益生素制劑在動物生產(chǎn)上的應(yīng)用研究

馬發(fā)順 牛月琳 吳丹丹 張思雨 元雪湞

（1.安陽工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，河南 安陽 455000；2.安陽市文峰區(qū)寶蓮，河南 安陽 455000；3.河南省獸藥飼料監(jiān)察所，河南 鄭州 450000）

益生素是一種可通過改變腸道菌群平衡而對動物產(chǎn)生有利影響的活的微生物飼料添加劑。益生素俗稱飼用微生物添加劑，或益生菌、活菌劑、微生態(tài)制劑等。益生素具有調(diào)控畜禽腸道菌群、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、提高畜禽生產(chǎn)性能等多重功效，是一種無抗藥性、無毒、無殘留、無不良反應(yīng)的綠色飼料添加劑。

1 益生素的種類

對于益生素的分類，若按益生素的作用效果可分為生長促進(jìn)劑和微生態(tài)治療劑；若按益生素所用菌種的不同可分為乳酸菌制劑、芽孢桿菌制劑、酵母菌制劑和光合細(xì)菌等；若按菌種組合的不同可分為單一菌制劑和復(fù)合菌制劑[1]。下面主要按照所用菌種的不同介紹不同各類的益生素。

乳酸菌類是可分解糖類產(chǎn)生乳酸的一類細(xì)菌的總稱，以乳酸桿菌、雙歧桿菌和糞鏈球菌為代表。乳酸菌類在腸道內(nèi)可合成多種維生素和氨基酸，可提高礦物質(zhì)元素的生物活性，促進(jìn)維生素和礦物質(zhì)元素的吸收；對胃中酸性環(huán)境有一定耐受性，能有效抑制大腸桿菌和沙門氏菌的生長，但不耐高溫。具有提供營養(yǎng)、抑制病原菌生長和促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)吸收等功能[1]。

芽孢桿菌是好氣性菌，可形成內(nèi)生孢子。主要有地衣芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、東洋芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌等[2]。它具有較高的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性，對植物性碳水化合物具有較強(qiáng)的降解能力。它在動物腸道內(nèi)可消耗氧氣、保持腸道厭氧環(huán)境，從而抑制有害菌的生長，維持腸道生態(tài)平衡。芽孢桿菌還是一種較好的免疫激活劑，能提高體內(nèi)巨噬細(xì)胞的活性，使機(jī)體免疫力增強(qiáng)。其主要特點(diǎn)是：耐高溫、耐酸、耐鹽，穩(wěn)定性好；能產(chǎn)生消化酶，幫助消化。

動物腸道中酵母菌的數(shù)量較少，種類主要有熱帶假絲酵母、產(chǎn)阮假絲酵母、啤酒酵母、紅色酵母等[2]。酵母菌能夠為動物提供多種營養(yǎng)，提高消化酶活性，提高胃腸道微生物的活性和對礦物質(zhì)、維生素的消化率；能夠增強(qiáng)免疫力；能夠提高動物采食量。

光合細(xì)菌是一類能夠進(jìn)行光合作用的微生物，在厭氧光照條件下能利用光能同化二氧化碳。光合細(xì)菌雖然不能在動物腸道內(nèi)定植，但其菌體營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高達(dá)60%-65%；還可為宿主提供維生素、礦物質(zhì)、核酸等營養(yǎng)。

目前，市場上應(yīng)用較多、效果較好的是復(fù)合型益生素[3]。復(fù)合益生素制劑由多種不同的益生素按一定比例配制而成，各種有益菌能產(chǎn)生相互協(xié)同作用，共同實(shí)現(xiàn)對動物機(jī)體的調(diào)節(jié)[2]。試驗表明，在日糧中添加復(fù)合益生素可提高肉雞的生產(chǎn)性能、增強(qiáng)免疫功能、改善腸道菌群[4]。

