禁抗背景下益生菌制剂在畜禽养殖中的应用研究进展

◆作者：樊梅娜 张国珍 孟洁 陈盼盼 刘奇 冉新炎 王丽荣

◆单位：山东碧蓝生物科技有限公司

抗生素作为20世纪最伟大的医学发现，几十年来已经被广泛应用于动物生产，在保持动物健康，提升动物福利和增加产量方面发挥着不可或缺的作用，但大量使用和滥用抗生素带来了一系列的问题，如药物残留，超级细菌，环境污染等，严重威胁着人类的食品和生命安全（Gradisteanu等，2021）。瑞典率先在饲料中禁止使用抗生素类添加剂，随后，丹麦，欧盟，美国，韩国等纷纷跟进。我国也正式宣布从2020年7月起，全面禁止抗生素在饲料中的添加使用。禁抗势在必行，但在抗生素退出的背后，关于如何保障动物健康，提升动物福利的讨论成为养殖行业的焦点之一，特别是2018年开始暴发的非洲猪瘟疫情，给养殖业的健康发展带来了巨大的挑战。益生菌制剂作为一种单一或混合的活菌添加剂，能够在动物肠道定植，促进肠道微生态平衡，是被广泛使用的抗生素替代品之一（Al-Khalaifah，2018）。本文主要阐述益生菌制剂的种类与功能，作用机理及2018年来在畜禽养殖中的研究进展，指出未来发展方向，旨在为益生菌制剂产品的开发与推广应用提供参考。

1 益生菌制剂的种类与功能

益生菌制剂是一种从自然界分离而来，具有维持动物微生态平衡的活性菌种，其经过发酵等特殊工艺制成（Anadón等，2019）。目前，我国畜禽养殖中使用广泛的益生菌主要为芽孢杆菌，乳酸菌以及酵母菌等，这些菌种在实际应用中具有明显的优点，但也有自身的不足。

1.1 芽孢杆菌

芽孢杆菌是一种革兰氏阳性菌，严格需氧或兼性厌氧，其最大的特点便是能够耐受胃酸和胆盐，特别是耐高温和耐挤压，这使得它能够被广泛应用于饲料当中。此外，芽孢杆菌还具有广谱抗菌和良好的产酶活性（Zommiti等，2019）。芽孢杆菌不能产生乳酸，在肠道等厌氧环境下生长受到抑制，因此不能在肠道微生态当中发挥直接的作用，这是其应用中的不足之处。目前实际应用中广泛使用的芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌。

1.2 乳酸菌

乳酸菌也是一种革兰氏阳性菌，其作为动物肠道益生菌的典型代表，能够分解乳糖和蛋白质，促进肠胃的蠕动，同时产生乳酸和细菌素，有利于促进肠道微生态的平衡。但乳酸菌耐热性较差，在生产制剂过程中死亡率较高，限制了其益生功能的发挥。目前生产乳酸菌制剂所使用的乳酸菌主要为干酪乳杆菌，植物乳杆菌，嗜酸乳杆菌，德氏乳杆菌等（Ebu等，2018）。

1.3 酵母菌

酵母菌在动物肠道中数量较少，主要应用于反刍动物当中。酵母菌作为益生菌制剂，含多种氨基酸和维生素，能够有效提高消化酶的活性，改善肠道微生态平衡，增强免疫力。目前酵母菌制剂的主要菌种为酿酒酵母和产朊假丝酵母（Ahiwe等，2021）。

2 益生菌制剂的作用机理

抗生素在促进畜禽生长方面的机制还有待研究，目前主流观点包括其通过与胃肠道微生物的互作而增强消化吸收和代谢功能，通过对免疫力的调节减少肠道疾病发生等等，这些作用的原理与益生菌制剂类似，这也表明益生菌制剂作为抗生素的替代品能够很好地发挥功能（潘慧青等，2019）。研究表明，益生菌制剂的作用机理主要表现在以下几个方面：

2.1 与胃肠道黏膜互作

胃肠道（GIT）黏膜是机体防止病原体入侵的生物屏障。益生菌一方面可以通过诱导产生抗炎因子从而减少肠道炎症的发生，维持肠道黏膜屏障的正常功能，保证肠道健康，例如，向有炎症发生的小鼠中添加植物乳杆菌，其通过与GIT菌群的相互作用从而导致抗炎反应的发生（Yin等，2018）；另一方面，诱导上皮细胞黏蛋白受体蛋白的表达来减少病原体的增值和易位（CarasiCarasi等，2017）。

