成廷水：饲用微生物的种类与作用评价

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饲用微生物的种类与作用评价

　　文章来源：《饲料工业》　作者：成廷水　更新时间：2015-01-29

　　目前，食品安全和养殖污染是影响饲料畜牧业稳定持续发展的两大问题，这两大问题又与动物疾病、动物生产潜能的发挥息息相关。饲用微生物作为综合解决以上问题的方案之一，已经得到业内较大范围的认可，本文对普遍使用的芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌的作用作简略评价。

　　1 中美饲用微生物种类的比较

　　饲用微生物，仅指活菌制剂(益生菌)，即有生命的微生物，其中应用最广泛的是芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌。农业部征求意见稿的《饲料添加剂品种目录》中允许使用的微生物主要有：乳酸菌 22 种、丙酸杆菌1 种、芽孢杆菌 7 种、酵母菌 2 种、曲霉菌 2 种、光合细菌 1 种等五大类，其中乳酸菌含双歧杆菌属 6 种、肠(链)球菌属 4 种、乳杆菌属 10 种、片球菌属 2 种,芽孢杆菌含芽孢杆菌属 6 种及芽孢杆菌科梭菌属丁酸梭菌种，也有文献把丁酸梭菌(仅用于断奶仔猪和42 日龄前肉鸡，短期使用)归于厚壁菌门梭菌目梭菌纲梭菌目梭菌科。美国 FDA 批准使用的微生物有乳杆菌属(13 种)、双歧杆菌属(6 种)、肠球菌属(2 种)、链球菌属(5 种)、明串珠菌属(1 种)、片球菌属(3 种)、芽孢杆菌属(5 种)、乳球菌属(1 种)、丙酸杆菌属(2 种)、拟杆菌属(4 种)、酵母菌属(3 种)、曲霉菌属(2 种)等12 个属 47 种，不包括丁酸梭菌。根据 Bresy 细菌学分类法，前 6 属同属于乳酸菌类别(一说肠球菌属归于链球菌属)，其中 30 种是乳酸菌。

　　2 芽孢杆菌的种类及作用评价

　　芽孢杆菌归属于细菌界厚壁菌门杆菌纲芽孢杆菌目芽孢杆菌科，包括芽孢杆菌属、芽孢乳杆菌属、梭菌属、脱硫肠球菌属、芽孢入叠球菌属，芽孢杆菌属目前已知共有 107 个种，模式生物是枯草芽孢杆菌，通常所说有益的作为饲料添加剂使用的芽孢杆菌都是属于芽孢杆菌属，即枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等五种。芽孢是芽孢杆菌的特征生命形态———休眠体，芽孢对热、干燥、辐射、某些化学消毒剂和理化因素有较强的抵抗力，这可能与芽孢独具的高含量吡啶二羧酸有关，如果该类活菌制剂不是以芽孢形式存在，而以营养体形式存在，则抵抗力大大降低。

　　2.1 不同芽孢杆菌的评价

　　芽孢杆菌作为活菌，不同菌株作用差异很大，从目前获得的菌株共性上比较有以下差异：

　　2.1.1 枯草芽孢杆菌最稳定，耐受性最强，最活跃，着床快，脱落也快，从而对降低肠黏膜的代谢率和能量消耗、提高非特异免疫应激有一定作用。枯草芽孢杆菌在所有芽孢杆菌中营养代谢产物最丰富，能合成蛋白酶、淀粉酶、酪蛋白酶、明胶酶等，但是代谢低分子脂肪酸能力不如地衣芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌，其代谢的抗菌物质———枯草菌素一般对革兰氏阴性菌发生作用。

　　2.1.2 地衣芽孢杆菌是生产短杆菌肽的主要菌种，所以其代谢短杆菌肽的能力很强,主要对革兰氏阳性菌发生作用，特别对水生动物肠炎有较明显作用。地衣芽孢杆菌的反硝化能力超过枯草芽孢杆菌，低于短小芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌的短板在于营养代谢产物不多及不够活跃，消化酶和 B 族维生素的代谢能力远低于枯草芽孢杆菌。

　　2.1.3 凝结芽孢杆菌又称乳酸芽孢杆菌，是所有芽孢杆菌中制菌作用最强的，也是单价最高的，其代谢乳酸能力虽然不如乳酸菌，但是耐受性远优于后者，凝结芽孢杆菌同时有一些特征作用，如代谢出的凝结素能治疗饲料霉菌毒素导致的肠道炎症，某些凝结芽孢杆菌甚至能分解霉菌毒素，而且对水生蓝藻有较强杀灭能力，凝结芽孢杆菌的短板与地衣芽孢杆菌近似。

　　2.1.4 迟缓芽孢杆菌是研究较少的一种芽孢杆菌，其主要作用是分解甘露聚糖生成甘露寡糖，并有一定固定分子态氮的能力，从而提高日粮中蛋白质的利用。

　　2.1.5 短小芽孢杆菌性状稳定，耐受性强，可以循环利用，是所有芽孢杆菌中反硝化作用最明显的菌种，对于养殖场化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)排放的环境净化作用显著，能显著降低水产养殖中氨氮和亚硝酸盐含量，但是短小芽孢杆菌营养代谢产物很不丰富，除能合成葡聚糖酶外其余代谢产物乏善可陈。

