常見益生菌在畜禽生產上的研究進展

許 棟 楊岸奇 謝擁軍 任恕龍 李景軍*

(1.岳陽職業技術學院生物環境工程學院，湖南 岳陽414000；2. 湖南美可達生物資源股份有限公司，湖南 長沙410329；3. 岳陽市康興生態養殖有限公司，湖南 岳陽414000)

隨著生活水平的不斷提高， 人們對蛋白質食品的要求越來越高， 所以在畜禽飼養過程中， 蛋白質飼料的適量供給， 是提高畜禽類生物蛋白質水平的重要基礎和前提。 而日前漸漸興起的生物飼料進入了各大養殖企業的視線， 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)》 等國家相關法規允許使用的飼料原料和添加劑， 通過發酵工程、 酶工程、 蛋白質工程和基因工程等生物工程技術開發的飼料產品總稱， 包括發酵飼料、 酶解飼料、 菌酶協同發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處理的原料， 這是因為添加的微生物制劑在對飼料原料進行了發酵， 將飼料中的抗營養因子以及一些不易吸收的大分子物質分解成了小分子， 可以提高家畜對飼料的消化代謝率， 還可以提高畜禽生產性能， 在飼料中添加微生態制劑來改善飼料的價值和提高畜禽生長性能在生產中得到了廣泛的應用。

1 微生態制劑的主要成分

微生物與畜禽的關系非常密切， 除了具有常見的營養、 免疫作用外， 還能影響機體腸道的微生態平衡狀態， 從而影響畜禽的生長和發育。 微生態制劑的應用在畜禽養殖過程中當前是一個熱點， 其主要是成分是益生菌， 主要分為三大類：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上的菌群， 這些有益菌群能夠促進機體的生長性能和抗病力， 不會產生任何對機體有危害的物質， 鑒于這些優勢， 益生菌的替抗作用呼聲越來越高， 尤其是在家畜家禽的飼養上。

2 常見益生菌類型

丁酸梭菌首次被分離出來是1880 年由科學家Prazmowski 在豬腸道研究的實驗中， 這是一種革蘭氏陽性產芽孢的厭氧桿菌， 芽孢桿菌科梭菌屬， 屬于環境、 人體和動物腸道中的共生菌群。丁酸梭菌作為一種熱門的益生菌添加劑， 已被研究作為抗生素的替代品。 大多數集中在對肉雞的影響研究表明， 將丁酸梭菌以適當比例添加在飼料中可以顯著提高肉雞的生長性能并提高養分利用效率； 對仔豬的有限研究表明， 日糧中添加丁酸梭菌提高了生長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。 丁酸梭菌補充劑還顯著提高了斷奶仔豬的飼料效率和平均糞便評分， 與抗生素生長促進劑 (Antibiotic Growth Promoters, AGPs) 一樣有效， 這與之前的研究結果一致。 在對肉鴨的研究表明， 在北京鴨飼料中適當補充(400 mg/kg) 丁酸梭菌可以改善其肉質和脂質代謝， 利用從頭組裝方法來分析北京鴨胸肌中的RNA-Seq 轉錄組譜， 以探索丁酸梭菌處理和對照北京鴨之間的差異表達基因，通過GO 注釋和KEGG 通路分析表明， 這些差異表達基因參與了與肌肉發育相關的眾多通路， 包括ECM-受體相互作用、 MAPK 信號通路和TNF信號通路， 這項研究表明長期膳食補充丁酸梭菌可以通過改變參與關鍵代謝途徑的基因的表達模式來調節肌肉發育和肉質， 這為在飼料中添加丁酸梭菌對北京鴨以及其它家禽品種肌肉發育影響的分子機制提供了依據。 丁酸梭菌可以產生丁酸并形成孢子， 進入動物腸道后可以改善腸道環境， 調控菌群的平衡， 提高腸道的消化能力以及機體的抗病力， 改善畜禽的肉品質， 維持畜禽機體的健康。 丁酸梭菌屬于厭氧型的芽孢桿菌， 耐高溫高壓且對胃腸道的酸性環境有較好的耐受性， 適合替代某些抗生素作為飼料添加劑在生產上應用。

