乳酸菌在奶牛上应用的研究进展

刘大森 常晓峰

(东北农业大学，黑龙江哈尔滨150030)

乳酸菌是一类能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的革兰氏阳性菌的统称，基于其安全可靠性、种类和功能多样性，现已广泛应用于食品、饲料以及医药等诸多领域中。此外，乳酸菌也广泛分布于动物整个胃肠道，是动物体内源性微生物群中促进动物机体健康的重要成员[1]。近些年来，乳酸菌研究发展迅猛，用于实际生产中乳酸菌产品丰富多样。乳酸菌制品在反刍动物上，尤其是在奶牛方面，已经取得较为可观的效果。

目前应用于实际生产方面的乳酸菌种类有：嗜酸性乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌、双歧杆菌、坚强肠球菌、粪肠球菌和屎肠球菌，使用率较高的主要为嗜酸性乳杆菌、植物乳杆菌和干酪乳杆菌。同时，由于用途和方式等不同，有效活菌剂量大小也不尽相同。用于青贮的乳酸菌有效活菌剂量一般较小，约为1×105～1×107CFU/g鲜草，用于直接饲喂或包被的乳酸菌有效活菌剂量相对较大，约为1×108～1×1010CFU/g，饲喂量在30～80 g左右。

1 乳酸菌在青贮饲料制作中的应用

1.1 提高青贮品质

青贮过程中饲料的品质与奶牛的健康以及产出息息相关。传统的青贮方法存在易发霉变质、有害菌种较多的劣势，直接影响到奶牛的健康和经济效益。近几年来，为了改善青贮品质，在青贮过程中添加乳酸菌青贮添加剂，得到了人们广泛的认可，并已成为畜牧业中制作青贮饲料的首选添加剂。将乳酸菌添加剂投入到饲料的青贮过程中，通过大量增加乳酸菌的数量，使之成为主要的菌体群落，利用乳酸菌产乳酸的特性，降低pH 值，抑制腐败菌的代谢生长，降低了乙酸、丙酸等短链脂肪酸含量和氨氮含量[2]；抑制植物体内的呼吸酶，减少能量和蛋白质的损失，极大限度保护青贮料的营养价值[3]；提高有氧稳定性，降低二次发酵的概率[2]；乳酸菌产生的抑菌物质，如抑菌素、细菌素和过氧化氢等，保证了青贮的安全性。同时，添加乳酸菌还可以通过改善饲料的色泽、气味、质地和口感，减少干物质、能量和蛋白质等营养的损失，使得更多的营养物质得以保留，代谢合成多种小分子物质，如B族维生素、菌体蛋白和小分子肽等，大大提高了青贮饲料的益生营养价值，最大限度的提高奶牛的生产性能。

1.2 提高饲喂青贮效果

通过给奶牛饲喂用添加乳酸菌制成的青贮料，已经得出了较为统一的结果，即提高了奶牛的采食量、饲料利用率、产奶量以及乳品质等。据报道，给奶牛饲喂经过嗜酸性乳杆菌处理过的紫花苜蓿提高了乳产量和乳成分的含量[4]。Daniel等[2]研究表明，给奶牛饲喂乳酸菌青贮料，提高了干物质的采食量、表观消化率和饲料利用率，产奶量、校正乳、乳脂和乳糖也有所提高。刘飞等[5]用玉米乳杆菌和坚强肠球菌进行玉米青贮，饲喂奶牛后发现牛奶产量每头每天增加0.77 kg，牛乳中的蛋白质和非脂乳固体的含量显著提高。肖健[6]用乳酸菌发酵苹果渣青贮饲喂奶牛，发现可以提高奶牛的采食量和饲料转化率以及产奶量，效果显著。刘晗璐等[7]用植物乳杆菌和蒙氏肠球菌调制无芒雀麦青贮饲喂给西门塔尔牛，数据表明试验牛的干物质采食量和乳脂率显著提高，干物质消化率提高了4 个百分点，产奶量(P＞0.05)和乳脂肪的(P＜0.05)含量上升。李永凯[8]给奶牛饲喂接种乳酸菌制剂的玉米秸秆青贮饲料，一定程度上提高了乳产量及乳脂肪、乳蛋白质和非脂乳固体含量和产量。

