微生态制剂在饲料工业中的应用

张振强

在现代畜牧生产条件下，利用正常微生物或促进微生物生长的物质制成的微生物制剂，快速构建动物肠道微生物生态平衡，以提高动物健康水平，或提高动物产品的质量，这将成为饲料添加剂行业发展的新趋势。

1 微生态制剂及其地位

1.1 微生态制剂的概念

1.1.1 微生态制剂（probiotics）用于提高人类、畜禽宿主或植物寄主健康水平的人工培养菌群及其代谢产物，或促进宿主和寄主体内正常菌群生长的物质制剂之总称。可调整宿主体内的微生态失调，保持微生态平衡。这是一个总体的大概念，包括活菌、死菌及代谢产物。

1.1.2 益生菌（probiotic）（直接饲喂微生物 directfed microbials）以恰当剂量摄入时，能产生有益于宿主健康影响的活的微生物制剂。这是侧重活菌的概念。

1.1.3 益生素（prebiotics）不能被消化的食物成分，能够通过选择性刺激已定植于肠道的某一种或有限几种菌种的生长和（或）活性来改善宿主健康的制剂。这是从代谢角度上阐述具有寡糖性质的概念。

1.1.4 合生素（synbiotics）益生菌与益生素的混合物，通过促进饲粮中活的微生物补充剂在宿主胃肠道中的生存和定植来产生对宿主健康有益影响的制剂。这是兼顾活菌和寡糖在内的概念。

1.2 微生态制剂的主要作用

所谓微生态制剂，就是利用有益微生物或促进微生物生长的物质制成的活性生物制剂。也可以说，一切能促进正常微生物群生长繁殖、抑制致病菌生长繁衍的生物制剂都可称为“微生态制剂”。因其可以调节肠道的功能，快速构建肠道微生态平衡，无论在人体内，如婴儿、老人，还是在新生畜禽，都可以防止和治疗腹泻、便秘，促进人和动物之健康。其主要作用体现在以下几方面：

1）维持人和动物的微生态平衡。

2）促进人和动物肠道有益菌群的生长繁殖。

3）调整人和动物体内酶的平衡。

4）提高人和动物的免疫功能。

5）补充人和动物的营养素需要。

1.3 微生态制剂的地位

1.3.1 专家建言 很多饲料营养学家断言，不利用微生物的代谢作用，饲料加工很难有新的突破；不发展生物饲料产业，动物的健康养殖很难推广实施［1］。中科院院士、我国微生态学奠基人魏曦先生曾预言：抗生素之后的时代将是微生态制剂时代［2］。

1.3.2 中国《饲料工业“十二五”发展规划》［3］指出 通过5年努力，饲料总产量达到2亿t，其中配合料1.68亿t，浓缩料2 600万t，添加剂预混料600万t，主要饲料添加剂品种全部实现国内生产，使我国初步实现由饲料工业大国到饲料工业强国的转变。开发、生产新型饲料添加剂产品，重点加强酶制剂、微生物制剂、有机微量元素、植物提取物等新型饲料添加剂的研发、生产与应用。推广安全环保型饲料产品，促进养殖污染物减排，综合利用微生物制剂、植物提取物等新型安全饲料添加剂产品，减少抗生素等药物饲料添加剂使用。

1.3.3 为何要发展微生态制剂 在饲料工业发展中，二十世纪是抗生素的时代，是抗生素促进了动物养殖业，却又给人类带来了灾难；二十一世纪，是绿色、生态、环保养殖的时代，生物饲料及其添加剂完全可以实现这一目标，因此，必将引导饲料工业走向辉煌，而微生物是生物饲料发展的核心。

2 动物消化道微生态体系及其特点

2.1 人和动物肠道主要菌群的构成与变化［4］

2.1.1 人和动物肠道主要菌群有 拟（类）杆菌、优杆菌、消化球菌、乳杆菌、双岐杆菌和厌氧弯杆菌等组成优势菌群，另有肠杆菌、韦荣球菌、巨球菌、梭菌、葡萄球菌、芽孢杆菌、棒状杆菌、假单胞菌和酵母等近100种，其细菌总数约10万亿～100万亿个（1 013～1 014cfu）。其种类与数量随年龄的不同而改变。变化趋势见图1。

