益生菌发酵饲料对仔猪生长和免疫功能影响的研究进展

山西大禹生物 2018-08-29 07:35:44


证券简称:大禹生物,股票代码:871970 




益生菌发酵饲料的定义和种类

益生菌发酵饲料是指在人为可控的条件下,以植物性农副产品为主要原料,通过一种或多种有益复合微生物的发酵作用,使饲料中富含更多的活性益生菌菌体、有益代谢产物、有机酸和可溶性多肽等小分子物质,同时消除饲料中的部分抗营养因子,起到促进生长、维持动物健康的作用,是一种无毒害作用的生物饲料。益生菌发酵饲料按照水分含量的多少可分为液体发酵饲料和固体发酵饲料。液体发酵饲料在国外使用较多,普遍采用饲料中天然存在的乳酸菌、酵母菌发酵;而国内普通使用以益生菌发酵剂或菌种为主的固体发酵饲料技术。


1.1 液体发酵饲料

益生菌液体发酵是指在生化反应器中,将微生物在生产过程中所需的糖类、碳源、无机盐、微量元素及其他营养物质溶解在水中作为培养基,通入无菌空气并加以搅拌,提供微生物菌种生长代谢所需的氧气,并控制适宜的外界条件进行微生物大量培养繁殖的过程。益生菌液体发酵饲料的制作一般不需要额外添加微生物菌种,自然发酵而成。在益生菌液体发酵饲料中占主导地位的微生物菌群是乳酸菌,液体发酵饲料有改善饲料的消化特性、提高饲料利用率和预防腹泻等优点。液体发酵饲料尚没有质量标准,目前比较认可的发酵指标范围为:pH<4.5、乳酸含量>150 mmol/L、乙酸含量<40 mmol/L、酒精含量<0.8 mmol/L。


1.2 固体发酵饲料

益生菌固体发酵是指有益微生物在有少量游离水的固态湿培养基上,在适当温度下经厌氧或好氧发酵而成的饲料,发酵过程不需严格无菌,具有无废水排出、生产成本低和产出率高等优点。固体发酵的底物不仅能提供微生物生长所需的营养物质,还是微生物生长的场所。固体发酵饲料又可分为:发酵全价饲料、发酵浓缩饲料、发酵豆粕和其他发酵饲料产品。





益生菌发酵饲料的优势

2.1 减少抗营养因子,提高饲料营养水平

经益生菌发酵处理可消除有些饲料原料中的某些抗营养因子,如蛋白酶抑制剂、植酸、单宁、棉酚等,这些因子的存在可降低饲料营养成分的利用、影响动物的生长速度和动物的健康。此外,发酵过程中的一系列生物化学反应使饲料中的淀粉、纤维素、蛋白质等复杂的大分子有机物降解为动物易消化吸收的单糖、双糖、低聚糖和氨基酸等小分子物质,改善了饲料的适口性,提高了营养水平。Feng等研究表明,豆粕经过米曲霉菌发酵后,可消除其中的蛋白酶抑制剂,提高蛋白酶活性。程秀芳等对棉粕和豆粕按不同比例混合的底物用枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌进行发酵,结果表明棉粕含量最高的一组棉酚降解率为81%。张文举等利用热带假丝酵母菌ZD-3、黑曲霉菌ZD-8对棉籽饼进行复合固体发酵,棉酚含量与发酵前相比减少了91.64%。同时发酵过程中棉籽饼的营养价值也显著提高,粗蛋白质含量提高了20.90%,总氨基酸含量提高了26.16%,必需氨基酸体外消化率提高了24.47%,对猪比较重要的两种氨基酸(赖氨酸和蛋氨酸)含量分别增加了20.24%和66.29%。马文强等将豆粕用枯草芽抱杆菌、酿酒酵母菌、乳酸菌进行发酵,结果表明,发酵后豆粕中粗蛋白质的含量比发酵前提高了13.48%,粗脂肪的含量提高了18.15%,氨基酸含量提高了11.49%,且其中胰蛋白酶抑制因子和豆粕中的脲酶等抗营养因子消失殆尽;发酵后豆粕中高分子蛋白质含量比发酵前下降了75.57%,中分子蛋白质含量较发酵前降低了86.77%,低分子蛋白质含量比发酵前提高了2.25倍。除了营养价值提高外,在发酵过程中益生菌还可利用饲料原料合成菌体蛋白。众所周知,菌体蛋白饲料中除富含多种活性物质外,还含有各种益生菌,如酵母等。无论是活菌状态还是失活状态的益生菌,都会在动物体内发挥一定作用。


