乳酸菌的生理特性及其在养猪生产中的应用现状

■ 张董燕 张日俊

（1.中国农业大学饲料生物技术实验室动物营养学国家重点实验室，北京100193；2.北京市农林科学院畜牧兽医研究所，北京 100097）

近年来，随着世界各国对抗生素作为饲料添加剂的禁止，乳酸菌类益生菌制剂越来越受到人们的关注。研究认为，乳酸菌能够通过产酸降低肠道pH值，还能产生过氧化氢及细菌素等抑菌物质，减少大肠杆菌和沙门氏菌等有害菌的生长繁殖，以起到维持肠道菌群平衡、促进机体健康的作用。然而，乳酸菌是一种活菌制剂，其在生产中的益生效果要受到菌种、使用剂量等影响，动物在不同日龄阶段的使用效果也不尽相同。因此，深入理解并正确使用该类益生菌制剂才能使其在动物生产中充分发挥益生作用。本文对乳酸菌的分类、生理特性及乳酸菌制剂在养猪生产中的常用剂型及应用现状等方面进行了综述，旨在为推动乳酸菌在养殖生产中的高效利用奠定基础。

1 乳酸菌的常见分类及鉴定技术

乳酸菌属于厚壁菌门（Firmicutes），杆菌纲（Bacilli），乳杆菌目（Lacobacillales）。包括乳杆菌科（Lactobacillales）、气球菌科（Aeroccacea）、肉食杆菌科（Carnobacteriacese）、肠球菌科（Enterococcacese）、明串珠菌科（Leuconostocaceae）和链球菌科（Streptococcaceae）。截止2012年，自然界已发现的这类菌在细菌分类学上可划分为41个属，430多个种。

乳酸菌的鉴定方法主要可分为传统方法鉴定、自动化鉴定技术及分子水平上的鉴定三种。传统的方法是采用选择性培养基对乳酸菌进行分离培养，而后依据菌落特征、菌体形态、生理生化特征等进行表型特征的鉴定，此方法筛选培养出的乳酸菌数量比实际低，且不能表达菌种之间的系统发育关系；自动化鉴定是根据细菌的表型特征作为鉴定依据，可将未知菌鉴定到属、种、亚种或生物型。如API系统、Enterotube系统、Php系统、Biolog系统等。分子技术包括如16S rDNA序列分析可快速、准确地对微生物进行分类鉴定，另外还有16S rRNA基因的聚合酶链式反应（PCR）、变性梯度凝胶电泳（DGGE）、脉冲场凝胶电泳（PF-GE）、16S rRNA基因的限制性片段长度多态性（RFLP）、随机扩增多态性技术（RAPD）、荧光原位杂交（FISH）、扩增性片段长度多态性（AFLP）、随机扩增DNA多态性技术（PAPD）等。

2 乳酸菌的生理特性

2.1 乳酸菌的营养需求

乳酸菌的细胞组分由蛋白质、糖类、脂类及核酸组成，其基本营养需求也是碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水这六大营养素，其碳源兼作能源物质。乳酸菌只能通过糖类发酵和底物水平磷酸化方式低效率地获取少量能源，从而维持其生命活动和进行生物合成。另外，乳酸菌蛋白质分解能力和氨基酸合成能力很弱，因此在培养乳酸菌时，普遍需要向它们提供富含各种肽类和氨基酸的有机氮源，如蛋白胨、酵母膏、牛肉膏或番茄汁等。张刚(2007)指出，乳酸菌的生长对维生素的依赖性很强，同时还需要嘌呤、嘧啶或其相应的核苷或核苷酸作为生长因子，其中嘌呤、嘧啶的需要量一般为10～20 μg/ml，而核苷和核苷酸则一般为200～2 000 μg/ml。

