凝結(jié)芽孢桿菌的研究進展

謝麗曲林麗花陳婉如

（1.福建農(nóng)林大學動物科學學院 福州 350002；2.福建省農(nóng)業(yè)科學院 福州 350003）

1 凝結(jié)芽孢桿菌概況

凝結(jié)芽孢桿菌在中華人民共和國農(nóng)業(yè)部第1126號公告《飼料添加劑品種目錄》（2008）中已被列入保護期內(nèi)的新飼料和新飼料添加劑，其批準使用時間為2004年5月，適用范圍為肉用仔雞和生長育肥豬，說明其安全性、有效性、經(jīng)濟性和對環(huán)境的影響已通過了全國飼料評審委員會評審，并得到農(nóng)業(yè)部批準由天津新星獸藥廠生產(chǎn)。美國FDA也已認可其為“普遍認為安全”的桿菌類，且該芽孢桿菌在人類及動物生產(chǎn)上的應(yīng)用研究已成熱點，且效果顯著。ENDRES等［1］通過對小鼠的飼喂試驗也證明了添加凝結(jié)芽孢桿菌的安全性。

2 凝結(jié)芽孢桿菌的理化特性

凝結(jié)芽孢桿菌（Bacillus coagulans）是革蘭氏陽性菌，硬（或厚）壁菌門，菌體呈桿狀，兩端鈍圓，芽孢端生，沒有鞭毛，在15～40℃生長較好，最適生長pH為6.6～7.0，發(fā)酵可產(chǎn)生乳酸，所以又屬于腸道乳酸菌，稱“有孢子性乳酸菌”，在所有芽孢桿菌中具有最強的抑菌作用。凝結(jié)芽孢桿菌既有雙歧桿菌和乳酸菌等普通腸道有益菌的保健功能，又有耐胃酸、耐高溫高壓、無耐藥性、容易培養(yǎng)和保存等特點。BARBARA等［2］對10頭小牛飼喂凝結(jié)芽孢桿菌試驗表明，凝結(jié)芽孢桿菌能耐胃酸和膽汁，且能在其腸道上皮細胞中粘附繁殖。將凝結(jié)芽孢桿菌置于pH值大于2.42的酸性溶液中一年后，它的存活率仍高達105cfu/g，在1%～7%NaC1溶液中可存活一個月以上，但在8%NaC1溶液中僅能存活一個月［3-4］。

3 凝結(jié)芽孢桿菌發(fā)酵條件的優(yōu)化

凝結(jié)芽孢桿菌雖有提高動物生產(chǎn)性能等諸多優(yōu)點，但其作用效果并非一概而論，不同生產(chǎn)廠家、不同活菌含量、不同飼用動物、不同使用階段及制劑的穩(wěn)定性等均影響其作用效果，其中提高活菌含量和制劑的穩(wěn)定性是發(fā)酵生產(chǎn)凝結(jié)芽孢桿菌的關(guān)鍵技術(shù)，也是發(fā)揮其生物學作用的重要因素［5］。目前所報道的凝結(jié)芽孢桿菌活菌數(shù)可達109～1011cfu/mL，但其芽孢形成率并不高［6］。戚薇等［7］和劉馨磊等［8］分別用中空纖維膜過濾法和補料分批法高密度培養(yǎng)凝結(jié)芽孢桿菌，芽孢率分別為75%和26.7%。

4 凝結(jié)芽孢桿菌作用機理

凝結(jié)芽孢桿菌對不同養(yǎng)殖動物及不同飼用階段，其添加量不同，選擇最適合的飼用階段和篩選最佳的添加量才能發(fā)揮其最好的功效。楊漢博等［9］試驗表明，在相同條件下，要想獲得理想的飼用效果，飼糧中益生芽孢桿菌添加量要達到106～107cfu/g，當添加量為106cfu/g時，成本最低，效益明顯。

4.1 調(diào)節(jié)動物消化道微生態(tài)平衡 凝結(jié)芽孢桿菌被采食后，在胃酸環(huán)境下萌發(fā)生長，在十二指腸形成營養(yǎng)細胞，在小腸中大量繁殖，倍增時間大概為30 min［10］。在動物體內(nèi)除了有乳酸菌和雙歧桿菌等有益菌存在，還有一系列如大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌存在。當有害菌大量繁殖并打破腸道微生態(tài)平衡時，動物就會發(fā)病。凝結(jié)芽孢桿菌為兼性厭氧菌，它進入體內(nèi)后可以消耗腸道內(nèi)大量的游離氧，降低氧化還原電勢，由于大部分有害菌是需氧型的，而有益菌是厭氧型，這樣通過凝結(jié)芽孢桿菌消耗掉游離的氧就可以抑制有害菌的生長而促進有益菌的增殖。除此之外，它能產(chǎn)生雙乙酰、有機酸等多種代謝產(chǎn)物，減少胺類等有害物質(zhì)的產(chǎn)生，這不僅能改善腸道內(nèi)的微生態(tài)環(huán)境，同時也改善體外環(huán)境，從而減少疾病的發(fā)生與傳播。