芽孢桿菌在動物養殖上應用的非常廣泛， 屬于芽孢桿菌屬， 在非常時期能產生對外界有害因子形成抗力的芽孢， 又叫內生孢子， 在有氧和厭氧環境中能存活繁殖， 在PH 值較低的胃腸道中也能存活， 且能分泌具有抗菌、 增強免疫的活性化合物， 這些生物學特性使得芽孢桿菌具有在生產上作為益生菌使用的潛力。 常見的種類有多黏類芽孢桿菌、 枯草芽孢桿菌、 地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)、 凝結芽孢桿菌、 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用在生產上， 能夠有效促進動物生長， 促進倡導有益微生物的繁殖， 維持機體健康。 有研究表明將芽孢桿菌添加在飼料中進行一定時間的發酵， 可以提高飼料的營養品質， 具有不同程度的降解纖維、 分解脂肪、 提高粗蛋白質含量的能力， 其中， 地衣芽孢桿菌分解飼料中纖維的能力相對相對較強，枯草芽孢桿菌分解脂肪的能力較強。 芽孢桿菌還可以分泌多種有益的化合物， 如細菌素化合物，有著廣泛的抑菌譜， 對多種革蘭氏陰性、 陽性菌、 真菌等均有抑制作用； 如多糖類化合物， 具有不同程度的免疫調節、 抗氧化等作用。 芽孢桿菌作為益生菌添加在畜禽飼料中， 對動物生長有明顯的促進作用。

2.2.1 枯草芽孢桿菌

枯草芽孢桿菌具有很強的耐熱性、 耐酸性，在動物體小腸內能夠形成生物膜， 而且在儲存和給藥過程中具有高穩定性， 這些特征使得其被廣泛使用。 有研究表明， 枯草芽孢桿菌單獨或與其他細菌結合可用作生長促進劑或免疫調節因子，以增加肉雞的能量保持、 體重增加和飼料轉化率。 其作用機制之一是促進胃腸道中的飼料消化和營養吸收， 通過提高骨密度和鈣、 磷等礦物質含量， 來預防骨量減少。 與肉雞相比， 蛋雞的壽命更長， 有一個產蛋量高的階段， 大約每年300顆蛋或更多， 因此， 蛋雞需要更多的鈣， 導致在生產過程中消耗結構骨， 從而增加骨質疏松癥的風險。 有研究表明， 枯草芽孢桿菌通過保護腸道屏障和積極調節腸道菌群組成來促進蛋雞的吸收能力， 并提高蛋質量和礦物質保留。 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 表達來增加適銷產蛋量和骨骼特性。 因此， 枯草芽孢桿菌是一種有價值的飼料添加劑， 可以改善蛋雞的生長性能和預防骨質疏松癥。

2.2.2 凝結芽孢桿菌

凝結芽孢桿菌的發現可以追溯到1915 年，當時它首次在愛荷華州農業實驗基地凝結的罐裝淡奶中被發現， 并于1932 年首次分離。 在發現之初， 凝結芽孢桿菌被稱為產孢乳酸桿菌， 被認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。 凝結芽孢桿菌是一種革蘭氏陽性、 兼性厭氧、 非致病性、 產孢子和產乳酸菌。 由于其在胃腸道中的高穩定性、 無毒作用以及高但尚未完全了解的藥理活性， 它被稱為“益生菌之王”。 凝結芽孢桿菌耐高溫， 其最佳生長溫度35-50°C， 最佳生長pH 值為5.5-6.5。 此外， 凝結芽孢桿菌的孢子具有很強的抗菌性、 復活性和穩定性， 可以在胃的酸性環境中被激活， 并開始在腸道內激活和增殖， 這些特征賦予凝結芽孢桿菌許多優于其他LAB 菌株的優勢。 孢子可以適應腸道低氧環境， 順利到達胃腸道， 從而在腸道中發揮乳酸菌的作用。 據報道，在模擬消化過程中凝結芽孢桿菌孢子的存活率為92%， 一旦激活， 凝結芽孢桿菌會產生一種稱為凝固素的細菌素， 它具有對抗廣譜腸道微生物的活性， 這是凝結芽孢桿菌發揮抗菌活性的機制之一。 值得指出的是， 凝結芽孢桿菌缺乏粘附于腸上皮的能力， 除非維持長期給藥。 凝結芽孢桿菌在4-5 天內完全消亡。 由于這一特性， 凝結芽孢桿菌可能需要長期給藥才能維持益生菌的作用。

乳酸菌通常是動物和人類正常菌群的一部分， 是一種利用可發酵的碳水化合物產生大量乳酸的細菌總稱。 乳酸菌主要又分為三類： 乳桿菌類、 雙歧桿菌類、 革蘭氏陽性球菌。 乳酸桿菌可以減少病原體炎癥并調節關鍵免疫細胞因子的表達， 以改善宿主腸道健康和病原體暴露后家禽和豬的生長性能。 乳酸桿菌的益生菌作用機制是多因素的， 尚未完全表征， 可能的機制包括抗菌物質的分泌、 腸上皮屏障功能的增強、 對粘膜的競爭性粘附和免疫反應的調節。 乳酸桿菌可以在體外阻止大腸桿菌和沙門氏菌的生長， 增加回腸和盲腸中乳酸桿菌的數量， 減少回腸中大腸桿菌的數量， 改善腸道菌群可以抵消腸道病原體引起的血清內毒素含量的增加。

