益生菌（素）的研究与在饲料中的应用

一、益生菌（素）的发展与使命
1977年 Volker Rush提出微生态学（ Microecology ）的概念和论点，随后微生态学便迅速发展成为一个新兴的生命科学分支。研究者在研究微生态学理论的同时，更加重视对微生态调节剂的研究和应用，通常人们将微生态调节剂分为 3 类，即益生（菌）素、益生元和合生素。近年来随着微生态学在我国的飞速发展，以微生态调节剂为主的新一类药品、饲料添加剂、植物生长促进剂已经或正在形成产业，创造出巨大的社会效益和经济效益。在饲料工业中人们将微生态制剂作为抗生素最有效的替代产品之一，寄希望于通过微生态制剂生产安全的畜产品，同时强化对环境的保护。
益生菌（ Probiotics ）是一大类物质，与其对应的物质是抗生素 (抗生素) 。1989年Fuller把益生菌定义为能够促进肠内菌群生态平衡，对宿主起有益作用的活微生物制剂。1994年人们对益生菌的定义作了再次修订：“益生菌是含活菌和/或死菌包括其组分和产物的细菌制品，经口或其他粘膜途经投入，旨在改善粘膜表面微生物或酶的平衡，或者刺激特异性或非特异性免疫机制”。尽管目前在学术界对该定义还存在争论，但定义的主要内容是被人们认可的。我国农业部 1996 年公布了 6 种菌即乳酸杆菌，粪肠球菌，双歧杆菌，酵母菌， DM423 腊样芽孢杆菌,SA38 腊样芽孢杆菌等可用于动物微生态调节剂。
抗生素作为饲料添加剂使用已有50年的历史，为动物的生长和健康作出贡献，是目前饲料中用量最大，最广泛的添加剂之一。自1957年日本最早报道病原菌抗药性现象以来，人们发现，由于大量和滥用抗生素已经给动物本身、畜产品和环境带来一系列的问题。这些问题主要表现在，动物病原菌产生抗药性，导致抗生素用量的增加；这又易引起畜禽内源性感染和二重感染，特别是长期使用会造成消化道内动物本身微生态失去平衡，引起感染；抗生素在畜产品中的残留还直接影响人类的免疫和健康。如何对待因使用抗生素产生的负面效应，人们在寻求解决的途径和方法，WHO（世界卫生组织）认为目前还没有发现新药或疫苗来对付这些具抗药性的病原菌。最有效的战略是对人、畜合理使用和尽可能减少使用抗菌药。欧盟已在1999年7月立法规定，在畜禽饲料中只准许使用4种被认为是对人类健康不构成威胁的抗生素，其它不得作为饲料添加剂使用。我国政府也先后公布了抗生素使用的剂量、停药期和禁止使用的抗生素种类。减少或停止使用抗生素，如何提高动物的生产性能和抵抗病原菌，是人们普遍关注的问题，微生态制剂、酶制剂、中草药制剂等作为抗生素替代品将在饲料工业中发挥重要作用，代表新型饲料添加剂的发展方向。

