劉 陽

(四川旅游學(xué)院，四川 成都 610100)

1 益生菌研究現(xiàn)狀

近年來，隨著人們對抗生素的耐藥性及殘留等安全問題的重視，一種無毒、無殘留、無抗藥性的微生態(tài)添加劑——益生菌應(yīng)運(yùn)而生。益生菌通俗而言，是指一類對宿主健康有益的活性微生物[1-2]。世界衛(wèi)生組織(WHO)及聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO)專家組對益生菌的定義為：經(jīng)適量服用后，可對宿主健康給予有益作用的一些活的微生物[3]。而目前通常認(rèn)為：益生菌是指能通過調(diào)節(jié)腸道營養(yǎng)與菌群平衡對宿主產(chǎn)生有益的生理作用，或是通過改變宿主某一部位菌群的組成對宿主健康有利的單一微生物或組成明確的混合微生物[4-7]。

根據(jù)美國藥品與食品管理委員會發(fā)布的統(tǒng)計結(jié)果，目前可被安全應(yīng)用的有益微生物有43種，例如乳酸菌、鏈球菌、腸球菌、酵母菌、芽孢桿菌、真菌等[8]。我國農(nóng)業(yè)部2006年第658號公告中也發(fā)布了可直接飼喂動物、允許應(yīng)用的飼料級微生態(tài)制劑菌種包括枯草芽孢桿菌、保加利亞乳桿菌、釀酒酵母等16種。此外，在國內(nèi)外還陸續(xù)有新的應(yīng)用菌種報道，如堅強(qiáng)芽孢桿菌、環(huán)狀芽孢桿菌、芽孢乳桿菌、丁酸梭菌、巨大芽孢桿菌等[9]?，F(xiàn)階段，常用的益生菌主要有酵母、乳酸菌、光合細(xì)菌和芽孢桿菌四大類[10-12]。

目前國內(nèi)外報道中，益生菌主要分離于動物腸道和非腸道(如植物和相關(guān)作物食品等)。已分離的益生菌群主要分為3大類，即：乳桿菌類[13]、雙歧桿菌類[14]、革蘭氏陽性球菌[15]。這些菌株均具有良好的耐酸，耐膽汁、胃液及對抑菌病原菌的性能特征。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，針對不同材料來源和功能需求，將不同功能的益生菌添加食品、藥品中進(jìn)而使其發(fā)揮重要的生理功能作用，目前已應(yīng)用的益生菌株，如表1所示。

某些益生菌還具有緩解不耐乳糖癥[19-21]、促消化、延緩衰老和抑菌作用[22]。在禽類養(yǎng)殖業(yè)中，將益生菌添加肉雞養(yǎng)殖中能明顯增加肉雞體重、提高對原料利用率、降低脂肪厚度[23-24]，應(yīng)用在水產(chǎn)養(yǎng)殖中也可以顯著提高產(chǎn)量，改善產(chǎn)品質(zhì)量[25-27]。

表1 益生菌功能及其相應(yīng)菌株

2 益生芽孢桿菌

益生菌株的品種繁多且功能各異，其中益生芽孢桿菌就是一類潛力巨大的菌群。芽孢桿菌(Bacillus)，屬桿菌科細(xì)菌，多數(shù)為好氧或兼性厭氧，革蘭氏染色顯陽性，是一類能夠在逆境下形成休眠體芽孢以抵制不良環(huán)境的桿狀細(xì)菌[28]，是土壤和植物微生態(tài)環(huán)境的優(yōu)勢種群之一。

益生芽孢桿菌能夠產(chǎn)生內(nèi)生孢子，而芽孢是整個生物界中抗逆性最強(qiáng)的生命體，故其對外界環(huán)境壓力的抵抗能力很強(qiáng)，能夠避免干燥、熱和紫外線輻射所造成的損傷。一些芽孢桿菌能夠分泌活性很強(qiáng)的淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶、纖維素酶等，此有利于降解動植物食物中的大分子物質(zhì)。其次，有些芽孢桿菌還可以產(chǎn)生抗菌素等。此外，由于腸道內(nèi)大多有害菌為需氧菌，厭氧環(huán)境不利于其生長，芽孢桿菌通過利用生物奪氧形成腸道內(nèi)的厭氧環(huán)境，從而保持腸道生態(tài)平衡[29-30]。益生芽孢桿菌的優(yōu)良性能使得其被廣泛應(yīng)用于飼料加工、醫(yī)藥業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各個行業(yè)。