2.1.2 初生婴儿与仔动物肠道主要微生物的构成及变化 1周龄人和动物肠道菌的变化趋势见图2。

图1 人和动物肠道主要菌群的变化趋势

图2 人和动物1周龄肠道菌群的变化趋势

2.1.3 肠道菌群的分类 人和动物肠道菌群分为致病菌、条件致病菌和有益健康促进作用的菌群。其类别与作用见图3。

有益性：指可以提供营养物、酶类、维生素类、抗菌物质等，维持生态平衡、生物屏障，促进肠绒毛增长等作用。

2.2 动物消化道菌群的特性与作用机理

2.2.1 致病菌 主要有：铜绿假单胞菌（绿脓杆菌）、变形杆菌、葡萄球菌、魏氏梭菌、韦荣球菌、产气荚膜杆菌等。通过产生有毒物质，引起动物腹泻、便秘、感染、肝脏损害和导致癌症发生等。

2.2.2 条件致病菌 又称为机会致病菌，在某种特定条件下可引起疾病的细菌。主要有：肠球菌、大肠杆菌、链球菌、消化球菌、拟杆菌等。在正常生理状态时，它们可以抑制外源性有害菌的侵入、刺激免疫系统、帮助动物消化、合成维生素等有益作用；而在动物机体抵抗力降低、菌群失调或聚集部位改变时则可致病。通过肠道腐败作用，产生有毒物质、致癌物质等引起动物疾病。

图3 肠道菌群分类图

2.2.3 有益菌 主要有：双歧杆菌、乳酸杆菌、优杆菌等。通过抑制外源性有害菌的侵入、刺激免疫系统、降低胆固醇和血脂、产生有机酸、促进钙、铁、维生素D的吸收、合成维生素B、K、帮助动物消化吸收、降解亚硝胺消除致癌性等而发挥有益作用。

2.3 不同动物消化道菌群的构成［5］

2.3.1 猪消化道菌群的构成与分布 成年猪：胃至肛门段以乳杆菌为最优势菌群，埃希氏大肠杆菌在大肠部位最高，小肠下部也有，产气荚膜杆菌在回肠、盲肠较多。大肠内细菌总数高达1 010cfu／g，以拟杆菌、消化细菌、真细菌为最优势菌，其次是乳杆菌、链球菌、厌氧弯杆菌、肠杆菌、双岐杆菌等。

仔猪：出生不久，肠内最先增加的是产气荚膜杆菌、拟杆菌、链球菌、肠杆菌、随后，乳酸杆菌即呈优势化，而产气荚膜杆菌急剧减少，拟杆菌、肠杆菌和链球菌也开始下降。到接近断奶时，拟杆菌、真细菌、双岐杆菌成为优势菌群。另外，韦荣球菌、酵母菌在14日龄后，开始出现。仔猪胃至空肠段总菌数约为107cfu／g，回肠约为108cfu／g，盲肠至直肠约109cfu／g，胃及肠道上部也有相当数量的细菌增殖。肠内主要菌群由乳杆菌、链球菌、埃希氏大肠杆菌等构成，尤其是乳杆菌在所有部位均为最优势菌群。

2.3.2 鸡消化道菌群的构成与分布 鸡嗉囊饲料中有大量细菌增殖，以乳酸菌为最优势菌群，每克达10亿个（109cfu／g），链球菌、肠球菌也有10万个（105cfu／g），无专性厌氧菌。回肠内与嗉囊相似，以乳杆菌占压倒优势。盲肠中以拟杆菌、优杆菌、双歧杆菌、消化球菌和梭菌等为最优势菌群，其次是乳杆菌（109cfu／g），链球菌和肠杆菌（107～108cfu／g），而葡萄球菌、产气荚膜杆菌和酵母则时有时无，数量也很少。

刚出壳雏鸡，肠道内无菌，不久链球菌、肠球菌出现，随摄食开始，细菌总数急剧增加，开食2d后，乳杆菌在十二指肠内迅速增殖，其他部位较少，7日龄时，小肠的菌丛已基本形成，盲肠内要到13日龄才开始出现双歧杆菌，拟杆菌、真细菌、消化球菌，并逐渐增加，到25日龄时，盲肠内菌丛才能建立。菌群的建立与饲料、环境和成鸡粪便有关。

2.3.3 牛消化道菌群的构成与分布 牛大肠内菌群差异较大，且细菌总数也较低。拟杆菌、厌氧弯杆菌为最优势菌群，其次是肠杆菌、链球菌，约为106～107cfu／g，其他时有时无，很不稳定。

瘤胃是牛消化饲料的主场所，微生物（细菌、真菌）和原虫根据饲料类型进行不同的发酵。主要有瘤胃球菌、拟杆菌、单胞菌、甲烷杆菌、纤毛虫等。瘤胃微生物可消化粗纤维，分解糖、淀粉和蛋白质；合成氨基酸和蛋白质，合成B族维生素和维生素K。

