益生菌制劑及其在家畜飼料中的應(yīng)用研究進展

李琳琦 孫 玲* 朱嘉璐 肖佳怡 孫巍巍

（1徐州工程學(xué)院，江蘇徐州 221008；2徐州海大合新飼料有限公司，江蘇徐州 221008）

益生菌制劑作為動物飼料添加劑，能較為安全地通過動物進食的方式進入腸道等消化器官，為機體的生長發(fā)育提供健康的內(nèi)環(huán)境。目前，我國對益生菌的研究和開發(fā)應(yīng)用仍處于初級階段，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其作為飼用添加劑的多種功效，可見在畜牧業(yè)健康發(fā)展中益生菌制劑占有一席之地，具有較大的可行性和推廣意義。

1 益生菌制劑開發(fā)和應(yīng)用的優(yōu)越性

益生菌制劑是指從天然環(huán)境中篩選出對使用對象起積極作用的單一或多種優(yōu)良菌株，結(jié)合特殊工藝處理加工成的活菌微生態(tài)產(chǎn)品。首先，益生菌是“綠色的抗生素”，目前投用在市場的益生菌主要來源于健康的人體環(huán)境和發(fā)酵食品中，大多數(shù)菌株被認為是能與宿主共生的微生物，所以使用益生菌制劑對大部分健康的人畜來說是安全的。其次，益生菌的核心功能是改善人和動物的胃腸道健康，人體腸道是一個復(fù)雜的菌群微生態(tài)環(huán)境，微生態(tài)環(huán)境因素包括細菌侵入和抗菌藥物的影響等，因而致病與否取決于腸道微生態(tài)平衡是否遭到破壞。與抗生素單純殺菌或抑菌的治療取向不同的是，益生菌制劑利用有益菌群充分發(fā)揮生物拮抗作用，將致病菌去殺。這表明益生菌制劑具有調(diào)整腸道菌群失調(diào)的作用，使得生物體重獲正常的生理狀態(tài)。

2 益生菌制劑在動物飼料中的作用原理

2.1 增加腸道有益菌數(shù)量，促進腸道發(fā)育

在投喂的飼料中添加益生菌制劑，可以促進動物腸道菌群的快速發(fā)育，增加有益菌的數(shù)量，利用有益菌來調(diào)控病原菌的侵入和生長繁殖，間接地增強動物的免疫能力。陳國福等[1]采取糞便菌群測定法給生豬投喂益生菌制劑，結(jié)果表明，與不投喂的對照組相比，益生菌制劑組豬糞便中乳酸菌數(shù)量提高11.85%，枯草芽孢桿菌數(shù)量提高13.83%，大腸桿菌數(shù)量降低11.43%。這表明益生菌制劑能增加有益菌數(shù)量，間接維護腸道平衡。

2.2 提高消化效率和對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收率

益生菌制劑用作飼料添加劑，可以促進動物對營養(yǎng)物的攝入和吸收，如芽孢桿菌具有豐富的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶，可以提高三大有機物質(zhì)的消化率，降解飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子。張孝富等[2]通過3組對比試驗發(fā)現(xiàn)，仔豬對飼糧中氮（N）的消化率分別顯著提高7.0%、8.3%，對能量（GE）的消化率顯著提高7.0%、5.8%。這表明在飼糧中添加由芽孢桿菌、丁酸梭菌組成的益生菌制劑能顯著提高仔豬對飼糧中N、GE 的消化率，促進其對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。

2.3 調(diào)節(jié)免疫和抑制腫瘤細胞或細菌生長

調(diào)節(jié)免疫和抑制腫瘤細胞的作用是動物益生菌最具特色的作用機制之一，益生菌通過2 種方式作用于毒性物質(zhì)，起到抗癌作用：一種是益生菌與毒性物質(zhì)結(jié)合，利用黏附或降解，減少對毒性物質(zhì)的吸收，再通過排泄途徑帶出體外；另一種是將毒性物質(zhì)通過調(diào)節(jié)腸道菌群等方式轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)。

3 益生菌制劑的生產(chǎn)工藝

3.1 菌體的濃縮技術(shù)

3.1.1 噴霧干燥技術(shù)。噴霧干燥具有能源成本低、制備效率高、可連續(xù)生產(chǎn)、易于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用，它是以單一工序?qū)⑷芤?、乳液、懸浮液加工成粉狀干燥制品的一種干燥法。第一階段為料液的物化，它是將被干燥的液體經(jīng)霧化器轉(zhuǎn)化，噴成非常細微的霧滴；第二階段是霧滴與空氣的接觸，即依靠干燥介質(zhì)（熱空氣、冷空氣、煙道氣或惰性氣體）與霧滴均勻混合，進行熱交換和質(zhì)交換，使得溶劑氣化或熔融物固化；第三階段是干燥后的產(chǎn)品與空氣的分離過程。

