青贮饲料的优良乳酸菌及其应用

徐进益 那彬彬 刘顺 陈超 孙红 郑玉龙

（贵州大学动物科学学院，贵阳 550025）

青贮能有效地保存饲草青鲜状态，同时提高饲料营养价值［1］、改善风味、增强适口性，是一种非常重要的饲草贮存方式。青贮发酵是一个极其复杂的微生物活动体系，原料附着的微生物种属、数量、活性、生长繁殖能力、产酸、耐胁迫能力以及环境温度等因素都能直接影响青贮效果［2］。一般来说，当乳酸菌成为优势菌群，青贮则容易成功，反之，好氧菌或霉菌成为优势菌群则会导致青贮失败［3］。因此，合理调节青贮内微生物群落是青贮成功有效措施之一［4］。所以，可以通过添加各式各样的青贮微生物添加剂提高青贮成功率，但由于大部分菌剂存在适用范围小、功能单一化等缺点，并不能满足不同原料、不同地区、不同气候环境下的实际生产。因此根据实际情况，从不同地方和来源筛选、分离、培育出更多优良青贮菌种用于生产，对改善各地区的青贮品质具有重要意义。本文基于国内外筛选的优良青贮乳酸菌及利用的相关研究，围绕青贮饲料优良乳酸菌种的类型、功能、作用机制、不同类型菌种的分离筛选以及应用等方面现状进行综述，并对其未来发展方向提出建议和展望，以期为后续的科研工作和实际生产提供参考。

1 青贮乳酸菌的类型及作用机制

随着现代分子生物技术与传统培养技术相结合，青贮饲料内越来越多微生物被发掘，已检测到的有乳酸菌、巴氏梭菌、厌氧芽胞梭菌属、芽胞杆菌属、肠杆菌属、乙酸菌、酵母菌等［5］，而对发酵起主要作用的是乳酸菌。

青贮中常见乳酸菌属主要有乳杆菌属（Enterococcus）、明串珠菌属（Leuconostoc）、肠球菌属（Lactococcus）、片球菌属（Pediococcus）、链球菌属（Streptococcus）、乳球菌属（Lactococcus）等［6］，根据代谢类型可分为同型乳酸菌（肠球菌属、片球菌属、链球菌属、乳球菌属、部分乳杆菌属）和异型乳酸菌（明串珠菌属、部分乳杆菌属），同型乳酸菌的代谢产物只有乳酸，而异型发酵乳酸菌除了乳酸，还有乙酸、乙醇和 CO2等。一般来说与同型发酵乳酸菌发酵相比，异型发酵乳酸菌青贮时的能量损失更高、干物质回收率更低，但它产生的乙酸具有较好的抑菌性，能有效提高饲料有氧稳定性［7］，逐渐受到人们的重视。相对来说，其中乳杆菌属的菌种类型最多，明串珠菌属和肠球菌属具有较高发酵潜力，而片球菌属属于产酸特性较好的兼性异型厌氧菌［8］，链球菌属和乳球菌属较少检测到。

乳酸菌的作用机制是在密闭环境快速生长繁殖，产生大量乳酸，形成酸性无氧环境后，有氧菌逐渐死亡，其进一步形成优势菌群，将更多碳水化合物转化成乳酸和其他有机酸（乙酸、丙酸等），将青贮饲料pH降得更低，达到抑制更多厌氧腐败微生物的生长繁殖和最大限度地减少营养物质的损失目的，使饲料得以长期保存［9］。因此，青贮时应用优良乳酸菌添加剂，能有效提高青贮成功率，加强青贮乳酸菌筛选以及菌剂开发研究很有必要。

2 传统常见乳酸菌的筛选及应用

随着青贮发展需要，人们不断探寻着能改善青贮质量的优良乳酸菌。目前学者们多以乳酸菌的产酸能力、活性高低、耐胁迫和抑菌能力以及对饲料有氧稳定性影响等传统筛选标准，筛选出了许多生理性能较好的菌种，且多数菌株在青贮实验中都有不错的应用效果。