常見的類型有乳球菌、 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， 對糖類的發酵能力很強， 能夠產生大量的乳酸， 且產物只有一種， 在食品發酵過程中與其它乳酸菌有協同作用， 應用比較廣泛。 自從將微生物制劑應用到動物飼料生產上， 諸多研究表明， 腸道微生物的構建與腸道免疫系統的發育有密切的聯系， 植物乳桿菌能調節動物腸道的菌群， 促進有益菌的增殖、 減少病原菌的數量， 具有促進生長、 預防腹瀉、 增強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加工中， 經發酵后可以產生乳酸、 細菌素等代謝產物， 乳酸可以加工生產乳制品， 細菌素是一種非抗菌藥物的殺菌物質， 對大腸桿菌有很強的抑制和扛黏附作用， 對幽門螺桿菌的活性也有一定的抑制作用， 而且發酵產物中的抑菌物質只在酸性環境中發揮抑菌活性。

2.3.2 嗜酸乳桿菌

嗜酸乳桿菌是乳酸桿菌屬中革蘭氏陽性細菌的一種， 廣泛用作人類和動物的益生菌。 嗜酸乳桿菌可以抑制病原體入侵， 調節體外和體內的免疫反應。 嗜酸乳桿菌可以產生類似細菌的細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散， 并通過競爭排斥和對抗調節腸道菌群， 這些研究表明， 嗜酸乳桿菌具有控制動物病原體的潛力。 目前有研究表明補充嗜酸乳桿菌對肉雞生產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性能。 Fukata 等人報道了嗜酸乳桿菌減少了腸道病原體產生的毒素， 這解釋了添加嗜酸乳桿菌的有益效果。 補充嗜酸乳桿菌后生長的改善， 也可能是因為它能夠在腸道內直接發酵營養物質， 產生內源性酶或生長促進因子。 這一生理過程可以刺激小腸蠕動， 提高飼料的消化率和可用性， 并促進腸道健康。 免疫應激會導致大量的能量消耗來合成炎癥因子， 因此嗜酸乳桿菌可以減輕免疫應激， 為生長和維持保留能量。 日糧中添加嗜酸乳桿菌對感染大腸桿菌的鳥類的保護作用源于細胞和體液免疫的增強以及腸道屏障功能的改善， 這些影響導致了鳥類生長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策略。

2.3.3 雙歧桿菌

雙歧桿菌作為厭氧、 不形成孢子的細菌， 產生抗菌蛋白質物質， 如細菌素、 乳酸和乙酸， 它們可以抑制幾種革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌的生長體外細菌。 雙歧桿菌素B 對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， 雙歧桿菌素對黃色微球菌和金黃色葡萄球菌的活性有促進作用。 雙歧桿菌素B 對某些食源性病原體顯示出抗菌活性， 例如蠟狀芽孢桿菌、 單核細胞增生李斯特氏菌， 而雙歧桿菌素對黃曲霉和金黃色葡萄球菌具有抗菌活性。 使用好氧和厭氧細菌菌株的益生菌混合物對畜禽的生產和健康產生協同改善作用。

酵母、 細菌和藻類等微生物是眾多工業過程中的關鍵參與者， 從傳統發酵食品和飲料的生產到重組蛋白質和其他高價值分子。 酵母菌是一種單細胞真菌， 含有豐富的酶類、 氨基酸和B 族維生素， 具有繁殖速度快、 生長周期短、 菌體營養等特點， 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養價值， 還能增加風味， 尤其是釀酒酵母， 在我國已有多年的使用歷史。 近年來酵母菌被廣泛應用在畜禽養殖業飼料的研究， 在畜禽的基礎日糧中添加一定比例的酵母菌， 經發酵后不僅能夠提高飼料的營養價值，還可以作為生長激素替代抗生素， 避免了使用抗生素所產生的耐藥性、 藥物殘留等問題。 酵母菌既可以單獨對飼料進行發酵， 也可以協同其它益生菌對飼料發酵， 酵母菌與其它益生菌組成的復合益生菌制劑， 有利于加強共生菌種之間的互作， 產生多種有益的產物， 大大提高飼料的營養價值， 對畜禽的生長性能有促進作用， 還可以提高飼料的適口性。 通過對酵母菌對飼料發酵的研究發現， 諸多農副產品均可通過發酵后給畜禽食用， 有效改善了我國畜牧業飼料資源短缺的問題， 有些不耐儲藏的飼草料經發酵后可經長途運輸送至飼糧短缺的偏遠地區， 某種程度上促進了畜牧業的發展。

3 微生態制劑的研究展望

單一的益生菌制劑添加在飼料中的研究在畜禽生產上取得了一定的進展， 科學家們開始著力于研究兩種或兩種以上的益生菌對飼料是否具有協同效應， 初步闡述其對畜禽的調控機理， 以及替代抗生素飼料添加劑的新配方， 尋求提高畜禽生長性能和抗病力的最佳益生菌組合， 為養殖業和飼料生產提供參考依據和理論基礎。

參考文獻(略)