廖靈通，李 垚，孟玉玲，魯東東，朱鵬飛，王 蕾，李丕武

[齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）生物工程學(xué)院 山東省微生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250353]

飼用益生素是一種微生物制劑，在畜牧行業(yè)中，它具有促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育、防治疾病的作用。從目前的應(yīng)用情況來看，它有望成為替代抗生素的無毒、安全的飼料添加劑。抗生素在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中已經(jīng)有60多年的使用歷史，低劑量的抗生素對(duì)提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能和防治疾病方面的作用是肯定的[1]。但是，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，引發(fā)了許多濫用抗生素的不合理現(xiàn)象。過量使用抗生素，會(huì)造成動(dòng)物腸道微生態(tài)失衡，引發(fā)外源感染和二重感染；長(zhǎng)期使用抗生素，會(huì)致使病原菌產(chǎn)生抗藥性，加劇了抗生素的使用劑量；而殘留于農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境中的抗生素最終又會(huì)威脅人類的健康。因此，解決濫用抗生素所帶來的食品安全和環(huán)境問題已經(jīng)迫在眉睫。2006年歐盟各國(guó)已經(jīng)全面禁止將抗生素作為動(dòng)物飼料添加劑，世界各國(guó)也相繼限制抗生素的使用[2]。而益生素作為一種綠色環(huán)保的益生菌制劑，由于其具備無殘留、無污染、無耐藥性的特點(diǎn)，得到了人們的重視。首先人們將益生素作為替代抗生素的綠色飼用添加劑，并且對(duì)其進(jìn)行了大量深入研究?？股卦谛笄蒺B(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用原理是抑制或殺滅動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的所有病原菌，這個(gè)過程沒有選擇性，大量的腸道有益菌群也同時(shí)被殺死；與此相對(duì)照，益生素的作用在于提高腸道內(nèi)的有益菌群的定植和繁殖能力，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)，從而達(dá)到了促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)和防治疾病的效果[3]。目前，益生素在動(dòng)物養(yǎng)殖中使用越來越多，有逐步取代抗生素的趨勢(shì)。近年來，隨著對(duì)益生素及其效果的深入研究，復(fù)合菌制劑研究和運(yùn)用也成為新的研究熱點(diǎn)。

1 益生素的分類和特點(diǎn)

益生素菌種的主要來源是動(dòng)物腸道正常生理菌和非生理菌。不同菌種對(duì)動(dòng)物生理代謝有不同的效果。根據(jù)作用效果將不同益生菌可分為生長(zhǎng)促進(jìn)劑和微生態(tài)治療劑；按益生素所用菌種的不同可分為乳酸菌制劑、酵母菌制劑和芽胞桿菌制劑等；按菌種組合不同又可分為單一菌制劑和復(fù)合菌制劑。

1.1 單一菌制劑

1.1.1 乳酸菌制劑：乳酸菌廣泛地存在于人和禽畜的腸道中，是益生菌菌劑的主要來源之一。乳酸菌具有提供營(yíng)養(yǎng)功能、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、抑制病原菌、改善胃腸道微生態(tài)環(huán)境、防治疾病和增強(qiáng)免疫力的功能。乳酸菌的缺點(diǎn)是耐熱性差，一般65～75℃條件下會(huì)死亡，在制劑制備過程中死亡率高。乳酸桿菌制劑是一種活乳酸菌制劑，能在厭氧或兼性厭氧的條件下生存，有較強(qiáng)的耐酸能力，無毒副作用，并且能促進(jìn)免疫組織和器官生長(zhǎng)發(fā)育，提高免疫力。在動(dòng)物體內(nèi)，其能夠促進(jìn)厭氧菌群生長(zhǎng)，限制需氧菌群生長(zhǎng)，維持微生態(tài)環(huán)境平衡。用于制備微生態(tài)制劑的乳酸菌菌種主要有嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、德式乳桿菌乳酸亞種、植物乳桿菌等。