2 给奶牛饲喂乳酸菌效果

2.1 给犊牛饲喂乳酸菌效果

Busconi等[9]报道，初生不到10 d的小牛感染致病菌通常会导致严重的腹泻以及高死亡率。有研究表明，死亡初生犊牛的超过50%是由于腹泻引起的[10]，给养殖业带来了巨大损失。初生犊牛的瘤胃发育不完善，消化道内接近无菌状态，胃肠道pH 值接近中性，生物防御屏障不完善，对一些病原菌的抵抗力低下，是造成高腹泻率的内在因素。目前，针对初生犊牛易感疾病的发生以及自身独特的生理特性，已经应用于临床措施主要是采用中药、抗生素以及微生态制剂，特别是乳酸菌类制剂。Hamza等[11]报道，给犊牛饲喂嗜酸性乳酸菌（27SC）与对照组相比显著降低了腹泻指数，提高平均日增重。Kim 等[12]给断奶前的犊牛饲喂乳酸菌，发现犊牛的腹泻率（14%）明显低于抗生素组（40%），可能是肠道内乳酸菌的数量大于大肠杆菌的数量，为优势菌群。Bartkiene 等[13]发现，乳酸菌可明显抑制新生犊牛大肠杆菌、沙门菌等各种致病菌和机会性菌株的活性，并且具有稳定血液pH 值，降低乳酸浓度，降低患酸中毒风险及肝损害风险。Soto 等[14]报道，给犊牛饲喂含有乳酸菌的奶中，实验组的乳酸菌/大肠杆菌比值大于对照组，并且饲料效率和增重大于对照组，说明乳酸菌对犊牛生长性能与防止腹泻具有积极影响。Frizzo 等[15]用干酪乳杆菌、唾液乳杆菌和嗜酸链球菌混合溶液与日粮配合饲喂犊牛，发现具有间接刺激瘤胃和网胃的早期发育，利于断奶的良性作用。Agazzi 等[16]研究表明，给犊牛饲喂乳酸菌制剂，粪中乳酸菌/大肠杆菌的比值明显增加，腹泻的发生率下降。Nakanishi 等[17]添加嗜酸乳杆菌的荷斯坦犊牛与未添加的犊牛相比，30 d内出现反刍现象，说明了嗜酸乳杆菌可促进瘤胃发育的能力。董晓丽[18]研究发现，给断奶后犊牛饲喂乳酸菌可明显提高饲料转化效率。因此，给犊牛饲喂含乳酸菌的制剂或乳，可帮助其快速建立防御屏障，促进瘤胃的生长发育以及饲料转化效率，降低疾病的发生率。

2.2 给泌乳奶牛饲喂乳酸菌效果

与犊牛阶段不同，成年奶牛胃肠道微生物区系已趋于稳定。随着科技的进步以及追求养殖效益的最大化，很多学者已经开始将乳酸菌制剂应用于成年奶牛的研究，意在探索解决一些成年奶牛常见的疾病、提高奶牛免疫系统和提高牛奶产量以及乳成分，满足市场的不同需求。已经有大量研究表明，给奶牛饲喂乳酸菌制剂确实会对动物健康以及牛奶质和量等方面产生有益的效果。给奶牛饲喂乳酸菌制剂根据调节的目的和部位不同，饲喂方式也不同，分为直接饲喂调节前胃和进行包被来调节后消化道。

直接饲喂微生物(DFM)被Krehbiel 等[19]定义为活的、自然存在的微生物的来源，被广泛用于乳制品生产，以改善动物生产性能、饲料效率和健康[20]，并且已经成为一种普遍接受的做法[21]。由于可用于实际生产的包被技术依旧处在探索阶段，其实践性成果少之又少，而直接饲喂方便快捷的优势，使其得到了相对广泛的推广，目前应用于直接饲喂的乳酸菌研究已取得良好的效果，并且已经推出相应的产品。

