芽胞杆菌制剂在饲料中的应用

jessy521 · 发表于 2008-11-21 09:27:56

芽胞杆菌制剂在饲料中的应用

张宏福1、2张根军2、3 孙哲1、2

（1、中国农业科学院畜牧研究所2、北京益农饲料中心3、北京益农博创生物科技有限公司）

　　饲料中添加抗生素促进动物生长已有50多年的历史,对集约化畜牧业的发展做出了重大贡献。随着人们生活水平的提高和对健康的重视程度不断加强,人们开始发现抗生素饲料添加剂在带来巨大经济效益的背后所隐藏的负面效应,如抗生素引起的内源性感染和二重感染,耐药性的产生,肠道正常菌群的破坏和畜产品及环境中的残留等问题,这些都将对养殖业、饲料工业和动物带来严重威胁,进而通过食物链危及人类的健康。因此,禁止抗生素添加剂在畜牧业中使用的呼声越来越高,研究和开发新的抗生素替代品的工作更加紧迫。而益生素作为一种新型的抗生素替代品,具有无毒副作用、无耐药性、无残留、效果显著等诸多优点,受到了养殖业的首肯。它与抗生素不同的是,抗生素是微生物的代谢产物,能够抑制消化道内微生物(有害菌和有益菌)的生长或将其杀死；而益生素是活的微生物,主要是通过向消化道内导入对动物有益的活菌,从而使有益菌处于主导地位。因此,益生素的应用前景更为广阔。

　　微生态制剂的稳定性直接影响其应用范围，主要指对特定环境的耐受力如温度、湿度、酸度、机械磨擦和挤压以及室温条件下的存贮时间等对微生态制剂活性的影响；而对饲用微生态制剂，必须经受饲料加工过程中高温的考验，所以菌种对温度的稳定性显得尤为重要。

表1各种益生菌特性的比较:

	芽孢杆菌	乳酸杆菌	双歧杆菌	链球菌	酵母菌
肠道定植能力	++++	++	++	+	+
热稳定性	+++++	+	+	++	++
世代间隔时间	20min	50min	60min	20min	60min
生活方式	兼性厌氧	厌氧	厌氧	厌氧	兼性厌氧
抑制病原菌	+++	_	+	+	_
消化的帮助	+++++	++	+++	++	+

　　不同的菌种的高温的耐受力差异较大，芽胞杆菌耐受力最强，110℃下5min损失只3％～5％，而在80℃下5min，乳酸杆菌、酵母菌损失70％～80％，95℃下2min损失98％～99％。一般制粒80℃～100℃对芽胞杆菌影响很小，对乳酸杆菌、酵母菌和粪链球菌等影响较大；就耐水性，孢子型细菌耐受性最好，肠球菌、粪链球菌次之，乳酸杆菌最差；除耐酸性的芽胞杆菌和乳酸菌外，一般的活菌制剂在胃酸作用下大量被杀死，残存的少量活菌进入肠道后很难形成菌群优势，因此，不耐酸的活菌制剂其含菌量必须达到相当大的浓度才能发挥益生作用。除此以外，饲料的保存时间、饲料中的矿物质和不饱和脂肪酸也会影响益生菌的活力。

　　芽孢杆菌产品以内生的孢子存在，抗逆性强，能耐酸碱和高温高压，在饲料加工和储存过程中不易失活；芽孢杆菌在生长繁殖过程中能产生多种有效的酶促活性，一些酶常是畜禽不具有的如果胶酶、纤维素酶、葡聚糖酶等；芽孢杆菌产生的酶，进入消化道中，增加胃肠道酶量，帮助动物对所喂饲料相应成分进行酶解，从而提高饲料转化率。由于该类细菌为需氧菌，通过生物夺氧而扶持厌氧菌的生长，为维持其肠道菌群的微生态平衡起重要作用。

　　一、饲用芽胞杆菌作用机理

　　1.拮抗动物病原细菌并维持和调整肠道微生态平衡

　　在正常情况下，动物肠道微生物种群及其数量处于一个动态微生态平衡状态，当机体受到某些应激因素的影响，这种平衡可能被破坏，导致体内菌群比例失调，需氧菌如大肠杆菌增加，并使蛋白质分解产生胺、氨等有害物质，动物表现下痢等病理状态，生产性能下降。研究表明，饲喂芽孢杆菌能产生蛋白多肽类抗菌物质，拮抗肠道病原细菌，从而抑制病原菌的生长繁殖，使有益微生物在细菌种间的相互竞争中占优势。陈惠等(1994)在给生长育肥猪饲喂地衣芽孢杆菌后，肠道菌群中厌氧菌(双歧杆菌、乳酸杆菌等)增多，而需氧菌及兼性厌氧菌特别是大肠杆菌显著减少(p<0．05)。