2.1 产酸能力和活性强的乳酸菌

快速降低饲料pH是乳酸菌的主要目标，也是成功青贮的关键。较强的产酸能力能使pH快速下降，而活性越高越容易成为优势菌种，因此这两点常被学者作为筛选的首要标准。

首先，同型发酵植物乳杆菌是在青贮中应用最广泛的乳酸菌，多数地区均以其为主［10］，目前已有许多优良植物乳杆菌被筛选出来，如学者从泡菜中筛选的植物乳杆菌SD2［11］，从香蕉残次果和香蕉花上筛选的植物乳杆菌CG1、CG5、CG7和CH2［12］，还有从发酵柑橘皮渣［13］、天然发酵传统食品［14］分别筛选得到的植物乳杆菌Q5、A5，这些乳酸菌不仅活性高，而且产酸能力强，其中Q5发酵2 h即可进入对数生长期，而在香蕉残次果和果柄青贮中添加CG1后，处理组的pH、有机酸、常规营养成分等指标都表现更好。其次，还有学者从玉米中筛选得到的异型发酵短小乳杆菌SDMCC05029［15］，从葡萄藤、苜蓿、甘蔗尾等青贮饲料中筛选得到粪肠球菌P-2.1［16］、戊糖片球菌a144［17］、屎肠球菌（GN3、GN11、GN12）［18］、干酪乳杆菌Y42和副干酪乳杆菌Y32［19］等，均是产酸能力强、活性高的优良乳酸菌种，其中TSy1-3能快速将MRS液体培养基600 nm的光密度值升高到3.015，a144能够适应苜蓿低糖条件，将SDMCC05029添加到玉米秸秆青贮后能使pH值降低更迅速，而屎肠球菌GN3、GN11、GN12也能使三江源试验区燕麦青贮品质得到显著改善。

上述筛选得到的产酸能力强、活性高的优良乳酸菌多为同型乳酸菌，也有部分异型发酵乳酸菌，比如短小乳杆菌SDMCC05029［15］既能改善青贮品质，又对提高饲料有氧稳定性有非常重要的作用。而且，多数菌种均可作为制备青贮饲料发酵剂的优良菌种资源，但由于与生产实践结合不紧密，导致许多优良菌株无法得到实际应用，若能将其发展为商业菌株，则能更好服务于青贮饲料生产。

2.2 提升饲料有氧稳定性的乳酸菌

对于一些缓冲能值低的植物则易成功青贮，如全株玉米，但使用过程中容易发生有氧变质，一旦变质，则将前功尽弃，因此提升饲料的有氧稳定性也是重中之重。研究发现，接种某些异型发酵乳酸菌能有效提升饲料有氧稳定性，如万学瑞等［20］将从玉米青贮饲料筛选得到的5株乳酸菌（2株同型乳酸菌和3株异型乳酸菌），用作复合菌剂添加到全株玉米青贮中，有效提升了饲料的有氧稳定性，还提高了青贮品质。同样，Huang等［21］也将自筛菌株布氏乳杆菌9-2、10-1接种青贮玉米后，对照组相比，青贮料中乙酸浓度得到了提高，这两株菌在提高饲料有氧稳定性方面的表现更好。而琚泽亮等［22］将筛选得到的鼠李糖乳杆菌HT1添加于燕麦不同温度青贮后发现，45℃下HT1处理的乙酸含量更高，酵母菌和好气性细菌数量都较低，HT1处理有效提高了燕麦青贮饲料的有氧稳定性。异型发酵乳酸菌可能对发酵过程改善影响不大，但对防止饲料发生有氧腐败有重要意义。

青贮饲料有氧暴露变质是实际生产中无法避免的问题，有效增强饲料有氧稳定性有助于延长青贮饲料有氧暴露时间，为饲喂阶段争取时间，对饲料后期的利用有重要意义，因此该类菌株的筛选应作为常规持续关注的问题。