2.2.1 饲喂乳酸菌预防乳房炎

奶牛乳房炎是受到物理、化学和微生物刺激后所发生的一种炎症变化，是奶牛的一种常见病、多发病，也是造成奶牛业内经济损失最严重的疾病[22]。现在临床上多采用抗生素方法治疗乳房炎，简单快捷方便，但存在产生诸多不可控的缺点，存在如细菌耐药性、食品和生态安全性隐患、复发率较高等，而乳酸菌制剂具有绿色安全、无毒无抗的优异特性引起诸多学者的兴趣[23]。有研究发现，乳酸菌具有较高的定植能力和中等的表面疏水性[24]，可抑制乳腺炎致病菌的生长[25]，甚至取代致病菌的生物膜而形成其自身的生物膜[26]，有望取代抗生素治疗乳腺炎。焦丽英等[27]报道，用复合乳酸菌微生态液降低了78.3%的乳房炎患牛的乳体细胞数。Yan 等[28]报道，嗜酸链球菌和植物乳杆菌内的生物表面活性剂可影响金黄色葡萄球菌生物膜相关基因的表达，干扰QS系统信号分子的释放，可作为治疗剂预防乳房炎感染。Pellegrino 等[29]研究表明，乳酸菌以团簇的形式黏附于乳头管细胞表面，并展示出自动抑制的能力，可明显抑制致病菌金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的活性，有作为益生菌预防干奶期牛乳腺炎的潜力。许女等[30]用乳酸菌对奶牛乳房炎大肠杆菌的黏附抑制作用发现，乳酸乳球菌CM2可抑制排斥56.21%的大肠杆菌，干酪乳杆菌CI2 可与39.21%的大肠杆菌发生抑制作用。Bouchard 等[31]用干酪乳杆菌对金黄色葡萄球菌感染的乳房炎治愈效果进行研究，发现干酪乳杆菌减少了80%的金黄色葡萄球菌在乳房内定植的数量，治疗效果明显。杜芳等[32]研究发现，乳酸菌复合制剂可降低乳中体细胞数，对预防奶牛隐形乳房炎发生具有积极作用。杨慧娟等[33]用含有干酪乳杆菌和植物乳杆菌的商用乳酸菌微生态制剂饲喂奶牛，结果显示可显著降低奶牛平均体细胞数，降幅为23.8%到62.8%。Pandey 等[34]用含有Lacticin的消毒液处理乳头10 min可减少泌乳奶牛乳头金黄色葡萄球菌、停乳链球菌和乳房链球菌80%、97%和90%，效果明显。

2.2.2 饲喂乳酸菌提高机体免疫力

在奶牛的肠道中，存在树突细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、T淋巴细胞以及B淋巴细胞等聚集在淋巴结、黏膜固有层和上皮内的多种免疫细胞以及分泌的多种免疫因子。乳酸菌作为一种益生菌可刺激肠上皮细胞继而激活免疫应答机制，例如机体的特异性免疫应答、非特异性免疫应答以及免疫球蛋白水平。Matsuguchi等[35]报道的干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌等乳酸菌可以刺激巨噬细胞产生细胞因子（TNF-），调节了宿主的免疫系统。Beecher 等[36]研究表明，乳球菌DPC 3147 可使奶牛体内的白细胞介素IL-1β和IL-8的免疫基因表达明显增加，能够导致快速和可观的先天免疫反应。刘华伟等[37]用不同量的乳酸菌制剂饲喂奶牛，数据表明，与对照组和试验1组（每头每天饲喂15 g）相比，试验2组（每头每天饲喂30 g）奶牛血清中IgG 含量均有显著提高，分别高出了35.5%和31.9%，试验2 组中奶牛血清中的可溶性CD4 含量较对照组有显著提高，提高了17.4%。Peng 等[38]用超声波处理的粪肠球菌灌注奶牛的前乳区，发现灌注1周后显著增加了前乳区的中性粒细胞数量，且未出现相应的炎症症状，说明经超声波处理后的肠球菌可以增强奶牛乳房的固有免疫。乳酸菌制剂抑制有害菌主要是因为乳酸菌及其代谢产物中富含乙酸、乳酸等有机酸而造成的酸性环境，协同产生的各种抑菌物质，如细菌素和过氧化氢等，均使得有害菌活性降低，数量减少，达到提高免疫力的效果[39-40]。