1.1.2 芽胞桿菌制劑：芽胞桿菌在動(dòng)物胃腸道中分布較少，但被廣泛地運(yùn)用到微生物飼料添加劑中，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有著顯著的效果。作為一種好氧菌，芽胞桿菌能夠產(chǎn)生芽胞，使其具有耐酸、耐堿、耐高溫和耐擠壓的特性。芽胞桿菌制劑能夠產(chǎn)生多種酶，具有調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道菌群平衡、促進(jìn)消化吸收、改善動(dòng)物體微生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)動(dòng)物腸道發(fā)育、提高動(dòng)物生產(chǎn)性能的作用。適用于芽胞桿菌制劑的菌種主要有地衣芽胞桿菌、枯草芽胞桿菌等。

1.1.3 酵母菌制劑：動(dòng)物腸道中酵母菌的數(shù)量較少，但仍可發(fā)揮一定的生理功能，且以應(yīng)用于反芻動(dòng)物效果最好。酵母菌作為益生菌制劑，由于其含有多種氨基酸、維生素，添加到飼料中，能為動(dòng)物提供多種營(yíng)養(yǎng)，提高消化酶活性，改善胃腸道微生物平衡，提高動(dòng)物采食量和對(duì)礦物質(zhì)、維生素的消化率，增強(qiáng)免疫力。適用于酵母菌制劑的菌種主要有產(chǎn)朊假絲酵母、釀酒酵母等。

1.2 復(fù)合菌制劑

不同的微生態(tài)制劑，其作用機(jī)制、途徑和解決的問題各不相同（見表1）。僅靠單一的某類微生態(tài)制劑，往往很難完全滿足養(yǎng)殖對(duì)象所需要的生態(tài)和生理要求。然而復(fù)合菌協(xié)同共生、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，應(yīng)用效果一般比單一菌劑更顯著。復(fù)合益生菌制劑是由多種菌按照一定比例配制而成。在一定條件下，各種菌種之間會(huì)產(chǎn)生相互促進(jìn)的協(xié)同作用，而不是相互頡頏的抑制作用，共同完成對(duì)動(dòng)物機(jī)體的調(diào)節(jié)。根據(jù)具體的養(yǎng)殖種類，選擇幾種或幾類菌種聯(lián)合配伍，共同發(fā)揮協(xié)同的有益作用，才能取得較好的效果。高鳳祥[12]研究發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)飼料中分別添加枯草芽胞桿菌、地衣芽胞桿菌、嗜酸乳酸桿菌、雙歧桿菌、復(fù)合芽胞桿菌、復(fù)合乳酸菌、復(fù)合益生菌，可提高消化道酶活性，促進(jìn)大菱鲆幼魚生長(zhǎng)，并且添加復(fù)合益生菌的效果要好于單一益生菌。郭欣怡等[8]為探討不同益生菌制劑對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能、免疫功能和腸道菌群的影響，在肉仔雞的日糧中分別添加乳酸菌、丁酸菌和復(fù)合菌制劑，結(jié)果顯示，在日糧中添加乳酸菌、丁酸菌和復(fù)合菌均可提高肉雞的生產(chǎn)性能、增強(qiáng)免疫功能、改善腸道菌群。在肉仔雞飼料中添加乳酸菌、丁酸菌、復(fù)合菌制劑后，其日增重提高、料重比降低，其中復(fù)合菌提高日增重作用顯著。

表1 復(fù)合益生菌劑的研究

2 益生素的制備工藝

益生素的制備工藝過程與發(fā)酵劑制備工藝相似，主要包括篩選菌種、培養(yǎng)復(fù)壯、菌體發(fā)酵、濃縮干燥、制劑貯藏等步驟[13]。選擇優(yōu)良的菌種、優(yōu)化制備技術(shù)以及采取適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸和貯藏措施，都是益生素制備工業(yè)需要注意的關(guān)鍵問題。

在菌種選擇方面，最好選擇來自動(dòng)物自身腸道中的有益菌群，并且經(jīng)過不斷的反復(fù)篩選。微生態(tài)制劑菌種的選擇應(yīng)符合以下條件：安全性好，無毒害作用；耐高溫，能夠保證微生態(tài)制劑經(jīng)過干燥過程后有較高的成活率；菌種進(jìn)入動(dòng)物消化道后，能在腸道表面定植，具有耐胃酸、耐膽鹽等不利環(huán)境的能力；能產(chǎn)生促進(jìn)消化道吸收營(yíng)養(yǎng)或抑制病原菌的物質(zhì)等。針對(duì)不同菌種所采用的制備工藝也有差異，如乳酸桿菌耐高溫、耐高壓的性能差，在粉料中使用效果好，在顆粒中使用效果差；芽胞桿菌能耐高溫、高壓及酸性環(huán)境，以芽胞桿菌為主制成的微生態(tài)制劑制成顆粒制劑效果好。

