常见益生菌在畜禽生产上的研究进展

许 栋 杨岸奇 谢拥军 任恕龙 李景军*

(1.岳阳职业技术学院生物环境工程学院，湖南 岳阳414000；2. 湖南美可达生物资源股份有限公司，湖南 长沙410329；3. 岳阳市康兴生态养殖有限公司，湖南 岳阳414000)

随着生活水平的不断提高， 人们对蛋白质食品的要求越来越高， 所以在畜禽饲养过程中， 蛋白质饲料的适量供给， 是提高畜禽类生物蛋白质水平的重要基础和前提。 而日前渐渐兴起的生物饲料进入了各大养殖企业的视线， 生物饲料是指使用《饲料原料目录(2013)》 和《饲料添加剂品种目录(2013)》 等国家相关法规允许使用的饲料原料和添加剂， 通过发酵工程、 酶工程、 蛋白质工程和基因工程等生物工程技术开发的饲料产品总称， 包括发酵饲料、 酶解饲料、 菌酶协同发酵饲料和生物饲料添加剂等。 生物饲料中的蛋白含量高于未经处理的原料， 这是因为添加的微生物制剂在对饲料原料进行了发酵， 将饲料中的抗营养因子以及一些不易吸收的大分子物质分解成了小分子， 可以提高家畜对饲料的消化代谢率， 还可以提高畜禽生产性能， 在饲料中添加微生态制剂来改善饲料的价值和提高畜禽生长性能在生产中得到了广泛的应用。

1 微生态制剂的主要成分

微生物与畜禽的关系非常密切， 除了具有常见的营养、 免疫作用外， 还能影响机体肠道的微生态平衡状态， 从而影响畜禽的生长和发育。 微生态制剂的应用在畜禽养殖过程中当前是一个热点， 其主要是成分是益生菌， 主要分为三大类：芽孢杆菌(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， 《饲料添加剂品种目录 (2013)》 中列举的种类如丁酸梭菌(Clostridium butyricum)、 乳酸乳杆菌 (Lactobacillus lactis)、 植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、 保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)、 地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、 枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis)、 凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、 粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、 屎肠球菌(Enterococcus faecium)、 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) 等等都是目前常用在饲料生产上的菌群， 这些有益菌群能够促进机体的生长性能和抗病力， 不会产生任何对机体有危害的物质， 鉴于这些优势， 益生菌的替抗作用呼声越来越高， 尤其是在家畜家禽的饲养上。

2 常见益生菌类型

丁酸梭菌首次被分离出来是1880 年由科学家Prazmowski 在猪肠道研究的实验中， 这是一种革兰氏阳性产芽孢的厌氧杆菌， 芽孢杆菌科梭菌属， 属于环境、 人体和动物肠道中的共生菌群。丁酸梭菌作为一种热门的益生菌添加剂， 已被研究作为抗生素的替代品。 大多数集中在对肉鸡的影响研究表明， 将丁酸梭菌以适当比例添加在饲料中可以显著提高肉鸡的生长性能并提高养分利用效率； 对仔猪的有限研究表明， 日粮中添加丁酸梭菌提高了生长性能并提高了饲料效率， 显着降低了断奶仔猪的F/G 比和腹泻率。 丁酸梭菌补充剂还显著提高了断奶仔猪的饲料效率和平均粪便评分， 与抗生素生长促进剂 (Antibiotic Growth Promoters, AGPs) 一样有效， 这与之前的研究结果一致。 在对肉鸭的研究表明， 在北京鸭饲料中适当补充(400 mg/kg) 丁酸梭菌可以改善其肉质和脂质代谢， 利用从头组装方法来分析北京鸭胸肌中的RNA-Seq 转录组谱， 以探索丁酸梭菌处理和对照北京鸭之间的差异表达基因，通过GO 注释和KEGG 通路分析表明， 这些差异表达基因参与了与肌肉发育相关的众多通路， 包括ECM-受体相互作用、 MAPK 信号通路和TNF信号通路， 这项研究表明长期膳食补充丁酸梭菌可以通过改变参与关键代谢途径的基因的表达模式来调节肌肉发育和肉质， 这为在饲料中添加丁酸梭菌对北京鸭以及其它家禽品种肌肉发育影响的分子机制提供了依据。 丁酸梭菌可以产生丁酸并形成孢子， 进入动物肠道后可以改善肠道环境， 调控菌群的平衡， 提高肠道的消化能力以及机体的抗病力， 改善畜禽的肉品质， 维持畜禽机体的健康。 丁酸梭菌属于厌氧型的芽孢杆菌， 耐高温高压且对胃肠道的酸性环境有较好的耐受性， 适合替代某些抗生素作为饲料添加剂在生产上应用。

