益生菌发酵饲料在反刍动物生产上的应用

申远航, 聂海涛，张艳丽,朱 刚，王恒昌，陆亚珍，王子玉，王 锋*

(1.南京农业大学 江苏省肉羊产业工程技术研究中心，江苏 南京 210095；2.江苏省灌南县畜牧兽医站，江苏 连云港 223500)

随着畜牧业生产的进步和人民生活水平的不断改善，人们对畜产品品质要求更加严格,诸如产品来源、饲养管理过程中的添加剂乱用、抗生素残留、细菌多重耐药性和环境污染等问题倍加关注。目前，欧美等发达国家已全面禁止向饲料中添加任何抗菌类药物[1]，我国也出台了相关的禁止措施，全面禁止在畜禽饲养过程中添加抗生素势在必行。因此，寻找能满足动物性食品的卫生安全水平，而且无毒、无残留、对畜禽有益的饲料添加剂是产业发展的需求。益生菌制剂被认为是抗生素最佳的替代品之一[2-3]。益生菌作为一类对宿主有益的活性微生物，适量添加可以抑制宿主肠道病原微生物的增殖[4]，维持胃肠道菌群的平衡，提高动物的生产性能，改善动物的免疫功能。我国农作物秸秆和副产品如酒糟、醋糟、菌糠等丰富，随意堆放容易造成环境的污染。益生菌可充分的降解饲料中畜禽难以利用的物质。这些副产物其中含有大量有机物质，若利用益生菌进行适当的发酵，可以降解其中动物难以利用的成分，使之成为营养价值高的发酵饲料[5]。所得到的发酵饲料成本低、利润高，同时减少了对环境的污染，对动物健康有益。

1 发酵饲料常用的益生菌

1.1 益生菌的发展

益生菌(Probiotic)是一类对宿主有益的活性微生物，是定植于人体或动物体肠道、生殖系统内，能产生确切健康功效,从而改善宿主微生态平衡、发挥有益作用的活性有益微生物的总称[6]。

1857年，巴斯德首次发现了乳酸菌，这是人类发现的第一种益生菌。随后人们开始关注这一微生物。1908年，Elie Metchnikoff提出长期食用含益生菌的发酵牛奶能使人长寿。1917年，Alfred Nissle从人的粪便中提取了一株大肠杆菌，并利用此菌株治愈了无数患志贺氏菌病的患者。1998年，Guarner & Schaafsma给出了通俗的定义：益生菌是活的微生物，当摄入足够量时，能给予宿主健康作用。随着现代生物技术的发展，特别是益生菌分子生物学和基因组学研究的逐渐深入，使得其在动物体内作用机制逐渐清晰。目前，益生菌的开发研究已相对完善，在全球范围内应用广泛。

1.2 常用益生菌的种类

根据益生菌的作用机制及其与宿主的关系，可将其分为原籍菌剂、共生菌剂与真菌剂。宿主肠道内的优势菌群为原籍菌剂的主要来源，使用原籍菌剂可直接补充消化道优势菌群，调节菌群平衡，如粪球菌、酪酸梭菌、乳酸菌、双歧杆菌等[7]。共生菌剂所使用的菌株来源于宿主消化道以外的部位，是研究人员发现的与宿主原籍菌有共生作用的菌株，服用后能够促进原籍菌的繁殖、生长，如枯草杆菌、芽孢杆菌等。布拉酵母菌为主要的真菌制剂，其具有独特的作用机制。我国农业部2014年公布的饲料微生物目录 《饲料添加剂品种目录(2013)》中，可在饲料中使用的菌种有：(1)乳杆菌属。嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌、乳酸乳杆菌、干酪乳杆菌、布氏乳杆菌、副干酪乳杆菌、纤维二糖乳杆菌、罗伊氏乳杆菌。(2)双歧杆菌属。两歧双歧杆菌、青春双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、动物双歧杆菌。(3)肠道球杆菌属。乳酸肠球菌、屎肠球菌、粪肠球菌。(4)芽孢杆菌属。地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌。(5)其他菌种。酿酒酵母、乳酸片球菌、戊糖片球菌、产朊假丝酵母、沼泽红假单胞菌、嗜热链球菌、黑曲霉、米曲霉、产丙酸丙酸杆菌。