2 益生素的制備工藝

益生素的制備工藝過程主要包括篩選菌種、培養(yǎng)復(fù)壯、菌體發(fā)酵、濃縮干燥、制劑貯藏等步驟[1]。菌種最好選擇來自動物自身腸道中的有益菌群，并且要反復(fù)篩選。益生素制劑的菌種應(yīng)符合以下條件：安全性好，無毒害作用；耐高溫，保證益生素制劑經(jīng)過干燥后保持較高的成活率；菌種進(jìn)入動物消化道后，能在腸道表面定植，具有耐胃酸、膽鹽等環(huán)境的能力；能產(chǎn)生促進(jìn)消化道吸收營養(yǎng)或抑制病原菌的物質(zhì)。益生素生產(chǎn)發(fā)酵的方法主要有固體表面發(fā)酵法和大罐液體發(fā)酵法兩種[3]。固體表面發(fā)酵法投資少，但產(chǎn)量低，勞動強(qiáng)度大。大罐液體發(fā)酵法工藝流程復(fù)雜，成本高，但便于無菌操作，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

3 益生素的作用機(jī)理

益生素的作用機(jī)制較為復(fù)雜，目前被人們廣泛接受的有微生態(tài)平衡理論、菌群屏障學(xué)說、優(yōu)勢菌群學(xué)說、微生物奪氧學(xué)說、提高機(jī)體免疫力和改善腸道微生態(tài)環(huán)境等[5]。

健康動物腸道菌群與宿主保持著動態(tài)平衡，對動物正常生長發(fā)育和抵抗疾病具有重要意義。腸道內(nèi)優(yōu)勢菌群厭氧菌占99%，主要包括雙歧桿菌、乳酸桿菌等，而需氧菌及兼性厭氧菌只占1%[5]。當(dāng)動物受到應(yīng)激刺激時，腸道菌群就會失衡，造成消化機(jī)能紊亂，抑制動物生長發(fā)育，嚴(yán)重者可導(dǎo)致疾病。益生素可補(bǔ)充優(yōu)勢菌群，一方面通過定植、占位、生長和繁殖與腸道內(nèi)的有害菌競爭營養(yǎng)物質(zhì)，抑制有害菌生長；另一方面益生素提供的有益菌生長和繁殖需要消耗大量氧氣，爭奪其他需氧有害菌的生長條件。同時益生素生長代謝過程中，會產(chǎn)生抗微生物活性產(chǎn)物，如過氧化氫和有機(jī)酸等，可抑制一些有害菌生長，從而使腸道菌群恢復(fù)生態(tài)平衡[6]。

益生素可以刺激免疫器官生長發(fā)育，提高免疫器官指數(shù)；還具有免疫激活劑的作用，可增強(qiáng)單核吞噬細(xì)胞、噬中性粒細(xì)胞活性，作為非特異免疫調(diào)節(jié)因子，增強(qiáng)機(jī)體非特異性免疫并啟動特異性免疫應(yīng)答，從而提高機(jī)體的免疫力和抗病力[7-8]。

有些益生菌可產(chǎn)生水解酶、發(fā)酵酶和呼吸酶。酵母菌和某些芽孢桿菌能產(chǎn)生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶，能直接消化飼料中營養(yǎng)成分，提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率；還可降解飼料中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高飼料利用率。益生素還能合成一定量的B 族維生素和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，提高飼料轉(zhuǎn)化率[9]。另外，益生素還可以利用果膠、纖維素及半纖維素等動物本身不能直接利用的物質(zhì)，從而提高動物的生產(chǎn)性能。益生素產(chǎn)生的丙酸和乙酸等揮發(fā)性脂肪酸，刺激腸道蠕動，促進(jìn)消化液的分泌；其中丙酸還能參與三羧酸循環(huán)，為物質(zhì)代謝提供能量。

益生素中的有益微生物可競爭性抑制病原菌附著到腸黏膜上，起到屏障作用，促使病原菌隨糞便排出體外[10]；益生素可產(chǎn)生大量的乳酸和乙酸等，降低腸道內(nèi)pH 值；益生素代謝產(chǎn)生的桿菌肽、細(xì)菌素、乳酸菌素等物質(zhì)具有抑菌、殺菌作用；在抑制有害菌生長的同時，還保持胃腸道黏膜結(jié)構(gòu)的完整性，保障腸道健康；確保了微生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流和基因流的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；創(chuàng)造了一個不利于有害菌生長的環(huán)境，起到凈化腸道內(nèi)環(huán)境的作用[6]。益生素還可減少糞便中有害物質(zhì)氨、吲哚等的含量[11]。此外，乳酸的生成還能防止動物腹瀉[10]。

