微生态制剂在畜禽饲料中的应用研究进展

宾冬梅，杨 灿(衡阳师范学院生命科学与环境学院，湖南衡阳421008)

随着生活水平的提高，食品安全的问题逐渐被人们重视，而畜禽肉作为人们日常食物中不可缺少的肉类食品，其安全性受到广泛的关注。抗生素的使用能杀死致病菌，同时杀死宿主肠道内的正常微生物使宿主肠道内正常菌群的平衡被打破，频繁使用还会导致病原菌产生抗药性，并随着畜产品进入人体，对人体造成危害。目前，寻求能够替代抗生素作为动物饲料的添加剂已经成为研究热点［1］。因此，微生态制剂因其无毒、无残留、无副作用等优点备受关注，它既能避免频繁使用抗生素而导致的毒副作用，又能增强畜禽的生产性能，改善产品的品质。微生态制剂在畜禽饲料中的应用出现了许多研究成果，并形成一定的产业。笔者对微生态制剂的使用与现状进行了阐述。

1 微生态制剂

1.1 微生态制剂的定义与分类 微生态制剂是指在微生态学理论的指导下，调节与保持宿主体内微生态系统的稳定的有益微生物及其代谢产物和选择性促进宿主体内有益微生物群落生长的物质制剂总称［2］。目前，微生态制剂按成分被大致分为3种:益生菌、益生元和合生元［3］。益生菌制剂又称益生素，是指将活菌制剂投入动物饲料中，饲喂后进入宿主的内环境，通过提高宿主体内有益菌群的微生态系统的平衡，并使宿主的身体健康和生产性能得到提高的活菌制剂及其代谢产物。益生元制剂是指可以促进宿主体内益生菌生长和繁殖的物质，从而抑制有害菌的生长，保持机体健康的状态。合生元制剂是指将益生元与益生菌并用的制剂。这种混合制剂综合了前2种制剂的优点，所以它既能促进益生菌数量的增加，又能有效发挥益生菌的生理活性，使得宿主体内的益生菌更高效更持久地发挥作用。因此，微生态制剂的发展将会朝向合生元这一方面。目前，在微生态制剂中常用的菌种有乳酸杆菌类、芽孢杆菌类及酵母类等［4］。

1.2 微生态制剂的应用 微生态制剂主要应用在临床、畜禽养殖、水产养殖等领域。在临床应用上，微生态制剂常用于治疗炎症性肠病、腹泻、肠易激惹综合征、抗幽门螺旋杆菌感染等。目前，市场上出售的微生态制剂产品有很多品种，剂型以片剂、液体制剂、胶囊剂、颗粒剂等，如丽珠肠乐、整肠生、妈咪爱、金双歧等。

畜禽养殖业主要包括猪、鸡、羊、牛等畜禽动物生产。微生态制剂主要被用作饲料添加剂，目前常用的有芽孢杆菌、乳酸杆菌、酵母菌、光合细菌及霉菌等。微生态制剂的作用主要在防治疾病、免疫调节、提高生产性能和改善环境等。

在水产养殖业中，微生态制剂主要有光合细菌、乳酸杆菌、芽孢杆菌、硝化细菌等，其不仅被用作饲料的来源，而且能调控水生态系统，在养殖水环境修复被广泛应用。

1.3 微生态制剂的产业现状 国外早在20世纪初就开始研究微生态制剂［5］。目前美国允许直接饲喂的微生物种类达43种，其中嗜酸乳杆菌、粪链球菌和枯草杆菌、酵母菌、米曲霉等已进行商品化生产。枯草杆菌、纳豆芽抱杆菌、乳酸杆菌、乳酸球菌、酪酸菌等主要在日本用作微生态制剂使用。目前，国外生产最多的是从土壤中分离Toyoi菌(孢子型杆菌培养物)、酪酸菌及Bifid菌(初代培养双歧杆菌)。

