乳酸菌在动物营养中的研究进展

吴妍妍，张文举，胡 猛，鲍振国

（石河子大学动物科技学院，新疆 石河子 832003）

乳酸菌是一类群能利用碳水化合物产生乳酸的革兰氏阳性（G+）兼性厌氧菌，广泛存在于自然界和人畜的消化系统中。一些乳酸菌是人和动物的胃肠道和雌性生殖道的重要生理菌群之一，这类群细菌绝大多数对人和动物是无毒、无害的，可以促进人和动物的健康。同时也是一类重要的工业微生物，由于具备多种益生功能，使其在医药、生物技术、食品、饲料等领域得到了广泛的应用。截止2010年，我国乳酸菌产业规模已经超过200亿元，产量突破160万t。随着科技的发展，乳酸菌的应用也会有更加广阔的前景，其既可作为细胞工厂来生产一些有价值的产品，亦可作为生物质能源开发的重要菌种。本文综述了乳酸菌的分类、培养、保存、主要生理功能及其在动物营养中的应用。

1 乳酸菌的分类、培养及保存

1.1 分类

乳酸菌属于真细菌纲真细菌目中的乳酸细菌科。从形态上可分为球菌和杆菌；呈球形的菌有链球菌、片球菌及明串珠菌属；呈杆状的菌有乳杆菌、乳球菌和双歧杆菌等至少23个属。根据生长温度的不同，可将乳酸菌分为高温型和中温型两类。根据发酵类型不同，可以分为同型发酵（发酵产物中仅有乳酸）和异型发酵（发酵产物除乳酸外，还有乙酸、乙醇和香味成分等）。

1.2 培养

乳酸菌有特殊且复杂的营养要求，为了满足乳酸菌的正常生长需要，培养基需要提供碳源、氮源、无机盐类外，还需要补充维生素、氨基酸、肽等。研究发现，培养乳酸杆菌通常使用的培养基是脱脂乳、乳清基础培养基和MRS培养基，乳酸菌生长的最适pH为6.5～7.0[1－2]。不同的乳酸菌对最适温度要求不同，高温型的最适温度为37℃，中温型的最适温度为25～30℃，一般采用恒温厌氧培养即采用氮气95%和二氧化碳5%的培养箱内培养为宜。

1.3 保存

乳酸菌在保存的过程中由于其代谢产物中含有乳酸易导致培养基的pH下降，造成乳酸菌的死亡。所以在乳酸菌保藏过程中，要不断的进行传代移种。乳酸菌菌种保藏方法可分为传代法、干燥法、冷冻法及冷冻干燥法4大类。目前应用较为广泛且保存安全性最高的方法为冷冻干燥保存法和超低温保存法。在超低温冷冻（－196℃液氮）中保存，可以使活细胞物质代谢和生长几乎停止[3]。在这样的冷冻条件下，调节和控制细胞生长代谢的各种酶作用受到极大抑制，并且细胞内部的生化反应十分缓慢，甚至接近停止的状态，避免了细胞遗传性状的改变。在最佳条件下活化后，细胞仍可保持其原有的代谢活性。Fonseaca等研究表明，以甘油、糖类、麦芽糊精等高黏度保护剂对乳酸菌进行保护，在快速冷冻下的保护效果显著，而二甲基亚砜、甲醇等因不能改变冷冻浓缩溶液结构，保护效果比较差，很少作为乳酸菌的冷冻保护剂[4]。