芽孢杆菌在动物养殖上应用的非常广泛， 属于芽孢杆菌属， 在非常时期能产生对外界有害因子形成抗力的芽孢， 又叫内生孢子， 在有氧和厌氧环境中能存活繁殖， 在PH 值较低的胃肠道中也能存活， 且能分泌具有抗菌、 增强免疫的活性化合物， 这些生物学特性使得芽孢杆菌具有在生产上作为益生菌使用的潜力。 常见的种类有多黏类芽孢杆菌、 枯草芽孢杆菌、 地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、 凝结芽孢杆菌、 短芽孢杆菌(Bacillus brevis) 和炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)， 均可作为饲料添加剂应用在生产上， 能够有效促进动物生长， 促进倡导有益微生物的繁殖， 维持机体健康。 有研究表明将芽孢杆菌添加在饲料中进行一定时间的发酵， 可以提高饲料的营养品质， 具有不同程度的降解纤维、 分解脂肪、 提高粗蛋白质含量的能力， 其中， 地衣芽孢杆菌分解饲料中纤维的能力相对相对较强，枯草芽孢杆菌分解脂肪的能力较强。 芽孢杆菌还可以分泌多种有益的化合物， 如细菌素化合物，有着广泛的抑菌谱， 对多种革兰氏阴性、 阳性菌、 真菌等均有抑制作用； 如多糖类化合物， 具有不同程度的免疫调节、 抗氧化等作用。 芽孢杆菌作为益生菌添加在畜禽饲料中， 对动物生长有明显的促进作用。

2.2.1 枯草芽孢杆菌

枯草芽孢杆菌具有很强的耐热性、 耐酸性，在动物体小肠内能够形成生物膜， 而且在储存和给药过程中具有高稳定性， 这些特征使得其被广泛使用。 有研究表明， 枯草芽孢杆菌单独或与其他细菌结合可用作生长促进剂或免疫调节因子，以增加肉鸡的能量保持、 体重增加和饲料转化率。 其作用机制之一是促进胃肠道中的饲料消化和营养吸收， 通过提高骨密度和钙、 磷等矿物质含量， 来预防骨量减少。 与肉鸡相比， 蛋鸡的寿命更长， 有一个产蛋量高的阶段， 大约每年300颗蛋或更多， 因此， 蛋鸡需要更多的钙， 导致在生产过程中消耗结构骨， 从而增加骨质疏松症的风险。 有研究表明， 枯草芽孢杆菌通过保护肠道屏障和积极调节肠道菌群组成来促进蛋鸡的吸收能力， 并提高蛋质量和矿物质保留。 最新研究表明枯草芽孢杆菌作为蛋鸡日粮的添加剂可以通过增加磷的使用、 改善雌激素代谢、 抑制促炎因子合成和增加OPG 基因 表达来增加适销产蛋量和骨骼特性。 因此， 枯草芽孢杆菌是一种有价值的饲料添加剂， 可以改善蛋鸡的生长性能和预防骨质疏松症。

