乳酸菌在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

許鑫， 孟昆， 蔡紅英， 楊培龍， 蔣顯仁

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京 100081）

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是重要的益生菌，也是動(dòng)物機(jī)體內(nèi)復(fù)雜微生物菌群的優(yōu)勢(shì)菌，具有維持腸道微生態(tài)穩(wěn)定、增強(qiáng)機(jī)體免疫力以及提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等作用，適量的攝入LAB，會(huì)給宿主帶來(lái)諸多益處，因此其具有重要的理論意義及潛在的應(yīng)用價(jià)值。LAB 在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，自抗生素禁用以來(lái)，LAB作為替代物展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)也十分明顯。本文主要綜述LAB 的生物學(xué)特性及其在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為L(zhǎng)AB更好地應(yīng)用于豬生產(chǎn)提供理論依據(jù)和參考。

1 LAB的分類(lèi)

按照不同的依據(jù)，可對(duì)LAB 進(jìn)行不同的分類(lèi)。按照來(lái)源，可將LAB 分為植物源LAB 和動(dòng)物源LAB；按照菌體形狀，可分為桿狀、球狀、鏈狀和分枝狀[1]。鏈球菌屬（Streptococcus）、乳桿菌屬（Lactobacillus）以及雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）是LAB中最常用的3個(gè)菌屬。

乳桿菌屬內(nèi)不同種之間的差異較大，其主要種包括發(fā)酵乳桿菌（Lactobacillus fermentum）、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）和羅伊氏乳桿菌（Lactobacillus reuteri）等，基本屬性及部分功能如表1所示。

表1 乳桿菌屬菌種的基本屬性及部分功能Table 1 Basic properties and partial functions of LAB

雙歧桿菌屬主要棲居于人體和動(dòng)物腸道下游，根據(jù)DNA 同源性和糖發(fā)酵類(lèi)型，可將其分為24 種，主要是長(zhǎng)雙歧桿菌（Bifidobacterium longum）、乳雙歧桿菌（bifidobacterium lactis）、短雙歧桿菌（Bifidobacterium brevis）和兩歧雙歧桿菌（Bifidobacterium bifidum）等。通常在嬰兒腸道內(nèi)以嬰兒雙歧桿菌、短雙歧桿菌占優(yōu)勢(shì)；在成人腸道中，主要是青春雙歧桿菌和長(zhǎng)雙歧桿菌[12]。與動(dòng)物雙歧桿菌相比，乳雙歧桿菌具有更好的耐受性。

鏈球菌屬（Streptococcus）中最常見(jiàn)的為嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus），它是重要的工業(yè)LAB，與德氏乳桿菌保加利亞亞種（Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus）一起作為發(fā)酵劑菌株來(lái)生產(chǎn)酸奶[13]。

2 LAB的生物學(xué)特性

LAB 的生物學(xué)特性取決于物種或菌株，即來(lái)自不同宿主的相同種類(lèi)LAB 也可能有所不同[14]。常用的生物學(xué)特性主要包括對(duì)酸、消化酶、高溫的耐受性，對(duì)病原菌的抑菌性，以及定植競(jìng)爭(zhēng)力和安全性等，這些也成為了判定LAB 是否優(yōu)良的主要標(biāo)準(zhǔn)[15]。

2.1 生物安全性

由于益生性LAB 對(duì)動(dòng)物的多種疾病都有著廣泛的益處，且尚未發(fā)現(xiàn)它的副作用。在選擇益生性LAB 代替抗生素時(shí)，首先要確保其對(duì)動(dòng)物機(jī)體的安全性，沒(méi)有任何毒副作用，也不會(huì)有排斥或過(guò)敏反應(yīng)等，更不會(huì)致死。安全性是保證LAB 更好地發(fā)揮其益生作用的重要條件。目前判斷安全性的方法主要有耐藥性試驗(yàn)、溶血試驗(yàn)、代謝產(chǎn)物毒性檢測(cè)試驗(yàn)、易位試驗(yàn)等，在國(guó)際上通過(guò)以上指標(biāo)確定菌株的安全性后，還應(yīng)進(jìn)行人體臨床試驗(yàn)[16]。