3 芽孢桿菌益生性能

3.1 生物奪氧，維持腸道厭氧環(huán)境

動物腸道中的原著菌株多為厭氧菌，在厭氧環(huán)境中才能正常生長和代謝。當(dāng)芽孢桿菌進(jìn)入動物腸道后，生長代謝消耗大量的氧氣，導(dǎo)致腸道內(nèi)的局部氧分子濃度下降，從而造成腸道內(nèi)的厭氧環(huán)境。這樣不僅可增強(qiáng)腸道對需氧菌的抑制能力，同時還有利于雙歧桿菌、乳酸菌等原著厭氧益生菌的生長，從而促進(jìn)動物健康。

3.2 抵抗病原微生物，維持和調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

動物腸道的微生物種類和數(shù)量一直處于一個動態(tài)的平衡。這種平衡的相對穩(wěn)定保證了動物內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定與動物健康，而當(dāng)這種微生態(tài)平衡被破壞，某些危害動物的細(xì)菌就會大量增殖，動物因此會處于危急狀態(tài)，引發(fā)動物疾病，例如大腸桿菌在豬仔體內(nèi)大量增殖，可誘使仔豬免疫力下降，沙門氏菌趁機(jī)侵入血液，引起仔豬沙門氏菌病[31]。

芽孢桿菌對調(diào)整動物機(jī)體腸道內(nèi)的微生態(tài)平衡具有一定的促進(jìn)作用，其不僅能抑制一些病原菌的生長，還能促進(jìn)動物體內(nèi)有益菌和厭氧菌的增殖。有體外研究表明，豬源性芽孢桿菌代謝產(chǎn)物中所含抑菌活性因子對致病性大腸桿菌具有較好的抑菌效果[32]。給動物喂養(yǎng)芽孢桿菌后，可促使動物腸道內(nèi)有益菌增多而潛在的致病菌減少，進(jìn)而減少疾病的發(fā)生率。也有研究報道，將地衣芽孢桿菌與雙歧桿菌、乳酸菌、大腸桿菌混合培養(yǎng)，前者對雙歧桿菌、乳酸菌有促進(jìn)和共生作用，而對大腸桿菌具有抑制作用[33]。

3.3 增強(qiáng)免疫功能，提高抗病能力

芽孢桿菌可作為非特異性的免疫調(diào)節(jié)因子，刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)，提高機(jī)體免疫力。芽孢桿菌侵入動物體內(nèi)，可刺激機(jī)體腸道相關(guān)淋巴組織處于高度的“免疫準(zhǔn)備狀態(tài)”，從而加快免疫器官發(fā)育，促進(jìn)免疫系統(tǒng)的成熟，提高動物的免疫水平，增強(qiáng)抗病能力[34]。

3.4 產(chǎn)生酶類、營養(yǎng)物質(zhì)等

芽孢桿菌在動物腸道內(nèi)快速生長代謝，可以產(chǎn)生許多對機(jī)體有益的代謝產(chǎn)物。例如，地衣芽孢桿菌可以產(chǎn)生含量較高的維生素B、維生素C、促生長因子等，這些物質(zhì)能顯著的改善動物的生長發(fā)育[35]。此外，研究表明大多數(shù)芽孢桿菌能分泌淀粉酶、脂肪酶等水解酶，以及果膠酶、纖維素酶等非淀粉多糖的酶類，這些酶類可提高動物對飼料的利用率。據(jù)報道，飼喂芽孢桿菌能夠提高肉雞淀粉酶和總蛋白酶活性，用蠟狀芽孢桿菌飼喂仔豬，其空腸中脂肪酶的活性可顯著提高。

4 益生芽孢桿菌應(yīng)用現(xiàn)狀

芽孢桿菌種類繁多、數(shù)量龐大，且具備多方面的益生性能，促使其在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用及其廣泛。

4.1 芽孢桿菌在養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用

芽孢桿菌在畜禽的養(yǎng)殖中應(yīng)用廣泛，不僅能夠增強(qiáng)動物機(jī)體應(yīng)對不良刺激的能力，減少死亡率，降低經(jīng)濟(jì)損失，還可提高產(chǎn)品品質(zhì)，增加同類產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價值和食用價值。有實(shí)驗(yàn)表明，將納豆芽孢桿菌添加到仔雞的飼料中，并與未添加的對照組相比，實(shí)驗(yàn)雞的抗體水平有顯著增加，脾臟中淋巴T、B細(xì)胞的數(shù)量也有提高，仔雞死亡率明顯降低[36]。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)在25周齡蛋雞飼料中添加枯草芽孢桿菌培養(yǎng)物，能降低蛋黃中膽固醇的含量[37]。另有研究結(jié)果表明，在仔豬日糧中添加芽孢桿菌可以提高仔豬生長速度、飼料轉(zhuǎn)化率，降低哺乳時間及斷奶后仔豬的腹瀉率，改善仔豬腸道健康[38]。