與別的芽孢桿菌相似，凝結(jié)芽孢桿菌能夠分泌凝結(jié)素等抗菌物質(zhì)，穿透細胞膜，對鏈球菌、金黃色葡萄球菌等致病菌有拮抗作用，從而改善機體客觀生活環(huán)境，提高機體的抗病力，減少動物疾病的發(fā)生［11］。

CZACZYK等［12］研究發(fā)現(xiàn)凝結(jié)芽孢桿菌對鐮刀菌屬病原真菌、麥角固醇類物質(zhì)的合成也有一定的抑制作用。因此，相對那些細胞組成部分或代謝產(chǎn)物等進入體內(nèi)的效果，凝結(jié)芽孢桿菌是以活菌狀態(tài)進入體內(nèi)，其效果要好很多，因前者既不能消耗游離氧，又不能定植，也就不能促進腸道厭氧菌的生長。此外，凝結(jié)芽孢桿菌飼用效果的好壞還與產(chǎn)品的活菌含量、儲存時間和動物體況等一系列因素有關(guān)［13-15］。

4.2 促進動物機體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收 飼料被動物攝食后需經(jīng)一系列理化作用才能轉(zhuǎn)換成營養(yǎng)物質(zhì)，被動物機體吸收利用，凝結(jié)芽孢桿菌可以通過三種方式促進機體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用。一是在腸道內(nèi)生長、繁殖和定植后促進多種消化酶的分泌，提高機體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。凝結(jié)芽孢桿菌除具有較強的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶的分泌能力外，還可降解飼料中不能被宿主消化的復雜碳水化合物，如果膠、葡聚糖、纖維素和木聚糖等。ASOKAN S等［16］研究表明凝結(jié)芽孢桿菌能在較大的溫度和pH范圍內(nèi)產(chǎn)生蛋白酶。KANWAR等［17］研究也表明凝結(jié)芽孢桿菌MTCC-6375發(fā)酵液中能分離提純出脂肪酶。MARK等［18］研究證明，凝結(jié)芽孢桿菌在50℃、pH為5.0的條件下能利用戊糖-磷酸鹽途徑有效地發(fā)酵分解木質(zhì)素等。二是它自身能直接產(chǎn)生多種營養(yǎng)物質(zhì)供動物機體吸收利用，如維生素、短鏈脂肪酸、氨基酸、促生長因子等，它們不僅可參與動物機體的新陳代謝，還能促進小腸蠕動，改善腸道功能，從而促進機體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收［19-20］。三是它產(chǎn)生的乳酸可以促進動物機體對鐵、磷、鈣和維生素D等的吸收利用。

4.3 改善動物機體免疫力和抗病能力 眾多研究表明，益生菌具有提高機體免疫力的作用［21-23］。凝結(jié)芽孢桿菌在消化道的識別抗原部位可發(fā)揮免疫佐劑的功能，使得相關(guān)淋巴組織處于較高免疫準備狀態(tài)，從而加快免疫器官發(fā)育、免疫系統(tǒng)成熟、T淋巴細胞和B淋巴細胞增多、單核-巨噬細胞吞噬和分泌功能加強、體液和細胞免疫水平提高［24］。除此之外，凝結(jié)芽孢桿菌能促進消化道粘膜發(fā)生免疫反應(yīng)。BARON等試驗表明，凝結(jié)芽孢桿菌可防治甲型流感病毒等病毒感染，阻止腸腔中的病毒進入腸黏膜和血液，因而能預(yù)防和輔助治療腸道病毒、艾滋病病毒等病毒感染［25-28］。因此，通過飼喂凝結(jié)芽孢桿菌能提高飼料轉(zhuǎn)化率、促進動物生長、提高日增重和降低死亡率等。

