)副產(chǎn)品均可通過(guò)發(fā)酵后給畜禽食用， 有效改善了我國(guó)畜牧業(yè)飼料資源短缺的問(wèn)題， 有些不耐儲(chǔ)藏的飼草料經(jīng)發(fā)酵后可經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸送至飼糧短缺的偏遠(yuǎn)地區(qū)， 某種程度上促進(jìn)了畜牧業(yè)的發(fā)展。

3 微生態(tài)制劑的研究展望

單一的益生菌制劑添加在飼料中的研究在畜禽生產(chǎn)上取得了一定的進(jìn)展， 科學(xué)家們開(kāi)始著力于研究?jī)煞N或兩種以上的益生菌對(duì)飼料是否具有協(xié)同效應(yīng)， 初步闡述其對(duì)畜禽的調(diào)控機(jī)理， 以及替代抗生素飼料添加劑的新配方， 尋求提高畜禽生長(zhǎng)性能和抗病力的最佳益生菌組合， 為養(yǎng)殖業(yè)和飼料生產(chǎn)提供參考依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)(略)