我国微生态制剂的研究起步较晚，开始于20世纪70年代，我国已批准使用的微生态制剂菌株有蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、乳酸球菌和酵母菌等，生产企业已达几十家，主要集中分布在北京、河北、辽宁、广东、山东等地区。随着微生态制剂的应用效果突显及人们食品安全意识的日益增强，微生态制剂作为畜禽动物饲料添加剂的应用得到了大力的推广。2013年我国的微生态制剂销量达15万t，产值达20.3亿元;2016年，市场需求量将达55万t，产值将达169.4 亿元［6］。

2 微生态制剂的研究进展

2.1 微生态制剂的作用机理 微生态制剂中的活菌作为宿主体内环境中的有益微生物，具有定植性、排他性、分解性和繁殖性，对致病菌却能起到一定的拮抗作用或分解作用。一旦进入宿主体内，能够迅速地参与到宿主体内微生态系统中，其作用机理与微生物的生理代谢和微生物的生长繁殖相关［7－8］。

2.1.1 优势种群理论。宿主肠胃与正常微生物群落构成一个微生态系统。若是在宿主的健康状态下，这个区系是处于一个平衡的状态，其中的某些起着决定作用的优势种群对整个群落起控制作用。一旦这些优势种群被更替，微生态平衡遭到了破坏，病原微生物很快就能占据优势，接着引发各种疾病［9］。使用微生态制剂，能补充并恢复优势菌群数量，调整菌群失衡，同时及分泌物能控制病原微生物的生长，达到防病治病的目的。

2.1.2 屏障理论。宿主体内的微生物及其分泌产物可以构建自身的生物屏障和化学屏障。生物屏障是指在皮肤上皮细胞或粘膜之间原有的正常菌群，通过定植保护作用干扰外来致病菌的占位与定植所形成的菌群膜。化学屏障是指肠道内主要菌群分泌可以阻止病原微生物在动物体内定植甚至杀灭病原微生物的代谢产物，如乳酸、乙酸、过氧化氢、丙酸与细菌素等。

2.1.3 生物夺氧理论。母体内的人或动物处于一个无菌的状态，但出生后不久就会先后被需氧菌、兼性厌氧菌、厌氧菌［10］所定植。需氧菌和兼性厌氧菌的生长，导致大量的氧被消耗掉，当氧基本被消耗殆尽时，宿主体内形成厌氧环境，厌氧菌开始大量增殖，在整个微生态系统中占据首位并保持平衡，成为宿主体内的优势种群。利用有益微生物消耗掉宿主胃肠道内环境中的氧，营造肠道优势厌氧菌群的生长环境，达到有益微生物的动态平衡。

2.1.4 增强机体免疫功能。微生态制剂中的活菌能够产生一定的抗菌物质，也可以产生一些非特异性的免疫调节因子，还能进一步提高动物巨嗜细胞的活性以及抗体水平，通过这种方式来激发宿主的细胞免疫和体液免疫，并加强机体的抗病力和免疫力。

2.2 微生态制剂的生产 动物微生态制剂的生产流程一般包括:选种、培养、发酵、浓缩、吸附、干燥、稀释混合、包装、质检等多个生产环节。根据发酵工艺的不同，常用于制作微生态制剂的方法有液体深层发酵、固态发酵和液固两相发酵。

2.2.1 液体深层发酵。液体深层发酵是将活化后的菌种接种到深层发酵罐发酵，再经过浓缩、过滤或载体吸附、干燥得到的活菌制剂。液体深层发酵的优点表现在以下方面:微生物生长在悬浮状态，有利于活菌、产物、底物的扩散，发酵的全过程都是在均质的条件下进行，能控制和检测，便于运输及机械化操作，有利于规模化生产。此外，液态发酵控制系统和发酵设备已逐渐完善并广泛应用。但是，液体深层发酵也有孢子数量少、孢子耐受力差、不易保存及设备投资大、生产成本高等缺点，适用于人用微生态制剂的生产，如“整肠生”、“丽珠得乐”等。

2.2.2 固态发酵。固态发酵是指利用农作物纤维素颗粒(如稻壳、麸皮、米糠等)作为原料，利用微生物在没有或几乎没有游离水的固态基质上的发酵方法。此发酵过程中几乎没有游离水，微生物附着在固态基质表面，并从中吸收水分、碳源、氮源、无机物和其他营养物，整个发酵过程与微生物在自然状态下相似，其发酵得到的产品高。目前，固态发酵法的研究不断深入，逐步开发出填充床生物反应器、压力脉冲生物反应器、转鼓式生物反应器等固态发酵设备。但是，因其不能使用密闭式接种，菌体分离、浓缩、提取技术较难，以致于该法的使用具有一定局限性。