2.3 耐胁迫能力强的乳酸菌

乳酸菌除了需有较强的产酸能力和活性外，耐胁迫能力也很重要，其一定程度代表了菌株竞争力和适应力的强弱，而研究较多的主要是菌株对酸、低温和高温的胁迫能力。

乳酸菌的耐酸能力越好表明其能在更低的pH环境下正常生长，促进更好地发酵，如学者们从苜蓿制备菌粉中、蔬菜尾菜中分别筛选出来植物乳杆菌R1、R5［23］和植物乳杆菌C20［24］，还有从不同青贮中筛选得到乳杆菌SBR64.7［25］、植物乳杆菌SBR64.7［14］、干酪乳杆菌1-10［26］、戊糖片球菌F04［27］，其中多能耐pH为4的酸，F04在pH 3.5左右也能正常生长，能在12 h内迅速繁殖和产酸，而SBR64.7还表现出了对pH2.0耐受性，可以看出上述菌株的耐酸胁迫能力都很好，合理利用能使青贮pH降得更低。

青贮一般在秋天进行，对于一些常年温度较低的地区（如我国北方和西藏等地区）来说，秋冬季节温度更低，菌的活性会受到抑制，普通菌株往往改善效果不好。为了找到适宜西藏地区低温环境的发酵优良菌株，许冬梅等［28］从青藏高原牧草附着菌中筛选得到了4株优质乳酸菌（植物乳杆菌31、干酪乳杆菌Q5、戊糖片球菌Q6和棒状乳杆菌Q7），都在低温环境下表现出较高的活性和产酸能力。而荆佩欣等［29］将筛选的耐低温戊糖片球菌添加至垂穗披碱草青贮后发现，该组pH更低，乳酸含量更高，改善效果强于普通商业菌株。东北地区的高寒环境下对青贮发酵更不利，陈龙等［30］为了筛选适合高寒环境下低温青贮的菌株资源，从长白山原始森林土壤中分离到了3株植物乳杆菌C34、C37和C421，在低温条件下也有较好的产酸能力和活性。而在我国某些南方地区的高温高湿气候，往往会导致发酵温度更高，青贮成功率降低，因此耐高温菌种的筛选也很有必要。学者从西南高温高湿地区青贮饲料中筛选出的植物乳杆菌LP14937［31］和从玉米原料中筛选的鼠李糖乳杆菌753［32］，均能在45℃高温条件下较快生长且产酸能力强，而且LP14937还有较好的耐盐和酸碱胁迫能力、糖源利用能力，这类乳酸菌的应用有望提高热带和亚热带地区青贮饲料品质，应用到青贮实验中能为实际生产提供一定参考。

常年生活在这些极端环境中的菌株，对环境已有了较好的适应力。特殊环境下往往存在许多具有适应该地区的特殊生理能力的天然优良乳酸菌菌群，这些菌种有作为该环境下青贮优良后备菌种的潜力，将这些优良乡土菌种资源加以正确发掘和利用，有利于建立适用于这些地区青贮饲料的技术体系。