犊牛1～3日龄，胃内以埃希氏大肠杆菌、乳杆菌为最优势菌群，链球菌和产气荚膜杆菌主要出现在消化道下部；4～18日龄，胃及小肠内以乳杆菌为最优势，大肠内以类菌体为最优，而乳杆菌、链球菌和埃希氏大肠杆菌则比1～3日龄时大为减少。

3 微生态制剂的作用与机理

3.1 益生菌的特性

1）活的微生物（活菌）是该类产品的核心，代谢产物为次。

2）对动物具有安全性和有益性。

3）直接饲喂进入动物消化道，并具有一定的酸和胆汁酸盐耐受性。

4）常在菌的定植性要好、过路菌的繁殖性要好。

5）代谢产物的有益性（指营养物、酶类、维生素类、抗菌物质等）。

6）对环境条件敏感，应有一定的耐机械加工、耐高温（80℃）特性。

7）具生物多样性。菌种、培养条件、形态、发酵方式、数量等均不同。

3.2 作用与机理

3.2.1 维持生态平衡体系 动物肠道内与体表外的微生物均处于共生平衡状态，保持着动物的正常生理功能，失去平衡，动物会发生疾病，导致生产性能下降。

3.2.2 营养素的提供 益生菌可为动物提供蛋白质、维生素、生长因子等营养素，促进动物的生长。

3.2.3 生物拮抗作用 肠道内有益菌通过定植形成生物屏障结构，起到屏蔽和位阻的作用，通过代谢分泌有机酸、过氧化氢和抗菌活性物质，抑制或杀灭致病菌在体内的繁衍和定植，防止动物疾病的发生。

3.2.4 生物夺氧 运用无毒、无害的有益好氧菌在上消化道的生长繁殖，消耗掉多余的氧分子，为下消化道造成无氧环境，以利于厌氧菌（双歧杆菌）的生长繁殖。

3.2.5 免疫作用 有益菌的脂磷壁酸（LTA）和胞壁肽聚糖（PG）可激活动物的免疫体系，促进吞噬细胞活力，刺激B细胞产生抗体，增强动物的免疫力。

3.2.6 提供酶类物质 有益菌通过分泌蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡聚糖酶、脂肪酶、植酸梅、纤维素半纤维素酶、果胶酶等，分解大分子物质，帮助动物消化、吸收营养。

3.2.7 分解氨及胺（铵）类物质 通过分解、利用肠道内的氨及胺（铵）类物质，降低或消除臭味，改善饲养环境。

3.2.8 降低消化道pH 通过分泌乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等有机酸类成分，改善饲料的适口性，降低消化道pH值，利于营养物质的消化吸收和有益菌的繁殖，减少有害菌的数量。

3.3 主要益生菌作用简介

3.3.1 乳酸杆菌（lactobacillus）定植于肠粘膜上皮细胞。发酵糖产乳酸、乳酸菌素、嗜酸菌素等物质，与肠道有害菌拮抗，提高动物抗体水平，增强免疫功能，提供蛋白质及代谢产物，促进动物生长。

3.3.2 枯草芽孢杆菌（bacillus subtillis）为非定植菌，好氧生长，产枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性多肽，对致病菌有明显的抑制作用；迅速消耗环境中的游离氧，造成肠道低氧，促进有益厌氧菌生长；刺激动物免疫系统，激活T、B淋巴细胞，提高免疫球蛋白和抗体水平，增强细胞免疫和体液免疫功能；合成α－淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等酶类；合成维生素B1、B2、B6、烟酸等多种B族维生素和营养物；提供菌体蛋白质。

3.3.3 酵母（yeast）除红酵母（rhodotorula）和白色假丝酵母（白色念珠菌candida albicans）等外，其它对人类均无害。酵母富含蛋白质（干重的50%以上）、B族维生素、氨基酸等营养物，用作饲料蛋白，能促进动物生长发育，缩短饲养周期，增加肉、蛋、奶产量，改良肉、蛋、奶品质，提高瘦肉率，改善动物皮毛的光泽度，并能增强幼畜禽的抗病能力。

1）酿酒酵母（saccharomyces cerevisiae）：又称面包酵母或营养酵母。与人类关系密切，用于酿酒、制作面包和馒头，可作食用、药用和饲料用，还可从其中提取细胞色素C、核酸、谷胱甘肽、辅酶A和三磷酸腺苷等活性物质，是蛋白质、B族维生素最丰富的天然食品之一，还含生物素、泛酸、硫胺素、吡哆醇和肌醇等。