2 益生菌发酵饲料的类型

2.1 液体发酵饲料

液体发酵饲料在最初制作时主要利用自然发酵，不需要添加任何菌种，通过外部环境(温度、气体条件等)的控制，促进饲料与空气中的有益微生物(乳酸菌、酵母菌等)相互作用发酵而成，改变了饲料的营养含量和物理化学性质。现阶段制作的液态发酵饲料，通过内环境严格的控制，可以防止有害菌的生长，使接种菌大量繁殖，产生有利于动物健康和生长的物质。Joris等[8]发现使用液体发酵饲料可一定程度上降低胃肠道pH，对动物健康有利。液体发酵饲料具有使用安全、适口性好和动物喜采食等优点，所以液体发酵饲料值得深入研究。

2.2 固体发酵饲料

固态发酵是微生物在没有游离水的固态基质上的发酵方式，固态基质中气、液、固三相并存，即多孔性的固态基质中含有水和水不溶性质。因其发酵过程粗放，需要设备构造简单，后处理简便，所以采用固态发酵饲料方式较多[9]。

2.3 全价发酵饲料

将菌种和全价配合饲料按一定的比例混合均匀，调整适宜的含水量，根据所选菌种的培养温度、需氧类型等在适宜的条件下发酵而成的饲料称为全价发酵饲料。发酵全价饲料可以充分满足动物的营养需求，含有多种有机酸和有益微生物，适口性好，可以增加畜禽采食量，提高饲料报酬[10]。

2.4 其他发酵产品

此类副产品大多来源于农业副产品，最有代表的是青贮玉米秸秆以及棉籽饼、菜籽饼等，还有各种工业废弃物如菌糠、啤酒渣、酒糟、柠檬酸渣、豆渣、蔗渣、甜菜渣、苹果渣、中药渣等。郑有坤等[11]在木腐香菇菌糠分别添加接种量1%乳酸菌和酵母混合菌液，进行厌氧发酵，发现进行微生物发酵以后，降低了菌糠中的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和可溶性碳水化合物的含量，但粗蛋白含量明显提高，混菌发酵处理组比对照组分别提高25%和29%;提高了菌糠的饲用营养价值。说明此类副产品，可通过益生菌发酵的方式提高其可消化性和营养价值。

3 益生菌发酵饲料的营养作用

3.1 丰富饲料原料，缓解饲料资源短缺问题

随着养殖业的快速发展，我国饲料资源短缺、人畜争粮的矛盾日益突出，2015年饲料产品净进口规模达到历史最高的113.55亿美元[12]。对反刍动物而言，我国粗饲料资源相对较少，粗饲料品质也相对较低劣等问题成了当前限制反刍动物产业发展的瓶颈之一。对于部分农业和食品业副产物等非常规饲料资源而言，其具有产量大、价格低、营养价值偏低等特点。在微生态理论的指导下，通过益生菌进行混合发酵制成的含活性益生菌、无污染、无残留的优质饲料，是解决这一问题的重要途径。在利用毕赤酵母菌发酵玉米皮的试验中[13]，其纤维素含量降低了10.18%，半纤维素含量降低了14.23%，形成了高附加值的菌体蛋白饲料。利用黑曲霉、木霉和酵母，3种菌混合发酵制作秸秆饲料试验中[14]，发酵终产物中粗蛋白含量提高了22.4%，粗纤维含量降低了17.61%。朱勇等[15]对鲜食大豆秸秆用益生菌进行发酵，提高了其营养价值，试验羊的消化率明显提高。利用发酵的方式，使微生物和益生菌充分降解其中的木质素和粗纤维，从而提高饲料营养成分，弥补饲料资源，节约养殖成本。