2.2 产生多种有益代谢物,提高饲料转化率

益生菌发酵饲料过程中会产生营养丰富的微生物菌体蛋白及多种有益的代谢产物,如氨基酸、有机酸、酯、醇、醛、抗生素、维生素、激素、活化的微量元素等,从而改变了饲料的品质,提高其营养水平。用芽孢杆菌发酵饲料能够产生维生素B1、B2、B6等B族维生素、维生素C、蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶及多种代谢产物;有益微生物在体内可产生各种消化酶,从而提高饲料转化率。在饲料发酵过程中,会产生乳酸、乙酸、丙酸等有机酸,降低pH,抑制多种革兰氏阴性病原菌的生长。Carlson等报道,小麦或大麦经乳酸菌发酵,其中的植酸磷可被降解或析出,从而变成了更易被动物机体吸收的有效磷。陈洁梅等利用芽孢杆菌对豆粕进行固态发酵试验,发酵后样品中粗蛋白质含量从50.6%增加到54.1%,大豆肽含量从1.8%提高到29.5%,乳酸含量从0.7%增加到4.7%,游离氨基酸含量从5.57mg/g增加到92.65mg/g。





益生菌发酵饲料对仔猪生长的影响

3.1 提高仔猪的生长性能

如前所述,饲料经益生菌发酵处理后营养水平提高,饲料中复杂的大分子有机物降解为动物易消化吸收的小分子物质,同时发酵过程中还会产生营养丰富的菌体蛋白及多种有益的代谢产物。饲料发酵后会使饲料具有酸香味,能刺激猪的食欲,提高猪的采食量、饲料利用率和日增重等。因此益生菌发酵饲料在提高猪的生长性能等方面有显著效果。叶炳奎等给20kg左右生长育肥猪饲喂固态发酵饲料,接种产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌和绿色木霉菌(1:1:1)发酵玉米、麸皮和米糠混合物(1:1:2),发酵完成后替代育肥猪日粮中一定量的豆粕(保持营养水平不变),结果表明添加固态发酵饲料可显著提高猪的饲料转化率和平均日增重(P<0.05),显著缩短育肥时间(P<0.05),而且猪的腹泻率显著降低(P<0.05),平均日采食量和对照组无明显差异。肖轲等采用乳酸菌、芽孢杆菌和酵母菌发酵的全价料饲喂25 kg左右的仔猪,各组猪平均日采食量无显著差异,猪的期末体重和平均日增重显著提高,料重比降低(P<0.05)。周映华等采用乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母菌发酵无抗全价饲料饲喂18kg左右的仔猪,试验结果表明试验组的末重、平均日增重和平均日采食量均显著高于对照组(P<0.05),而料重比则显著低于对照组(P<0.05)。经发酵后的饲料物理、化学性质发生改变,饲喂后可显著提高仔猪的营养摄人量及饲料利用率,从而提高了各项生产性能指标。


3.2 促进仔猪肠道发育

正常情况下,初生仔猪的消化器官虽已形成,但很不发达,其体积和重量都比较小,胃酸和消化酶的分泌量也不足,防御机制不完善。整个消化道发育最快的阶段在20~70日龄,期间胃肠道结构、pH和消化酶浓度均有较大变化。益生菌发酵饲料中含有活的益生菌和发酵过程中产生的多种有益代谢产物,可调节动物体内微生态平衡,改善仔猪肠黏膜的形态结构,有助于减少仔猪腹泻和增强仔猪对营养物质的消化吸收能力。有研究证实,给仔猪饲喂芽孢杆菌制剂,能显著提高仔猪十二指肠、空肠中段的绒毛高度(P<0.05),进而提高了肠道壁与肠道内食糜的接触面积,增强了营养物质的吸收。Zarkadas等在断奶仔猪日粮中添加发酵豆粕,发现试验组小肠上皮细胞和微绒毛发育良好,而对照组微绒毛萎缩,排列不整。李旋亮等用乳酸菌、枯草芽孢杆菌混合菌液发酵基础日粮,并以基础日粮为对照饲喂28日龄体重7 kg左右的断奶仔猪,结果显示,菌液发酵组仔猪空肠、盲肠和结肠的绒毛高度显著高于对照组(P<0.05),十二指肠和空肠的绒毛高度与隐窝深度比值也显著提高(P<0.05),同时,空肠、回肠和结肠的黏膜厚度也显著高于对照组(P<0.05)。益生菌发酵饲料可改善仔猪肠黏膜的形态结构,使肠道成熟细胞增多,养分得到充分吸收,有助于减少仔猪腹泻和增强仔猪对营养物质的消化吸收能力,进而提高仔猪的生长性能。