2.2.3 饲喂乳酸菌改善瘤胃菌群区系，提高饲料消化率

乳酸菌是奶牛瘤胃和肠道内微生物的重要组成部分，具有一定的增强奶牛的免疫力，构建生物屏障的功能。乳酸菌在发酵的过程中产生的乳酸、乙酸和乙醇等有机酸能降低胃肠道环境的pH值和Eh值，增加肠道蠕动频率，抑制沙门氏杆菌、李斯特氏杆菌、葡萄球菌等病原体的恶性繁殖。邱凌等[41]发现，饲喂乳酸菌制剂的奶牛增加了肠道内菌群的多样性，促进了肠道内微生物的定植，菌群的稳定性提高，起到抑制致病菌生长的作用，从而提高了机体抗病能力。董晓丽[18]研究表明，饲喂乳酸菌可使黄色瘤胃球菌和白色瘤胃球菌的数量均显著低于对照组，明显影响瘤胃微生物区系。艾日登才次克等[42]用复合乳酸菌饲喂奶牛，数据表明，试验后的采食量上升，试验前试验组和对照组的饲料消化率平均值分别为97.90%和98.27%，试验1 个月后两组分别为98.47%和98.20%，试验组的饲料消化率有所提升，对照组有所下降，说明在采食量上升的同时，更能提高消化率，进而进一步提高奶牛的产奶量。Knight 等[43]直接将乳酸菌与荷斯坦奶牛日粮混合使用，发现检测到的菌落数与预测的菌落数出现差异，且发现DFM 产品对奶牛生产性能、日粮消化率和瘤胃发酵等略有增加。Basauri 等[44]报道，当奶牛接种乳酸菌后，出现饲料消耗少而产奶量提高，且Boyd 等[45]也报道给奶牛饲喂乳酸菌，可以提高产奶量和消化率，可以缓解热应激效应。

2.2.4 饲喂乳酸菌提高产奶量和奶品质

近年来，通过给奶牛饲喂益生菌从而提高饲料的消化率以及提高动物产品的质和量已成为动物营养的热门方向之一。李晶等[46]研究表明，添加乳酸菌微生态制剂能够提高奶牛的产奶量，并且随着乳酸菌微生态制剂使用时间的延长，奶牛产奶量不断增加，提高了奶牛的饲养效益。张善亭等[47]发现，用复合乳酸菌制剂有提高产奶量和饲料转化率的趋势。蒋小艺等[48]研究结果表明，在奶牛日粮中添加乳酸菌后，奶牛的产奶量显著增加且乳成分与乳酸菌的添加量呈正相关。邱凌等[41]研究表明，对热应激奶牛饲喂乳酸菌复合制剂，极显著的增加产奶量，乳品内的蛋白质、乳糖和非脂乳固体含量增加，有效改善了乳品的品质。张海荣等[49]用乳酸菌混合菌液饲喂奶牛，发现饲喂含有乳酸菌的奶牛平均每天能够提高14.8%的产奶量，并且降低了乳中的体细胞含量。刘华伟等[37]用复合乳酸菌制剂饲喂奶牛，发现每头牛每天饲喂30 g的乳酸菌制剂，实验组的日产牛奶量比对照组增加了2.28 kg，差异显著。于长青等[50]在奶牛日粮中添加一定量的含有植物乳杆菌的益菌康，发现奶牛的平均单产奶量增加1.05 kg，乳脂率、乳蛋白和乳糖分别增长0.12%、0.16%和0.04%，可见乳酸菌对奶牛的牛奶产量和乳成分产生有益影响。张克梅等[51]用乳杆菌、链球菌和枯草杆菌的混合制剂饲喂奶牛60 d，试验组比对照组每头奶牛日产乳显著增加1.76 kg，乳脂率略微增高，与Boyd等[45]用嗜酸性乳酸菌和玉米混合饲喂奶牛的研究结果相似。Oetzel等[52]通过每天给产前和产后奶牛饲喂2 g DFM产品，表明奶牛牛奶脂肪比例增加，且DFM的添加量对牛奶产量的影响较大。

2.3 包被乳酸菌的应用

现在已经意识到，如果肠道内含有足够多的乳酸菌，会对宿主的机体产生良好的健康效应。但乳酸菌就必须在瘤胃内严酷的环境中生存下来，并且以相当的数量到达后消化道，使其能够定植和增值[53]，才会在后消化道内产生有益作用。据报道，对乳酸菌进行包被后，可以提高乳酸菌的抗逆性。刘媛等[54]发现，用改性海藻酸钠包被的乳酸菌，机械强度和溶胀性显著增强，在模拟胃液中活菌数增加，模拟肠液中，释放总量提高38.5%，且高比例乳酸菌在后期释放。魏华等[55]用复合膜包被乳酸菌，使在模拟胃液中存放90 min，发现与未包被的乳酸菌相比，成活量提高了四个数量级，且在模拟肠液中溶解性较好。刘丽英等[56]用2%的海藻酸钠通过挤压制备的乳酸菌在模拟胃液中没有发现破损，而在模拟肠液中完全破损，说明包被乳酸菌的效果良好。李详明等[57]采用明胶和阿拉伯胶为原料运用化学法制备出乳酸菌包被制剂，在干燥过程中和长时间的贮存时间内，经过包被的乳酸菌的存活率明显高于未包被组。屈方宁[58]用海藻酸钠和魔芋匍甘聚糖或古洛糖醛酸片段作为复合壁材制备植物乳杆菌包被剂，发现微包被的乳酸菌在模拟胃液的存活率从23.3%增至63.7%，在胆盐溶液中的存活率从2.0×10-1%增至6.4×10-1%，均具有显著性差异。王森等[59]用海藻酸钠-壳聚糖双层包埋乳酸菌，包埋组在模拟胃液中要比未包埋组的菌株存活率高出12.49%～42.12%，且包被状态稳定，在胆汁酸盐溶液中的存活率达35.63%，远远高于未包埋组的0.84%，并能够释放出大量乳酸菌，能够达到在肠道中定点释放的效果。