影響益生菌制品的工藝因素有干燥溫度、噴霧壓力和進料流速。對于干燥溫度而言，在干燥速率恒定的加工環(huán)節(jié)中，大多數(shù)菌株由于處理時間較短不會因溫度作用對益生菌株活性產(chǎn)生影響，但是在隨后進入的干燥速降部分時，結(jié)合水的菌株細胞會變?yōu)榧眲∈臓顟B(tài)，而且還會出現(xiàn)蒸發(fā)自由水的物理變化。至此，很多菌株由于過度失水以及高溫噴霧就會在極端的氣流中無法存活，并且引發(fā)失調(diào)的菌株功能現(xiàn)象產(chǎn)生。所以在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，工作人員對干燥工藝的溫度調(diào)節(jié)一定要進行實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)，保證菌株的最大存活率，達到滿足判斷與評價各種益生菌制劑產(chǎn)品性能的基本指標(biāo)。Zhang Yun等[3]研究發(fā)現(xiàn)，較低的出口溫度雖然可以在干燥過程中保持較高的生存率，但相應(yīng)的產(chǎn)品在貯藏過程中活菌量的下降也更為顯著。對于噴霧壓力，最好限定為5 bar以內(nèi)的噴霧氣流壓力，但不應(yīng)低于2 bar的噴霧壓強，某些菌株在高壓下雖然不會死亡，但會導(dǎo)致其喪失良好的活性特征；同樣，壓力過低將會阻礙固態(tài)菌株顆粒的順利生成，也會給制品帶來不良品質(zhì)的影響。B.Riveros 等[4]研究發(fā)現(xiàn)，將雙流體噴嘴壓力從1.5 bar降低到1 bar，嗜酸乳桿菌單位活菌量可以增加2 個數(shù)量級；Amir Ghandi 等[5]認為霧化壓力是造成益生菌存活率降低的主要原因，最多可導(dǎo)致93%的菌體致死。對于進料速度，為了保證存活于微膠囊內(nèi)的菌株數(shù)目達到最高，技術(shù)人員針對系統(tǒng)進料速度最好限定在20 mL/min的范圍，而不要低于13 mL/min 的進料流動速度。對進料流速正確的調(diào)整，能夠防止菌粉粘連膠囊側(cè)壁的現(xiàn)象產(chǎn)生，有效保持菌粉活性。

3.1.2 冷凍干燥技術(shù)。冷凍干燥技術(shù)將濕物料或溶液在較低的溫度（-10～-50 ℃）下凍結(jié)成固態(tài)，然后在真空（1.3～13 Pa）下使其中的水分不經(jīng)液態(tài)直接升華成氣態(tài)，最終使物料脫水的干燥技術(shù)。物料的干燥在凍結(jié)狀態(tài)下完成，與其他干燥方法相比，物料的物理結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)變化極小，其組織結(jié)構(gòu)和外觀形態(tài)被較好地保存，并具有優(yōu)異的復(fù)水性，可在短時間內(nèi)恢復(fù)干燥前的狀態(tài)。由于干燥過程是在很低的溫度下進行，而且基本隔絕了空氣，因而有效地抑制了熱敏性物質(zhì)發(fā)生生物、化學(xué)或物理變化，能最大限度地保存菌體活性，較好地保存了原料中的活性物質(zhì)。

3.2 包埋技術(shù)

益生菌制劑的使用雖然能改善宿主的微生物平衡，給宿主帶來積極效益，但是因為胃酸和膽汁的作用，在進入生物腸道后活性受到影響，甚至可能出現(xiàn)益生菌活性消失無法揮發(fā)其作用。包埋技術(shù)的出現(xiàn)，將益生菌包埋在壁材溶液中，大幅度提高了益生菌的存活率?，F(xiàn)有的包埋技術(shù)主要是微膠囊包埋技術(shù)，微膠囊包埋方法又包括單層法、雙層法和多層法。單層法包埋的主要壁材為海藻酸鈉和氯化鈣，然后在此基礎(chǔ)上依照其功能特性要求添加其他輔助材料；雙層法包埋就單層法在冷凍干燥過程中造成的損失進行改進，它通過加入凍干保護劑來提高包埋菌種的存活率，對菌種的保護力度更強；多層法的優(yōu)勢主要集中在堅固性和耐胃酸性，能夠根據(jù)壁材的不同性能形成多層級微膠囊結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮壁材的優(yōu)勢。