2.4 抑菌能力较好的乳酸菌

青贮发酵时有害菌（霉菌、大肠杆菌和酵母菌等）的繁殖生长，会大量消耗饲料营养物质，严重则会青贮失败，特别是对于缓冲能值较高的植物，自然青贮更易腐败霉变。因此筛选抑菌能力好的乳酸菌有助于改善发酵过程，提高青贮品质，郝湘妹等［33］从实验室保存乳酸菌中筛选到能抑制黑曲霉、米曲霉及其它曲霉菌活性的植物乳杆菌ZZUA493，且将其添加到苜蓿青贮后能显著降低青贮料的pH，增加乳酸和乙酸的含量，提升青了贮品质；还有学者从青贮料中筛选出有防霉效果好的魏斯氏球菌DHL-9［34］和能明显抑制黄曲霉菌的植物乳杆菌［35］，抑菌效果均不错。而酵母与大肠杆菌的繁殖会导致饲料营养物质快速流失，抑制其生长有助于保证发酵的正常进行，因此有学者尝试从青贮料中筛选能抑制大肠杆菌的乳酸菌，最终分离得到了一株植物乳杆菌YM1.1［36］，抑菌直径能达到（11.5±0.17）mm；还有学者从不同植物表面和青贮中分离得到植物乳杆菌ZZUA341［37］、植物乳杆菌ZZU203［38］、植物乳杆菌R4-26［39］和戊糖片球菌P16和希氏肠球菌C20［40］均具有较好的抑菌性能，其中P16不仅对大肠杆菌的抑制能力强还具有很好的耐酸盐胁迫能力，而植物乳杆菌R4-26对真菌毒素有很强的抑制作用，用其作添加剂处理青贮后，有效地抑制霉菌的生长，改善了青贮质量。

由此可见，筛选出抑菌能力较好的乳酸菌并加以实际利用，不仅能改善青贮发酵过程提升青贮品质，还能一定程度上减轻由霉菌造成的污染，提高饲料的安全性和饲喂价值，为寻找生产安全、无毒青贮饲料的生物方法奠定一定的基础。

3 特殊功能乳酸菌的分离筛选及应用

人们已根据传统的筛选标准筛选分离了许多优良菌珠，并取得了不错的应用效果，但随着青贮产业的发展与进步，部分根据传统标准筛选的菌种在实际生产中已经满足不了青贮需求，因此根据一些新标准筛选特殊功能优良菌种是发展所趋。

3.1 木质纤维素降解乳酸菌

植物细胞壁主要有纤维素、半纤维素、木质素及其它成分组成，而这些纤维组分被大量阿魏酸酯键交联，形成了极其复杂的结构，抑制了多糖的降解，不利于青贮发酵，同时木质纤维素还是影响反刍动物消化的重要因素之一。青贮时添加降解细胞壁的酶（如纤维素酶或阿魏酸酯酶）可以有效提高纤维素降解，增加成功青贮率，但由于酶成本较高，不易实际推广，因此筛选产降解酶的乳酸菌成为新的研究热点。

纤维素酶是能直接降解纤维素的高效复合酶，为获得产纤维素酶活较高的乳酸菌，研究者从常年食用高纤维素饲草的西藏牦牛的瘤胃液里筛选得到的屎肠球菌Y83即具有较高的降解纤维素的能力，将其用于狼尾草青贮后，有效提高了青贮水溶性碳水化合物的浓度，处理组具有更高的乳酸浓度和更低的氨基酸、氨态氮和干物质损失［41］；还有学者从新鲜苜蓿中也筛选得到3株纤维降解能力高且具有遗传稳定性的突变菌株［42］，将其用于调制高纤维含量牧草青贮时，不仅有效降低纤维素含量，还提高了饲料的适口性和发酵品质。而阿魏酸酯酶具有破坏木质素和多糖之间醚键的活性，能增加多糖与降解酶之间的可及性，间接降解纤维素，近年来筛选利用产阿魏酸脂酶乳酸菌来改善发酵过程的研究也逐渐增多，如从不同菌源处筛选出来的戊糖片球菌W16、发酵乳杆菌H2［43］、噬淀粉乳杆菌CGMCC 11056、嗜酸乳杆菌CCTCC AB2010208、香肠乳杆菌CCTCC AB2016237和发酵乳杆菌CCTCC AB2010204［15］等都能产阿魏酸酯酶，其中A1在25-50℃的温度和pH5.0-7.0的酸碱度条件下有稳定良好的产阿魏酸酯酶能力，用A1能使玉米秸秆青贮料中有更的高乳酸含量和更低的pH、木质纤维素含量，而将CGMCC 11056、CCTCC AB2010208、CCTCC AB2016237和CCTCC AB2010204作 为 复 合添加剂青贮玉米秸秆使得饲料pH值下降的更低，乳酸菌数量和乳酸含量明显提高，还有研究发现在狼尾草青贮时添加产阿魏酸酯酶乳酸菌也能有效提高纤维素降解率和青贮品质［44］。上述结果表明，产阿魏酸酯酶和纤维素酶乳酸菌能有效提高木质纤维素原料的降解率，促进青贮发酵，为开发提高青贮饲料品质和消化率添加剂提供了新目标，极具应用潜力。