4 益生素在動物生產(chǎn)上的應(yīng)用

益生素可以改善仔豬胃腸道的微生態(tài)環(huán)境，保障仔豬對飼料良好的消化率和利用率。試驗表明哺乳仔豬早期使用益生素補(bǔ)食，可明顯提高日增重、降低腹瀉率、提高存活率；在斷奶仔豬日糧中添加適量的益生素可促進(jìn)其腸道發(fā)育、緩解斷奶應(yīng)激、提高其生長性能和免疫能力[12-13]。

在長大和大長經(jīng)產(chǎn)3 胎次母豬日糧中添加活性葉酸，母豬的產(chǎn)仔數(shù)、產(chǎn)活仔率和仔豬初生重均有明顯提高[14]。在母豬日糧中添加酵母菌培養(yǎng)物或枯草菌制劑可顯著提高斷奶仔豬數(shù)和仔豬斷奶體重；還能刺激母豬小腸及大腸后段發(fā)酵，從而增加揮發(fā)性脂肪酸和發(fā)酵終產(chǎn)物的產(chǎn)量，為母豬提供更多的能量，有利于母豬的養(yǎng)分利用和產(chǎn)奶量[15]。

益生素具有提高肥育豬生長性能以及改善肉品質(zhì)的功效[16]。在肥育豬飼糧中添加0.5%益生素可顯著提高肥育豬日增重、血清IgA 和IgG 含量、盲腸乳酸桿菌數(shù)量，可降低料重比和盲腸大腸桿菌數(shù)量[16]。益生素可使33-61 日齡生長階段肥育豬體重顯著提高，益生菌在斷奶后仔豬消化系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育成熟時具有較好的促生長效果；隨著日齡增長，豬只的消化系統(tǒng)逐漸完善，免疫力逐漸增強(qiáng)，益生菌對日增重的提高效果逐漸減弱[17]。益生素不僅能提高肥育期蘇淮豬的生長性能，還有助于改善蘇淮豬的肌肉品質(zhì)[18]。

益生素能提高機(jī)體免疫力，對蛋雞具有保健作用[19]。益生素具有良好的降血脂作用。在飼糧中添加益生菌飼喂28 周齡的白萊航雞，10 周后其血清和蛋黃膽固醇含量分別降低了27%和23%；在飼糧中添加嗜酸乳桿菌飼喂20 周齡的白殼蛋雞，8 周后其血漿和蛋黃膽固醇含量分別下降了56%和17%。這是因為益生素代謝產(chǎn)物在腸道內(nèi)通過發(fā)酵腸道內(nèi)容物產(chǎn)生短鏈脂肪酸，可以抑制肝臟脂肪酸和膽固醇的合成，降低甘油三酯和膽固醇的分泌速率；益生素還可通過抑制基因表達(dá)途徑降低腸道內(nèi)膽固醇的吸收。

益生素與腸道內(nèi)原有微生物協(xié)同，產(chǎn)生大量維生素D3，可促進(jìn)機(jī)體對鈣和磷的吸收，從而改善蛋殼質(zhì)量；益生素可提高蛋雞食欲，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用，提高飼料利用率。日糧中添加0.5%合生元，產(chǎn)蛋率和日產(chǎn)蛋量分別提高6.17%和5.97%，破蛋率、日采食量和料蛋比分別降低73.85%、2.53%和8.06%；蛋殼厚度、色澤、強(qiáng)度和哈氏單位分別提高了5.85%、6.50%、15.49%和2.52%[20]。在飼料中添加0.1%益生素，蛋雞產(chǎn)蛋率和累計產(chǎn)蛋數(shù)均顯著提高，而料蛋比和死淘率均顯著降低。所以，益生素對蛋雞產(chǎn)蛋高峰期的生產(chǎn)性能具有促進(jìn)作用[10]。

益生素可有效治療雛雞白痢。用益生素和腐植酸鈉等微生態(tài)制劑可抑制有害菌的生長繁殖，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，制止腹瀉；益生素作為非特異性免疫調(diào)節(jié)因子，能激發(fā)吞噬細(xì)胞活力，提高免疫力，促使機(jī)體快速康復(fù)；益生素通過降低血糖濃度提高蛋雞抗應(yīng)激能力。可使蛋雞生產(chǎn)期平均延長32 d，使飼料消耗和死亡率明顯下降[21-22]。

