饲用益生素的研究进展

廖灵通，李 垚，孟玉玲，鲁东东，朱鹏飞，王 蕾，李丕武

[齐鲁工业大学（山东省科学院）生物工程学院 山东省微生物工程重点实验室，山东 济南 250353]

饲用益生素是一种微生物制剂，在畜牧行业中，它具有促进动物生长发育、防治疾病的作用。从目前的应用情况来看，它有望成为替代抗生素的无毒、安全的饲料添加剂。抗生素在畜禽养殖业中已经有60多年的使用历史，低剂量的抗生素对提高动物生长性能和防治疾病方面的作用是肯定的[1]。但是，随着养殖规模的不断扩大，引发了许多滥用抗生素的不合理现象。过量使用抗生素，会造成动物肠道微生态失衡，引发外源感染和二重感染；长期使用抗生素，会致使病原菌产生抗药性，加剧了抗生素的使用剂量；而残留于农产品和环境中的抗生素最终又会威胁人类的健康。因此，解决滥用抗生素所带来的食品安全和环境问题已经迫在眉睫。2006年欧盟各国已经全面禁止将抗生素作为动物饲料添加剂，世界各国也相继限制抗生素的使用[2]。而益生素作为一种绿色环保的益生菌制剂，由于其具备无残留、无污染、无耐药性的特点，得到了人们的重视。首先人们将益生素作为替代抗生素的绿色饲用添加剂，并且对其进行了大量深入研究。抗生素在畜禽养殖业中的应用原理是抑制或杀灭动物机体内的所有病原菌，这个过程没有选择性，大量的肠道有益菌群也同时被杀死；与此相对照，益生素的作用在于提高肠道内的有益菌群的定植和繁殖能力，调节肠道微生态，从而达到了促进动物的生长和防治疾病的效果[3]。目前，益生素在动物养殖中使用越来越多，有逐步取代抗生素的趋势。近年来，随着对益生素及其效果的深入研究，复合菌制剂研究和运用也成为新的研究热点。

1 益生素的分类和特点

益生素菌种的主要来源是动物肠道正常生理菌和非生理菌。不同菌种对动物生理代谢有不同的效果。根据作用效果将不同益生菌可分为生长促进剂和微生态治疗剂；按益生素所用菌种的不同可分为乳酸菌制剂、酵母菌制剂和芽胞杆菌制剂等；按菌种组合不同又可分为单一菌制剂和复合菌制剂。

1.1 单一菌制剂

1.1.1 乳酸菌制剂：乳酸菌广泛地存在于人和禽畜的肠道中，是益生菌菌剂的主要来源之一。乳酸菌具有提供营养功能、促进营养物质吸收、抑制病原菌、改善胃肠道微生态环境、防治疾病和增强免疫力的功能。乳酸菌的缺点是耐热性差，一般65～75℃条件下会死亡，在制剂制备过程中死亡率高。乳酸杆菌制剂是一种活乳酸菌制剂，能在厌氧或兼性厌氧的条件下生存，有较强的耐酸能力，无毒副作用，并且能促进免疫组织和器官生长发育，提高免疫力。在动物体内，其能够促进厌氧菌群生长，限制需氧菌群生长，维持微生态环境平衡。用于制备微生态制剂的乳酸菌菌种主要有嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、德式乳杆菌乳酸亚种、植物乳杆菌等。

1.1.2 芽胞杆菌制剂：芽胞杆菌在动物胃肠道中分布较少，但被广泛地运用到微生物饲料添加剂中，对提高产品质量有着显著的效果。作为一种好氧菌，芽胞杆菌能够产生芽胞，使其具有耐酸、耐碱、耐高温和耐挤压的特性。芽胞杆菌制剂能够产生多种酶，具有调节动物肠道菌群平衡、促进消化吸收、改善动物体微生态环境、促进动物肠道发育、提高动物生产性能的作用。适用于芽胞杆菌制剂的菌种主要有地衣芽胞杆菌、枯草芽胞杆菌等。