2 乳酸菌的生理功能

2.1 维持动物肠道菌群平衡

乳酸菌作为人和动物重要优势菌群之一，在维持动物肠道的菌群平衡方面起重要作用。初生动物的消化道内通常是无菌的，出生后与外界环境的接触，建立肠道微生物体系，但此时肠道微生态系统刚开始建立，如果在此时给初生动物添加外源的益生菌（如乳酸菌），可以有效提高益生菌在动物肠道的定植能力，使其成为动物肠道的优势菌群，有效抑制病原菌的增殖，达到增强机体免疫功能、调节肠道菌群结构、促进畜禽生长的作用[5]。马治宇研究发现，优势菌群通常是维持动物肠道内微生物生态平衡的核心因素，如果肠道内的优势菌群含量下降或者失衡，将导致肠道微生态体系的紊乱和失衡[6]。Jozala等研究发现，乳酸菌是动物肠道中的有益菌，以乳酸菌为代表的专性厌氧菌是构成定植抗力（即指宿主对致病菌与潜在致病菌在正常微生物群中定植和繁殖的阻抗力）的主要力量[7]。

研究表明，来源于宿主本身的菌种制剂比外源菌种制剂对机体健康更有益[8]。因此早期补充乳酸菌，能使其更多的定植于肠上皮，起到占位作用和产生足够多的乳酸，降低肠道pH，有效抑制致病菌及腐败菌的生长，促进肠蠕动，维持肠道微生态平衡和正常生理功能。

2.2 促进动物对营养物质的吸收

研究发现，乳酸菌能分解饲料中的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质，能显著提高食物消化率和生物效价，促进消化吸收。乳酸菌在代谢过程中消耗维生素，同时也合成维生素。其代谢过程产生的有机酸会使肠内的pH降低，同时能够增强VB1、VB6和VB12的稳定性，使Ca、P元素处于易吸收的离子状态，促进骨骼发育，并且可以防治由于缺铁、缺钙引起的贫血病和软骨病等。在饲料消化代谢中，可以降解一些抗营养因子，提高饲料的适口性，增加家畜的采食量，提高饲料的利用率。

2.3 增强动物机体免疫力

乳酸菌不仅能提高巨噬细胞的吞噬作用，而且由于其在肠道内定植，从而促进免疫器官的发育、刺激宿主建立完备的免疫系统，完善动物机体的天然免疫屏障。此外，乳酸菌还具有刺激腹膜巨噬细胞、促进细胞分裂、产生干扰素、产生抗体及促进细胞免疫等作用，从而能够增强机体的非特异性和特异性免疫反应，提高动物机体的抗病能力。乳酸菌能提高外周血T淋巴细胞和B淋巴细胞的活性，增强机体的体液免疫和细胞免疫功能[9]。杭柏林等研究表明，在基础日粮中添加植物乳杆菌和粪链球菌均能促进AA肉鸡胸腺、脾脏和法氏囊的发育，增强白细胞吞噬功能，增加胸腺和脾脏中T细胞数量，提高机体产生ND疫苗HI抗体的水平[10]。张凯等研究发现，乳酸菌可刺激宿主产生免疫及清除功能，增加黏膜表面和血清中IgA、IgM、IgG水平，加强体液免疫，促进T、B淋巴细胞的产生，活化自然杀伤细胞并产生免疫球蛋白[11]。Strompfova等给仔猪日粮中添加屎肠球菌，结果表明，屎肠球菌可以显著提高血清总蛋白、钙、血红蛋白、红细胞浓度及颗粒细胞吞噬指数（P＜0.05），从而提高动物机体的免疫能力[12]。李雪平等在肉鸡基础日粮中添加乳酸菌制剂150 g·t－1，试验结果表明，肉鸡的脾脏、法氏囊指数和血清的溶菌酶含量显著提高（P＜0.05）[13]。

2.4 产生具有抑菌活性的代谢物

乳酸菌在代谢过程中能产生细菌素，是细菌合成并分泌到环境中的一类对同种或亲缘关系较近的具有抑制作用的杀菌蛋白或多肽物质，抑菌谱较广，对多种革兰氏阳性细菌有很强的抑制作用。乳酸菌产生的细菌素种类较多，每种乳酸菌都可以产生一种或者多种乳酸菌素。因其产量较低，目前的研究主要集中在筛选高产菌株和构建工程菌株上。宁喜斌研究发现，乳酸杆菌素和双歧菌素对葡萄球菌、梭状芽孢杆菌以及沙门氏菌和志贺氏菌有颉颃作用[14]。