3.2 抑制致病菌的生长，维持胃肠道屏障功能

动物胃肠道大约有1014个菌株，种类大约500多种。其中大部分为有益菌，也有部分致病菌。它们是一个整体，互利共生，共同维持了消化道内环境的平衡。生产中大量的抗生素用于治疗疾病，提高效益。然而，抗生素的长期使用、滥用，会导致胃肠道菌群失调，造成畜体机能紊乱、生长发育受到抑制、细菌耐药性增加，严重时产生“超级细菌”。益生菌在进入动物胃肠道后会直接或间接的影响致病菌的生长，补充有益菌成为优势菌群，竞争消化道内的致病菌的营养物质[16]；与此同时，有益菌在繁殖的过程中消耗氧气，形成厌氧环境，使致病菌的生存环境破坏。一些抗致病菌活性的物质会在益生菌代谢的过程中产生，如有机酸(乳酸、乙酸等)、丁二酮、二氧化碳、过氧化氢等，来抑制致病类型的有害菌和外源病原菌[17]。乳酸菌能够调节机体胃肠道正常菌群，提高食物消化率和生物价，抑制肠道内腐败菌生长繁殖和腐败产物的产生[18]。在益生菌与石灰处理秸秆饲喂绵羊的试验中，发现益生菌对瘤胃pH无不良影响，处于正常范围之内[19]。枯草芽孢杆菌生长过程中产生多种物质(枯草菌素、制霉菌素、多粘菌素、短杆菌肽等)可以抑制病原微生物。益生菌发酵产品在控制致病菌引起的腹泻方面有很大的潜力，从发酵产品中提取出的乳酸菌，在作为抗菌药物或抗菌疗法很受欢迎[20-21]。

3.3 改善适口性，提高饲料的营养价值

益生菌在生长繁殖过程中可产生各种消化酶，能降解饲料中难以被动物利用的物质，提高饲料的可消化性。同时，发酵后的产品呈酸甜味，含有乙醇及多种酯类香气物质，畜禽喜食，适口性极好[22]，如芽孢杆菌具有很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶活性，可以提高三大有机物质的消化率，降解饲料中的抗营养因子。酵母菌体富中含有非常丰富的蛋白质、B族维生素、脂肪、糖、酶等多种营养成分。试验证明，饲料中加入酵母和枯草芽孢杆菌可提高动物饲料营养价值。王金斌等[23]以豆粕为发酵原料，枯草芽孢杆菌及热带假丝酵母为发酵菌种，最终产物粗蛋白含量提高了17.52%。用酵母菌发酵玉米秸秆显著增加了其粗蛋白质和粗脂肪含量[24]。饲料经过益生菌发酵后，淀粉、粗蛋白、粗纤维等大分子物质和植酸、单宁、抗胰蛋白酶、游离棉酚等抗营养成分得到一定程度的降解和转化[25]。当动物采食这种发酵饲料后，补充了自身产酶的不足，达到提高饲料转化效率的目的。

3.4 增强免疫系统，提高免疫力

益生菌发酵饲料进入动物消化道内时，益生菌是作为一种非特异性免疫调节因子，使肠粘膜内的相关淋巴组织活化，刺激肠道免疫器官的生长发育，动物抗体水平和巨噬细胞活性被提高，并且诱导T、B淋巴细胞和巨噬细胞产生细胞因子，通过淋巴细胞再循环使全身免疫系统活化。用无抗发酵饲料代替日粮饲喂断奶仔猪的，20% 无抗发酵饲料组能显著提高总蛋白(Serum total protein,STP)、免疫球蛋白G(IgG)的含量[26]，益生菌通过口服、灌胃等方式，均能提高动物的巨噬细胞能量水平，促进肠道分泌免疫球蛋白，进而增强机体免疫功能[27-29]。 当机体受到病原菌刺激时，定植在动物肠道上的有益菌通过刺激肠道细胞使机体产生免疫应答[30]。所以在生产上应用益生菌发酵饲料可以增强动物的免疫功能，提高抵抗疾病的能力。

4 益生菌发酵饲料的应用效果

应用益生菌发酵的方式来处理饲料，在畜牧生产中已经广泛应用，尤其是反刍动物。总结近些年来的研究报道，益生菌发酵饲料有以下作用效果：产生有利的代谢产物，调节体内微生态平衡；提高采食量；降低料肉比；促进动物生长；激活宿主免疫细胞，提高机体免疫功能。降低仔畜的腹泻率，对动物生长有利。