在制劑工藝方面，考慮到菌劑運(yùn)輸和貯藏的周期較長(zhǎng)，在此期間，要求菌劑保持較高存活性和穩(wěn)定性，因此，細(xì)胞培養(yǎng)完成后，菌劑的分離干燥工藝需要不斷優(yōu)化。菌體的濃縮技術(shù)包括噴霧干燥技術(shù)和冷凍干燥技術(shù)；包埋技術(shù)包括巨包埋技術(shù)和微膠囊包埋技術(shù)。馮超[14]研究中，在擠壓法制備植物乳桿菌微膠囊制劑中，將微膠囊化技術(shù)與真空干燥方法相結(jié)合，通過優(yōu)化工藝取得了最佳的包埋效果，通過改良凍干保護(hù)劑和改良干燥方法，極大地提高菌體的抗逆境能力和存活率。王繼芳等[15]，使用低溫濃縮噴霧干燥技術(shù)來制備復(fù)合益生菌制劑，通過優(yōu)化噴霧干燥技術(shù)工藝參數(shù)：進(jìn)風(fēng)溫度135℃，出風(fēng)溫度55℃，固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，優(yōu)化后所得益生菌微生態(tài)制劑所含水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)3.60%，活菌數(shù)達(dá)1.25×1012/g，儲(chǔ)存1年后，活菌菌群數(shù)量仍保持在107/g以上。

總之，在益生菌生長(zhǎng)、干燥和儲(chǔ)存的工業(yè)過程中，菌種的生理學(xué)、特異性以及生產(chǎn)條件的研究對(duì)開發(fā)和生產(chǎn)穩(wěn)定高效的益生菌產(chǎn)品起著決定性作用[16]。

3 益生素在動(dòng)物養(yǎng)殖方面的應(yīng)用

3.1 在家畜養(yǎng)殖中的應(yīng)用

在改善家畜腸道菌群平衡的應(yīng)用中，益生菌的添加，可以促進(jìn)生長(zhǎng)，防御腸道疾病，降低腹瀉率，提高飼料轉(zhuǎn)化率，提高畜產(chǎn)品產(chǎn)量。陳振等[6]研究表明，添加1.0‰復(fù)合益生菌可改善斷奶仔豬生長(zhǎng)性能，可顯著降低胃和十二指腸內(nèi)容物pH值；顯著提高仔豬的肝臟指數(shù)和脾臟指數(shù)；顯著降低仔豬的腹瀉率（P＜0.05）。 高印等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬飼料中添加益生菌發(fā)酵蘋果渣后，糞便中菌群總數(shù)顯著增加（P＜0.01），糞便中大腸桿菌數(shù)量和腹瀉率明顯降低，斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能實(shí)現(xiàn)一定的提高。馬曉春等[18]研究發(fā)現(xiàn)，通過使用益富源食用菌，有效防治牛、羊的便秘、腹瀉、下痢、消化不良，有效率高達(dá)85%，提高牛、羊的抗應(yīng)激能力，促進(jìn)牛、羊腸道發(fā)育，增強(qiáng)消化酶的活性，提高飼料利用率（10%～30%）。 劉星等[7]研究了在日糧中添加復(fù)合益生菌對(duì)荷斯坦奶牛產(chǎn)奶量及乳品質(zhì)的影響，結(jié)果表明較對(duì)照組奶量提高了4.67%，乳干物質(zhì)和乳脂率提高了12.8%、13.8%，明顯提高奶牛產(chǎn)奶量，并能有效改善乳品質(zhì)。夏天嬋等[9]在奶牛日糧中添加20 g/d的復(fù)合益生菌，結(jié)果表明復(fù)合益生菌能明顯能夠提高泌乳中后期奶牛的產(chǎn)奶量，提高瘤胃中NH3-N和微生物蛋白（MCP）含量（P＜0.05），粗蛋白（CP）和粗脂肪（EE）表觀消化率均顯著提高（P＜0.05）。