2.2.3 液固两相发酵。液固两相发酵是指利用液体发酵技术生产的菌丝利用密闭管道泵送到固体发酵罐中进行固体发酵的发酵方式。它结合了液体发酵菌量大、周期短和固体发酵菌体活力高、成本低、酶系丰富等优点，被广泛应用于动物饲料添加剂的生产。但是，关键在于能否找到适合的液体种子培养基以及与之搭配的固体发酵培养。

3 微生态制剂在畜禽养殖中的应用

3.1 微生态制剂在猪饲料中的应用 仔猪在断奶过程中会因为环境、营养和管理等一系列变化而受到各种应激影响。在应激时会导致肠道中大肠杆菌数量的增多和乳酸菌数量的减少。但是，在仔猪的饲料中添加一定的微生态制剂有利于仔猪体内有益微生物的繁殖，抑制有害菌的生长，并能使仔猪肠道内的pH降低，增加各种酶的活性，进而促进仔猪健康和提高其生产性能。Huang等［11］研究表明在断奶仔猪饲料中添加乳酸菌复合物能对其平均日增重有显著提高作用。Giang等［12］报道在猪生长过程的日粮中添加复合微生态制剂，能提高其饲料转化效率、生长性能以及养分消化率。张建梅等［13］报道日粮中添加复合微生态制剂可以显著降低断奶仔猪的料重比，提高仔猪的生长速度。

3.2 微生态制剂在鸡饲料中的应用 在产蛋鸡的饲料中添加合适的微生态制剂后，微生态制剂中的有益微生物就会迅速在产蛋鸡体内生长繁殖，并能产生多种有利于降解饲料中脂肪、多糖和蛋白质的酶类。微生态制剂在产蛋鸡体内还可以产生多种营养物质，如氨基酸、未知生长因子和B族维生素等。许兰娇等［14］用产蛋白酶的益生菌制备成益生素饲喂肉鸡，结果发现益生菌能提高肉鸡体内的蛋白酶活力，提高肉鸡的饲料转化率、日增重和产蛋率。罗晓花等［15］研究了微生态制剂对肉鸡生产性能的影响，将400只鸡随机分为2组，每组200只，试验组饲料中添加微生态制剂，按微生态制剂与基础日粮5∶100的比例混合拌匀，每天拌1次，拌量为1 d的饲料用量，使拌好的饲料在1 d内用完，而对照组饲喂基础日粮，结果表明在肉鸡饲料中添加微生态制剂可以提高肉鸡的产蛋率，并降低料蛋比。

3.3 微生态制剂在反刍动物饲料中的应用 新生反刍动物的胃肠道内几乎是处于一个无菌的状态，pH也比较缓和，基本接近中性，在这样的环境下对肠道病原菌的生长是最有利的［16］。饲喂微生物制剂可以促进其瘤胃发育和调节瘤胃pH，并能促进犊牛提前断奶。周盟［17］和董晓丽［18］以枯草芽孢杆菌和植物乳酸杆菌为研究对象，分别给哺乳期犊牛饲喂基础日粮(CT组)、基础日粮+植物乳酸杆菌(LB组)、基础日粮+植物乳酸杆菌+枯草芽孢杆菌(LBS组)，测定微生态制剂对营养素消化率的影响，结果表明，饲喂植物乳酸杆菌及其与枯草芽孢杆菌组合菌的犊牛，营养物质(如干物质、粗脂肪有机物)的表观消化率提高，特别是磷的表观消化率显著提高。Frizzo等［19］和 Signorini等［20］采用 Meta 分析法分析了1980～2010年发表的66篇文献，这些研究都是针对饲喂牛奶或代乳品的未断奶犊牛，且被用于饲喂的微生物制剂主要集中于双歧杆菌、乳酸杆菌、芽孢杆菌，使用微生物制剂提高了饲喂代乳粉犊牛的饲料转化率和生长率，并且添加乳酸杆菌还可以降低饲喂全奶犊牛的腹泻发生率，但其对饲喂代乳粉的犊牛没有影响。