3 乳酸菌在动物营养中的应用

3.1 在饲料生产中的应用

乳酸菌代谢过程中可以产生多种对动物饲料生产有益的代谢产物。袁静等研究发现，乳酸菌的代谢产物主要包括有机酸（挥发性酸和非挥发性酸）、双乙酰、过氧化氢和细菌素，例如乳链球菌肽、乳杆菌素、嗜酸菌素、酸菌素等[15]。由于细菌素具有无毒、高效、耐高温、无残留、无抗药性等优点，目前，细菌素主要作为饲料添加剂应用于饲料工业，是一种新型环保饲料添加剂。细菌素应用在饲料中不仅能够防止饲料本身被沙门氏菌等致病菌污染，还能防止致病菌对动物肠道的危害。

乳酸菌作为动物肠道的优势菌群，尤其是乳杆菌能够产生细菌素，因而可以利用其研制益生菌生态制，对宿主动物胃肠进行生态调节，维持动物肠道健康。由于维生素会引起耐药性，张建飞等研究发现，细菌素可以在部分情况下减少甚至取代抗生素的使用，从而消除抗生素对动物机体以及人类的损害[16]。刘媛媛等研究发现，饲料或者外源添加的无害微生物蛋白质可以减少禽类小肠中的弯曲杆菌和其他病原性细菌[17]。给鸡饲喂这种细菌素时，可以使弯曲杆菌的数量减少至10－7，因而细菌素也可以作为养禽生产中用来控制病原性细菌的抗生素的有效替代品。在断奶仔猪日粮中通过添加乳酸菌等有益菌，使仔猪肠道内乳酸菌大量繁殖而抑制有害菌生长，提高机体的抗病力，降低断奶仔猪腹泻率[18]。

3.2 在青贮饲料上的应用

目前，我国畜牧业面临的主要问题是如何扩大饲料来源，节约粮食，降低养殖成本。我国年产各种农作物秸秆约6亿t，相当于天然草地生产干草的数十倍。但秸秆饲料质地粗硬，木质化的粗纤维素含量较高，适口性差，营养价值偏低，利用效果不佳，亟待寻求一种生态方法来解决。而经过益生菌原液发酵处理后的青贮饲料营养价值丰富，提高了饲料的适口性，增加了采食量。我国每年若能用益生菌原液处理秸秆3亿t，可减少8 100万t的饲料用粮食消耗，其经济效益可观。

在实际生产中，把新鲜的青饲料如秸秆、块茎类饲料、牧草等切碎，在青贮窖或青贮塔中压紧密封，经过微生物的发酵作用，而调制成的青贮饲料适口性较好，营养价值丰富。青贮原料通过利用其本身存在的乳酸菌等微生物，通过厌氧发酵将青贮原料中的碳水化合物转化成有机酸（乙酸、丙酸、丁酸等），使整个青贮饲料的pH降低，抑制有害菌的繁殖，从而实现饲料及其营养物质长期保存的目的。胡建和等研究发现，在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的适口性，使饲料带有芳香酸甜的味道，提高了家畜的采食量[19]。温雅俐等研究发现，采用乳酸菌与多种微生物混合发酵青贮饲料，效果更佳[20]。针对不同的饲料原料，选择发酵菌种的种类和接种量也不同，因根据实际情况而定。同时，利用基因工程筛选具有抑制致病菌生长的乳酸菌，使得多种功能性的基因在乳酸菌中实现高效表达，以便在实际生产中广泛应用。

4 小结

随着分子生物学的发展和现代仪器分析技术的升级，乳酸菌的研究方向涉及基因组学、蛋白质组学和代谢组学等多个领域。通过分子生物学手段对乳酸菌进行遗传修饰和改造，可以构建多种具有特定功能的重组基因工程乳酸菌，通过代谢物组分或含量的变化来研究生物体系的代谢途径，从而使乳酸菌能被更好地利用。

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