凝结芽孢杆菌的研究进展

谢丽曲林丽花陈婉如

（1.福建农林大学动物科学学院 福州 350002；2.福建省农业科学院 福州 350003）

1 凝结芽孢杆菌概况

凝结芽孢杆菌在中华人民共和国农业部第1126号公告《饲料添加剂品种目录》（2008）中已被列入保护期内的新饲料和新饲料添加剂，其批准使用时间为2004年5月，适用范围为肉用仔鸡和生长育肥猪，说明其安全性、有效性、经济性和对环境的影响已通过了全国饲料评审委员会评审，并得到农业部批准由天津新星兽药厂生产。美国FDA也已认可其为“普遍认为安全”的杆菌类，且该芽孢杆菌在人类及动物生产上的应用研究已成热点，且效果显著。ENDRES等［1］通过对小鼠的饲喂试验也证明了添加凝结芽孢杆菌的安全性。

2 凝结芽孢杆菌的理化特性

凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）是革兰氏阳性菌，硬（或厚）壁菌门，菌体呈杆状，两端钝圆，芽孢端生，没有鞭毛，在15～40℃生长较好，最适生长pH为6.6～7.0，发酵可产生乳酸，所以又属于肠道乳酸菌，称“有孢子性乳酸菌”，在所有芽孢杆菌中具有最强的抑菌作用。凝结芽孢杆菌既有双歧杆菌和乳酸菌等普通肠道有益菌的保健功能，又有耐胃酸、耐高温高压、无耐药性、容易培养和保存等特点。BARBARA等［2］对10头小牛饲喂凝结芽孢杆菌试验表明，凝结芽孢杆菌能耐胃酸和胆汁，且能在其肠道上皮细胞中粘附繁殖。将凝结芽孢杆菌置于pH值大于2.42的酸性溶液中一年后，它的存活率仍高达105cfu/g，在1%～7%NaC1溶液中可存活一个月以上，但在8%NaC1溶液中仅能存活一个月［3-4］。

3 凝结芽孢杆菌发酵条件的优化

凝结芽孢杆菌虽有提高动物生产性能等诸多优点，但其作用效果并非一概而论，不同生产厂家、不同活菌含量、不同饲用动物、不同使用阶段及制剂的稳定性等均影响其作用效果，其中提高活菌含量和制剂的稳定性是发酵生产凝结芽孢杆菌的关键技术，也是发挥其生物学作用的重要因素［5］。目前所报道的凝结芽孢杆菌活菌数可达109～1011cfu/mL，但其芽孢形成率并不高［6］。戚薇等［7］和刘馨磊等［8］分别用中空纤维膜过滤法和补料分批法高密度培养凝结芽孢杆菌，芽孢率分别为75%和26.7%。

4 凝结芽孢杆菌作用机理

凝结芽孢杆菌对不同养殖动物及不同饲用阶段，其添加量不同，选择最适合的饲用阶段和筛选最佳的添加量才能发挥其最好的功效。杨汉博等［9］试验表明，在相同条件下，要想获得理想的饲用效果，饲粮中益生芽孢杆菌添加量要达到106～107cfu/g，当添加量为106cfu/g时，成本最低，效益明显。

4.1 调节动物消化道微生态平衡 凝结芽孢杆菌被采食后，在胃酸环境下萌发生长，在十二指肠形成营养细胞，在小肠中大量繁殖，倍增时间大概为30 min［10］。在动物体内除了有乳酸菌和双歧杆菌等有益菌存在，还有一系列如大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌存在。当有害菌大量繁殖并打破肠道微生态平衡时，动物就会发病。凝结芽孢杆菌为兼性厌氧菌，它进入体内后可以消耗肠道内大量的游离氧，降低氧化还原电势，由于大部分有害菌是需氧型的，而有益菌是厌氧型，这样通过凝结芽孢杆菌消耗掉游离的氧就可以抑制有害菌的生长而促进有益菌的增殖。除此之外，它能产生双乙酰、有机酸等多种代谢产物，减少胺类等有害物质的产生，这不仅能改善肠道内的微生态环境，同时也改善体外环境，从而减少疾病的发生与传播。

与别的芽孢杆菌相似，凝结芽孢杆菌能够分泌凝结素等抗菌物质，穿透细胞膜，对链球菌、金黄色葡萄球菌等致病菌有拮抗作用，从而改善机体客观生活环境，提高机体的抗病力，减少动物疾病的发生［11］。

CZACZYK等［12］研究发现凝结芽孢杆菌对镰刀菌属病原真菌、麦角固醇类物质的合成也有一定的抑制作用。因此，相对那些细胞组成部分或代谢产物等进入体内的效果，凝结芽孢杆菌是以活菌状态进入体内，其效果要好很多，因前者既不能消耗游离氧，又不能定植，也就不能促进肠道厌氧菌的生长。此外，凝结芽孢杆菌饲用效果的好坏还与产品的活菌含量、储存时间和动物体况等一系列因素有关［13-15］。

4.2 促进动物机体对营养物质的消化吸收 饲料被动物摄食后需经一系列理化作用才能转换成营养物质，被动物机体吸收利用，凝结芽孢杆菌可以通过三种方式促进机体对营养物质的吸收利用。一是在肠道内生长、繁殖和定植后促进多种消化酶的分泌，提高机体对营养物质的吸收。凝结芽孢杆菌除具有较强的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶的分泌能力外，还可降解饲料中不能被宿主消化的复杂碳水化合物，如果胶、葡聚糖、纤维素和木聚糖等。ASOKAN S等［16］研究表明凝结芽孢杆菌能在较大的温度和pH范围内产生蛋白酶。KANWAR等［17］研究也表明凝结芽孢杆菌MTCC-6375发酵液中能分离提纯出脂肪酶。MARK等［18］研究证明，凝结芽孢杆菌在50℃、pH为5.0的条件下能利用戊糖-磷酸盐途径有效地发酵分解木质素等。二是它自身能直接产生多种营养物质供动物机体吸收利用，如维生素、短链脂肪酸、氨基酸、促生长因子等，它们不仅可参与动物机体的新陈代谢，还能促进小肠蠕动，改善肠道功能，从而促进机体对营养物质的消化与吸收［19-20］。三是它产生的乳酸可以促进动物机体对铁、磷、钙和维生素D等的吸收利用。