2.2 乳酸菌的代谢途径及产物

在乳酸菌的代谢过程中，存在着两条明显差别的乳酸发酵途径。一种是同型乳酸发酵菌，其代谢产物主要为乳酸，如嗜酸乳杆菌、德氏乳杆菌、瑞士乳杆菌和唾液乳杆菌；另一种是异型乳酸发酵菌，除产生乳酸外，还产生乙醇、乙酸和二氧化碳等产物，如干酪乳杆菌、卷曲乳杆菌、植物乳杆菌等。但有研究认为，同型乳酸发酵的菌株也能形成包括乳酸在内的多种代谢产物，这些代谢产物的形成是由于剩余的丙酮酸积累和细胞维持NADH/NAD+平衡的结果。白凤翎等(2009)则指出，氧气在一定条件下可以改变乳酸菌的代谢途径，以形成各种不同的代谢产物。

乳酸菌经代谢产生的物质对抑制病原菌的生长繁殖起着积极的作用，如乙酸、乳酸、短链脂肪酸等有机酸可降低肠道内pH值，通过破坏细菌膜，干扰细菌酶的形成起到抑制大肠杆菌及梭菌类的生长；过氧化氢能够激活过氧化氢酶-硫氰酸系统，抑制和杀灭革兰氏阴性菌（如假单胞菌属、大肠杆菌属和沙门氏菌属等）。另外，许多乳酸菌能产生细菌素，如嗜酸乳杆菌的lactacin B、植物乳杆菌的plantaricin、乳酸乳球菌的nisin，它们可以通过膜通透性杀死细菌或通过消化酶干扰敏感细菌生长。

3 饲用乳酸菌在养猪生产中的研究现状

3.1 剂型

3.1.1 液体剂型

液体制剂可根据使用用途分为两种，一种是以发酵产物为主，经发酵或优化发酵培养方式，使发酵产物积聚，最终以发酵液为产品；另外一种以菌体为主，是将乳酸菌经发酵离心后用无菌水或液体保护剂制备成菌体悬浮液。乳酸菌液体剂型可采用口灌服、饮水或拌料方式进行饲喂。在使用过程中应注意液体制剂的保质期限，另外，还应定期清洗饮水管道或料槽，防止杂菌生长。

3.1.2 冻干剂型

真空冷冻干燥技术是采用低温、干燥、与空气隔绝的过程将乳酸菌进行保存，具有活菌含量高、用量小、可直接投入生产、且能够提高产品保存期等特点。但在冷冻干燥制备过程中，溶质物质的冰晶冻结及干燥过程容易造成微生物细胞的损伤、死亡及某些酶蛋白分子的钝化。在冻干前加入保护介质可以提高菌体的冻干存活率，常用的冻干保护剂可分为：高分子聚合物、脱脂乳、糖类、多元醇及氨基酸等物，其保存期也可超过9个月。乳酸菌冻干制剂在使用过程中应密闭保存于干燥、阴暗、pH值6～7、环境温度5～15 ℃的地方,并注意保存期限。

3.1.3 微胶囊包被剂型

微胶囊包被技术采用安全特殊的壁材，将核心菌体物质包覆，可增加菌体对不良环境（胃液、胆盐等）的抵抗力，且壁材具有胃不溶、肠溶性特点，能保证菌体不受胃液的破坏而顺利到达肠道以发挥益生作用，利于储存、加工和运输，并可延长贮存期，提高稳定性。微胶囊的制备方法可分为界面聚合法、挤压法、相分离法及喷雾干燥法等。近年来研究认为，喷雾干燥微胶囊技术具有包被速率快、产品的分散性和溶解性好、生产成本低、适用于连续化生产等优点，但由于在喷雾干燥过程中具有较高的进出口风温度，而乳酸菌本身不耐热，因此，利用此方法进行微胶囊制备时需要控制合理的进出口风温度、进料速度及进料浓度等工艺参数，并形成合理的乳酸菌微胶囊粒径及产品含水量，以提高其包埋效率及其贮存稳定性。张董燕等(2011)从工艺过程、壁材选择、工艺参数选择及其产品效果分析等方面对喷雾干燥方法进行乳酸菌微胶囊的制备进行了总结分析，为进行乳酸菌微胶囊制剂的高效制备提供了理论基础。