2.2 定植特性

LAB對(duì)胃腸道的黏附是其在腸道內(nèi)定植的先決條件之一，也是決定能否發(fā)揮其益生作用的首要條件。LAB 借助其表面成分進(jìn)行黏附，黏附過(guò)程是通過(guò)黏附素與黏附受體的化學(xué)鍵共價(jià)結(jié)合，其發(fā)揮生理功能的基礎(chǔ)是黏附并定植，因此黏附能力通常作為評(píng)價(jià)LAB益生性的首要指標(biāo)[17]。目前已建立多種檢測(cè)方法評(píng)價(jià)乳酸菌的黏附性能，主要分為直接測(cè)定法和間接測(cè)定法。隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，也出現(xiàn)了新的評(píng)價(jià)方法，如計(jì)算機(jī)分子模型法[18]。

2.3 抑菌性

很多LAB 都具有對(duì)病原菌的抑制活性，即抑菌性，這是其重要的生物學(xué)特征。腸道微生物群被認(rèn)為是動(dòng)物體內(nèi)最大的微生物庫(kù)，除益生菌外，也存在很多的腸道病原菌，如大腸桿菌，因此，LAB的抑菌性有助于維持腸道健康。LAB常常被作為新型抗菌劑使用，主要通過(guò)產(chǎn)生有機(jī)酸、過(guò)氧化氫及細(xì)菌素等代謝物質(zhì)，從而抑制腸道病原菌的存活[19]。研究表明，一些LAB可以產(chǎn)生苯乳酸，苯乳酸具有抑菌作用，因此其常被用作食品防腐劑使用，以延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期；另一些LAB 還可以產(chǎn)生雙乙酰，這種通過(guò)糖酵解產(chǎn)生的物質(zhì)可以對(duì)多種有害微生物產(chǎn)生抑制作用[20]。由此可見(jiàn)，對(duì)比使用抗生素帶來(lái)的種種問(wèn)題，高抑菌性的LAB具有更大更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

2.4 加工性能

作為益生菌應(yīng)用的LAB 除了需要具備特定的生物學(xué)特征及功能外，還應(yīng)具備加工性能才能進(jìn)行菌劑的工業(yè)化生產(chǎn)[21]。通常對(duì)生產(chǎn)用LAB有以下幾點(diǎn)要求：①有關(guān)功能在加工、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中穩(wěn)定，并且有關(guān)功能的活性物質(zhì)在培養(yǎng)和儲(chǔ)存過(guò)程中能保持活性；②適用于大量的生產(chǎn)和儲(chǔ)存，在較高的濃度下仍具有較高的活性；③具有遺傳穩(wěn)定性，LAB 的益生功能在使用過(guò)程中不受培養(yǎng)條件、傳代次數(shù)、保藏方法等影響而出現(xiàn)衰退；④當(dāng)進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，能產(chǎn)生良好的感官特性及風(fēng)味，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生難聞的氣味。

3 LAB生物學(xué)功能

LAB的生理功能也成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。研究表明，LAB 具有增強(qiáng)腸道黏膜屏障功能及提高免疫力等生理功能，有利于宿主健康[22]。

3.1 提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

LAB的代謝產(chǎn)物如短鏈脂肪酸、細(xì)菌素、胞外多糖、維生素等，可以直接為宿主提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，增強(qiáng)動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)代謝，使動(dòng)物更好地生長(zhǎng)。LAB產(chǎn)生的有機(jī)酸可以促進(jìn)動(dòng)物對(duì)維生素D 和鈣、鐵離子的吸收，對(duì)促進(jìn)畜禽良好生長(zhǎng)具有重要作用[23]。如 短 鏈 脂 肪 酸（short-chain fatty acids，SCFA）可以通過(guò)影響結(jié)腸上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)，為腸黏膜上皮細(xì)胞及肌肉、心、腦、腎等提供能量，增加腸道血液的供應(yīng)量[24]。

除有機(jī)酸之外的另一種重要的代謝產(chǎn)物便是維生素。很多乳酸桿菌和雙歧桿菌在發(fā)酵時(shí)都可以產(chǎn)生維生素，且主要是B 族維生素類(lèi)化合物[25]。如果利用這些LAB 來(lái)發(fā)酵生產(chǎn)某些食品，不僅可以提高該食品的營(yíng)養(yǎng)成分，還可以通過(guò)進(jìn)食將這些LAB 運(yùn)輸?shù)饺梭w胃腸道，合成人體所必需的維生素。