　　2、生物夺氧

　　研究表明，幼畜禽初生时消化道内通常是无菌的，生后3小时在胃和小肠中可发现入的细菌，12小时后，可在大肠小检测到。按着需氧菌、兼性厌氧菌、严格厌氧菌的演替顺序，最终形成以乳酸杆菌、双歧杆菌等严格厌氧菌为优势而以其它细菌为劣势的正常肠道微生态菌群。芽胞杆菌为需氧的细菌，进入体内以后，消耗大量的游离氧，降低氧化还原电势，有利于厌氧微生物的生长，保持肠道微生态系统稳衡，提高机体抗病能力，减少胃肠道疾病发生的机率。Maruta等（1996）的研究发现，采食含106个／g枯草芽胞杆菌的饲粮饲喂3周后，粪中双歧杆菌数量显著上升，而链球菌及梭菌的数量显著下降，并且这种趋势仔猪较母猪更明显。

　　3、分泌胞外酶

　　芽胞杆菌的另一大特点是能够分泌大量的胞外酶，参与饲料的降解、消化，提高饲料利用率。芽胞杆菌分泌的酶见表2。

表2芽胞杆菌分泌的部分酶

酶	菌种
乙酰乳酸脱羧酶	短杆菌
碱性纤维素酶	圆形芽胞杆菌﹑枯草杆菌
α－淀粉酶	枯草杆菌﹑淀粉液化芽胞杆菌﹑地衣芽胞杆菌
淀粉酶	巨大芽胞杆菌
环糊精葡萄糖基转移酶	圆形芽胞杆菌﹑地衣芽胞杆菌﹑软化芽胞杆菌
细胞外蛋白酶	枯草杆菌
β－葡聚糖酶	枯草杆菌﹑多粘芽胞杆菌
β－内酰氨酶	蜡样芽胞杆菌
果聚糖酶	枯草杆菌
β－甘露聚糖酶	圆形芽胞杆菌
金属蛋白酶	枯草杆菌
中性蛋白酶	淀粉液化芽胞杆菌﹑枯草杆菌
ＲＮＡ酶	淀粉液化芽胞杆菌
木聚糖酶	短小芽胞杆菌﹑淀粉液化芽胞杆菌
植酸酶	枯草杆菌

　　许多试验研究已经表明，芽胞杆菌代谢产生的酶类对宿主的生产性能或生理生化指标产生明显影响。Popova等（1995）分离得到两枯草芽胞杆菌，发现其除能分泌大量细胞外酶如蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶及卵磷脂酶等，同时也分泌活性抗菌物质及挥发性代谢产物，并且此二株菌在pH4到pH8.6范围内均能增殖。Kerovuo（1998）已成功从枯草芽胞杆菌中分离出产植酸酶基因，并已成功地将其在胚芽乳杆菌中进行了表达（Kerovuo，2000）。

　　4、增强动物体的免疫功能

　　近年的研究表明，芽胞杆菌能促进肠道相关淋巴组织处于高度反应的“准备状态”，同时使免疫器官的发育增快，T、B淋巴细胞的数量增多，动物的体液和细胞免疫水平提高。潘康成（1997）研究地衣芽胞杆菌对家兔免疫功能的影响时发现，饲喂20天后试验组胸腺、脾脏和蚓突面积系数分别比对照组提高了5．8％、22．8％、15．5％；饲喂40天分别提高11．0％、8．0％、7.9％；家兔注射疫苗免疫后第21天，试验组血清中免疫球蛋白含最为 16.3％，明显高于对照组的12.8％。结果表明地衣芽胞杆菌能促进家兔免疫器官的成熟，增强家兔的细胞免疫功能作用。Inooka等（1986）年的研究也表明，以106CFU／g的剂量将枯草杆菌饲喂雏鸡时，显著提高脾脏中T、B淋巴细胞的含量。

　　5、提供维生素、有机酸、蛋白质等营养物质

　　芽胞杆菌在动物肠道内生长繁殖，能产生多种营养物质如维生素、氨基酸、有机酸等，参与动物体新陈代谢，为机体提供营养物质。Ozols等（1996）对从肠道中分离的106株菌分析后认为，芽胞杆菌是体内维生素B1和B6的主要生产者。芽胞杆菌在代谢过程中产生的有机酸为机体提供能量和营养时，也会降低局部pH值，抑制有害菌的生长、繁殖。范赖（1997）分离得到两株产乳酸的凝结芽胞杆菌，在体外能显著拮抗致病性大肠杆菌和沙门氏菌。芽胞杆菌代谢产生的多肽类物质（如枯草芽胞杆菌分泌的枯草菌素）对某些有害菌也有抑制或杀灭作用。

　　二、影响芽胞杆菌使用效果的因素

　　1、施用时间

　　微生态制剂在动物的整个生长过程都可以使用，但不同的生长时期其作用效果不尽相同。一般在动物幼体，此时体内微生态平衡尚未完全建立，抵抗疾病的能力较弱，此时引入益生菌，可较快地进入体内，占据附着点，效果最佳。如新生反刍动物肠道内有益微生物种群数量的增加不仅可以促进宿主动物对纤维素的消化，而且有助于防止病原微生物侵害肠道。和其他刚出生的哺乳动物一样，新生反刍动物的胃肠道尚未完全发育，但细菌在肠道内的定植相当迅速，出生24h出现乳酸杆菌和链球菌，l周龄时，整个肠道内乳酸杆菌数量达10７～10９个／g。另外在断奶、运输、饲料转变、天气突变和饲养环境恶劣等应激条件下，动物体内微生态平衡遭到破坏，使用微生态制剂对形成优势种群极为有利，因此，把握益生菌的应用时机，尽早并长期饲喂，使其益生作用得到充分体现。