3.2 应用效果分析

在实际生产过程中，乳酸菌液体、冻干机包被剂型均有应用，使用形式可分为单一菌株和复合菌株两种。在哺乳仔猪阶段，采用灌服液体乳酸菌制剂效果较好，侯璐(2010)在仔猪出生后吃母乳前灌服2 ml乳酸菌制剂（其活菌含量均不低于109cfu/ml），而后在5、10 d再灌服同样剂量，结果发现，灌服单一菌组（粪肠球菌）和复合菌组（粪肠球菌+植物乳杆菌）仔猪日增重分别比对照组提高了17.64%和14.31%，而腹泻率分别比对照组降低36.34%和47.55%。断奶仔猪阶段可通过饮水、灌服或在饲料中添加冻干包被制剂。Huang等(2004)报道，饲粮中添加乳酸杆菌能够显著增加断奶后8～14 d日增重，降低断奶后2周料重比；Estienne等(2005)研究报道，添加Enterococcus faecium能够提高断奶仔猪的日增重，降低料重比；Melanie等(2010)和Mallo等(2010)添加乳酸菌后能够增加仔猪回肠、盲肠及粪便中乳酸菌含量，减少大肠杆菌活菌含量。侯璐(2010)添加植物乳杆菌和粪肠球菌还能减少断奶仔猪粪便中金黄色葡萄球菌含量。另有研究证明，日粮中添加乳酸菌能够显著提高仔猪血清中IgA、IgG及干扰素-γ含量、降低血清中结合珠蛋白含量。

总之，已有大量研究证明，乳酸菌对于提高猪生产性能、降低腹泻率、改善肠道微生物菌群平衡、减少应激、提高机体免疫能力等方面具有积极的作用。然而，目前关于乳酸菌在幼龄动物生产中的研究较多，而在大龄动物生产中的报道较少。本作者将罗伊氏乳杆菌冻干粉应用于生长猪试验中，经饲喂30 d结果发现，生长猪生产性能无显著影响（P＞0.05），但氮表观消化率有显著提高（P＜0.05）。Nousiainen等(1993)则分析指出，相对于幼龄动物而言，生长猪消化系统及肠道菌群均相对完善，因此其益生效果不如幼龄动物表现明显。但Wang等(2009)则认为，适当延长饲喂时间会有效提高乳酸菌益生效果的发挥。

3.3 乳酸菌发挥益生效果的影响因素

乳酸菌是人和动物肠道的常见菌群之一，从口腔、胃、小肠以及阴道中都能分离得到。然而，乳酸菌益生效果会受到多种因素的影响：①菌种：菌种具有种属特异性，即理想的菌株应该来自同种动物的消化道；②活菌含量：研究认为，在使用过程中一般要求预防剂量最低为106cfu/ml，治疗剂量不低于108cfu/ml。Lee等(2000)推荐益生菌在动物日粮中的最低剂量为106cfu/g。Guerra等(2007)则通过试验证明，适当增加乳酸菌的添加剂量，能够促进仔猪的增重效果，但过高可能导致菌群结构部分失调，免疫刺激过于强烈，反而造成负面影响；③摄入时间：在仔猪开食、分群、换料、季节变化、长途运输等关键时期,提前使用益生菌制剂,有利于建立或恢复动物肠道微生态平衡，能取得显著效果。

4 展望

综上，乳酸菌是一类活菌制剂，合理使用乳酸菌制剂能够在提高动物生产性能和机体免疫力、改善肠道菌群平衡等方面起到积极作用。近年来，国内对于饲用乳酸菌已有大量的研究和报道，但与国外相比，我们仍缺乏一些具有自主知识产权和核心技术的、能够高效且适合于动物生产的优良乳酸菌菌种，诸如国际知名菌种赐美健Enterococcus faecium SF68、丹尼斯克Lactobacillus acidophilusNCFM等。另外，随着分子生物学技术的进一步发展，利用生物工程技术如宏基因组、转录组及蛋白质组学等深入挖掘乳酸菌在动物肠道的作用方式及益生机制，并指导其在动物生产中的正确使用方式，将有着广阔的应用前景。

（参考文献34篇，刊略，需者可函索）