4.3 改善动物机体免疫力和抗病能力 众多研究表明，益生菌具有提高机体免疫力的作用［21-23］。凝结芽孢杆菌在消化道的识别抗原部位可发挥免疫佐剂的功能，使得相关淋巴组织处于较高免疫准备状态，从而加快免疫器官发育、免疫系统成熟、T淋巴细胞和B淋巴细胞增多、单核-巨噬细胞吞噬和分泌功能加强、体液和细胞免疫水平提高［24］。除此之外，凝结芽孢杆菌能促进消化道粘膜发生免疫反应。BARON等试验表明，凝结芽孢杆菌可防治甲型流感病毒等病毒感染，阻止肠腔中的病毒进入肠黏膜和血液，因而能预防和辅助治疗肠道病毒、艾滋病病毒等病毒感染［25-28］。因此，通过饲喂凝结芽孢杆菌能提高饲料转化率、促进动物生长、提高日增重和降低死亡率等。

5 凝结芽孢杆菌的应用

5.1 在人类上的应用 凝结芽孢杆菌在人类上的应用广泛，国内外已开发上市多种凝结芽孢杆菌保健品。DOLIN等［29］通过对52例肠易激综合征患者随机、双盲分组，分别在其饮食中添加凝结芽孢杆菌GBI-30-6086，结果表明使用凝结芽孢杆菌是安全有效的，能有效地减少患者的排便次数，对小儿功能性便秘疗效显著。EMAD［30］研究发现，凝结芽孢杆菌产生的抗菌素，可抑制革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和酵母菌株。魏红娟等［31］通过对64例手足口病患者口服凝结芽孢杆菌活菌片试验，结果显示，食用该活菌片的患儿疱疹好转及消失时间、体温和食欲恢复时间均比其他试验组短。郝宁等［32］对57例湿疹患儿口服凝结芽孢杆菌活菌片试验，结果表明，凝结芽孢杆菌具有治疗腹泻、便秘双向作用，有助于湿疹病情的恢复。

5.2 在猪生产上的应用 养猪生产中减少或取消抗生素的使用，会使猪的生产性能受到严重影响，寻找抗生素替代品至关重要。李国建等［33］研究表明，生长肥育猪饲料中添加凝结芽孢杆菌制剂可显著提高猪的平均日增重，降低饲料成本。霍军等［34］研究也表明，在生长育肥猪饲料中添加凝结芽孢杆菌制剂可以显著提高平均日增重，降低饲料成本和沙门氏菌阳性率，饲养效果与喹乙醇没有差异。吴建忠等［35］研究表明，连续3 d灌服凝结芽孢杆菌制剂对乳猪黄白痢有很好的预防作用。

5.3 在牛生产上的应用 研究发现，凝结芽孢杆菌可以代替抗生素作为“牛生长促进剂”。张海军等［36］研究表明在牛等大牲畜饲料中添加凝结芽孢杆菌，不仅能提高牛对纤维素类饲料的利用率，还起到预防大牲畜疾病的作用，使其存栏时间缩短。

5.4 在水生动物生产上的应用 为解决水产养殖面临的水体富营养化、病原微生物抗药性等问题，微生态制剂被逐渐引入到水产养殖中来［37］。付天玺等［38］通过研究表明，添加不同剂量的凝结芽孢杆菌均能显著提高奥尼罗非鱼胃肝胰脏和肠道蛋白酶活性（P＜0.05）。王彦波等［39］研究表明，在罗非鱼饲料中添加一定量的凝结芽孢杆菌可以改善罗非鱼的生长性能和肌肉中钙、磷和粗脂肪的含量。

5.5 在家禽生产上的应用 在鸡饲粮中添加一定量的凝结芽孢杆菌，不仅可使鸡肉或其蛋中沙门氏菌等有害菌菌落数下降，提高鸡肉和鸡蛋的食用安全级别，还可提高其抗病力，防止感染病原菌引起的疾病，从而提高其成活率。ZHOU等［40］用广西黄鸡进行试验，饲用凝结芽孢杆菌可以提高广西黄鸡的饲料转化率、日增重和存活率，同时还能改善肉质。ALEX等［41］为评估凝结芽孢杆菌ATCC7050对肉用仔鸡生产性能、肠道组织结构及微生物菌群的影响，采用600羽1日龄肉用仔鸡随机分成5个处理组，每个处理4个重复，试验期42 d，结果表明，凝结芽孢杆菌ATCC7050能提高肉用仔鸡的饲料转化率，使空肠中乳酸杆菌数增加和大肠杆菌类有害菌数减少，调节肠道微生物的菌群平衡。

6 存在问题及展望

综上所述，凝结芽孢杆菌对动物生产性能有促进作用，能给养殖业带来一定的经济效益和环境效益，且能解决饲料中添加抗生素存在的诸多问题。但其深层作用机制、途径并不是很明确，这些进入体内的外源菌在体内是否真的对机体没有任何副作用尚属空白，不同添加剂量在体内的增殖规律是否不同尚不清楚。因此，凝结芽孢杆菌在动物生产上的应用机制有待进一步研究。

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