2.2 调节免疫应答，增强机体免疫力

益生菌通过与肠道相关淋巴细胞的互作来调节肠道特异性和非特异性的免疫反应，对机体的免疫发育起着重要的影响，包括T细胞，B细胞以及巨噬细胞等等（Agace和McCoy，2017；Xu等，2017；王美玲等，2017）。

2.3 感染病原体，抑制有害菌繁殖

益生菌通过产生具有特定抑菌谱的抗菌肽，改变细菌的细胞膜结构来抑制细菌生长，此外，益生菌与致病菌竞争肠道黏膜表面的结合位点，使得不能定植于肠道而被排出体外（苏帅等，2021）；益生菌定植肠道之后能够快速萌发生长，消耗掉肠道内的氧气，进一步抑制好氧或兼性厌氧菌的繁殖（Bareia等，2018）。

2.4 分泌各种消化酶和营养物质

芽孢杆菌能够分泌包括淀粉酶，脂肪酶，消化酶，纤维素酶等各种酶类，显著改善肠道环境，促进机体生长发育。此外，益生菌还参与到机体营养物质的新陈代谢当中，产生B族维生素，必需氨基酸，促生长因子等营养物质，提高机体的营养水平（Arsène等，2021）。

2.5 改变体内共生细菌

益生菌在影响病原体的同时，体内的共生细菌也会因为益生菌和微生物菌群的互作而发生改变。研究表明，某些植物乳杆菌能够在家禽饲养当中加快粪便微生物群的成熟从而使机体获得更有效的免疫应答，改善饲料报酬（Gao等，2017）；酵母菌能够改善瘤胃代谢，增加产奶量，其原因可能与其能够刺激纤维消化细菌的生长有关（Alugongo等，2017）。

3 益生菌制剂在畜禽无抗养殖中的应用进展

使用益生菌制剂促进畜禽养殖业的发展已经成为当下养殖的趋势之一，益生菌制剂所发挥的各种拮抗致病菌，促进生长发育，改善肠道健康等益生作用也已被广泛研究，相关成果层出不穷（李盈等，2019）。笔者检索和分析了2018年以来的研究进展，从家禽，猪，反刍动物等三个方面对相关应用进展进行阐述。

3.1 在家禽生产上的应用进展

当下我国家禽规模化和集约化的程度越来越高，这种状况使得家禽对各种病原微生物的抵抗能力减弱，导致各种疾病暴发。益生菌制剂在家禽养殖中，不仅可以作为替代抗生素的一种选择，而且还可以作为非抗生素类的生长促进剂，在促进肉鸡生长性能，提高蛋鸡产蛋性能，改善蛋品质等多个方面发挥重要的作用（韩冰和刘向阳，2019），对此，大量的研究均对其进行了有效的证明。

崔闯飞等（2018）研究表明，饲料中添加800mg/kg的枯草芽孢杆菌，能够显著改善产蛋后期蛋鸡的生产性能，提高蛋壳品质，有效降低软破蛋率；于佳民等（2018）通过对比益生菌制剂和饲用抗生素对肉鸡生长和免疫性能的影响，表明饲料中添加肽菌素T3（一种由植物乳杆菌，枯草芽孢杆菌，丁酸梭菌和酵母菌复配而成的益生菌制剂）能够显著提高肉鸡生长性能，促进肠道菌群平衡，促进免疫器官发育和分化，提高了肠道内sIgA的含量，作用效果明显优于饲用抗生素组，同时还证明了枯草芽孢杆菌和某些微量元素之间还能发挥协同促进作用；陈继发等（2018）研究表明，饲粮中添加5×108CFU/kg枯草芽孢杆菌，通过与蒙脱石联用，能够提高产蛋机抗氧化和免疫功能，提高饲粮能量利用率，改善肠黏膜形态和肠道菌群和调控肠道TLR信号通路而提高蛋鸡生产性能；张桂枝等（2019）通过研究日粮中添加枯草芽孢杆菌发酵制剂对饲喂黄曲霉毒素B1（AFB1）饲料肉鸡免疫功能的影响，表明，枯草芽孢杆菌发酵制剂能够显著改善AA肉仔鸡AFB1中毒对新城疫和法氏囊疫苗免疫效果，免疫器官发育及免疫球蛋白含量的影响，能使其恢复至正常水平，从而提高肉仔鸡免疫力；董佳楠等（2019）研究表明添加益生菌复合培养物对肉仔鸡的生产性能有提高作用，且乳酸菌和酵母菌的培养物之间有正协同作用，其中0.8‰乳酸菌培养物+1.8‰酵母培养物和1.2‰乳酸菌培养物+1.35‰酵母菌培养物对肉仔鸡的平均日采食量和平均日增重提高的效果最佳，对于促进肉仔鸡对营养物质的消化吸收效果最好；吴正可等（2021）研究表明，肉鸡饲粮中添加3.6×109CFU/kg的凝结芽孢杆菌可以在不影响肉鸡前期日增重的前提下降低平均日采食量，提高饲料转化效率，促进脂类和蛋白质在肉鸡体内的代谢与周转，并促进钙、磷在胫骨中的沉积；李昊等（2021）的研究表明，在饲粮中以106CFU/只·d添加副干酪乳杆菌KL1可显著提高蛋鸡生产能力和蛋壳品质，降低鸡蛋中胆固醇含量。