5 凝結(jié)芽孢桿菌的應(yīng)用

5.1 在人類上的應(yīng)用 凝結(jié)芽孢桿菌在人類上的應(yīng)用廣泛，國內(nèi)外已開發(fā)上市多種凝結(jié)芽孢桿菌保健品。DOLIN等［29］通過對52例腸易激綜合征患者隨機、雙盲分組，分別在其飲食中添加凝結(jié)芽孢桿菌GBI-30-6086，結(jié)果表明使用凝結(jié)芽孢桿菌是安全有效的，能有效地減少患者的排便次數(shù)，對小兒功能性便秘療效顯著。EMAD［30］研究發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)芽孢桿菌產(chǎn)生的抗菌素，可抑制革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌和酵母菌株。魏紅娟等［31］通過對64例手足口病患者口服凝結(jié)芽孢桿菌活菌片試驗，結(jié)果顯示，食用該活菌片的患兒皰疹好轉(zhuǎn)及消失時間、體溫和食欲恢復時間均比其他試驗組短。郝寧等［32］對57例濕疹患兒口服凝結(jié)芽孢桿菌活菌片試驗，結(jié)果表明，凝結(jié)芽孢桿菌具有治療腹瀉、便秘雙向作用，有助于濕疹病情的恢復。

5.2 在豬生產(chǎn)上的應(yīng)用 養(yǎng)豬生產(chǎn)中減少或取消抗生素的使用，會使豬的生產(chǎn)性能受到嚴重影響，尋找抗生素替代品至關(guān)重要。李國建等［33］研究表明，生長肥育豬飼料中添加凝結(jié)芽孢桿菌制劑可顯著提高豬的平均日增重，降低飼料成本。霍軍等［34］研究也表明，在生長育肥豬飼料中添加凝結(jié)芽孢桿菌制劑可以顯著提高平均日增重，降低飼料成本和沙門氏菌陽性率，飼養(yǎng)效果與喹乙醇沒有差異。吳建忠等［35］研究表明，連續(xù)3 d灌服凝結(jié)芽孢桿菌制劑對乳豬黃白痢有很好的預(yù)防作用。

5.3 在牛生產(chǎn)上的應(yīng)用 研究發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)芽孢桿菌可以代替抗生素作為“牛生長促進劑”。張海軍等［36］研究表明在牛等大牲畜飼料中添加凝結(jié)芽孢桿菌，不僅能提高牛對纖維素類飼料的利用率，還起到預(yù)防大牲畜疾病的作用，使其存欄時間縮短。

5.4 在水生動物生產(chǎn)上的應(yīng)用 為解決水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨的水體富營養(yǎng)化、病原微生物抗藥性等問題，微生態(tài)制劑被逐漸引入到水產(chǎn)養(yǎng)殖中來［37］。付天璽等［38］通過研究表明，添加不同劑量的凝結(jié)芽孢桿菌均能顯著提高奧尼羅非魚胃肝胰臟和腸道蛋白酶活性（P＜0.05）。王彥波等［39］研究表明，在羅非魚飼料中添加一定量的凝結(jié)芽孢桿菌可以改善羅非魚的生長性能和肌肉中鈣、磷和粗脂肪的含量。

5.5 在家禽生產(chǎn)上的應(yīng)用 在雞飼糧中添加一定量的凝結(jié)芽孢桿菌，不僅可使雞肉或其蛋中沙門氏菌等有害菌菌落數(shù)下降，提高雞肉和雞蛋的食用安全級別，還可提高其抗病力，防止感染病原菌引起的疾病，從而提高其成活率。ZHOU等［40］用廣西黃雞進行試驗，飼用凝結(jié)芽孢桿菌可以提高廣西黃雞的飼料轉(zhuǎn)化率、日增重和存活率，同時還能改善肉質(zhì)。ALEX等［41］為評估凝結(jié)芽孢桿菌ATCC7050對肉用仔雞生產(chǎn)性能、腸道組織結(jié)構(gòu)及微生物菌群的影響，采用600羽1日齡肉用仔雞隨機分成5個處理組，每個處理4個重復，試驗期42 d，結(jié)果表明，凝結(jié)芽孢桿菌ATCC7050能提高肉用仔雞的飼料轉(zhuǎn)化率，使空腸中乳酸桿菌數(shù)增加和大腸桿菌類有害菌數(shù)減少，調(diào)節(jié)腸道微生物的菌群平衡。

6 存在問題及展望

綜上所述，凝結(jié)芽孢桿菌對動物生產(chǎn)性能有促進作用，能給養(yǎng)殖業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，且能解決飼料中添加抗生素存在的諸多問題。但其深層作用機制、途徑并不是很明確，這些進入體內(nèi)的外源菌在體內(nèi)是否真的對機體沒有任何副作用尚屬空白，不同添加劑量在體內(nèi)的增殖規(guī)律是否不同尚不清楚。因此，凝結(jié)芽孢桿菌在動物生產(chǎn)上的應(yīng)用機制有待進一步研究。

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