3.2 在家禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

在家禽養(yǎng)殖中，益生素的添加，對(duì)促進(jìn)家禽的生長(zhǎng)，抑制腸道有害菌繁殖，改善養(yǎng)殖環(huán)境和提高畜產(chǎn)品品質(zhì)等具有很大的影響。殷璐瑤等[19]在蛋雞飼糧中添加益生菌的研究結(jié)果表明，抗生素組蛋雞盲腸中有害和有益菌群均減少，而益生菌組蛋雞盲腸內(nèi)有益菌群密度、豐度均增加，有害菌群減少，飼糧粗蛋白質(zhì)和鈣的表觀利用率均有提高。張金生等[20]選取健康朗德母鵝，并在其飼料中添加益生素，結(jié)果顯示，益生素對(duì)提高朗德鵝的產(chǎn)肝性能、促進(jìn)脂肪代謝、改善機(jī)體的消化和免疫狀況都有顯著效果。孫艷發(fā)等[21]在低蛋白飼糧中添加益生素，粗脂肪的表觀利用率提高了7.34%（P=0.04），具有提高蛋雛雞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀利用率，降低日采食量、料肉比和N、Ca、P排泄量的趨勢(shì)（P＞0.05）。孫淑霞等[22]研究發(fā)現(xiàn)，添加 0.2%益生素時(shí)，左家雉雞免疫器官指數(shù)增高，血清總蛋白升高，尿素氮含量降低，紅細(xì)胞數(shù)量增加，白細(xì)胞數(shù)量有所降低。潘淑惠等[4]在飼料中分別添加復(fù)合芽胞菌制劑和自制復(fù)合益生素制劑后，雞舍內(nèi)NH3平均濃度分別降低24.81%和47.71%（P＜0.05），舍內(nèi)環(huán)境空氣中平均活菌數(shù)分別減少21.83%和40.12%（P＜0.05）；雞糞中氮含量降低 14.97%和 56.69%（P＜0.05）， 磷含量降低 13.95%和 63.27%（P＜0.05）。

3.3 在淡水魚養(yǎng)殖中的應(yīng)用

表2 益生菌的配伍使用研究

常見的水產(chǎn)動(dòng)物飼料中使用的益生菌主要包括芽胞桿菌、乳酸菌、酵母等。益生菌能起到促進(jìn)魚類生長(zhǎng)發(fā)育、提高免疫力、增強(qiáng)消化酶活性、抑制有害菌群繁殖等作用。在有的報(bào)道中益生素的使用還能改善水質(zhì)，提高魚類養(yǎng)殖水質(zhì)。何偉聰?shù)萚23]在飼料中添加枯草芽胞桿菌、嗜酸乳桿菌或二者的混合物，結(jié)果表明，均能促進(jìn)軍曹魚幼魚的生長(zhǎng)，提高免疫酶和消化酶的活性，持續(xù)投喂較非持續(xù)投喂效果更好，且混合益生菌混合物的投喂效果最佳。賴凱昭等[10]分別在奧尼羅非魚基礎(chǔ)餌料中添加 0、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和 0.7%復(fù)合益生菌，飼養(yǎng)102 d后，奧尼羅非魚平均增重、增重率和特定生長(zhǎng)率提高的最大幅度分別為11.98%、19.43%和6.99%，餌料系數(shù)最大降幅為9.77%，腸道蛋白酶活性提高的幅度為29.54%～49.81%；Sun等[24]研究了在石斑魚幼魚養(yǎng)殖過程中添加短小芽胞桿菌對(duì)幼魚消化道的影響，結(jié)果表明短小芽胞桿菌能夠選擇性地刺激有益菌群的生長(zhǎng)，同時(shí)抑制某種有害菌群的生長(zhǎng)。王志敏[25]在養(yǎng)殖點(diǎn)帶石斑魚的水體中，添加活菌制劑，利用閉路內(nèi)循環(huán)方式，實(shí)現(xiàn)了凈化水質(zhì)的目的，試驗(yàn)結(jié)果表明：NMX菌、科恩菌、EM菌3種活菌制劑對(duì)NH4+-N的降解率分別為39.0%、30.5%、20.4%；NO2--N的降解率分別為45.7%、40.4%、13.6%。王利等[26]制備了 3 種益生菌復(fù)方發(fā)酵制劑，并投入到飼養(yǎng)過魚的水樣中，檢測(cè)其凈化水體能力，結(jié)果顯示，3種復(fù)方發(fā)酵試劑均有一定改善水質(zhì)效果。