4 益生菌制劑在家畜上應(yīng)用的影響

家禽動物在養(yǎng)殖過程中一般免疫力較弱，容易受到病菌的侵入和威脅，增加了患病幾率，經(jīng)實驗研究，在喂養(yǎng)的飼料中添加益生菌制劑能高效地滿足家畜動物的生長需求。

4.1 對生長性能的影響

益生菌制劑對家畜動物生長性能的影響從活重上看，陳國福等[1]利用計算試驗豬的平均日采食量、平均日增重和料重比分別與對照組進行對比發(fā)現(xiàn)：益生菌制劑對肥育豬的影響主要集中在體重較小的肥育前期。李雪莉等[6]研究表明，在斷奶仔豬的日糧中添加益生菌制劑（乳酸菌制劑）可以顯著提高其平均日采食量及平均日增重，增加仔豬的脾臟重量等。在肥育豬后期，豬腸道微生物區(qū)系已經(jīng)建立完全且處于動態(tài)平衡，機體自我調(diào)節(jié)能力強，添加益生菌制劑的生產(chǎn)意義不大。

4.2 對抗病能力的影響

益生菌制劑還可通過調(diào)節(jié)腸道細胞的粘附力，競爭性地占領(lǐng)致病菌的附著位點，當(dāng)致病菌無法附著時，它們的生長和繁殖也同時無法進行。通過激活腸道自身的免疫系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)腸道對致病菌的耐受力。另外，多數(shù)益生菌的代謝物可以發(fā)揮與佐劑類似的作用來增強免疫效果益生菌制劑通過上述作用可以保障禽類健康、提高家禽產(chǎn)量進而提高效益。益生菌的細胞壁表面存在許多大分子物質(zhì)，這些大分子可以阻止致病菌與受體的結(jié)合，起到抑制致病菌入侵和繁殖的作用。益生菌還能夠分泌脂肪酸、過氧化氫、細菌素或多肽等物質(zhì)進一步抑制致病菌的生長，從而起到預(yù)防疾病的作用。此外，在益生菌對肉雞作用的研究過程中發(fā)現(xiàn)，益生菌還具有提升攻毒保護率的效果，使得肉雞抗病的能力有所提升。

4.3 對食用品種的影響

郭王勇等[7]采用Festo205 酸堿度測量儀測試每塊肌肉的3個部位，測定pH；將胸肉、腿肉吸干表面水分后稱重，自封袋密封存放于4 ℃的冰箱24 h后，用濾紙吸干表面水分后稱重，計算24 h滴水損失率；將肌肉切成3 cm×1 cm×1 cm的條狀，用C-LM3肌肉嫩度測試儀測試剪切力；肌肉吸干表面水分，稱重，密封，用HH-6 水浴鍋恒溫80 ℃，30 min 后，靜置冷卻，吸干表面水分后稱重，計算蒸煮水分損失率。研究表明，肌肉的滴水損失、蒸煮水分損失越小，說明肌肉的吸水性越高，同時肌肉的剪切力也會越低。本試驗雞肉品質(zhì)的各項指標(biāo)中，系水性顯著提高，雞肉剪切力數(shù)值降低，但效果并不顯著，這可能與取樣部位、刀刃寬度、剪切速度、操作設(shè)備的熟練程度有關(guān)。由此可知，添加益生菌制劑在雞飼料中可以提高雞肉的系水性、多汁性。

5 應(yīng)用前景展望

益生菌制劑的有益作用正在不斷被挖掘，被投入到家畜飼料的應(yīng)用范圍也愈來愈廣泛，對畜牧業(yè)的發(fā)展有著深遠意義，適應(yīng)了當(dāng)前我國健康養(yǎng)殖需要的生態(tài)環(huán)保型飼料生產(chǎn)技術(shù)，為飼料安全開辟了美好的發(fā)展前景，具有廣闊的應(yīng)用市場。目前我國對益生菌深層次的作用機理的研究還比較少，在免疫調(diào)節(jié)上的作用尚未在分子基礎(chǔ)上形成定論，大多數(shù)研究僅停留在使用效果上，對于益生菌制劑的使用以及和其他制劑之間的配合使用仍需要不斷被發(fā)掘。

益生菌制劑作為動物飼料，在菌株篩選方面，如能在同種菌株中找到表現(xiàn)更為優(yōu)良的菌株，提高篩選條件，致力于混菌使用工藝，探索出更多菌種的有益結(jié)合，將極大地提高飼料的利用效率；在生產(chǎn)管理方面，注重對科技人員培養(yǎng)，制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)用于規(guī)?；a(chǎn)設(shè)備，解決包裝存儲運輸?shù)葐栴}，益生菌制劑會在市場上表現(xiàn)出更強的競爭力。