3.2 維持胃腸道微生態(tài)穩(wěn)定

LAB與胃腸道健康之間關(guān)系密切，可用于治療多種胃腸道疾病[26]。LAB 是腸道自然微生物群的一部分，參與并改善宿主體內(nèi)穩(wěn)態(tài)。LAB通過(guò)與其他腸道細(xì)菌的相互作用，在腸道內(nèi)形成一道天然生物屏障，抑制有害菌的生長(zhǎng)，并維持腸道微生態(tài)穩(wěn)定。攝入乳桿菌屬和雙歧桿菌屬的細(xì)菌可誘導(dǎo)腸道菌群的變化，抑制致病微生物在胃黏膜上的黏附，因此可以改變菌群，緩解腹瀉以及腸道炎癥等。攝入LAB益生菌還可緩解乳糖不耐受癥，治療腸道應(yīng)激綜合征、炎癥性腸炎和抗結(jié)腸癌等。

3.3 增強(qiáng)機(jī)體的免疫力

動(dòng)物攝入LAB 后，免疫系統(tǒng)在控制感染上更有效[27]。LAB 可通過(guò)直接或間接的方式影響動(dòng)物體內(nèi)巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞、T細(xì)胞等免疫細(xì)胞的功能，起到調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力的作用[28]。此外，LAB 可以促進(jìn)細(xì)胞分裂，誘導(dǎo)干擾素的產(chǎn)生，還可以促進(jìn)畜禽動(dòng)物體內(nèi)特異性及非特異性抗體的產(chǎn)生。比如，植物乳桿菌可以提高血清中的IgA、IgG、IgM水平，進(jìn)而促進(jìn)免疫細(xì)胞的增殖，提高機(jī)體的免疫能力[7]。LAB 還可通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，達(dá)到激活和維持免疫平衡的目的，調(diào)節(jié)黏蛋白的表達(dá)，增強(qiáng)腸道屏障功能等。

如上所述，具有良好益生特性的LAB 可廣泛應(yīng)用于人和畜禽動(dòng)物養(yǎng)殖中。LAB的安全性和益生特性已得到廣泛公認(rèn)，具有廣闊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。通過(guò)對(duì)LAB 益生功能的不斷開(kāi)發(fā)與研究，LAB在未來(lái)能夠給人類(lèi)健康和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)更大益處[29]。

4 LAB在豬生產(chǎn)中的研究進(jìn)展

根據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布的《飼料添加劑品種目錄》，能夠添加到飼料中的LAB 有23 種（表2）。其中用于豬生產(chǎn)的LAB 主要是乳桿菌屬、雙歧桿菌屬等，LAB的使用有利于豬的胃腸道健康，提高飼糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝利用和飼料優(yōu)勢(shì)，對(duì)豬生產(chǎn)至關(guān)重要[30]。

表2 飼料LAB添加劑品種目錄Table 2 List of feed LAB additives

4.1 促生長(zhǎng)作用

研究表明，LAB可提高豬的生長(zhǎng)性能、增加器官重量并降低料重比及腹瀉率[31]。LAB 對(duì)豬的促生長(zhǎng)作用機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。①初生仔豬對(duì)病原菌的抵御能力較弱，如果遇到病原菌的入侵，會(huì)嚴(yán)重影響初生仔豬各方面的發(fā)育[32]。斷奶期時(shí)，飼料和環(huán)境的變化對(duì)于仔豬也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)激作用。在飼料中添加LAB 可以降低料重比，增加器官重量，提高初生仔豬生長(zhǎng)性能。Liu 等[33]給斷奶仔豬分別口服生理鹽水和干酪乳桿菌、糞腸球菌，結(jié)果表明，給予益生菌的仔豬平均日增重顯著增加，腹瀉率和死亡率顯著降低。Pupa 等[34]將含有植物乳桿菌和乳酸片球菌的益生菌補(bǔ)充劑口服喂養(yǎng)健康新生豬后，在所有益生菌補(bǔ)充組中，豬的平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率均優(yōu)于同期生長(zhǎng)階段的基礎(chǔ)日糧組。②對(duì)于生長(zhǎng)育肥豬， LAB 作為飼料的補(bǔ)充添加劑能夠提高豬肉的適口性，同時(shí)減少背膘厚度[35]。③在母豬妊娠期結(jié)束或哺乳期間添加一定量的LAB，會(huì)影響仔豬的出生體重，有利于仔豬生長(zhǎng)。飼料中添加糞腸球菌與普通飼料日糧對(duì)照組相比，添加糞腸球菌處理組仔豬的末重增加，并且提高了豬的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，還提高了豬回腸、盲腸、糞便中的LAB 數(shù)量，降低了回腸大腸桿菌的數(shù)量[36]。