细胞为球形或卵形，直径5～10μm，繁殖以出芽生殖。在麦芽汁琼脂培养基上菌落为乳白色，有光泽，平坦，边缘整齐。能发酵葡萄糖、麦芽糖、半乳糖和蔗糖，不发酵乳糖和蜜二糖。2）产朊假丝酵母（candida utilis）［6，7］：又叫产朊圆酵母或食用圆酵母。含蛋白质和B族维生素比酿酒酵母高，能以尿素和硝酸为氮源，在培养基中不需加任何生长因子即可生长，好氧，生长密度高。

细胞为圆形、椭圆或腊肠形，（3.5～4.5）×（7～13）μm。液体培养不产醭。在麦芽汁琼脂上，菌落乳白色，平滑，有或无光泽，边缘整齐或菌丝状。在玉米粉琼脂上，形成原始假菌丝或不发达的假菌丝或无。能利用五碳糖和六碳糖，发酵葡萄糖、蔗糖、棉子糖，不发酵麦芽糖、半乳糖、乳糖和蜜二糖。

3）双歧杆菌（bifidobacterium）：是肠道内最有益菌群，也叫长寿因子，是人体健康的晴雨表。能维护肠道正常菌群平衡，抑制病原菌生长，防止便秘、下痢和胃肠疾病等；抗肿瘤；在肠道内合成维生素、氨基酸；降低血液中胆固醇水平；分泌有机酸，提高消化率；增强机体免疫机能，抗衰老，延年益寿。作用机理是：发酵乳糖产生半乳糖、乳酸和乙酸，提高钙、磷、铁的利用率。可产生维生素B1、B2、B6、B12及丙氨酸、缬氨酸、天冬氨酸和苏氨酸等人体必需的营养物质。能抑制腐败菌生长，减少其代谢产物中的氨、硫化氢、吲哚及粪臭素等有害物质的生成。

3.4 国家允许饲用的微生物

3.4.1 国家允许饲料中使用的微生物种类［8］国家农业部公告（2003）第318号规定的15种微生物：地衣芽孢杆菌＊，枯草芽孢杆菌；粪肠球菌，屎肠球菌；两歧双歧杆菌＊，乳酸肠球菌，嗜酸乳杆菌，干酪乳杆菌，乳酸乳杆菌＊，植物乳杆菌，乳酸片球菌，戊糖片球菌＊，产朊假丝酵母，酿酒酵母；沼泽红假单胞菌。

3.4.2 保加利亚乳杆菌 国家批给甘肃一企业，2004年9月已到保护期。2009年农业部批准给浙江的丁酸梭菌可用于猪、鸡饲料，为新饲料添加剂。

第105号公告中的纳豆芽孢杆菌在第318号公告中没有了，因为它是枯草芽孢杆菌的一个亚种。带＊号表示国内生产时需办理新饲料添加剂证书。

4 微生态制剂在饲料工业中的应用

4.1 微生态制剂在动物养殖中的应用效果［9］

4.1.1 在养猪中的应用：仔猪、中大猪和肥育猪均可使用 ①提高猪日增重3～15%；②降低料肉比，提高饲料转化率4%～12%；③提高猪的免疫功能，降低死亡率和猪的腹泻，预防疾病；④ 改善猪的饲养环境，减少粪便臭味；⑤ 可替代抗生素，实现无抗、生态养殖，提高猪肉的品质；⑥ 可充分利用资源，使工业下脚废料变废为宝，节约粮食。

4.1.2 在养鸡中的应用 雏鸡、肉鸡、蛋鸡均可使用。① 提高雏鸡、肉鸡日增重4～16%；② 提高饲料转化率5%～19%；③增强鸡的免疫功能，降低死亡率和鸡腹泻，预防疾病；④ 改善鸡的饲养环境，降低鸡舍臭味；⑤ 可替代抗生素，实现无抗、生态养殖，提高肉、蛋的品质。

4.1.3 在养牛中的应用 犊牛、肉牛、奶牛均可使用。① 可提高育肥牛日增重平均约13.2%；② 提高饲料转化率平均约6.3%；③ 可增强牛的免疫功能，降低牛的腹泻，预防疾病发生；④ 改善牛的饲养环境，降低牛圈的臭味，减少牛放屁；⑤ 可替代抗生素，实现无抗、生态养殖，提高肉、奶的品质。

