科研 饲用乳酸菌的生物学特征及其在饲料工业中的应用

新华扬 2018-09-23 13:34:09

摘 要:本文论述了饲用乳酸菌的分类、作用机理、在饲用中的应用及未来发展趋势等,为今后进一步研究饲用微生物制剂在畜禽饲料和养殖业上的应用提供了参考。

关键词:乳酸菌;作用机理;应用

抗生素作为饲料添加剂,已有50年的辉煌历史,在防治动物疾病,促进动物生长和提高动物养殖成功率等方面起到了重要的作用,也是目前饲料中用量最大、最广泛的添加剂之一。但其弊端也日益显著,如耐药性普遍、肠道菌群失调、免疫抑制与药物残留等,对养殖动物健康和人类食品安全都带来了极大的负面危害。近年来,“超级细菌”、“速生鸡”、“禽流感”等事件催生了后抗生素时代的来临!饲料级微生物添加剂是近年来发展起来的抗生素替代物中的理想选择,其在提高饲料利用率,增加生产性能,调节肠道微生态平衡,增强免疫力等方面具有显著的促进作用。目前在饲料及动物生产上使用较多的微生物有乳酸菌、酵母菌及芽孢杆菌,其中芽孢杆菌具有抗逆性强、耐高温高压、耐酸碱胆盐、易贮存等独特的生物特性,已在饲料工业中广泛应用。但从动物肠道微生态优势菌群特征及动物真正需要的益生菌角度出发,乳酸菌是饲料工业中最需要的微生物菌种之一。本文就饲用乳酸菌的生物学功能及其在饲料中的应用作一简述。

1.饲用乳酸菌种类及其特征

乳酸菌不是分类学上的名词,而是指一群可发酵碳水化合物产生大量乳酸的革兰氏阳性球菌或杆菌的统称。其在细菌分类学上划分为23个属,包括乳杆菌属、乳球菌属、肠球菌属、双歧杆菌属、片球菌属、链球菌属等。它们具有一些基本特征:均为革兰氏阳性菌,细胞形态呈球状或杆状,过氧化氢酶为阴性,消耗的葡萄糖50%以上产生乳酸,不运动或极少运动,分解蛋白质但不产生腐败产物,脂肪分解能力较弱。

最新版的《饲料添加剂品种目录》中,乳酸菌是其中种类最大的类群,有23个菌种,占总微生物添加剂的70%,可见乳酸菌在微生物添加剂中的主角地位。目前常使用的乳酸菌有乳酸杆菌属的植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌;乳球菌属的乳酸乳球菌;肠球菌属的粪肠球菌、屎肠球菌;双歧杆菌属的动物双歧杆菌、长双歧杆菌;片球菌属的戊糖片球菌、乳酸片球菌等。目前乳酸菌大规模使用所面临的核心问题在于其稳定性差、抗逆能力弱及使用成本过高等。近年来兼具乳酸菌和芽孢菌双重效能的凝结芽孢杆菌和丁酸梭菌已成为行业研究和应用的热点。

2.乳酸菌作用机理

乳酸菌属于原籍菌群,是动物肠道的重要组成部分,能够代谢产生有机酸、细菌素、功能酶等活性物质,在防病、免疫和营养等方面具有极其重要的生物学功效。

2.1促进和维持肠道微生态平衡

乳酸菌可粘附于肠道上皮细胞,形成稳定的生物屏障,抵御外来菌的入侵,以调节肠道的菌群平衡。乳酸菌通过参与致病菌的生存和繁殖的空间竞争、时间竞争、定居部位的竞争以及对营养素的竞争,抑制致病菌的生存繁殖及其在消化道内的定居和附着。研究证实,乳酸杆菌和致病菌一样,也是通过糖蛋白或糖脂质与消化道内壁相结合,并在消化道内生成致密性膜菌群,形成微生物屏障。M. Juntunen等(2003)发现,乳酸菌与小肠黏膜结合粘蛋白MUC3粘着,同时能促进MUC3mRNA转录。YK. Lee等的研究表明,存在于肠道上皮中过量的糖类物质可能充当某些致病菌的特异受体,乳糖的存在能显著减少沙门氏菌在肠道上皮上的吸附,这是因为乳糖能促进乳酸杆菌的大量增殖,从而抑制沙门氏菌在肠道上皮的吸附。

乳酸菌还代谢分泌有机酸,使肠道呈酸性;产生抗菌的细菌素类抑菌物质,有效地阻止肠内腐败性细菌异常增殖,抑制有害物质的产生,使动物具有健康的肠道和正常的消化吸收能力。乳酸菌还可以降低血氨浓度和改善肝脏功能。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解毒,随后以葡萄糖醛酸盐和硫酸盐等形式排出,若不及时解毒将导致肝功能紊乱和循环系统失常。双歧杆菌在肠道内可吸收利用这些含氮有害物质,抑制产胺的腐败菌,降低肠道pH值,使氨转变为难于吸收的离子型,达到降低血氨的功效。

2.2增强机体免疫

Fuller(1989) 指出, 乳酸杆菌以免疫调节因子的形式起作用, 刺激肠道某种局部免疫反应, 提高动物抗体水平或提高巨噬细胞的活性, 从而提高机体抗病力。

乳酸菌的细胞壁主要是由肽聚糖、多糖和磷壁酸组成。乳酸菌可能在肠道中释放肽聚糖, 肤聚糖的一种主要组分胞壁酰二肽,可刺激巨噬细胞释放白细胞介素1 (IL-l), 并诱导淋巴细胞产生γ-干扰素(IFN-γ),其它细胞壁组分, 如磷壁酸能刺激单核细胞产生IL-l、肿瘤坏死因子α(IFN-α和IL-6)。另外, 某些乳杆菌菌株的胞浆组分可也刺激pp细胞的增殖活性。