益生素可改善肉仔雞生產(chǎn)性能，提高免疫功能；還可提高屠宰率和胸肌率，降低失水率，改善肉質(zhì)，降低雞舍污染等。在羅斯308 肉雞飼糧中添加益生素和益生元可不同程度地提高平均日增重，降低料重比，且混合添加的效果優(yōu)于單獨(dú)使用。復(fù)合益生素制劑比復(fù)合芽孢菌制劑、嗜乳酸桿菌制劑增重效果更好[4]。研究顯示，在肉雞基礎(chǔ)日糧中添加益生素可降低21 日齡和42 日齡料重比[23]。益生素乳酸芽孢桿菌和鼠李糖乳桿菌共生培養(yǎng)物可以使三黃雞淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率及胸腺、脾臟和法氏囊指數(shù)顯著提高，能促進(jìn)免疫器官的生長發(fā)育。采用由乳酸菌和芽孢桿菌制備的益生素飼喂雛雞，可有效提高血液IgM、IgG、IgA 的含量[24]。

目前用于犢牛的益生素主要有地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌等。芽孢桿菌耐酸堿，乳酸桿菌能促進(jìn)飼料消化、提高飼料轉(zhuǎn)化率。犢牛的腸道中若大腸桿菌和梭桿菌成為優(yōu)勢菌群，則犢牛易出現(xiàn)腹瀉；若雙歧桿菌和乳酸桿菌處于主導(dǎo)地位，則犢牛處于健康狀態(tài)。芽孢桿菌和乳酸桿菌可競爭性排斥大腸桿菌和梭桿菌，使雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量增加，從而達(dá)到調(diào)節(jié)犢牛腸道微生態(tài)平衡和防止腹瀉的目的[8]。在犢牛期使用益生素比生長后期使用效果更明顯。

在奶牛飼料中添加酵母培養(yǎng)物能提高產(chǎn)奶量、乳脂率和乳蛋白率。酵母培養(yǎng)物適口性好，有助于防止奶牛采食量下降。酵母菌還能提高奶牛對干物質(zhì)的采食量，改善飼料消化率。酵母培養(yǎng)物可促進(jìn)瘤胃中乳酸菌群的生長，有利于維持瘤胃pH 值在6.0 以上，提高纖維的消化率[9]。

5 益生素與其他飼料添加劑的配伍使用

益生素和酶制劑具有很強(qiáng)的協(xié)同作用，益生素可提高酶制劑的活性。芽孢桿菌制劑可產(chǎn)生動物本身不能分泌的木聚糖酶、纖維素酶等。據(jù)報道，飼喂益生素制劑后動物小腸內(nèi)的α- 蔗糖酶、乳糖酶以及淀粉酶和蛋白酶等的活性都顯著提高[25]。酶制劑可促進(jìn)益生菌增殖。酶制劑促進(jìn)飼料的分解，不僅為動物提供大量的營養(yǎng)物質(zhì)，同時也為益生菌生長繁殖提供必需的養(yǎng)分。研究表明，添加芽孢桿菌0.52%-0.69%酶制劑0.14%-0.21%，鯉魚、草魚的生產(chǎn)性能最佳；在肉雞日糧中添加酶制劑0.1%和益生素0.023%，日增重和飼料轉(zhuǎn)化率均有極顯著提高，肉雞腹部脂肪質(zhì)量顯著減輕[26]。斷奶仔豬日糧中添加微生態(tài)制劑0.5%和酶制劑0.3%，可顯著提高日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，在預(yù)防仔豬腹瀉和提高經(jīng)濟(jì)效益方面效果顯著。

寡聚糖能選擇性激活一種或幾種有益菌群生長繁殖，并被有益菌消化利用，抑制有害菌生長。益生素的添加可直接提高畜禽腸道內(nèi)有益菌群的數(shù)量，而寡聚糖和益生素配伍使用能提高有益菌在腸道內(nèi)的成活率和定植率，增強(qiáng)有益菌的競爭優(yōu)勢，促進(jìn)益生素更好地發(fā)揮作用。羅曼蛋雞日糧中添加寡聚糖益生素后，可顯著提高雛雞成活率，促進(jìn)青年雞的生長，降低雞舍氨氣濃度[27]。在AA 肉雞日糧中添加益生素與低聚木糖組合，能有效提高空腸乳酸菌數(shù)量。在豬飼糧中添加甘露寡聚糖和益生素制劑可提高生長速度和飼料利用率。