1.1.3 酵母菌制剂：动物肠道中酵母菌的数量较少，但仍可发挥一定的生理功能，且以应用于反刍动物效果最好。酵母菌作为益生菌制剂，由于其含有多种氨基酸、维生素，添加到饲料中，能为动物提供多种营养，提高消化酶活性，改善胃肠道微生物平衡，提高动物采食量和对矿物质、维生素的消化率，增强免疫力。适用于酵母菌制剂的菌种主要有产朊假丝酵母、酿酒酵母等。

1.2 复合菌制剂

不同的微生态制剂，其作用机制、途径和解决的问题各不相同（见表1）。仅靠单一的某类微生态制剂，往往很难完全满足养殖对象所需要的生态和生理要求。然而复合菌协同共生、优势互补，应用效果一般比单一菌剂更显著。复合益生菌制剂是由多种菌按照一定比例配制而成。在一定条件下，各种菌种之间会产生相互促进的协同作用，而不是相互颉颃的抑制作用，共同完成对动物机体的调节。根据具体的养殖种类，选择几种或几类菌种联合配伍，共同发挥协同的有益作用，才能取得较好的效果。高凤祥[12]研究发现，在基础饲料中分别添加枯草芽胞杆菌、地衣芽胞杆菌、嗜酸乳酸杆菌、双歧杆菌、复合芽胞杆菌、复合乳酸菌、复合益生菌，可提高消化道酶活性，促进大菱鲆幼鱼生长，并且添加复合益生菌的效果要好于单一益生菌。郭欣怡等[8]为探讨不同益生菌制剂对肉鸡生长性能、免疫功能和肠道菌群的影响，在肉仔鸡的日粮中分别添加乳酸菌、丁酸菌和复合菌制剂，结果显示，在日粮中添加乳酸菌、丁酸菌和复合菌均可提高肉鸡的生产性能、增强免疫功能、改善肠道菌群。在肉仔鸡饲料中添加乳酸菌、丁酸菌、复合菌制剂后，其日增重提高、料重比降低，其中复合菌提高日增重作用显著。

表1 复合益生菌剂的研究

2 益生素的制备工艺

益生素的制备工艺过程与发酵剂制备工艺相似，主要包括筛选菌种、培养复壮、菌体发酵、浓缩干燥、制剂贮藏等步骤[13]。选择优良的菌种、优化制备技术以及采取适当的运输和贮藏措施，都是益生素制备工业需要注意的关键问题。

在菌种选择方面，最好选择来自动物自身肠道中的有益菌群，并且经过不断的反复筛选。微生态制剂菌种的选择应符合以下条件：安全性好，无毒害作用；耐高温，能够保证微生态制剂经过干燥过程后有较高的成活率；菌种进入动物消化道后，能在肠道表面定植，具有耐胃酸、耐胆盐等不利环境的能力；能产生促进消化道吸收营养或抑制病原菌的物质等。针对不同菌种所采用的制备工艺也有差异，如乳酸杆菌耐高温、耐高压的性能差，在粉料中使用效果好，在颗粒中使用效果差；芽胞杆菌能耐高温、高压及酸性环境，以芽胞杆菌为主制成的微生态制剂制成颗粒制剂效果好。

在制剂工艺方面，考虑到菌剂运输和贮藏的周期较长，在此期间，要求菌剂保持较高存活性和稳定性，因此，细胞培养完成后，菌剂的分离干燥工艺需要不断优化。菌体的浓缩技术包括喷雾干燥技术和冷冻干燥技术；包埋技术包括巨包埋技术和微胶囊包埋技术。冯超[14]研究中，在挤压法制备植物乳杆菌微胶囊制剂中，将微胶囊化技术与真空干燥方法相结合，通过优化工艺取得了最佳的包埋效果，通过改良冻干保护剂和改良干燥方法，极大地提高菌体的抗逆境能力和存活率。王继芳等[15]，使用低温浓缩喷雾干燥技术来制备复合益生菌制剂，通过优化喷雾干燥技术工艺参数：进风温度135℃，出风温度55℃，固形物质量分数30%，优化后所得益生菌微生态制剂所含水分质量分数达3.60%，活菌数达1.25×1012/g，储存1年后，活菌菌群数量仍保持在107/g以上。