4.1 在羊生产上的应用

微生物发酵饲料饲喂山羊的试验中(乳酸菌、枯草芽孢杆菌)，以50%微生物发酵饲料+精饲料组和100%的发酵饲料组分别饲喂。两试验组粗蛋白、粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率都高于对照组[31]。添加酵母培养物的试验组羔羊腹泻率明显小于其他试验组[32]。 另外，对羊羔饲喂由布氏乳杆菌11A44发酵的野豌豆饲料，羔羊日增重为84 g，较对照组有显著提高，生产性能得到明显改善[33]。肉羊饲粮中添加地衣芽孢杆菌提高了中性洗涤纤维、有机物、氮、干物质、酸性洗涤纤维的表观消化率，提高了能量利用率，对酸碱度、挥发性脂肪酸浓度及比例等瘤胃发酵性能指标均无显著影响，升高了甲烷菌和原虫的数量[34]，添加芽孢杆菌具有提高羔羊育肥效果和屠宰性能的作用。说明益生菌发酵饲料、在羔羊补饲、成年羊育肥等方面作用效果明显[35]，在降低饲料成本，提高羊只增重方面效果显著。

4.2 在牛生产上的应用

余淼等[36]在微生物发酵饲料对肉牛免疫机能的影响研究中，运用酵母菌、芽孢杆菌、乳酸菌发酵饲料饲喂肉牛，结果表明，试验组能提高总蛋白(STP)、白蛋白(Serum albumin,ALB)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白M(IgM)含量，提高总抗氧化能力，增强超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)活性。微生态发酵饲料能促进奶牛对营养成分的消化吸收和利用[37]，提高奶牛饲料利用率，同时能抑制病原微生物的生长和繁殖，提高奶牛抗病能力，促进奶牛泌乳，并极显著降低牛乳中体细胞数提高牛乳品质。吴小燕等[38]用微生物发酵饲料代替奶牛基础日粮，结果表明，适当水平的微生物发酵饲料能提高泌乳奶牛的产奶量和饲粮各养分的表观消化率、改善乳品质。陈光吉等[39]用益生菌发酵酒糟饲喂牦牛，发现发酵酒糟可以提高牦牛的生产性能和对营养物质的消化率。徐晓峰等[40]试验结果也显示，断奶荷斯坦犊牛平均日增质量随酵母培养物添加量的增加而增加。由此可见，在幼龄反刍动物日粮中添加酵母培养物有利于提高其日增质量。符运勤[41]以地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌与植物乳酸杆菌的复合益生菌饲喂8周龄哺乳期犊牛，研究发现复合益生菌促进了纤维分解菌在瘤胃中的繁衍和定植。可见，微生物发酵饲料可以提高牛生产性能和免疫机能。

5 小 结

益生菌发酵饲料的有益作用日益受到人们的重视。在非常规饲料开发方面，丰富了饲料资源，提高了饲料的营养价值，进而改善畜禽对饲料的利用率,提高动物生产性能。但其在免疫调节上的作用尚未在分子基础上做一定论，这正是研究热点所在。对于反刍动物特有的消化环境，其具有抗生素的作用但不伤害瘤胃内环境的功能，所以可替代一部分抗生素的使用。减少动物耐药性的产生。另外，使用混菌发酵相比单菌株发酵效果好，生产中应多开发适宜的菌种组合。

益生菌发酵饲料在提高动物生产性能维持动物健康等方面显示了良好的前景，在预防因菌群失调引起的疾病方面，部分机理明确、疗效确切，安全性高，并且受到饲养者的青睐和专家的推崇。对于益生菌发酵饲料在反刍动物上的研究重点，将包括以下几点：(1)加强选育，寻找同种益生菌株中表达量高、定植能力强的菌株。(2)开发多种便于调节瘤胃菌群的菌剂，代替一部分抗生素的使用。(3)应制定统一的行业标准，便于控制益生菌发酵饲料的质量。(4)探索益生菌制剂与中草药的混合发酵。(5)研发用于规模化养殖场用的发酵设备，改进工艺流程，解决包装储存等问题。