活性肽具有免疫調(diào)節(jié)、抗菌等作用，能提高機(jī)體的免疫力；活性肽還能增強(qiáng)益生菌的益生效果，刺激發(fā)酵糖和淀粉的微生物生長；益生菌又能反過來促進(jìn)活性肽的吸收和利用。由于益生菌產(chǎn)生的蛋白酶可將蛋白質(zhì)分解成活性肽，而活性肽的吸收與腸道pH 值有關(guān)聯(lián)，產(chǎn)酸益生菌產(chǎn)生的有機(jī)酸能穩(wěn)定腸道pH 值，從而加速機(jī)體對其吸收利用。研究表明，將活性肽和乳酸桿菌聯(lián)合使用，在防治消化道疾病、降低腹瀉豬死亡率、提高生長速度等方面均有良好的效果。

6 影響益生素使用效果的因素

在顆粒飼料制粒過程中的工藝條件對益生菌的存活有重要影響。由于各種益生素的穩(wěn)定性不同，在制粒過程中受影響的程度不盡相同，一般乳酸桿菌受影響較大，而鏈球菌和芽孢桿菌受影響較小。通常乳酸菌和酵母菌等在粉料中使用效果優(yōu)于顆粒料，而在顆粒料中多選用穩(wěn)定性較好的芽孢桿菌或經(jīng)特殊材料包被的其他菌類。益生素的適宜添加量是保證其使用效果的重要因素：若添加量不足就不能達(dá)到預(yù)期效果；若添加過量，過量的微生物會同機(jī)體爭奪營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致飼料轉(zhuǎn)化率下降，提高飼料成本。

日糧的營養(yǎng)水平不同，益生素的作用效果也不同。在豬的日糧中，低蛋白或未添加賴氨酸時益生素的使用效果更好，能顯著提高生長豬的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率。某些飼料中的部分微量元素和抗菌物質(zhì)對微生物具有破壞作用，會影響益生素的使用效果。若動物的飼養(yǎng)環(huán)境惡劣，腸道中有害菌群數(shù)量較大，則添加適量的益生素制劑對增加腸道內(nèi)有益微生物數(shù)量、平衡腸道菌群構(gòu)成有顯著效果。若仔豬受到應(yīng)激刺激或在斷奶過程中胃腸道菌群趨于失衡，益生素菌株更易于在胃腸道黏膜定植，使用效果更好。對于幼年動物以及處于運(yùn)輸、飼料改變、天氣變化、轉(zhuǎn)群或患病等應(yīng)激條件下的動物，比在適宜環(huán)境條件下生活的動物，益生素的使用效果更明顯。

益生素在腸道的定植有動物特異性，動物品種、用途、年齡和個體差異對益生素的適應(yīng)和感受程度也不同。對于特定種類的動物應(yīng)使用某種更合適的益生素。動物的生理階段不同，益生素的使用效果也不同。在使用時應(yīng)充分考慮其作用對象和使用目的，這樣才能達(dá)到理想的效果。動物出生時，及時添加益生素可使有益菌搶占腸道成為優(yōu)勢菌群；動物生長后期，適量添加益生素可以改善腸道有益菌群數(shù)量，維持動物健康。

7 益生素應(yīng)用中存在的問題及展望

益生素是一種安全、環(huán)保的綠色飼料添加劑，具有無殘留、無公害、無副作用、無污染、不產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)。益生素在畜牧業(yè)健康養(yǎng)殖上的應(yīng)用是近年來飼料工業(yè)的研究熱點(diǎn)，但在益生素應(yīng)用中存在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)經(jīng)營管理方面的問題。雖然益生素新產(chǎn)品較多，但質(zhì)量不夠穩(wěn)定，在運(yùn)輸、使用、保存過程中易失活；有些菌株在消化道抵抗胃酸、膽堿能力差，無法長期發(fā)揮作用；菌種的安全性還需要進(jìn)一步研究和驗證；其作用機(jī)理的研究還不夠深入和全面。針對這些問題，今后應(yīng)加強(qiáng)高效菌株的選擇，改進(jìn)生產(chǎn)工藝條件，開發(fā)新的劑型，以保證益生素制劑的高效性和穩(wěn)定性；還應(yīng)針對動物種類和特定生長階段篩選研制專用的益生素制劑，并確定其最佳使用劑量，以保證使用效果。通過作用機(jī)理研究和安全性評價，解決益生素應(yīng)用上的理論支撐，排除對應(yīng)用風(fēng)險的顧慮，為益生素的科學(xué)應(yīng)用奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。