酵母培养物在水产动物中的应用及作用机理研究进展

■ 郁欢欢 周文豪 曾 虹 王 宏 王 嘉，2

（1.北京英惠尔生物技术有限公司，北京 100081；2.中国农业科学院饲料研究所国家水产饲料安全评价基地，北京 100081）

多年来，抗生素被广泛应用于水产饲料中，用以促进鱼体生长及预防疾病的发生。但是，抗生素的滥用引起诸多问题，如抗药菌株的出现、动物产品中抗生素的残留等。在抗生素的应用逐渐被限制的今天，酵母培养物（yeast culture，YC）因具有无毒副作用、无残留污染、不产生耐药性且可部分替代抗生素等优点，越来越受到国内外的广泛关注。近年来，YC作为饲料添加剂被广泛的应用于反刍、畜禽和水产动物的饲料中。大量的研究证明，YC具有促进生长、改善肠道环境以及提高机体免疫力和抗病力等作用。YC作为一种复杂的混合物，其作用机理尚未研究清楚，本文综述了YC在水产动物中的主要功能，并从其主要组分着手，探讨YC可能的作用机理，以期为YC在水产养殖中的合理使用及进一步研究奠定基础。

1 酵母培养物的主要组成

YC是指在特定工艺条件控制下，由酵母菌在特制培养基上经过充分发酵后形成的复杂发酵产品，主要由经过发酵后变性的培养基、少量酵母细胞和酵母细胞外代谢产物所构成。除含有已知的B族维生素、矿物质、消化酶、有机酸、寡糖、氨基酸外，还含有一些重要“未知生长因子”（见表1）。

2 酵母培养物主要功能及作用机理

2.1 对生长的影响

YC中含有丰富的氨基酸、维生素、有机酸及寡糖等营养物质，通过调整胃肠道菌群结构、改善肠道形态结构、促进消化酶活性等，促进饲料营养物质的消化、吸收和利用，从而提高水产动物的生长性能。研究表明，在饲料中添加YC能够显著提高草鱼[1]、牙鲆[2]、鮰鱼[3]、异育银鲫[4]、凡纳滨对虾[5]等水产动物的特定生长率，并显著降低饲料系数。此外，YC能够显著改善由豆粕替代鱼粉引起的特定生长率下降等问题[6]。由于试验用动物种类、生理阶段、养殖条件、试验周期等不同，YC的有效剂量从0.07%到0.5%不等，不同水产动物饲料中YC的最适添加量尚需进一步研究确定。

表1 酵母培养物的主要组成[1]

2.2 对肠道环境的影响

2.2.1 对肠道菌群结构的影响

YC能够显著改善水产动物的肠道菌群结构。赵贵萍[6]发现，以豆粕替代鱼粉后，大菱鲆肠道菌群结构极为单一，致病菌弧菌属占绝对优势地位，添加YC后，有益菌芽孢杆菌的数量呈现出优势。解洛香等[7]也认为，YC能显著促进双歧杆菌、嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌体外增殖，并缩短延滞期，延长对数期，大幅度提高生物量。

有机酸作为一种防腐剂在食品工业中应用已有近百年历史，可有效杀灭食品腐败菌如大肠杆菌、李斯特氏菌，延长保质期。YC中含有丰富的有机酸。研究表明，有机酸能够有效抑制消化道内有害细菌增殖，且不影响乳酸杆菌等益生菌的生长代谢。不同有机酸的抑菌机理不同。张军等[8]认为，有机酸分子水平抑菌机理主要包括能量竞争、透化细菌外膜、提高胞内渗透压、抑制生物大分子合成、诱导宿主产生抗菌肽等5种作用机制，细菌胞内酸根离子的聚集是有机酸抑菌作用的重要决定因素。

酵母甘露寡糖（mannan oligosaccharide，MOS）作为益生元，能够有效促进水产动物肠道双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖[9-10]，抑制大肠杆菌[11]、弧菌[12]、恶臭假单胞菌[13]等致病菌的数量，进而改善动物肠道微生物区系，维持肠道微生态平衡。MOS主要通过减少致病菌的黏附，减少肠道中致病菌的数量。很多肠道致病菌通过甘露糖结合凝集素与细胞表面的甘露糖结合从而吸附在肠上皮细胞上，MOS能够竞争性地与肠道致病菌表面的外源凝集素结合，从而阻止致病菌在肠上皮的黏附或定植。此外，MOS还可通过增加黏液、黏蛋白的分泌，将侵入的细菌带出内腔，阻止致病菌黏附[14]。

2.2.2 对肠道形态结构的影响

研究表明，在饲料中添加YC能够显著提高草鱼[1，15]、团头鲂[16]等水产动物肠道黏膜褶高度、微绒毛的密度和高度。此外，添加YC能够改善由豆粕引起的肠炎，提高肠道绒毛结构完整性[6]。最新研究表明，YC水溶物能够改善丙二醛损伤的离体草鱼肠道黏膜细胞的生长状态，降低丙二醛导致的细胞膜通透性增加，提高细胞抗氧化能力[17]。

酵母MOS不仅能够提高肠道微绒毛排列整齐度、长度及密度[18-19]，还能提高肠上皮结构的完整性[20]，消除由豆粕引起的肠炎[21]。MOS通过促进黏液的分泌，保护微绒毛免受破坏，从而提高微绒毛的整齐度、完整性及高度。MOS还能够促进极性脂质的再酰化和合成，脂质的利用率提高后，用于生长和细胞膜合成的能量增多，这也是MOS提高了微绒毛的完整性的原因之一[18]。最新研究表明，MOS能够促进长链不饱和脂肪酸的积累以及β-氧化[22]，其与提高肠道形态结构及抗病力的关系还有待进一步证实。