2.2.2 凝结芽孢杆菌

凝结芽孢杆菌的发现可以追溯到1915 年，当时它首次在爱荷华州农业实验基地凝结的罐装淡奶中被发现， 并于1932 年首次分离。 在发现之初， 凝结芽孢杆菌被称为产孢乳酸杆菌， 被认为是一种很有前途的益生菌候选物， 具有芽孢杆菌科和乳酸杆菌科的共同特征。 凝结芽孢杆菌是一种革兰氏阳性、 兼性厌氧、 非致病性、 产孢子和产乳酸菌。 由于其在胃肠道中的高稳定性、 无毒作用以及高但尚未完全了解的药理活性， 它被称为“益生菌之王”。 凝结芽孢杆菌耐高温， 其最佳生长温度35-50°C， 最佳生长pH 值为5.5-6.5。 此外， 凝结芽孢杆菌的孢子具有很强的抗菌性、 复活性和稳定性， 可以在胃的酸性环境中被激活， 并开始在肠道内激活和增殖， 这些特征赋予凝结芽孢杆菌许多优于其他LAB 菌株的优势。 孢子可以适应肠道低氧环境， 顺利到达胃肠道， 从而在肠道中发挥乳酸菌的作用。 据报道，在模拟消化过程中凝结芽孢杆菌孢子的存活率为92%， 一旦激活， 凝结芽孢杆菌会产生一种称为凝固素的细菌素， 它具有对抗广谱肠道微生物的活性， 这是凝结芽孢杆菌发挥抗菌活性的机制之一。 值得指出的是， 凝结芽孢杆菌缺乏粘附于肠上皮的能力， 除非维持长期给药。 凝结芽孢杆菌在4-5 天内完全消亡。 由于这一特性， 凝结芽孢杆菌可能需要长期给药才能维持益生菌的作用。

乳酸菌通常是动物和人类正常菌群的一部分， 是一种利用可发酵的碳水化合物产生大量乳酸的细菌总称。 乳酸菌主要又分为三类： 乳杆菌类、 双歧杆菌类、 革兰氏阳性球菌。 乳酸杆菌可以减少病原体炎症并调节关键免疫细胞因子的表达， 以改善宿主肠道健康和病原体暴露后家禽和猪的生长性能。 乳酸杆菌的益生菌作用机制是多因素的， 尚未完全表征， 可能的机制包括抗菌物质的分泌、 肠上皮屏障功能的增强、 对粘膜的竞争性粘附和免疫反应的调节。 乳酸杆菌可以在体外阻止大肠杆菌和沙门氏菌的生长， 增加回肠和盲肠中乳酸杆菌的数量， 减少回肠中大肠杆菌的数量， 改善肠道菌群可以抵消肠道病原体引起的血清内毒素含量的增加。

常见的类型有乳球菌、 片球菌、 明串球菌、乳杆菌和双歧杆菌， 其中用的较广泛的乳杆菌有乳酸乳杆菌、 植物乳杆菌、 保加利亚乳杆菌， 嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、 干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、 罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri) 等等。

2.3.1 植物乳杆菌

植物乳杆菌是一种乳杆菌科乳杆菌属的菌群， 典型的兼性厌氧菌， 对糖类的发酵能力很强， 能够产生大量的乳酸， 且产物只有一种， 在食品发酵过程中与其它乳酸菌有协同作用， 应用比较广泛。 自从将微生物制剂应用到动物饲料生产上， 诸多研究表明， 肠道微生物的构建与肠道免疫系统的发育有密切的联系， 植物乳杆菌能调节动物肠道的菌群， 促进有益菌的增殖、 减少病原菌的数量， 具有促进生长、 预防腹泻、 增强抗病力和免疫力的效果。 保加利亚乳杆菌广泛用在乳制品和蔬菜制品的生产加工中， 经发酵后可以产生乳酸、 细菌素等代谢产物， 乳酸可以加工生产乳制品， 细菌素是一种非抗菌药物的杀菌物质， 对大肠杆菌有很强的抑制和扛黏附作用， 对幽门螺杆菌的活性也有一定的抑制作用， 而且发酵产物中的抑菌物质只在酸性环境中发挥抑菌活性。