研究发现, 干酪乳杆菌和嗜酸乳杆菌的发酵液经加热杀死活菌后仍能增强免疫反应, 说明乳酸菌发酵产物也能增强机体的免疫力。Lessard等研究发现断奶前2周在补料里和断奶后4周的补料里添加乳酸杆菌发酵物可提高血清I醛水平。

2.3强化动物营养

乳酸菌的第一大特征就是代谢产酸,尤其是乳酸杆菌和链球菌将产生乳酸,降低肠道pH值,酸化肠道,提高铁、钙、磷的利用率,促进营养物质吸收和调节内源代谢。丙酸还能够参与三羧酸循环,为动物新陈代谢提供能量。益生菌代谢所产生的短链脂肪酸还能调节肠道菌群,维持体液和电解质的平衡,为机体和肠道上皮细胞提供营养。Grieshop等(2000) 指出, 猪盲肠和结肠微生物发酵产生的短链脂肪酸可以提供猪维持能量需要量的5%-30%。乳酸菌产酸使胃内酸度降低,胃蛋白酶活性增高,同时也能反馈性地促进胰腺分泌,增加消化液的分泌量,进而提高饲料利用率。

乳酸菌能合成维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸和叶酸等多种维生素, 为宿主利用,还能通过抑制某些维生素分解菌来保障维生素的供应。

3.乳酸菌在饲料行业中的应用

3.1乳酸菌在养猪上的应用

韩春艳等(2004)分别于不同日龄给仔猪添加乳酸杆菌制剂, 添加量107CFU/g饲料, 试验结果表明仔猪出生后不同日龄添加乳酸杆菌对其生长性能的影响不同, 其中出生后进食母乳前添加效果最佳, 而出生后8日龄和15日龄效果有所下降,出生2周后添加对相对生长速度已无明显影响, 但对控制断奶前后的发病率有一定效果。王志祥等(2006 )研究在断奶仔猪日粮中添加质量分数为0.25% 的乳酸杆菌(液体制剂,4株复合乳酸杆菌)对仔猪生长性能、养分表观消化率和消化酶活性的影响, 结果发现添加乳酸杆菌组与不添加乳酸杆菌的对照组相比, 能显著提高断奶仔猪平均日采食量, 极显著提高平均日增重, 降低料重比,显著提高仔猪饲粮粗脂肪表观消化率, 极显著提高胰脏、十二指肠食糜脂肪酶和淀粉酶活性。孙建广(2010)研究了日粮中添加乳酸杆菌对生长育肥猪生长性能和肉品质的影响,试验结果表明,乳酸杆菌组的平均日增重比对照组和抗生素组分别提高6.3%和5.1%,料比分别降低了3.9%和2.5%,乳酸杆菌组显著提高了总不饱和脂肪酸的含量,降低了C20:2含量,提高了胴体和肌肉品质。

3.2 乳酸菌在家禽上的应用

Samad(2011)研究不同水平下乳酸菌( 嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、双歧杆菌、粪链球菌) 对肉鸡的影响,试验结果表明不同水平乳酸菌对试验全期肉鸡采食量和增重显著增加,死亡率降低,对可食内脏、腿肌重、肝脏重、腹脂重、屠宰率则没有影响,可见乳酸菌表现出良好的促生长效果。王小平等(1997)在蛋鸡日粮中添加乳酸菌复合制剂, 产蛋率提高8.1%,蛋重提高1.37%,破蛋率降低1.1%。李树鹏等(2008)报道饲料中添加乳酸杆菌可使雏鸡回肠绒毛显著变长、增粗,表明添加乳酸菌有利于雏鸡肠绒毛的生长发育,说明乳酸菌可以改变肠黏膜结构, 进而影响对营养物质的吸收。李路胜等(2006)报道,在日粮中添加乳酸菌可显著提高鸡十二指肠和空肠的淀粉酶活性。

4.乳酸菌未来发展方向

目前,乳酸菌在畜禽生产应用中还存在着一些欠缺和不足:1)受其稳定性、添加方式、添加量、使用成本等因素的影响,导致其应用效果并不完全一致,可见乳酸菌作用效果的稳定性和有效性仍有待于进一步提高;2)行业对乳酸菌生理功能的认识还不完善,并不是所有人都客观认识到乳酸菌的重要作用和地位,乳酸菌作为动物肠道的优势菌群之一,应该成为饲用微生物制剂的主要组成部分。

关于乳酸菌作用机制、稳定化及应用技术研究,正在引起越来越多研究者的关注。乳酸菌必将成为未来微生物制剂的重点。目前我们需要从以下几个方面寻求重大突破,让乳酸菌更好地服务于现代饲料工业和养殖业:1)加强新菌种研究,筛选出定植力强、产酸性能好、性能稳定的动物源性菌种;2)加强芽孢型乳酸菌的开发工作,集成芽孢菌和乳酸菌两者优势;3)加强乳酸菌稳定化技术攻关,提高乳酸菌储存运输、饲料加工、胃酸胆盐等抗逆性;4)加强乳酸菌与其他益生素及酸化剂、低聚糖、酶制制等绿色饲料添加剂之间组合使用技术以及对不同动物不同生理阶段的适宜添加量的研究等。

(参考文献略)