总之，在益生菌生长、干燥和储存的工业过程中，菌种的生理学、特异性以及生产条件的研究对开发和生产稳定高效的益生菌产品起着决定性作用[16]。

3 益生素在动物养殖方面的应用

3.1 在家畜养殖中的应用

在改善家畜肠道菌群平衡的应用中，益生菌的添加，可以促进生长，防御肠道疾病，降低腹泻率，提高饲料转化率，提高畜产品产量。陈振等[6]研究表明，添加1.0‰复合益生菌可改善断奶仔猪生长性能，可显著降低胃和十二指肠内容物pH值；显著提高仔猪的肝脏指数和脾脏指数；显著降低仔猪的腹泻率（P＜0.05）。 高印等[17]研究发现，在断奶仔猪饲料中添加益生菌发酵苹果渣后，粪便中菌群总数显著增加（P＜0.01），粪便中大肠杆菌数量和腹泻率明显降低，断奶仔猪的生长性能实现一定的提高。马晓春等[18]研究发现，通过使用益富源食用菌，有效防治牛、羊的便秘、腹泻、下痢、消化不良，有效率高达85%，提高牛、羊的抗应激能力，促进牛、羊肠道发育，增强消化酶的活性，提高饲料利用率（10%～30%）。 刘星等[7]研究了在日粮中添加复合益生菌对荷斯坦奶牛产奶量及乳品质的影响，结果表明较对照组奶量提高了4.67%，乳干物质和乳脂率提高了12.8%、13.8%，明显提高奶牛产奶量，并能有效改善乳品质。夏天婵等[9]在奶牛日粮中添加20 g/d的复合益生菌，结果表明复合益生菌能明显能够提高泌乳中后期奶牛的产奶量，提高瘤胃中NH3-N和微生物蛋白（MCP）含量（P＜0.05），粗蛋白（CP）和粗脂肪（EE）表观消化率均显著提高（P＜0.05）。

3.2 在家禽养殖中的应用

在家禽养殖中，益生素的添加，对促进家禽的生长，抑制肠道有害菌繁殖，改善养殖环境和提高畜产品品质等具有很大的影响。殷璐瑶等[19]在蛋鸡饲粮中添加益生菌的研究结果表明，抗生素组蛋鸡盲肠中有害和有益菌群均减少，而益生菌组蛋鸡盲肠内有益菌群密度、丰度均增加，有害菌群减少，饲粮粗蛋白质和钙的表观利用率均有提高。张金生等[20]选取健康朗德母鹅，并在其饲料中添加益生素，结果显示，益生素对提高朗德鹅的产肝性能、促进脂肪代谢、改善机体的消化和免疫状况都有显著效果。孙艳发等[21]在低蛋白饲粮中添加益生素，粗脂肪的表观利用率提高了7.34%（P=0.04），具有提高蛋雏鸡营养物质表观利用率，降低日采食量、料肉比和N、Ca、P排泄量的趋势（P＞0.05）。孙淑霞等[22]研究发现，添加 0.2%益生素时，左家雉鸡免疫器官指数增高，血清总蛋白升高，尿素氮含量降低，红细胞数量增加，白细胞数量有所降低。潘淑惠等[4]在饲料中分别添加复合芽胞菌制剂和自制复合益生素制剂后，鸡舍内NH3平均浓度分别降低24.81%和47.71%（P＜0.05），舍内环境空气中平均活菌数分别减少21.83%和40.12%（P＜0.05）；鸡粪中氮含量降低 14.97%和 56.69%（P＜0.05）， 磷含量降低 13.95%和 63.27%（P＜0.05）。