益生菌发酵饲料对仔猪免疫功能的影响

4.1 维持仔猪肠道菌群平衡,增强抗病能力

肠道不仅是营养物质消化吸收的主要场所,也是机体抵御外界病原微生物感染的重要屏障。仔猪出生后,从无菌环境到接触外界环境中的多种微生物,经过宿主的选择和淘汰在其胃肠道内形成稳定存在的、但并未引起不正常或致病现象的肠道正常菌群。断奶后,仔猪受断奶应激的影响,肠道菌群微生态平衡被破坏,乳酸菌等有益菌的数量减少,大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌的数量增加,引起机体消化机能紊乱,导致动物生长性能下降。研究表明,乳酸杆菌可抑制埃希氏大肠杆菌和沙门氏菌等有害菌黏附到肠壁细胞上,并能通过竞争性颉颃作用,将致病菌驱逐出定植位点。发酵饲料中含有益生菌在发酵过程中产生的乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等有机酸,饲喂仔猪后可使消化道的pH降低,抑制病原菌生长,进而降低疾病的发生。胡新旭等采用无抗发酵饲料饲喂生长育肥猪,研究其肠道菌群数量变化,对仔猪十二指肠、空肠和盲肠部位的肠道食糜及肠道黏膜做了对比检测,试验结果表明,饲喂无抗发酵饲料可以显著增加十二指肠、空肠和盲肠食糜及各段肠道黏膜中的乳酸菌数量,同时发现粪便中大肠杆菌和沙门氏菌的数量也明显减少。刘金萍心43用植物乳杆菌(A6)发酵饲料饲喂仔猪,试验组仔猪空肠、盲肠内容物中乳酸菌数量较对照组仔猪分别提高了9.65%、18.11%;而空肠内大肠杆菌和沙门氏菌的数量分别降低了9.26%,5.93%,盲肠内大肠杆菌和沙门氏菌的数量分别降低了2.32%,17.58%。益生菌发酵饲料中存在的有益微生物能在肠道内迅速繁殖,增加肠道内益生菌数量,通过竞争性抑制作用阻止病原微生物在肠黏膜附着与繁殖;此外,益生菌发酵过程中产生的乳酸、丙酸、乙酸等有机酸可使消化道内pH降低,抑制其它病原性微生物生长,从而维持动物肠道的微生态平衡,增强机体免疫力。


4.2 促进仔猪机体免疫功能

4.2.1 对肠道黏膜免疫的作用

肠道黏膜免疫系统由分布在肠道黏膜上皮内的淋巴细胞、固有层内弥散存在的淋巴细胞及肠集合淋巴结等相关的淋巴组织构成。附着在肠道黏膜表面的抗原被分布在肠淋巴滤泡集结中的膜上皮细胞(简称M细胞)摄取,将其转运给淋巴滤泡集结中的巨噬细胞,巨噬细胞对抗原进行加工后转移给辅助性T细胞,其中B淋巴细胞在辅助性T细胞的辅助下被激活分化为浆细胞,产生大量分泌型IgA(SIgA)。当SIgA分泌增多时,可提高肠黏膜的免疫识别力,并诱导T淋巴细胞、B淋巴细胞和巨噬细胞等产生细胞因子,通过淋巴细胞再循环而活化全身免疫系统,从而增强机体的免疫功能。发酵饲料中乳酸杆菌作为肠道的一种原籍菌,进入肠道后能与肠上皮表面的特异性受体结合,稳定有序地定植在肠上皮表面,进而发挥黏膜屏障保护效应。此外,定植在肠道内的乳酸杆菌还能促进小肠淋巴组织集合B细胞增生,增强宿主黏膜的免疫反应,诱导浆细胞产生大量的sIgA,进而增强机体的免疫功能。发酵饲料中的益生菌及代谢产物能激活肠黏膜中的淋巴细胞,促进白细胞介素、肿瘤坏死因子和干扰素等细胞因子的生成。这些细胞因子刺激B细胞增殖分化,促进活化的B细胞分化成IgA+B细胞,并能促进淋巴细胞增殖啪]。张锦华等研究表明,仔猪饲喂乳酸杆菌后其肠道内的SIgA细胞增多,特别是在十二指肠,sIgA细胞数量较对照组高出近6倍,差异极显著(P<0.01);乳酸杆菌组回肠中的SIgA细胞数量也显著高于对照组(P<0.05)。王娟娟等用乳杆菌、酿酒酵母和枯草芽孢杆菌发酵饲料饲喂14 kg左右“杜长大”三元杂交仔猪,在试验第21天,发酵饲料组仔猪IgA浓度显著高于其他试验组(P<0.01),这表明益生菌发酵饲料可以发挥免疫调节作用,增强机体免疫功能。