　　2.2 芽孢杆菌的使用


　　芽孢杆菌最大的使用优点是性价比优异，其功能全面，使用成本远低于乳酸菌和酵母菌，耐受性好，使用范围更加广。芽孢杆菌的液体发酵工艺已经日臻成熟，我国芽孢杆菌生产工艺处于国际领先地位并有一些出口，目前已经能规模化生产出芽孢形成率达到99%以上，每克产品含单菌 10 000 亿 CFU 以上的枯草芽孢原粉，从而大幅降低了单菌的成本。因为不同芽孢的功能多样化，所以需要定向发酵再按照动物需求精确复配才有意义，而只有降低了单菌成本才能形成动物日粮单位使用成本相对较低的高品质、多功能的芽孢杆菌复配制剂。期望以芽孢杆菌完全代替药物添加剂预防治疗消化道疾病是不太现实的，所有芽孢杆菌的弱势都在于在肠道定殖时间短，往往在使用后第7d在动物肠道中就较难发现充分的孢子体，在应用中往往只能观察到生产性能的提高，在某些季节、某些养殖生态环境下、某些特征动物上能观察到消化道疾病的减少。


　　3 酵母菌的种类和作用评价


　　中国允许使用的饲用酵母菌有酿酒酵母和产朊假丝酵母。酵母菌专性或兼性厌氧，在缺氧时，最终把糖分解成酒精和二氧化碳，在有氧时生长更快，最终把糖分解成二氧化碳和水。


　　3.1 不同酵母菌的作用评价


　　酵母菌易于培养，生长迅速，定植于小肠中段，是人类文明史中被应用最早的微生物，也是世界上研究最多的微生物之一，其模式生物是酿酒酵母。


　　3.1.1 酿酒酵母又称啤酒酵母，归属于真菌界子囊菌门半子囊菌纲内孢霉目酵母科。酿酒酵母细胞本身含有丰富的蛋白质和完整的 B 族维生素，并可胞外分泌多种酶，如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶等，活酵母可加强对营养物质的消化利用，促进肠蠕动，对改善母猪便秘有一定功效，奶牛精料中用于对瘤胃微生物的调控和对饲料原料的发酵。与芽孢杆菌比较，酿酒酵母本身营养丰富，但性状不够稳定，生物夺氧能力远低于芽孢杆菌，其代谢的产物不像芽孢多样化，尤其对于益生菌素的代谢合成是其短板。


　　3.1.2 产朊假丝酵母又称产朊圆酵母，归属于不完全菌门苁梗孢目隐球酵母科，能利用葡萄糖、蔗糖和一些棉籽糖，不能利用乳糖、半乳糖、麦芽糖，能同化铵盐和硝酸盐,不分解蛋白质和脂肪,最适生长温度 25～27 ℃，最适 pH 值 4.5～6.5。产朊假丝酵母在工业中是极为重要的微生物，用于生产谷胱甘肽、一些氨基酸和一些特征酶。较之酿酒酵母，它性状更加稳定，生长营养要求低，而且细胞密度高，细胞体中蛋白质和维生素高于酿酒酵母。


　　3.2 酵母菌的使用


　　活性干酵母可以调节动物肠道菌群平衡，但是实际应用中，活性干酵母的应用范围远不及酵母菌失活体和酵母培养物(YC)。活酵母本身虽然营养成分丰富，如果不破壁，一些功效性成分很难被释放激活。酵母菌失活体指破壁酵母、酵母细胞壁、酵母内容物等，酵母细胞壁的主要成分是甘露寡糖、β-葡聚糖、糖蛋白，可对动物疾病和环境因素导致的应激反应产生非特异免疫力并有一定吸附分解霉菌毒素的能力，高品质产品有一定的治疗价值。酵母内容物氨基酸组成比例近于理想状态，特别是赖氨酸含量较高，其中 B 族维生素丰富完整，并多以易被吸收的磷酸酯形式存在，并含有 2%～5%的微量元素螯合物、4%~8%的核糖核酸等多种成分。酵母培养物是在特定工艺条件控制下由酵母在特制的培养基上经过充分发酵后所形成的，不仅含有酵母细胞壁及酵母内容物，而且还含有发酵后变异的培养基、发酵代谢产物及少量已无活性的酵母细胞，功效包括：营养物质的消化吸收利用、肠道的生物-生态修复、非特征免疫体系与疾病及健康、畜产品的品质风味色泽、养殖排放的控制等五大方面。