3.3 在淡水鱼养殖中的应用

表2 益生菌的配伍使用研究

常见的水产动物饲料中使用的益生菌主要包括芽胞杆菌、乳酸菌、酵母等。益生菌能起到促进鱼类生长发育、提高免疫力、增强消化酶活性、抑制有害菌群繁殖等作用。在有的报道中益生素的使用还能改善水质，提高鱼类养殖水质。何伟聪等[23]在饲料中添加枯草芽胞杆菌、嗜酸乳杆菌或二者的混合物，结果表明，均能促进军曹鱼幼鱼的生长，提高免疫酶和消化酶的活性，持续投喂较非持续投喂效果更好，且混合益生菌混合物的投喂效果最佳。赖凯昭等[10]分别在奥尼罗非鱼基础饵料中添加 0、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%和 0.7%复合益生菌，饲养102 d后，奥尼罗非鱼平均增重、增重率和特定生长率提高的最大幅度分别为11.98%、19.43%和6.99%，饵料系数最大降幅为9.77%，肠道蛋白酶活性提高的幅度为29.54%～49.81%；Sun等[24]研究了在石斑鱼幼鱼养殖过程中添加短小芽胞杆菌对幼鱼消化道的影响，结果表明短小芽胞杆菌能够选择性地刺激有益菌群的生长，同时抑制某种有害菌群的生长。王志敏[25]在养殖点带石斑鱼的水体中，添加活菌制剂，利用闭路内循环方式，实现了净化水质的目的，试验结果表明：NMX菌、科恩菌、EM菌3种活菌制剂对NH4+-N的降解率分别为39.0%、30.5%、20.4%；NO2--N的降解率分别为45.7%、40.4%、13.6%。王利等[26]制备了 3 种益生菌复方发酵制剂，并投入到饲养过鱼的水样中，检测其净化水体能力，结果显示，3种复方发酵试剂均有一定改善水质效果。

4 益生菌制剂与其他益生物质的配伍使用

在动物养殖中，加强微生物制剂与其他制剂之间的科学配伍研究，可以推进动物微生态学与动物营养学等学科交叉，使益生菌制剂的效果得到更加充分的发挥。目前已经尝试与微生物制剂配伍的物质包括益生元、酶制剂、中草药制剂等（见表 2）。吴宁等[27]通过使用酸化剂、益生素、中草药提取物部分或全部代替饲料中的益生素，结果显示仔猪生长性能得到改善、腹泻率有所降低。胡贵丽等[28]在良凤花肉鸡饲粮中添加益生菌和复合酶制剂（包括单宁酶、木聚糖酶、β-甘露聚糖酶、蛋白酶和淀粉酶），可以提高粗纤维的表观消化率。吴明谦等[29]将枯草芽胞杆菌和乳酸杆菌和中草药联合使用，使断奶仔猪的平均日增重、血清中抗体含量均显著提高，肠道菌群结构得到优化。王学东等[30]在1日龄樱桃谷肉鸭养殖中，利用复合芽胞杆菌、酵母细胞壁和核苷酸组成的合生元代替黄霉素后，使其生产性能和免疫机能提高。李元凤等[31]在妊娠后期母猪日粮中添加低聚木糖和益生菌，发现断奶仔猪成活率与母猪胎次与低聚木糖和益生菌的添加水平有关。

5 展望

随着经济的发展、人民生活水平的提高、消费者的保健意识和环保意识的不断提升，益生菌制剂市场也迎来空前的发展。使用益生素已被许多研究者描述为改善动物健康的一种有效的策略[34-37]，在畜类、禽类、鱼类等养殖行业中扮演着越来越重要的角色，目前其在提高动物生长性能、提高动物免疫力、改善养殖环境等各方面，都具有明显的作用[38-40]。然而益生素的使用仍然仅限于实现预防疾病、增强免疫力和促进生长等目的，而抗生素能快速有效地达到治疗疾病的目的，所以目前饲用益生素还不能完全替代抗生素的使用。饲用益生素的研究和使用，今后还应侧重以下几个方面的研究：①益生素菌种的筛选。选育具有一定耐性和抗性的菌种，在安全性的基础上，利用分子生物学技术，改造已有菌种，开发新菌种；②不断改进现有的菌剂制备工艺，优化分离浓缩生产工艺，提高益生菌制剂中活菌的数量及稳定性；③使用复合益生菌以及利用微生物制剂与益生元、酶制剂、中草药制剂或其他制剂之间的科学配伍，最大限度地发挥益生菌制剂的效用。因此，益生素的研究仍有巨大的潜力，相信经过不断地探究和发展，饲用益生素一定会在养殖行业中发挥更大的优势和作用。

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