现阶段，乳酸菌包被技术仍处于一个探索发展状态，大规模产业化的生产还未形成，乳酸菌的主要利用形式还是以直接饲喂或者进行青贮为主。将包被技术真正应用于实际生产中还有待考究。

3 预防、治疗产后子宫内膜炎

奶牛的子宫功能常因为产犊后的细菌污染和炎症而受到损害。许多奶牛子宫因受到感染而生育率低下或者不孕不育，而被从奶牛群中剔除[60]。据报道，加拿大奶牛群中奶牛的剔除率已超过30%[61]。随着国际对抗生素的使用产生越来越多的抵触，安全绿色的微生物制剂应运而生。多项研究表明，乳酸菌可以通过降低炎症相关因子的水平，对机体产生有益影响[62]。Genis 等[63]用联合乳酸菌调节基底组织炎症和大肠杆菌感染，发现联合乳酸菌可明显降低急性炎症促炎因子CXCL8和IL-1β的表达，降幅达4.7倍和2.2倍，减弱甚至逆转大肠杆菌对子宫内膜细胞的病理作用，显示乳酸菌对治疗子宫内膜炎的潜力。研究表明，鼠李糖乳杆菌可显著的降低促炎因子IL-8和IL-1β的表达，分别降低98.83%和80.92%，乳酸片球菌可降低大肠杆菌17%的感染率，罗伊氏乳杆菌和米酒乳杆菌可有效预防大肠杆菌引起的子宫内膜炎，且有效率分别达到87%和78%[64]。Ametaj等[65]用清酒乳杆菌和嗜酸片球菌的混合菌剂饲喂妊娠期的奶牛，数据表明，在产后三周内子宫的被感染率极显著地降低，降幅为32.5%，且血液中一种常与子宫感染相关的结合珠蛋白[66]含量较低。Genis 等[67]给产前奶牛饲喂乳酸菌，可降低58%的子宫炎的发生率以及血液中的嗜中性粒细胞基因的表达。Deng等[68]实验数据表明，给奶牛产道灌注乳酸菌，产后妊娠角和子宫体的CSA 较小，血清中的PGFM 和孕酮浓度较高，卵巢恢复期较早，可加快子宫恢复速度，有利于提高奶牛繁殖性能，可起到提前预防奶牛产后出现子宫感染炎症的症状。同时，还发现给临产前后经阴道输注乳酸菌混悬实验表明，实验组可降低子宫炎的发生，降幅分别为22%（P＜0.05）和32%（P＜0.01），以及极显著的降低总子宫感染率[69]。李炳志[70]研究表明，通过用分离自健康奶牛生殖道内乳酸菌的微生态制剂发酵液对患有子宫内膜炎的病体奶牛子宫灌注发现，病体奶牛的子宫内膜炎的有效率达95.23%，治愈率高达85.71%，说明乳酸菌可作为益生菌用于治疗奶牛子宫内膜炎，改变用抗生素治疗的现状，为预防和治疗产后奶牛子宫内膜炎提供新思路。

4 乳酸菌应用前景

近几年来，很多国内外学者持续关注乳酸菌的研究，并且也创造了相应的科研成果，给绿色畜牧业的持续发展带来了很大的希望。乳酸菌在奶牛研究和应用上具有十分广阔的研究前景，它的产生和发展符合时代的发展和现代的绿色安全环保理念。探索新的乳酸菌微生态制剂的制备方法，直接关系实际运用效果的关键因素，开发新型的乳酸菌产品，将是未来生物科技发展的趋势，将为饲料加工行业和养殖业提供一条高效、绿色、无污染的新途径，生产安全、放心的绿色畜产品。