　　2、施用剂量

　　微生态制剂的益生作用是通过有益微生物在动物体内一系列生理活动来实现的，其最终效果同施加的益生菌的数量密切相关，数量不够，在体内不能形成菌群优势，难以起到益生作用。研究认为,要达到一定的作用效果，每克饲料中的活菌数不应低于106CFU／g饲料。活菌需进一步的萌发、定植、增殖、分泌代谢产物后才能发挥其功能。Henderik(1986)报道，瘘管猪食用含106／g个芽胞杆菌的饲料后发现，空肠内容物中的芽胞杆菌数为1.26×106个，萌发率为50％～70％。每克粪便中的芽胞杆菌数为1.5×106个，萌发率为85％～90％。德国学者认为，仔猪饲料中加入微生态制剂其含菌量应达到（0.2～0.5）×107/g饲料，育肥猪饲料中加入每克含106个芽胞杆菌，粪中大肠杆菌减少65％。

　　在动物发病期，可先选用针对性较强的抗生素杀灭或抑制致病微生物的繁殖，控制疾病的蔓延。但抗生素在杀灭致病菌的同时，动物体内的正常菌群也遭到破坏，此时应及时引入微生态制剂，通过其独特的益生作用，使紊乱的肠道菌群平衡得到恢复，此所谓微生态制剂与抗生素的协同作用。

　　三、芽胞杆菌的应用前景

　　1、克服药物残留和应用抗生素弊端的需要

　　动物用抗生素或杀菌药物，防治疾病和促进生长是有一定效果，但由于动物产品的药物残留给人类带来隐患，同时还会破坏动物体内的微生态平衡及耐药性菌株的产生。如果应用芽胞杆菌制剂，就能克服上述弊端，而且能达到防病增重的目的。

　　2、生产绿色食品的需要

　　绿色食品是无公害、无残留、无污染的食品，生产无公害的动物产品，首先要配制生态营养饲料。所谓生态营养饲料，就是指既满足动物生理生产需要，又使动物产品无公害不污染环境的动物饲料。芽胞杆菌饲料添加剂就是生态营养饲料的重要成分。由于芽胞杆菌是天然、无毒、无残留、无公害、不污染环境，所以与其它添加剂相比更广泛用于养殖业。

　　3、抗应激的需要

　　不论是热应激、气候突变、饲料变更、运输、预防注射等外部环境的突变，都会引起机体内环境的改变，使体内微生态平衡失调，代谢紊乱，出现食欲减退，生产力下降，以及拉稀等应激症侯群，对这种应激病症，用其他药物难于治疗，如果应用芽胞杆菌制剂就能恰倒好处，就能克服或降低因应激因素导致的生产力下降，这也是芽胞杆菌制剂应用特长之一。

　　4、提高生产性能的需要

　　芽胞杆菌可产生各种消化酶、维生素、有机酸和促生长因子等多种生物活性物质，如张晓梅等（1999）报道，雏鸡早期饲喂芽胞杆菌制剂可显著提高肠道消化酶的活性。给肉鸡添加芽胞杆菌制剂，其消化道的淀粉酶和总蛋白酶活性都有明显提高。这对提高饲料转化率和促进肉鸡早期生长极为有利。由于芽胞杆菌制剂能提高饲料转化率，促进多种营养物质的吸收，因而能促进生长、增加体重或提高产蛋量，进而提高了生产性能。

　　5、防治疾病的需要

　　由于芽胞杆菌制剂能够维持肠道的微生态平衡，提高机体免疫功能，产生多种抗生物质，如乳酸菌素、嗜酸菌素、杆菌肽等，以及产生的有机酸、H2O2等物质，能抑制病原菌的生长繁殖。另外，通过占位、粘附、竞争性排斥、营养物质的争夺，抑制有害菌的定植和生长，起到生物拮抗作用，从而能防治疾病。

　　7、改善环境条件的需要

　　动物肠道内的大肠杆菌可导致蛋白质腐败产生氨和胺等具有刺激性和毒性的物质，芽胞杆菌可抑制大肠杆菌增殖，减少氨和胺的产生，并在大肠中产生氨基化氧化酶及分解硫化物的酶类可以将吲哚类化合物氧化成无臭无毒害物质。芽胞杆菌与体内原有正常菌协同作用，提高饲料转化率，减少蛋白质向氨及胺的转化，减少亚硝氨、氨、吲哚、粪臭素等有害物质的产生，消除恶臭气味，减少这些物质通过粪便对环境的污染，净化了舍内空气质量，有利于养殖业的持续发展。

　　我国畜牧业目前面临“绿色贸易壁垒”,因此发展益生素受到了人们极大的重视。芽胞杆菌这种新型的生物制品正以其独特理念影响着日益发展的畜牧业,而且随着微生态学研究的进一步深入,以及人们对绿色、安全和环保意识的不断增强,芽胞杆菌的应用前景会更加广阔。