2.3.2 嗜酸乳杆菌

嗜酸乳杆菌是乳酸杆菌属中革兰氏阳性细菌的一种， 广泛用作人类和动物的益生菌。 嗜酸乳杆菌可以抑制病原体入侵， 调节体外和体内的免疫反应。 嗜酸乳杆菌可以产生类似细菌的细菌素化合物以及减少肠道pH 值的酸， 在家禽饲料中加入嗜酸乳杆菌有助于防止致病菌的扩散， 并通过竞争排斥和对抗调节肠道菌群， 这些研究表明， 嗜酸乳杆菌具有控制动物病原体的潜力。 目前有研究表明补充嗜酸乳杆菌对肉鸡生产和肠道健康的重要性， 在饲料中添加嗜酸乳杆菌可以增加肉鸡的体重和日增重， 这表明嗜酸乳杆菌改善了肉鸡的生长性能。 Fukata 等人报道了嗜酸乳杆菌减少了肠道病原体产生的毒素， 这解释了添加嗜酸乳杆菌的有益效果。 补充嗜酸乳杆菌后生长的改善， 也可能是因为它能够在肠道内直接发酵营养物质， 产生内源性酶或生长促进因子。 这一生理过程可以刺激小肠蠕动， 提高饲料的消化率和可用性， 并促进肠道健康。 免疫应激会导致大量的能量消耗来合成炎症因子， 因此嗜酸乳杆菌可以减轻免疫应激， 为生长和维持保留能量。 日粮中添加嗜酸乳杆菌对感染大肠杆菌的鸟类的保护作用源于细胞和体液免疫的增强以及肠道屏障功能的改善， 这些影响导致了鸟类生长性能的提高和死亡率的降低。 嗜酸乳杆菌可用作减少肉鸡大肠杆菌感染的干预策略。

2.3.3 双歧杆菌

双歧杆菌作为厌氧、 不形成孢子的细菌， 产生抗菌蛋白质物质， 如细菌素、 乳酸和乙酸， 它们可以抑制几种革兰氏阳性和革兰氏阴性菌的生长体外细菌。 双歧杆菌素B 对某些食源性病原体显示出抗菌活性， 例如明串珠菌、 肠球菌、 芽孢杆菌、 李斯特菌、 乳杆菌和片球菌属等， 双歧杆菌素对黄色微球菌和金黄色葡萄球菌的活性有促进作用。 双歧杆菌素B 对某些食源性病原体显示出抗菌活性， 例如蜡状芽孢杆菌、 单核细胞增生李斯特氏菌， 而双歧杆菌素对黄曲霉和金黄色葡萄球菌具有抗菌活性。 使用好氧和厌氧细菌菌株的益生菌混合物对畜禽的生产和健康产生协同改善作用。

酵母、 细菌和藻类等微生物是众多工业过程中的关键参与者， 从传统发酵食品和饮料的生产到重组蛋白质和其他高价值分子。 酵母菌是一种单细胞真菌， 含有丰富的酶类、 氨基酸和B 族维生素， 具有繁殖速度快、 生长周期短、 菌体营养等特点， 广泛分布在自然界， 用在食品加工制作中， 不仅能提高食品的营养价值， 还能增加风味， 尤其是酿酒酵母， 在我国已有多年的使用历史。 近年来酵母菌被广泛应用在畜禽养殖业饲料的研究， 在畜禽的基础日粮中添加一定比例的酵母菌， 经发酵后不仅能够提高饲料的营养价值，还可以作为生长激素替代抗生素， 避免了使用抗生素所产生的耐药性、 药物残留等问题。 酵母菌既可以单独对饲料进行发酵， 也可以协同其它益生菌对饲料发酵， 酵母菌与其它益生菌组成的复合益生菌制剂， 有利于加强共生菌种之间的互作， 产生多种有益的产物， 大大提高饲料的营养价值， 对畜禽的生长性能有促进作用， 还可以提高饲料的适口性。 通过对酵母菌对饲料发酵的研究发现， 诸多农副产品均可通过发酵后给畜禽食用， 有效改善了我国畜牧业饲料资源短缺的问题， 有些不耐储藏的饲草料经发酵后可经长途运输送至饲粮短缺的偏远地区， 某种程度上促进了畜牧业的发展。

3 微生态制剂的研究展望

单一的益生菌制剂添加在饲料中的研究在畜禽生产上取得了一定的进展， 科学家们开始着力于研究两种或两种以上的益生菌对饲料是否具有协同效应， 初步阐述其对畜禽的调控机理， 以及替代抗生素饲料添加剂的新配方， 寻求提高畜禽生长性能和抗病力的最佳益生菌组合， 为养殖业和饲料生产提供参考依据和理论基础。

参考文献(略)