4.2.2 对体液免疫的作用

在宿主体液免疫中B细胞占主导地位,是机体内唯一能产生抗体的细胞,而抗体是构成机体体液免疫的主要物质。免疫球蛋白IgG和IgA在机体体液免疫中具有重要作用,抗体含量的高低也反映了机体对疾病的抵抗能力。邓军等给仔猪饲喂添加枯草芽孢杆菌和猪源乳酸杆菌的饲料,发现仔猪十二指肠和回肠IL-2、IL-6及十二指肠pBn2的基因表达量显著提高,表明益生菌可提高肠上皮细胞某些功能基因、细胞因子的表达,对免疫具有积极的调节作用,从而增强宿主的防御能力。发酵饲料中含有大量的益生菌和有益的发酵产物,可刺激肠黏膜上皮细胞,通过影响细胞因子的生成来调节体液免疫,如IL-4可协同IL-6和转化生长因子作用,可诱导B细胞表面非胸腺依赖性的IgM向IgA的转化,并能通过这种途径增加肠道固有层IgA+B细胞的数量。此外,发酵饲料中常用的枯草芽孢杆菌能刺激动物免疫器官的生长发育,激活B淋巴细胞,提高抗体水平,从而增强体液免疫力。胡新旭等采用乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌和酵母菌等益生菌发酵无抗全价乳猪配合饲料,分别替代0、10%、20%和30%的无抗基础日粮饲喂9.5kg左右的“杜长大”三元杂交仔猪,结果表明,20%和30%发酵饲料组的血清总蛋白、白蛋白、球蛋白、IgM和IgA均高于对照组,且3个发酵饲料组的血清IgG含量均显著高于对照组,表明发酵饲料有助于提高机体免疫能力。王娟娟等采用乳杆菌、酿酒酵母和枯草芽孢杆菌发酵玉米一豆粕基础日粮,饲喂14kg左右“杜长大”三元杂交仔猪,在试验第21天发酵饲料组仔猪血清中IgA浓度显著高于其他两组(P<0.01)。


4.2.3 对细胞免疫的作用

细胞免疫中T淋巴细胞是主要的免疫活性细胞,发酵饲料中的益生菌对调节机体细胞因子生成有重要作用。细胞因子可有效地调节免疫应答和炎症反应,它决定着T淋巴细胞的分化方向,T淋巴细胞转化率的高低常作为衡量机体细胞免疫水平的指标,T细胞转化率越高,意味着淋巴细胞在外来因子的刺激下增殖反应越强,机体的细胞免疫能力越强。发酵饲料中含有活的益生菌及其发酵产生的小肽等均对T淋巴细胞有激活作用,如乳酸杆菌能影响T细胞的增殖、分化和产生细胞因子的能力。有研究认为发酵饲料中的益生菌对T淋巴细胞特别是CD8+T具有激活作用,其主要功能是细胞杀伤作用。王娟娟等采用乳杆菌、酿酒酵母和枯草芽孢杆菌发酵饲料饲喂14kg左右“杜长大”三元杂交仔猪,在试验第7天,淋巴细胞转化率以发酵饲料组最高,极显著高于其他两组(P<0.01)。试验期末淋巴细胞转化率仍以发酵饲料组最高,抗生素组次之,对照组最低(显著低于其他两组)。以上这些结果表明,在日粮中添加发酵饲料能增强仔猪的免疫功能。





小结

关于益生菌发酵饲料的研究应用主要集中在仔猪阶段,包括对仔猪生长性能、机体免疫力和肠道微生态平衡等方面的影响,目前对其作用机理的认识主要体现在发酵饲料中含有的大量益生菌的作用上:①益生菌在发酵过程中可产生一些具有特殊生理活性的小肽,促进氨基酸和矿物质的吸收,提高蛋白质的合成,进而促进动物生长;②发酵饲料中的益生菌可在肠黏膜中定植,通过竞争抑制作用抵御外来菌的侵袭,并激活肠道的免疫功能;③益生菌可促进机体免疫器官的发育、成熟,增加T淋巴细胞、B淋巴细胞的数量,免疫球蛋白含量增多,启动免疫应答;④益生菌能激活肠黏膜中的巨噬细胞和NK细胞,通过调节细胞因子的产量来调控T淋巴细胞和B淋巴细胞分化方向。益生菌发酵饲料可通过多种途径发挥作用,有效减少或完全替代抗生素的使用,是今后畜禽养殖业清洁化生产和保证畜禽产品卫生安全的一个重要方向。





编辑/韩仰倩

图片/樊冰




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