3.2 益生功能的乳酸菌

部分青贮饲料里存在有害细菌产生的一些有害毒素，动物不断食用会导致体内毒素逐渐累积，从而诱发各种疾病。因此降低饲料毒素或添加对动物有益的物质，在一定程度上可以起到预防动物疾病和促进动物健康的作用。

近年来，有学者已经开始筛选一些能结合或降低饲料毒素或产生有益物质的新型益生乳酸菌，如Niderkorn 等［45］筛选出的链球菌和肠球菌就能结合镰刀菌毒素，将其添加到镰刀菌毒素污染的玉米青贮饲料中能起到一定的解毒作用，有助于减少动物进食后体内积累的毒性；另外，还有研究人员从玉米青贮筛选得到的干酪乳杆菌L30，能结合49.2%黄曲霉毒素［46］；从玉米和油菜草中筛选得到的鼠李糖乳杆菌753［32］在湿热条件下能抑制黄曲霉毒素B1的积累；而从玉米青贮饲料中分离到的植物乳杆菌CAAS18008能降低血清低密度脂蛋白胆固醇、总胆固醇和肝脏总胆固醇水平，应用潜力巨大［47］。丙二醇是预防和治疗奶牛酮病最有效办法，但直接使用丙二醇适口性较差、成本高，李雁冰［48］从青贮玉米窖中筛选得到产丙二醇的布式乳杆菌，将其添加到青贮玉米中后饲喂发现，奶牛健康有明显改善，其虽未能直接影响奶牛酮病，但为通过在青贮中添加产生对动物有益物质的益生乳酸菌种促进动物健康和降低养殖成本提供了新思路，在未来应该更加重视益生特性乳酸菌的筛选利用。

表1详细列出了近几年国内外筛选出的部分优良青贮乳酸菌种，包括菌种来源、类型、主要优势等，以期为后续优良乳酸菌分离筛选及应用提供参考和借鉴。

表1 近几年国内外筛选出的部分优良青贮乳酸菌Table 1 Excellent lactic acid bacteria screened at home and abroad in recent five years

4 前景与展望

近年来人们已从各类植物原料表面、青贮饲料中、传统发酵食品里等多种菌源处筛选了许多优良特性的乳酸菌株，有效解决了部分原料附着的有益菌种数量少、活性低和生理特性差的问题。同时各类优良乳酸菌的分离筛选与应用，为更多商业菌剂的开发奠定了基础，而且相比于一些的化学添加剂来说，乳酸菌制剂还具有无毒无害、安全廉价的优势，现在越来越受到人们的青睐，市场需求进一步扩大，发展前景更加广阔。虽然目前取得了一定的成绩，但是相对发达国家来说，我国还有许多不足之处，因此，在今后的研究中，更应该加大科研投入力度，不断发掘与分离筛选出更多具有优良特性、新型功能的乳酸菌株并探究其对青贮发酵的影响、深入探索乳酸菌在青贮中的深层作用机制以及其与不同菌种之间的互作网络和作用机理、优化组合不同菌种和确立配伍禁忌、加快开发更多适合特殊地区的优良乳酸菌添加剂、建立地方性优良青贮乳酸菌种资源库、开发质量稳定种类齐全的通用商业乳酸菌剂，为青贮产业添加剂的发展奠定坚实的基础，促进青贮产业更好、更快的发展。