4 微生态制剂在畜禽饲料应用中存在的问题

4.1 产品质量不稳定 微生态制剂中活性是最重要的，只有活菌数足够的微生态制剂才能对肠道菌群起到调节作用［21］，但在微生态制剂的保存中活菌的稳定性不高。此外，目前企业生产的微生态制剂存在产品性状不稳定，活菌饲料添加剂在加工、运输、贮存的过程中很容易失活，导致使用的效果不甚理想。因此，厂家在产品出售前应保证有足够的活菌数量，这样才能使其在预定的储存期内发挥出良好的效用。目前，提高微生态制剂的稳定性已引起人们的高度重视，国内外都对此进行了更深入的研究，如美国的生物技术中心研发出一种B－葡聚糖微胶囊益生菌产品，在室温下可保存36个月，且不影响其中的活菌数量［22］。

4.2 广大养殖户的使用不当 市场需求是企业生产的主要导向，广大养殖户对微生态制剂的使用量与生产微生态制剂企业的效益直接相关。但是，大多数养殖户的传统经营意识和用药思想根深蒂固，在微生态制剂认知与使用上还存在着很大的缺陷，主要表现为以下方面:①用药思想与传统的经营意识的限制;②将微生态制剂当药使用，而不是当作添加剂来使用;③使用越多越好的心理［22］。养殖户应端正微生态制剂的使用态度，科学使用微生态制剂，是微生态制剂市场发展的前提。

4.3 微生态制剂的市场缺乏合理的管理机制 微生态制剂重在预防，而非治疗，适时适量添加微生态制剂能最大限度地帮助动物发挥其生产能力。若添加量不足，不能显现其功能，但若添加过量微生态制剂造成了多余的微生态制剂，则其作用也不能显现，还消耗掉过多的人力和物力。因此，生产者对微生态制剂的认知的改变是微生态制剂市场健康、和谐发展的基础，制定一套合理的微生态制剂市场管理机制势在必行。

4.4 菌株有效性低 有些活菌制剂进入宿主体内后难以适应胆汁酸与盐酸等的低pH，在肠道肠道中定植的活菌数量不足以发挥理想作用;有些活菌制剂进入宿主体内后繁殖速度慢，且与其他微生物相比竞争能力较差，难以形成优势菌群，这样就会使微生态制剂的功效难以体现。因此，微生态制剂的生产应根据菌种特点来设计，如乳酸菌不耐高温，还会与一些微量元素产生拮抗，不在饲料尤其是颗粒饲料中添加，但可制成水剂来直接饲喂［23］。耐受性能较强的粪链球菌与芽孢杆菌可以在饲料中添加。

5 展望

5.1 考虑与某些抗生素或协同剂的配合使用 利用抗生素杀菌效果强、可重复等优势，可用于防治常见疾病、促进动物健康成长和提高动物生产性能等［24］。在动物发病时，先用针对性较强的抗生素消灭或抑制病原菌的繁殖，再补充有益微生物的作用，恢复被破坏的胃肠道菌群平衡，发挥微生态制剂与抗生素的协同作用，提高微生态制剂的功效。

5.2 往合生元方向发展 “合生元”是“益生菌”和“益生元”同时并存的制剂［25］，既可增加益生菌的数量，又可以使其生理活性得到有效发挥，使效果更优越、结构更合理，是微生态制剂未来的发展方向。例如，在双歧杆菌的活菌制剂中添加低聚糖等双歧因子后，效果提高了10～100倍［26］。

5.3 优势菌种的选育 微生态制剂容易被胃酸和胆汁等破坏，难以到达宿主体内，即使能到达肠道内，活菌数量也会大大减少，不能有效发挥其效用，定向选育耐热耐酸的菌种尤为重要。近年来，利用遗传工程和分子生物学技术改造或外源转入有益菌的遗传基因，构建优良的工程菌株，是备受关注的研究热点，进而研发出更多、更有效的新型微生态制剂，以此来造福于人类［27］。

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