4.1.4 在水产动物养殖中的应用 养鱼、养虾、养鳖等水产养殖均可使用。根据水产养殖的特点和各类动物肠道结构的不同，研究开发适用于不同水产动物专用的微生态制剂，提高水产养殖的经济效益。① 可提高鱼、虾日增重8%～20%；② 提高饲料转化率6%～20%；③可增强水产动物的免疫功能，降低死亡率和鱼的烂鳃，预防疾病；④ 降低水中的氨（胺）基氮和硝基氮，改善水质环境；⑤ 可替代抗生素，实现无抗、生态养殖，提高水产类的品质；⑥ 提高水产动物的繁殖能力。

4.1.5 在特种动物养殖中的应用 宠物猫、宠物狗、观赏鱼类、鸽类等观赏类动物养殖中均可使用。根据特种动物养殖的特点和各类动物的消化道结构的不同，研究开发适用于不同特种动物专用的微生物饲料与饲料添加剂，提高特种动物养殖的经济效益和观赏性能。① 增强特种动物免疫功能，降低死亡率和预防疾病；② 提高宠物和观赏动物的观赏性；③ 提高特种动物的繁殖能力。

4.2 微生态制剂应用注意事项及市场分析

4.2.1 微生态制剂应用注意事项

1）微生态制剂由于菌种的来源不同，发酵方式、方法不同，代谢产物不同，具有明显的生物多样性，导致了应用效果的差异很大，因此，在应用时首先要选用技术成熟，工艺先进，菌种选育恰当，检测方法与控制指标齐全，售后服务良好的企业的产品。

2）根据微生态制剂的特性，必须要有足够数量的活菌或活性物质，才能发挥生物饲料的功效与作用。

3）微生态制剂是在接近生理条件下进行传代、繁殖和发挥生物作用，因此在其加工、贮运和使用过程中应注意防止高温、极度pH和机械加工。

4）微生态制剂的使用剂量应在一定的范围之内，用量过大同样会引起动物疾病或腹泻。一般配合饲料的含菌量在106～108cfu／g为宜。

4.2.2 微生态制剂市场前景分析 21世纪是绿色、生态、环保养殖的时代，人们认识到抗生素的弊端必将导致该时代行将结束，生物饲料的时代正在到来。有益活菌的应用，为替代抗生素打下了良好的基础；酶制剂的合理使用，为提高饲料报酬和大分子物质的充分利用得以实现；生物发酵饲料的兴起，为解决饲料原料问题、为分解植物性抗营养因子和生物脱毒、工业废渣的再利用开辟了新的途径；通过生物发酵，整合了饲料资源，实现了营养素的平衡搭配，为动物消化、吸收，提高动物生产性能提供了保障。

随着经济发展，生活水平提高，人们对肉蛋奶的需求日趣旺盛，因此，养殖业规模的扩大势在必行，生物饲料的需求会成倍的增长，市场前景非常看好。然而，市场上活菌数量有保障，生物活性肯定的，动物源性的微生态制剂太少，努力开发效果明显，质量可控，性能稳定的新产品是企业发展的源动力。

4.2.3 微生态制剂替代抗生素滥用 因抗生素滥用直接导致"超级细菌"的出现［10］，它们对现行抗生素产生极大的耐药性，而微生态制剂是抗生素很好的替代品之一。

［1］李德发.无抗饲料与生物饲料前景展望［J］.中国家禽，2009，31（22）：1－4.

［2］李雄彪，马庆英，崔云龙主编.酪酸梭菌—肠道健康的卫士［M］.复旦大学出版社，2008年1月，大连医科大学康白教授序.

［3］农业部畜牧业司.饲料工业“十二五”发展规划［E］.农业技术与装备.2011.10.（223）：10－15.

［4］袁杰利主编.肠道菌群与微生态调节剂［M］.大连海事大学出版社，1996.1，第一版，10；16；18.

［5］程伶摘译，韩文越校.家禽肠道细菌与生产性能的关系（上）［J］.国外畜牧科技，1995，22（2）：13.

［6］何东东，张坤生.高产食用蛋白质产朊假丝酵母的选育及发酵条件优化［J］.食品科学，2009，30（21）：210－213.

［7］李加友，等.饲用产朊假丝酵母的发酵培养条件研究［J］.饲料工业，2012，33（6）：57－60.

［8］中华人民共和国农业部公告第318号［E］.饲料添加剂品种目录，2003.12.9

［9］杨 欣，等.动物微生态制剂的发展现状及应用前景［J］.安徽农业科学，2011，39（7）：4030－4031，4042.

［10］张 巍，等.滥用抗生素催生“超级细菌”［J］.中国医药指南，2012，10（11）：376－377.