　　4 乳酸菌的种类和使用


　　除双歧杆菌属于放线菌门双歧杆菌目外，所有乳酸菌同属厚壁菌门杆菌纲乳杆菌目，下设肠球菌科、乳酸菌科、明串珠菌科、链球菌科，共有 9 属 76 种(一说 18 属)，目前主要作为饲料添加剂使用的是粪链球菌、屎链球菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、乳酸链球菌等 8 种，都是革兰氏阳性菌，可利用碳水化合物代谢产生乳酸、丙酸等一些有机酸，能分解蛋白质，有些能分解脂肪，严格厌氧或兼性厌氧，能耐受胃酸和胆盐，但是耐热性能很差，如未经过一些处理，储存温度超过 30 ℃、4 h 以上，存活率降到 50%以下，一些菌株不能接触氧气，需要真空包装储存。


　　4.1 不同乳酸菌的性能



　　不同乳酸菌的耐受性、代谢产物、特征功效差异较大，需要单独分析。


    4.1.1 双歧杆菌在乳酸菌群中耐热性较差，产酸能力不显著，但是代谢产生各种 B 族维生素、合成氨基酸能力强，还能通过抑制某些维生素分解菌来保障维生素的供应，所以在促进仔猪生长发育、提高日增重和饲料报酬方面作用优异。双歧杆菌在肠道内吸收利用吲哚、胺等含氮有害物质，抑制腐败菌，从而降低血氨最终改善肝脏功能。


　　4.1.2 粪链球菌、屎链球菌又称粪肠球菌、屎肠球菌，属于肠球菌科。耐热性优于双歧杆菌，产酸能力超过植物乳酸菌、乳酸片球菌，是目前已知的乳酸菌群中产酸能力最强的菌种。屎链球菌耐热性能在所有乳酸菌中表现优异，多数菌株可常温保存 4 个月以上，成活率达到 75%左右。粪链球菌代谢产生乳酸菌生长因子酶系及控制内毒素的酶系，从而促进肠道内其余乳酸菌的生长，降低肠道内毒素的危害。屎链球菌对肠道绒毛上皮细胞有较强的营养作用，能促进肠道组织形态的病后恢复。但是粪链球菌和屎链球菌本身又是条件性致病菌，安全性不高。


　　4.1.3 嗜酸乳杆菌，耐热性和耐酸性都较好，本身产酸能力一般，过氧化氢代谢能力强，对大肠杆菌、沙门氏菌、梭菌等过氧化氢阳性细菌拮抗作用强，并有助于肠道正常菌群的平衡。对肠道黏膜上皮细胞表面和膜受体吸附作用强，占位性抑制多数肠道致病菌对黏膜上皮细胞的吸附。代谢产生嗜酸菌素，对顽固型腹泻和部分病毒有抑制作用。


　　4.1.4 植物乳杆菌，应用研究较少，严格厌氧，耐热性较差，产酸能力较强，适合应用于幼畜禽，刺激特异性免疫应答能力强，促进血清中 IgA、IgG、IgM 水平，强化体液免疫。


　　4.1.5 乳酸链球菌，严格厌氧，耐热性仅次于屎链球菌，产生独特的乳链菌素(一种多肽结构)能力强，能杀死李斯特菌、金黄色葡萄球菌等特征有害菌。


　　4.1.6 片球菌，包括乳酸片球菌、戊糖片球菌，耐热性能差，产酸能力强，能杀死大肠杆菌、沙门氏菌、梭菌等过氧化氢阳性细菌。


　　4.2 乳酸菌的应用研究方向近些年来，随着对乳酸菌代谢特性和发酵机理的认识，已经有一些成熟产品应用于畜牧业，但是因为使用成本的限制，田间试验数据较少，虽然单位产品中乳酸菌的数量和发酵浓度有所上升，但是耐受性仍然较差，研究方向有菌株选择、制粒、包被等，但是多数仍不成熟，仍未达到有足够的活菌数到达病灶部位，不能达到治疗剂量标准。但是，在所有益生菌制剂中，乳酸菌为饲料畜牧业提供了一条高效的解决方案，我们不能因噎废食，只有从业者大量参与，严谨论证，才能找到稳定发挥乳酸菌巨大效能的方法。我们使用乳酸菌，一方面是调节肠道菌群平衡，抑制有害菌、促生有益菌，一方面是利用其在体内发酵的代谢产物，如酶、乳酸、维生素、乳酸菌素等。在提高乳酸菌耐受性方向遇到困难时，一些厂商把方向转向乳酸菌代谢产物———乳酸菌培养物，即用发酵工程学理论，接种丰富各异的乳酸菌群到发酵基质及乳酸菌特征营养因子(如一些微量元素、维生素)中，经过严格的生物学控制和发酵工艺控制，以丰富而高品质的乳酸菌代谢产物和发酵后变异的培养基为最终发酵目标(类似酵母培养物)，从而大幅提高动物的生产性能，减少动物养殖中疾病发生率和药物使用量的技术措施，取得了一定的成功。


　　5 结语


　　饲用微生物种类繁多，作用各异，作为解决食品安全、养殖污染、动物疾病、动物生产性能这四大纠结问题的方案之一，就必须依靠业内认识高度的统一、国家政策的关注、行业门槛的提升、生物技术的突破，目前，技术方向和措施已经有了一定深度的研究，饲用微生物科学和技术必将为我国的饲料畜牧业健康发展起到应有的作用。