3.2 在养猪生产上的应用进展

我国是世界公认的养猪大国，我国养猪业也将会朝着集约化，工厂化，高密度无抗养殖方向不断发展，益生菌制剂作为抗生素的替代品，在养猪业高密度养殖的条件下起到非常重要的作用。乳酸菌被证明可以有效提高母猪及仔猪的生长和免疫性能，调节肠道健康（Du等，2018）。仔猪早期断奶后出现的腹泻以及免疫功能降低是养猪业面临的重要难题，而利用乳酸菌饲喂断奶仔猪被认为是缓解仔猪应激和腹泻的有效手段之一（Thakur等，2019）。

郑有秀等（2018）报道，25-55日龄断奶仔猪饲粮中添加250～500mg丁酸梭菌可以显著改善断奶仔猪肠道结构，提高断奶仔猪血清IgA和IgG含量，增强机体免疫功能；祝永才等（2018）研究表明，基础日粮中添加不同含量的酿酒酵母菌-枯草芽孢杆菌复合益生菌能够有效提高断奶仔猪生长性能，缓解早期断奶仔猪应激反应，增强断奶仔猪的免疫功能；Czach等（2018）研究表明，将耶氏解脂酵母与益生菌（主要是地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的混合物）饲喂于仔猪，能够显著降低肠道内大肠杆菌及其在仔猪肠道中的增值，还有降低腹泻的作用；刘志昌等（2018）研究表明，枯草芽孢杆菌能够显著提高断奶仔猪盲肠乳酸杆菌数量，降低大肠杆菌数量，提高其生长性能，改善健康状况；张双翔等（2018）报道，乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌组成的复合益生菌能够提高仔猪生长性能和免疫水平；Lan等（2019）的研究表明，日粮中添加地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌1∶1复合物能够提高育肥猪饲料消化率和粪便中乳酸杆菌的数量，减少粪便中氨气和总硫醇的排放，有利于维持猪舍环境；林建和等（2019）研究表明，日粮中添加0.03%芽孢杆菌可以有效改善生长育肥猪的生长性能、养分消化率、粪便有益微生物菌群、血糖水平、肉色、滴水损失和屠体重量，但对采食量无显著影响；朱宽佑等（2021）研究表明，凝结芽孢杆菌有助于母猪妊娠后期背膘增长酿酒酵母发酵物有提高仔猪出生个体重和出生窝重的趋势，显著降低酸溶蛋白含量，并极显著增高粪便中的含水率；周登峰等（2021）研究表明，断奶仔猪饲粮中添加乳酸片球菌SKL-03菌粉、上清液、发酵液可降低盲肠、结肠中的大肠杆菌和沙门氏菌的数量，提高乳杆菌数量和十二指肠、空肠黏膜中SIgA含量，乳酸片球菌SKL-03具有改善断奶仔猪肠道菌群，提高小肠黏膜免疫功能的效果。