豬飼糧中LAB 的終用量通常為108～109CFU·g-1[37]，或者對(duì)液態(tài)飼糧進(jìn)行發(fā)酵處理。多種LAB 作為益生菌補(bǔ)充劑加入豬的基礎(chǔ)日糧中均可以在提高平均日增重、降低死亡率等方面達(dá)到很好的效果[38]。

4.2 腸道微生態(tài)菌群的調(diào)控作用

動(dòng)物腸道內(nèi)微生物菌群種類(lèi)復(fù)雜、數(shù)量龐大。比如，成年豬腸道內(nèi)棲息著大概500 多種微生物，其中包含有益微生物，也包含有害微生物[39]。在正常情況下，這些微生物的分布及數(shù)量會(huì)保持一定的穩(wěn)態(tài)，作為微生物屏障維持動(dòng)物腸道的健康[40]。

LAB在豬腸道微生態(tài)菌群方面的益生作用主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。①給新生的仔豬腸道補(bǔ)充一定量的LAB，能夠幫助仔豬形成健康腸道菌群，通過(guò)維持腸道中的微生態(tài)平衡減輕應(yīng)激反應(yīng)，促進(jìn)仔豬的健康發(fā)育。研究表明，益生菌組合能改善沙門(mén)氏菌感染斷奶仔豬的腸道，增加斷奶仔豬的自主進(jìn)食量，減少糞便排泄中的沙門(mén)氏菌，降低直腸溫度，使絨毛/隱窩比值上升[39]；無(wú)論是否感染沙門(mén)氏菌，益生菌組斷奶仔豬的腹瀉分?jǐn)?shù)及發(fā)酵譜均得到改善，結(jié)腸氨濃度下降，絨毛上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞增加，絨毛/隱窩比值上升。LAB 發(fā)酵飼料可通過(guò)影響腸道不同微生物種群的比例進(jìn)而維持腸道菌群的穩(wěn)定，在結(jié)腸部位更顯著，有減少仔豬腹瀉發(fā)病率的作用[41]。②乳桿菌可以通過(guò)調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)，保持細(xì)胞完整性和腸道健康，從而提高胴體質(zhì)量[42]。③對(duì)于母豬來(lái)說(shuō)，LAB 能改善產(chǎn)后腸道微生態(tài)平衡。龐清剛等[32]研究植物乳桿菌對(duì)母豬糞便微生物的影響發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)日糧中添加活菌總數(shù)大于1.0×1011CFU·g-1的植物乳桿菌，可改善母豬產(chǎn)后腸道微生態(tài)平衡，提高其糞便中的LAB數(shù)量，降低大腸桿菌數(shù)量。

4.3 免疫調(diào)節(jié)作用

對(duì)于新生仔豬來(lái)說(shuō)，胃腸道發(fā)育不完全、免疫系統(tǒng)極度不完善。斷奶也會(huì)導(dǎo)致仔豬機(jī)體抵抗力和免疫力嚴(yán)重下降，斷奶期的仔豬通常會(huì)出現(xiàn)采食量減少、腸道消化酶活性降低和腹瀉等情況[43]。因此，如何提高仔豬在這2 個(gè)階段的免疫能力成為研究熱點(diǎn)。

