益生菌制劑及其在家畜飼料中的應用研究進展

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，為機體的生長發育提供健康的內環境。目前，我國對益生菌的研究和開發應用仍處于初級階段，但已經發現其作為飼用添加劑的多種功效，可見在畜牧業健康發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 益生菌制劑開發和應用的優越性

益生菌制劑是指從天然環境中篩選出對使用對象起積極作用的單一或多種優良菌株，結合特殊工藝處理加工成的活菌微生態產品。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境和發酵食品中，大多數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，人體腸道是一個復雜的菌群微生態環境，微生態環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揮生物拮抗作用，將致病菌去殺。這表明益生菌制劑具有調整腸道菌群失調的作用，使得生物體重獲正常的生理狀態。

2 益生菌制劑在動物飼料中的作用原理

2.1 增加腸道有益菌數量，促進腸道發育

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育，增加有益菌的數量，利用有益菌來調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量提高11.85%，枯草芽孢桿菌數量提高13.83%，大腸桿菌數量降低11.43%。這表明益生菌制劑能增加有益菌數量，間接維護腸道平衡。

2.2 提高消化效率和對營養物質的吸收率

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的消化率，降解飼料中的抗營養因子。張孝富等[2]通過3組對比試驗發現，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，促進其對營養物質的吸收和利用。

2.3 調節免疫和抑制腫瘤細胞或細菌生長

調節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，起到抗癌作用：一種是益生菌與毒性物質結合，利用黏附或降解，減少對毒性物質的吸收，再通過排泄途徑帶出體外；另一種是將毒性物質通過調節腸道菌群等方式轉化為無毒物質。

3 益生菌制劑的生產工藝

3.1 菌體的濃縮技術

3.1.1 噴霧干燥技術。噴霧干燥具有能源成本低、制備效率高、可連續生產、易于產業化等優勢而被廣泛應用，它是以單一工序將溶液、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霧化器轉化，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（熱空氣、冷空氣、煙道氣或惰性氣體）與霧滴均勻混合，進行熱交換和質交換，使得溶劑氣化或熔融物固化；第三階段是干燥后的產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節中，大多數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生影響，但是在隨后進入的干燥速降部分時，結合水的菌株細胞會變為急劇失水的狀態，而且還會出現蒸發自由水的物理變化。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，并且引發失調的菌株功能現象產生。所以在生產環節中，工作人員對干燥工藝的溫度調節一定要進行實時監控和調節，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品性能的基本指標。Zhang Yun等[3]研究發現，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，但相應的產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以內的噴霧氣流壓力，但不應低于2 bar的噴霧壓強，某些菌株在高壓下雖然不會死亡，但會導致其喪失良好的活性特征；同樣，壓力過低將會阻礙固態菌株顆粒的順利生成，也會給制品帶來不良品質的影響。B.Riveros 等[4]研究發現，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，最多可導致93%的菌體致死。對于進料速度，為了保證存活于微膠囊內的菌株數目達到最高，技術人員針對系統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整，能夠防止菌粉粘連膠囊側壁的現象產生，有效保持菌粉活性。

3.1.2 冷凍干燥技術。冷凍干燥技術將濕物料或溶液在較低的溫度（-10～-50 ℃）下凍結成固態，然后在真空（1.3～13 Pa）下使其中的水分不經液態直接升華成氣態，最終使物料脫水的干燥技術。物料的干燥在凍結狀態下完成，與其他干燥方法相比，物料的物理結構和分子結構變化極小，其組織結構和外觀形態被較好地保存，并具有優異的復水性，可在短時間內恢復干燥前的狀態。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發生生物、化學或物理變化，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。

3.2 包埋技術

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，甚至可能出現益生菌活性消失無法揮發其作用。包埋技術的出現，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。現有的包埋技術主要是微膠囊包埋技術，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；多層法的優勢主要集中在堅固性和耐胃酸性，能夠根據壁材的不同性能形成多層級微膠囊結構，充分發揮壁材的優勢。

4 益生菌制劑在家畜上應用的影響

家禽動物在養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，經實驗研究，在喂養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現：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，豬腸道微生物區系已經建立完全且處于動態平衡，機體自我調節能力強，添加益生菌制劑的生產意義不大。

4.2 對抗病能力的影響

益生菌制劑還可通過調節腸道細胞的粘附力，競爭性地占領致病菌的附著位點，當致病菌無法附著時，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可以調節腸道對致病菌的耐受力。另外，多數益生菌的代謝物可以發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，這些大分子可以阻止致病菌與受體的結合，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進一步抑制致病菌的生長，從而起到預防疾病的作用。此外，在益生菌對肉雞作用的研究過程中發現，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。本試驗雞肉品質的各項指標中，系水性顯著提高，雞肉剪切力數值降低，但效果并不顯著，這可能與取樣部位、刀刃寬度、剪切速度、操作設備的熟練程度有關。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用范圍也愈來愈廣泛，對畜牧業的發展有著深遠意義，適應了當前我國健康養殖需要的生態環保型飼料生產技術，為飼料安全開辟了美好的發展前景，具有廣闊的應用市場。目前我國對益生菌深層次的作用機理的研究還比較少，在免疫調節上的作用尚未在分子基礎上形成定論，大多數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更為優良的菌株，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合，將極大地提高飼料的利用效率；在生產管理方面，注重對科技人員培養，制定統一的行業標準，研發用于規模化生產設備，解決包裝存儲運輸等問題，益生菌制劑會在市場上表現出更強的競爭力。