3.3 在反刍动物上的应用进展

乳酸菌是反刍动物瘤胃和肠道正常菌群的重要组成部分，通过添加到饲料中进行饲喂，能够起到防治肠道疾病，改善营养代谢的作用；添加芽孢杆菌等益生菌制剂，则可以产生水解酶，发酵酶，多种B族维生素和促生长因子，有助于提高饲料营养价值，促进生长和提高生产性能（岳林芳等，2019）。

Du等（2018）研究表明，枯草芽孢杆菌能够显著改善生长迟缓的小牛肠道和瘤胃发育，其对瘤胃发育的影响可能与其对瘤胃微生物及代谢产物的影响有关；Lara等（2018）研究表明，用枯草芽孢杆菌接种玉米青贮饲喂羔羊后，能够显著提高羔羊的平均日增重；程连平等（2018）发现，在断奶湖羊日粮中添加枯草芽孢杆菌可显著提高羔羊生长性能和抗氧化能力，改善胡杨的免疫力和消化功能；王彩莲等（2018）对羊的研究表明，对比基础日粮饲喂组，枯草芽孢杆菌组显著降低了羊肉的剪切力、水分含量，熟肉率显著升高，肉品质得到改善；李文茜等（2019）研究表明，饲粮中添加2.0×108CFU/kg丁酸梭菌能够促进犊牛和育成牛的生长发育，改善机体抗氧化和免疫功能，促进瘤胃发酵，缓解断奶应激；刘俊阳等（2019）报道，犊牛基础日粮中添加含有酿酒酵母菌、枯草芽孢杆菌和乳酸菌的复合微生态制剂能有效改善犊牛肠道菌群并且降低犊牛腹泻率；朱晋佳等（2020）研究表明，添加0.1%富硒酵母能够显著提高荷斯坦奶牛的产奶量，0.075%乐斯福酵母和0.1%富硒酵母混合组在泌乳中期能够显著提高血液中IgG含量，对于提高奶牛的免疫力有积极的作用；孙康等（2021）研究表明，在代乳粉中添加枯草芽孢杆菌对7-28日龄湖羊羔羊腹泻率、器官和皮张的发育无显著影响，但羔羊平均日增重和胴体重有升高趋势；枯草芽孢杆菌可以通过对肌内脂肪酸组成比例和含量的影响，起到改善湖羊羔羊肉品质的作用。

4 益生菌制剂未来发展方向

禁抗令的不断升级，各种不同的抗生素替代品不断涌现，除了益生菌制剂之外，植物精油，抗菌肽，植物提取物，酸化剂以及寡糖等均已经被证明能够在不同程度上替代抗生素的作用效果，且更加安全环保（张莹等，2021）。想要彻底达到完全替代抗生素的效果，单一产品的功效在目前被认为是远远不够的，需要多种产品效果的协同互补（Brüssow，2017）。益生菌制剂作为其中应用和研究最为广泛的代替品之一，仍有很多问题需要从宏观以及微观等不同方向加以解决。

宏观方面，首先，益生菌制剂的实际使用效果受很多因素的制约，不同的动物生长阶段，不同的饲养环境，不同的应用季节均可能造成功效的巨大差别，因此如前所述，为了保证最佳的替抗效果，需要研究益生菌制剂与抗菌肽，植物精油，植物提取物等其它替抗产品的相互作用情况和符合配伍，最大程度地实现正向效应（张吉鹍，2019）；其次，在理论研究之外，益生菌制剂产业的发展也至关重要：产业上游主要着眼于优质菌种资源的不断发掘；产业中游，需要跟进菌株的发酵工艺改良，包括但不限于分离干燥工艺，包被技术以及冻干保护等（张娟等，2019）；产业下游则更加需要贴近市场，包括产品的大规模应用，产品定位，营销服务等。随着益生菌制剂产业的不断发展和愈加成熟，益生菌制剂成为新兽药也将指日可待（栗栖凤等，2019）。

微观层面，由于益生菌制剂所应用的菌株种类众多，针对替抗效果的不同而对菌株进行快速筛选以及优质菌株替抗功能的深入研究变得更加紧迫；此外，益生菌制剂的生产思路，需要从以营销为主导转变为更加关注产品含量与生产工艺，如制粒，均质，易分散，缓释等等（李宏伟，2020），完成生产上的不断升级。

总之，未来益生菌制剂前景广阔，市场潜力巨大，我国畜禽养殖业也将在益生菌制剂的助力下迎来新的发展！

参考文献：（略）