2.2.3 对消化酶酶活的影响

YC能够显著提高大菱鲆[6]、牙鲆[2]、草鱼[1]、凡纳滨对虾[5]等水产动物的消化酶酶活。YC提高水产动物消化酶活性可能与其含有丰富的B族维生素有关。B族维生素在动物体内主要以辅酶或辅基的形式广泛参与机体的生理生化反应，发挥代谢调节作用，从而维护组织器官细胞结构和功能的完整，保证各项生命活动的正常进行。研究表明，吡哆醇[23]、核黄素[24]、硫胺素[25]、泛酸[26]、烟酸[27]、生物素[28]、肌醇[29]等 B 族维生素均能显著提高幼建鲤的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性。此外，B族维生素对罗氏沼虾[30]、哲罗鲑[31]、团头鲂[32]、乌鳢[33]、史氏鲟[34]等水产动物的消化酶活性也均有显著影响。

其次，与YC中含有丰富的有机酸有关。Luckstadt[35]认为，有机酸能够通过解离出H+降低消化道pH值，从而提高消化道酶活性。柠檬酸[36-37]、苹果酸[38]及复合酸化剂[39]对水产动物的淀粉酶、蛋白酶及脂肪酶、碱性/酸性磷酸酶活性均有显著提高作用。

2.3 对免疫力及抗病力的影响

YC能够显著提高牙鲆[2]、异育银鲫[4]、黄颡鱼[40]、刺参[41]、中华鳖[42]、凡纳滨对虾[37]等水产动物的非特异性免疫力及抗病力，这可能与其含有的β-葡聚糖、MOS等有关。研究表明，β-葡聚糖、MOS均能显著提高机体免疫力和抗病力[43-45]。β-葡聚糖在激活先天性免疫和获得性免疫过程中都起到重要作用，能够直接结合并激活巨噬细胞或其他白细胞（中性粒细胞、自然杀伤细胞）[46-48]。巨噬细胞是参与先天性免疫的主要细胞。当β-1，3/1，6-葡聚糖与受体结合时，巨噬细胞的所有免疫功能都能得到提高，包括吞噬作用、某些细胞因子的释放（白细胞介素-1、白细胞介素-6、粒细胞巨噬细胞刺激因子、干扰素）以及抗原的递呈。这些细胞因子能够刺激新的白细胞的生成，从而为β-葡聚糖提供结合受体。被激活的吞噬细胞、T细胞和B细胞能够分别产生细胞因子和抗体，提高疫苗的效率[49]。

MOS主要通过减少细菌黏附和移位，提高机体的抗病力，主要通过以下4个方面实现：

①促进黏液、黏蛋白分泌。分泌黏液是黏膜表面的有效防御机制，能够将侵入的细菌带出内腔，从而阻止病菌黏附。黏附到上皮的细菌减少，细菌外毒素对肠屏障的损坏及细菌移位就会相应减少。Torrecillas等[14]研究发现，在欧洲鲈饲料中添加MOS后，前、后肠杯状细胞、分泌酸性黏蛋白的细胞均显著增多，黏液、黏蛋白的增多可有效减少致病菌的黏附，而黏附是细菌能够在肠上皮定植、发病的必要一步。

②提高肠上皮结构完整性。当鱼体肠道上皮被破坏或细胞连接松弛时，细菌移位增多。添加MOS能够减少紧密连接的破坏，提高肠黏膜结构的完整性[18]。

③竞争性吸附。很多肠道致病菌通过甘露糖结合凝集素与细胞表面的甘露糖结合从而吸附在肠上皮细胞上，MOS能够竞争性地与肠道致病菌表面的外源凝集素结合，从而阻止致病菌在肠上皮的黏附。

④促进非特异性免疫反应。研究表明，MOS能够显著提高水产动物头肾白细胞吞噬活性[14]，血浆、黏液溶菌酶活性[50]，血细胞总数[51]，刺激肠道相关淋巴组织[22]，促进前列腺素的分泌[18]等。非特异性免疫反应增强，细菌移位率及移位细菌的存活率就会降低，从而提高了黏膜完整性和机体的抗病力。

最新研究表明，有机酸、核苷酸对提高非特异性免疫及抗病力也有十分积极的意义。Romano等[52]发现，在凡纳滨对虾饲料中添加混合有机酸（苹果酸、柠檬酸、甲酸），投喂50 d，显著提高了哈氏弧菌攻毒后酚氧化酶活性及存活率（由16.7%显著升高到66.7%）。除此之外，有机酸对肝胰脏也表现出明显的保护作用。Safari等[53]研究表明，核苷酸能够显著提高东欧鳌虾空气暴露应激后酚氧化酶的活性。

3 小结

YC作为一种新型饲料添加剂，在提高水产动物生产性能、改善肠道环境及提高抗病力等方面有重要意义。由于生产过程中使用的酵母菌种、培养基或发酵生产工艺等的不同，导致YC产品中代谢产物组成及浓度存在明显的差异。而水产动物种类、生理阶段、养殖条件、基础饲料配方等因素也会影响YC的有效性及有效剂量。因此，在实际应用YC时，需综合考虑这些因素。此外，YC是一种复杂的混合物，其在水产动物中的积极作用并非单个因子而是多个因子共同作用的结果。目前，关于其在水产动物中作用机理的研究仍十分欠缺，各不同因子间是否存在协同作用也有待进一步研究。作用机理的研究是YC在水产中广泛应用的理论依据，为了YC在水产中更好地应用，作用机理是下一步的研究重点。