此外，益生芽孢桿菌在水產(chǎn)業(yè)中也有應(yīng)用，其主要有兩種用途：一是直接用于凈化水質(zhì)，另一方面是用作養(yǎng)殖飼料的添加劑。

4.2 芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

芽孢桿菌在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有著廣泛的應(yīng)用，其可用做生物農(nóng)藥和生物肥料。用作生物肥料的主要是具備固氮作用的芽孢桿菌，被稱為固氮芽孢桿菌(Bacillus caotofixans)，是多粘芽孢桿菌的一個變種。此外，利用芽孢桿菌可制成很多生物農(nóng)藥，尤其是蘇云金芽孢桿菌及其伴胞晶體制成的農(nóng)藥，是農(nóng)業(yè)上理想的殺蟲劑，已成為世界上產(chǎn)量最大的生物農(nóng)藥之一[39]。國內(nèi)外有關(guān)枯草芽孢桿菌對植物病原菌的抑制作用及防治試驗(yàn)的研究也有很多，因其能夠產(chǎn)生多種抑制植物病原菌生長的抑菌因子，且對人畜無害，綠色環(huán)保，所以在防治植物病害中起著舉足輕重的作用[40]。

4.3 芽孢桿菌在工業(yè)上的應(yīng)用

因芽孢桿菌具有產(chǎn)生大量的淀粉酶和蛋白酶等水解酶類的特性，所以在工業(yè)上也得到了廣泛的應(yīng)用。淀粉酶是非常重要的一類酶制劑，工業(yè)上常用的耐高溫的α-淀粉酶(俗稱液化酶)，大部分是由地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的[41]；嗜堿芽孢桿菌可以生產(chǎn)堿性纖維素酶，該酶是非常重要的洗滌添加劑，它可以增強(qiáng)洗衣液的洗滌效果，除去衣物上的污漬，增加衣物的鮮艷度等[42]。此外，芽孢桿菌在污水處理，改善環(huán)境方面也發(fā)揮著重要作用，芽孢桿菌產(chǎn)生的酶可以降解水中的有機(jī)污染物，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[43]。

4.4 芽孢桿菌在醫(yī)藥衛(wèi)生上的應(yīng)用

芽孢桿菌在醫(yī)藥領(lǐng)域中主要用于保健品和腹瀉治療藥物生產(chǎn)，目前，像蠟樣芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌等是常用的活菌制劑。如地衣芽孢桿菌無毒菌株BL20386活體菌株制成的膠囊——“整腸生”，主要具備調(diào)節(jié)微生態(tài)平衡、醫(yī)治腸炎、腹瀉等多種功效[44]；再如從韓國進(jìn)口的治療幼兒腹瀉的藥物-“媽咪愛”，其主要有效成分為枯草芽孢桿菌和糞鏈球菌。此外，某些枯草芽孢桿菌活菌制劑口服液可用于治療腸炎、支氣管炎等多種炎癥，且對預(yù)防和治療燒傷瘡面也具有一定療效[45]。

4.5 芽孢桿菌在科學(xué)研究中的應(yīng)用

在芽孢桿菌屬中，很多天然菌株具有高生物活性的基因，如地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、短小芽孢桿菌可用作基因工程的受體菌株。可見，芽孢桿菌在分子生物學(xué)領(lǐng)域也具有廣泛的利用價值，并且多數(shù)芽孢桿菌安全性高，對環(huán)境不會造成污染，使其在科學(xué)研究中的應(yīng)用日益增加。

5 小結(jié)

綜上所述，益生芽孢桿菌具有其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢，即應(yīng)用安全性、產(chǎn)酶性能好、廣譜的抗菌活性、代謝快、穩(wěn)定性高、和分子加工易操作性等。而現(xiàn)階段我國的益生芽孢桿菌產(chǎn)品相比國外同類產(chǎn)品仍比較匱乏，益生芽孢桿菌基礎(chǔ)理論和生產(chǎn)技術(shù)方面的研究也相對薄弱。因此，篩選益生特性強(qiáng)的芽孢桿菌具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，其不僅可擴(kuò)大益生芽孢桿菌制品的開發(fā)應(yīng)用，也會進(jìn)一步促進(jìn)益生菌的研究。