LAB在新生仔豬和斷奶仔豬免疫方面的益生作用主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。①新生仔豬胃腸功能和免疫系統(tǒng)發(fā)育不完全，仔豬的抵抗力和免疫力下降，很容易受到病原微生物的侵襲。日糧中添加LAB 制劑能增加仔豬血液中白細(xì)胞數(shù)量、淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率以及IgA 的含量，還能提高超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性[44]，這說(shuō)明LAB 制劑能刺激仔豬的體液免疫和非特異性免疫反應(yīng)，增強(qiáng)抗氧化能力。Feng 等[45]研究表明，LAB 有與抗氧化酶和氧化損傷修復(fù)系統(tǒng)相關(guān)的強(qiáng)大氧化還原系統(tǒng)，主要通過(guò)清除自由基、螯合前氧化金屬離子、調(diào)節(jié)相關(guān)酶和調(diào)節(jié)腸道微生物群而表現(xiàn)出顯著的抗氧化能力。因此，他們有助于延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期，促進(jìn)仔豬健康和生理氧化還原平衡。Hou 等[46]發(fā)現(xiàn)，在腫瘤壞死因子(tumor necrosis fac-tor alpha，TNF)-α 處理下，L. reuteriD8能有效地保護(hù)腸器官樣細(xì)胞的形態(tài)和上皮細(xì)胞的正常增殖。②仔豬在斷奶時(shí)，食物由液體變?yōu)楣腆w，會(huì)引起其心理和生理各方面的不適應(yīng)，容易發(fā)生腹瀉等病癥，導(dǎo)致機(jī)體免疫力嚴(yán)重下降，生長(zhǎng)性能也會(huì)下降。飼喂LAB可以使仔豬T淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率更高，有助于增強(qiáng)仔豬免疫力，進(jìn)而促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育。饒澤斌等[47]研究發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)日糧飼料的基礎(chǔ)上，每天口服5×109CFU·g-1干酪乳桿菌代田株，斷奶仔豬在末重、平均日增重顯著提高的基礎(chǔ)上，血漿總抗氧化能力及總超氧化物歧化酶、一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性極顯著提高，肝臟NOS 活性極顯著提高，表明飼糧添加干酪乳桿菌代田株能夠提高斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能和抗氧化功能[35]。

在機(jī)理和效果方面，LAB可緩解斷奶應(yīng)激、預(yù)防仔豬腹瀉，對(duì)于新生仔豬和斷奶仔豬均有提高抵抗力的作用。一般LAB 對(duì)新生仔豬的添加形式采用口服較多，隨后其在體內(nèi)調(diào)節(jié)腸黏膜細(xì)胞層完整性，改善腸屏障功能，對(duì)病原菌起到拮抗作用[44]。

總體上，LAB 在豬的不同生長(zhǎng)階段都有提高免疫力、減輕炎癥的功效，但對(duì)于仔豬的應(yīng)用更為廣泛，因?yàn)樽胸i的免疫系統(tǒng)尚不成熟。LAB 保護(hù)腸道免受致病菌入侵的機(jī)制不僅僅是通過(guò)產(chǎn)生一些有機(jī)酸和細(xì)菌素殺死致病菌，也可以干擾致病菌在腸上皮細(xì)胞上的黏附和入侵，部分LAB作為微生態(tài)制劑已被廣泛用于養(yǎng)殖業(yè)，并取得不錯(cuò)的效果[48]。當(dāng)仔豬或母豬機(jī)體的胃腸道受到致病菌的刺激時(shí)，適當(dāng)添加外源LAB，外源LAB進(jìn)入腸道后可在腸道壁進(jìn)行定植，并能夠產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機(jī)酸，這些有機(jī)酸可有效抑制病原性細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖，促進(jìn)LAB 等有益菌的增殖，維持腸道微生態(tài)的平衡，從而促進(jìn)其機(jī)體恢復(fù)健康[49]。

5 小結(jié)

綜上所述，LAB在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛。LAB種屬繁多，特性各異，但其抗逆性差導(dǎo)致其到達(dá)胃腸道內(nèi)的活菌數(shù)量大大減少，影響其發(fā)揮益生作用，盡管很多研究都在優(yōu)化其加工工藝，但這一問(wèn)題仍沒(méi)有得到有效解決。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，LAB發(fā)揮其益生作用主要是依靠其代謝產(chǎn)物，如胞外多糖、有機(jī)酸和細(xì)菌素等，將其代謝產(chǎn)物提純作為添加劑加入飼料中，可以很大程度上解決LAB 抗逆性差的問(wèn)題，也可以更有針對(duì)性地解決豬生產(chǎn)中遇到的各種問(wèn)題。由此，針對(duì)LAB 的代謝產(chǎn)物在畜禽養(yǎng)殖中的研究將具有很大的前景。