4 益生菌制劑與其他益生物質(zhì)的配伍使用

在動(dòng)物養(yǎng)殖中，加強(qiáng)微生物制劑與其他制劑之間的科學(xué)配伍研究，可以推進(jìn)動(dòng)物微生態(tài)學(xué)與動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)等學(xué)科交叉，使益生菌制劑的效果得到更加充分的發(fā)揮。目前已經(jīng)嘗試與微生物制劑配伍的物質(zhì)包括益生元、酶制劑、中草藥制劑等（見表 2）。吳寧等[27]通過使用酸化劑、益生素、中草藥提取物部分或全部代替飼料中的益生素，結(jié)果顯示仔豬生長(zhǎng)性能得到改善、腹瀉率有所降低。胡貴麗等[28]在良鳳花肉雞飼糧中添加益生菌和復(fù)合酶制劑（包括單寧酶、木聚糖酶、β-甘露聚糖酶、蛋白酶和淀粉酶），可以提高粗纖維的表觀消化率。吳明謙等[29]將枯草芽胞桿菌和乳酸桿菌和中草藥聯(lián)合使用，使斷奶仔豬的平均日增重、血清中抗體含量均顯著提高，腸道菌群結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。王學(xué)東等[30]在1日齡櫻桃谷肉鴨養(yǎng)殖中，利用復(fù)合芽胞桿菌、酵母細(xì)胞壁和核苷酸組成的合生元代替黃霉素后，使其生產(chǎn)性能和免疫機(jī)能提高。李元鳳等[31]在妊娠后期母豬日糧中添加低聚木糖和益生菌，發(fā)現(xiàn)斷奶仔豬成活率與母豬胎次與低聚木糖和益生菌的添加水平有關(guān)。

5 展望

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提高、消費(fèi)者的保健意識(shí)和環(huán)保意識(shí)的不斷提升，益生菌制劑市場(chǎng)也迎來空前的發(fā)展。使用益生素已被許多研究者描述為改善動(dòng)物健康的一種有效的策略[34-37]，在畜類、禽類、魚類等養(yǎng)殖行業(yè)中扮演著越來越重要的角色，目前其在提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能、提高動(dòng)物免疫力、改善養(yǎng)殖環(huán)境等各方面，都具有明顯的作用[38-40]。然而益生素的使用仍然僅限于實(shí)現(xiàn)預(yù)防疾病、增強(qiáng)免疫力和促進(jìn)生長(zhǎng)等目的，而抗生素能快速有效地達(dá)到治療疾病的目的，所以目前飼用益生素還不能完全替代抗生素的使用。飼用益生素的研究和使用，今后還應(yīng)側(cè)重以下幾個(gè)方面的研究：①益生素菌種的篩選。選育具有一定耐性和抗性的菌種，在安全性的基礎(chǔ)上，利用分子生物學(xué)技術(shù)，改造已有菌種，開發(fā)新菌種；②不斷改進(jìn)現(xiàn)有的菌劑制備工藝，優(yōu)化分離濃縮生產(chǎn)工藝，提高益生菌制劑中活菌的數(shù)量及穩(wěn)定性；③使用復(fù)合益生菌以及利用微生物制劑與益生元、酶制劑、中草藥制劑或其他制劑之間的科學(xué)配伍，最大限度地發(fā)揮益生菌制劑的效用。因此，益生素的研究仍有巨大的潛力，相信經(jīng)過不斷地探究和發(fā)展，飼用益生素一定會(huì)在養(yǎng)殖行業(yè)中發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)和作用。

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