二、益生菌（素）作用原理与功能
目前广泛用于饲料工业的益生素（菌）主要有双歧杆菌类、芽孢杆菌类、酵母菌及其培养物等。双歧杆菌是人类最早发现的生理性细菌之一，是能在健康动物肠道内定植的益生菌，现在已确认双歧杆菌是人体和动物健康的重要标志之一（温柏平，1996）。经过选育的芽孢杆菌具有耐酸、耐碱、耐高温的良好稳定性和优良的产酸、产酶、产维生素等性能；酵母菌是使用时间最长，效果明显的有益菌，其代谢物具有益生元的功能，对促进动物体内的营养物质的消化吸收都有显著的效果。益生菌（素）具备营养特性和免疫特性等功能：
1、益生菌的营养特性：
⑴ 益生菌在生长繁殖过程中能够产生很高的维生素B1、B2、B6、维生素C和各种氨基酸，为动物肠道提供维生素营养和供蛋白质。酵母菌在增生过程中可以产生大量B族维生素和氨基酸，并且又能产生核酸，常作为核酸的主要来源，在提取核酸后的酵母中大量的蛋白质回收利用。
⑵ 益生菌在其生长繁殖过程中能够产生乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸,这些酸类能够降低动物肠道的PH值；可以提高钙、磷、铁的利用率，并促进铁和维生素D 的吸收；肠道pH的降低可有效抑制有害菌的生长，为乳酸菌的生长创造了条件，其中丙酸还能够参与三羧循环，为动物新陈代谢提供能量；大量研究发现双歧杆菌具有较高的代谢能力，可以利用尿素氮，胺氮等合成微生物蛋白质或转变成铵离子，这对边缘食物蛋白质的吸收具有重要意义。
⑶ 芽孢杆菌在生长繁殖过程中还能够产生植酸酶，促进动物对植酸磷的利用和对脂肪的消化吸收率；产生的氨基氧化酶及分解硫化氢的酶类，可将吲哚类氧化成无毒、无害的物质，从而降低畜禽舍内氨气、硫化氢的浓度和臭味，减少环境污染。双歧杆菌还可以降低血氨改善肝脏功能。肠道内腐生菌产生的大量吲哚、硫化氢、胺等代谢产物需在肝脏中由酸解毒，随后以葡萄糖醛酸盐和硫酸盐等形式排除，若不及时解毒将导致肝功能紊乱和循环系统失常。
⑷ 益生菌（素）对动物本身具有产生营养物质的特性，它们也能通过对动物消化道菌群和消化酶的影响提高营养物质在体内的消化吸收。酵母和代谢物是一种酵母产品，含有一定的活性酵母，而其主要的饲用价值在于酵母细胞在培养基中产生的代谢产物，具有良好的热稳定性，广泛应用于饲料工业。向产蛋鸡日粮中添加酵母及其代谢物，产蛋鸡的生产性能得到明显的改善，酵母代谢物对日粮中营养物质的吸收代谢产生显著的促进作用，从表1中可以看出，日粮中酵母及培养物的添加量由 0.1%到0.3%，日粮中粗蛋白质、脂肪、总能和酸性洗涤纤维的消化率都得到提高，表明益生菌（素）除本身具有的营养特性外，对营养物质的吸收还有明显的促进作用（刘质彬，2002）。

表1 酵母代谢物对营养物质消化的影响（产蛋鸡试验）

注：同列间字母不同者差异显著（P?0.1）

2、益生菌（素）增加动物机体免疫功能
益生菌和肠道正常菌群共同对外袭菌、病原菌具有定植抵抗作用，即通过生物拮抗和免疫作用而使病原菌难以在动物肠道内定植和繁殖。
⑴ 双歧杆菌能通过细胞上的磷酸与肠粘膜上皮细胞特异性结合，从而占据肠粘膜表面，形成与肠上皮细胞相连接的细菌生物膜，阻止各种致病菌、条件致病菌的定值、入侵。国内郑跃杰（1997）报道，由蛋白质介导的双歧杆菌能特异地粘附于体外培养的肠上皮细胞，国外Benert等发现双歧杆菌粘附于肠上皮细胞，并不引起细胞损害而是抑制肠道致病菌对肠上皮细胞的侵袭作用。Fulivara等人研究表明，双歧杆菌产生的蛋白因子可以阻止产毒性大肠杆菌与神经节??四聚体??顺式神经酰胺结合，保护肠粘膜，抗感染。
蒋虹等（1999）报道双歧杆菌可以产生一些耐热的抗菌物质，可以耐受100℃30min抑制致病菌的生长，提高局部和全身的防御功能。双歧杆菌及其表面结构成分能够赋活机体的免疫监视功能，增强各种细胞因子和抗体的产生，提高自然杀伤细胞和巨噬细胞活性，对宿主无任何毒副作用。　刺激动物产生干扰素，提高免疫球蛋白浓度和巨噬细胞活性。乳酸杆菌以某种免疫调节因子的形式起作用，刺激肠道某种局部型免疫反应，增强机体免疫功能。
⑵ 益生菌和肠道原籍菌群本身具有较强的抗感染作用。潜在的致病菌大量繁殖，穿过肠道粘膜细胞，进入结缔组织和局部淋巴组织，这是对动物感染的一项重要指标，益生菌首先抑制病原菌不再繁殖并逐渐减少，作用方式为芽孢杆菌产生蛋白多肽类物质以拮抗病原性微生物，而乳酸杆菌的抗菌作用是其产生的酸、过氧化氢和乳酸菌素的联合作用；其次两菌株还可以迅速治理已经严重失调的肠道微生物群系，恢复肠道微生态平衡，共同参与对病原菌的竞争排斥和拮抗作用。最后，动物通过自身免疫机能的提高和微生态平衡的恢复而达到了抗感染效果。
⑶ 益生菌的抗感染作用不仅仅表现为定植抵抗作用，还对动物的免疫系统产生积极的影响。为了抵抗肠道内细菌及毒素对粘膜细胞的粘附和穿透，哺乳动物都有健全的肠道相关淋巴组织，在肠粘膜下层有许多潘氏结和免疫细胞，其中的桨细胞能够分泌IgA至粘膜表面，对增强动物的抵抗力、限制病原微生物起着重要作用。 IgA的作用主要表现为两个方面：一是粘液中的IgA与免疫原性物质相互作用，避免其粘附至肠粘膜细胞上，二是凝集细菌或封闭其鞭毛，使其失去粘附能力。使用益生菌可使动物肠道粘膜底层细胞增加，出现淋巴细胞、组织细胞、巨噬细胞和浆细胞浸润，细胞吞噬功能增强，机体免疫特别是局部免疫功能提高，分泌型 IgA的分泌增加，从而抵御感染。同时乳酸杆菌对幼龄动物免疫能力的发挥起着重要作用，特别是针对抗原的保护引起炎症反应的时候。
　
三、益生菌（素 ）在饲料中的具体应用
益生菌（素）制剂是根据微生态平衡理论、微生态营养理论和微生态防治理选用动物动物体内正常微生物成员及其促进物质经特殊加工工艺而制成的。它能够在数量或种类上补充肠道内减少或缺乏的正常微生物，调整或维持肠道内微生态平衡，促进乳酸菌等有益菌增殖，抑制大肠杆菌等导致病菌的生长。增强机体免疫功能，促进营养物质的吸收转化，有益微生物在体内可产生各种消化酶，从而提高转化率。从而达到防病治病、提高饲料转化率和畜禽生产性能之目的。微生态以无毒副作用、无耐药性、无残留、低成本、效果显著等特点，逐渐得到广大养殖者和畜产品消费者的认可。

1、益生菌（素）在家禽饲料中的应用
对于家禽，益生菌制剂主要为芽孢杆菌、双歧杆菌和乳酸菌等的制剂。家禽的集约化养殖过程中的应激如免疫，过冷或过热等，都会使鸡消化道微生物平衡遭到破坏，由于饲养密度大，传染病的发生率高，人们常用抗生素来抑制或杀灭消化道中有害微生物，以提家禽的生产性能。我国饲料法规规定，蛋鸡饲料中不得使用任何抗生素，肉鸡饲料的抗生素使用也限定在一定的范围，并有停药期，这对疾病的防疫和治疗带来了困难。使用益生菌制剂可以解决此类生产问题。
温朗聪（2000）用肉仔鸡做的对比试验表明，日粮中添加0.1%的益生菌制剂的肉仔鸡的生长速度存活率等均高于抗生素组和空白组肉仔鸡。其研究结果如表2。
表2 益生菌和抗生素对肉仔鸡生产性能的影响

刘质彬（2002）用产蛋鸡做的试验表明，在日粮中添加0.1-0.3%的酵母及培养物，蛋鸡的抗应激能力明显增加，生产性能得到提高，生产性能见表3。
表 3 日粮中酵母代谢物对产蛋率的影响 单位：(%)*

* 注：同列间无相同字母者有显著差异(P<0.10)

2、益生菌在猪料中的应用
我国是养猪大国，益生菌在养猪业的应用已有大量报道，用于养猪的菌种主要有两类：一类是乳酸菌，在动物肠道中可以将单糖，特别是乳糖转化为乳酸，从而降低肠道pH值，抑制大肠杆菌等病原菌。这种菌的缺点是耐热能力差，饲料颗粒化过程中瞬间高温即可将其杀死，起不到应有的作用；另一类是芽胞杆菌属，这类细胞可以在条件不利的情况下形成芽胞，将自己保护起来，复活率高，但进入肠道后它的主要作用是将淀粉转化为单糖，再由肠道中其他的菌种将这些单糖转化为乳酸，才能降低肠道的pH值，从而起到抑制病原菌的作用。
仔猪出生后，消化道内的菌群相对比较少，根据菌群优势的理论，接种益生菌很容易在肠道起到“先入为主”的作用，从而抑制有害菌的入侵和繁衍。在哺乳仔猪阶段，仔猪以吮吸母乳为主，母乳中含有大量乳糖，当仔猪发生腹泻时，乳酸菌可将乳糖转化为乳酸，因而降低了肠道pH值，抑制了大肠杆菌的生长，这一时期补充乳酸菌是有效的。
　　仔猪断奶后，食物发生了变化，断绝了乳糖的供应，饲料中主要成份是淀粉，仔猪发生腹泻，应以补充芽胞杆菌，以使肠道的淀粉转化为单糖，提供给乳酸菌必要的营养物质，即：淀粉芽胞杆菌作用于单糖，乳酸菌作用于乳酸。因此对于猪，益生菌使用的越早效果越明显。据报道，仔猪从出生后1～2天开始直接饲喂微生态制剂可使仔猪成活率提高 4％?5％，降低仔猪黄痢发病率70％，仔猪在15日内多增重390克，日增重提高了15.2％，料肉比降低4.8％，并确保仔猪早期健康发育。
王士长和徐菊芬（1999）等使用3株芽胞杆菌，一株嗜热链球菌，一株保加利亚杆菌，一株嗜酸乳杆菌，一株双歧杆菌制成益生菌制剂用于断奶仔猪，其使用效果见表4与表5。

表4 益生菌对仔猪生长和耗料的影响 单位：公斤，头

表5 益生菌预防断奶仔猪下痢的效果

对母猪，尽管其消化道的菌群比较复杂，但选择使用有针对性的益生菌，对生产同样产生改善作用，母猪饲养试验显示，使用微生态制剂(500g／d)使母猪分娩指数提高5.7％，窝仔数提高6.5％，每窝死胎率降低19.1％，哺乳期仔猪死亡率降低6.3％，哺乳期仔猪日增重提高11.3％，母猪受胎成功率提高8.5％。

3、益生菌在反刍动物饲料中的使用
反刍动物的饲料主要由粗饲料和精饲料组成，反刍动物所采食的饲料有50%以上是在瘤胃靠微生物降解代谢的，瘤胃内容物中细菌和原虫的含量分别在200万/克和100亿/克以上，益生菌的使用必须和瘤胃微生物相协调一致方能发挥出作用。目前，用于反刍动物动物的益生菌主要分为两类，一种是乳酸菌属，用于作为青贮饲料添加剂，另一类作为酵母类，用作精饲料添加剂。青绿饲料青贮的过程是乳酸菌发酵的过程，即在一个封闭的青贮窖内，靠乳酸杆菌的繁衍和增殖，使青贮饲料的酸度下降到pH 4，以此保障青绿饲料的贮存。刁其玉（2002）等研制的微生物青贮添加剂，采用2株特殊的乳酸杆菌复配益生元而成，用于处理青贮饲料，使青贮的过程缩短，提高青贮饲料的有效营养成分。用经微生物青贮处理的玉米青贮饲喂奶牛，奶牛的生产性能得到提高，结果见表6。
表6 微生物青贮剂玉米青贮对泌乳牛产量的影响

牛瘤胃含有复杂的微生物区系，瘤胃微生物的快速繁殖意味着牛消化系统的健康运行，通过益生菌（素）和益生元对牛瘤胃微生物进行调控，强化瘤胃内环境，给微生物提供营养素，提高瘤胃微生物的繁衍速度，无疑对提高反刍动物的生产性能有促进作用，对动物的健康有保障功能。利用苹果渣作为发酵底物，接种假丝酵母（Candida sp）、热带假丝酵母（Candida tropicalis Berkhout）、产朊假丝酵母（Candida utilis Lodeder er Kreger-Van Rij）等菌进行发酵，发酵产物中含有一定量的酵母菌及其代谢产物，用苹果渣的酵母发酵物饲喂奶牛，泌乳牛增奶效果显著（刁其玉2002），相见表7。奶牛试验结果表明，尽管反刍动物瘤胃内生存着大量的微生物，向饲料中加入益生菌制剂对反刍动物生产和健康均有明显的促进作用。益生菌（素）在反刍动物饲料中有广泛的应用前景。
表7 苹果发酵物对试验奶牛产奶量的影响

益生菌在饲料中的应用为食品安全开辟了美好的前景，微生态制剂是饲料工业的发展趋势，但用微生态制剂完全取代抗生素还任重道远，有大量的探索和研究有待完成。