凝结芽孢杆菌生物学特性、益生机制及其生物学功能

2021-12-05柯轲，方端，高福，李军，秦玉

畜禽业 2021年4期

柯轲，方端，高福，李军，秦玉

(微康益生菌(苏州)股份有限公司，江苏苏州 215200)

0 引言

随着抗生素耐药性、药物残留等问题突显，国家已于2020年全面实施“饲料禁抗”政策。凝结芽孢杆菌作为替抗微生态制剂之一，拥有独特的菌株特性和保健功能，应用效果也逐渐得到行业的认可。从凝结芽孢杆菌生物学特性、益生机制和生物学功能三个方面进行综述，为畜牧生产提供依据。

1 凝结芽孢杆菌及其生物学特性

1.1 凝结芽孢杆菌概况

凝结芽孢杆菌具有芽孢体形态耐高温，营养体形态产乳酸的特性。1974的第八版《伯杰氏鉴定细菌学手册》将其划分为芽孢杆菌属。1980年，学术界根据其产生L-乳酸和凝结素的特性，将其命名为凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)[1]。2004年，中国农业部批准了将凝结芽孢杆菌作为肉鸡和生长育肥猪饲料添加剂的申请；2018年，农村农业部将凝结芽孢杆菌的适用范围扩大至犬、猫。

1.2 凝结芽孢杆菌生物学特性

凝结芽孢杆菌属革兰氏阳性菌，兼性厌氧，在30℃～55℃条件下均可生长，其最适合生长温度为37℃～45℃、较嗜热，最适宜生长pH为6.6～7.0，适合在畜禽肠道中大量生长繁殖[2-3]。

凝结芽孢杆菌为同型发酵乳酸菌，其代谢主要产生L-乳酸，同时含少量甲酸、乙酸、丙酸等[4]，具有与乳酸菌、双歧杆菌相似的肠道益生功能[3]。此外，凝结芽孢杆菌代谢产抑菌物质-凝结素，具有广谱抗菌性，该抑菌物质能耐高温但对蛋白酶敏感，类似抗菌肽[5]。

凝结芽孢杆菌芽孢形态拥有很强的耐高温特性。王金果等在模拟极限制粒温度模型下，将凝结芽孢杆菌100℃水浴10 min，存活率仍能达到96.4%[6]。在实际80℃过制粒生产试验中，凝结芽孢杆菌的存活率达到92.9%[7]，与枯草、地衣芽孢杆菌的存活率相当。

2 凝结芽孢杆菌的益生机制

2.1 消耗游离氧气

凝结芽孢杆菌以芽孢体形态与食物一同进入胃肠道，能在葡萄糖等萌发剂的作用下快速变为营养细胞[8]。其兼性厌氧的特性，可在有氧环境中快速生长繁殖，约30 min即可繁殖1世代。通过迅速消耗游离氧气，创造胃肠道的无氧环境，有助于乳杆菌、双歧杆菌的生长定植。

2.2 产酸及抑菌素

凝结营养体代谢产物以L-乳酸为主，降低胃部及后肠道pH值，抑制有害菌和腐败菌的生长繁殖。同时分泌抗菌肽类抑菌物质，抑制大肠杆菌、产气荚膜梭菌等，起到调节菌群结构的功能[9]，有助于幼龄动物肠道优势菌群的定植，减少营养性腹泻。

2.3 代谢产酶

凝结芽孢生长过程中分泌多种消化酶[10]，能通过生物酶解作用促进大分子营养的降解，有助于动物对饲料营养的消化。此外，乳酸、乙酸等物质易与钙、磷等形成有机矿物盐[11]，提升畜禽对无机微量元素的吸收利用。

2.4 强化先天免疫力

凝结芽孢菌体表面含众多活性抗原，能刺激机体非特异性免疫反应，可提升肠绒毛自然杀伤细胞和吞噬细胞活力，增强sIgA分泌量[12]。菌体代谢产生的胞外多糖也具有抗氧化能力，能减少组织器官的炎症反应和氧化损伤。

3 凝结芽孢杆菌的生物学功能

3.1 促进消化，改善生长性能

完整的肠道形态结构和菌群结构，是饲料营养物质能高效吸收利用的前提。日粮添加凝结芽孢杆菌有助于正常肠道微生物区系的形成，分泌大量消化酶协助大分子营养的酶解，起到促进消化吸收的作用。

周映华等在断奶仔猪日粮中添加凝结芽孢杆菌，结果显示试验组平均日增重显著高于对照组，料肉比指标较对照组提高了8.96%。Chen等在生长育肥猪日粮中添加凝结芽孢杆菌，也得到类似的结果，证实其生产性能得到显著提高[13]。

黄遵锡等在产蛋高峰期蛋鸡日粮中添加凝结芽孢杆菌，不合格蛋的比例显著降低，料蛋比指标较对照组下降了4.37%，改善了蛋鸡生产性能[14]。谢丽曲等在樱桃谷肉鸭日粮中加入凝结芽孢杆菌制剂，经过21 d试验期，料肉比指标显著降低，平均日增重也得到改善[15]。Zhou等在广西三黄鸡日粮中添加凝结芽孢杆菌，日增重和料肉比方面也得到了相同的结论，并且鸡肉品质得到提高[16]。

王彦波用含凝结芽孢杆菌日粮饲喂罗非鱼。结果显示，鱼肌肉中钙、磷和粗脂肪的含量均有提高，有利于促进罗非鱼的生长[17]。此外，有研究表明凡纳滨对虾饲料中添加凝结芽孢杆菌，试验组的增重率和特定生长率均优于对照组，饵料系数和成活率指标都得到改善。

以上试验结果均表明，凝结芽孢杆菌在畜禽、水产应用中都起到了改善生产性能的作用。

3.2 抗氧化功能，提升机体免疫力

免疫系统是畜禽对抗外来病原的防御系统，而抗氧化能力是免疫防御相关细胞功能正常发挥的重要保障。一旦氧化应激反应骤增，机体将受到氧化损伤，甚至导致一系列炎症反应。因此，机体免疫功能基于平衡的抗氧化系统而建立。

有试验证实，凝结产生的胞外多糖能提高NK细胞活性，能提高动物的体液免疫和细胞免疫水平，具有抗氧化能力。谢丽曲等试验同样证实，日粮中添加凝结芽孢杆菌能显著提高樱桃谷鸭血清谷胱甘肽过氧化物酶活性[15]。Kwaku等的研究表明，凝结能显著提高血清肝脏抗氧化酶活性，并降低MDA含量，从而抑制氧化损伤诱导的相关疾病[18]。研究发现，饲喂凝结芽孢杆菌可显著提高血清IgG和IgM的含量。Pan等研究发现，饲喂凝结芽孢杆菌30 d后，石斑鱼和斑马鱼体内几种与免疫相关的基因的表达量显著提高，可有效抵御创伤弧菌的感染[19]。

综上所述，日粮中的凝结芽孢杆菌对于畜禽抗氧化损伤、提升免疫力具有促进作用。

3.3 抑制病原菌，调节消化道的微生态平衡

病原菌在肠道中大量繁殖后，会产生多种肠毒素、损害肠黏膜，最终引起肠道炎症感染，危害畜禽健康。凝结芽孢杆菌通过与有害菌竞争结合位点、竞争营养，从而抑制病原菌的繁殖；同时通过产酸、耗氧、产抑菌素等途径，刺激肠道固有菌的生长，甚至使失调的肠道菌群正常化。

高书锋等(2015)将凝结芽孢杆菌复配到断奶仔猪日粮中，发现试验组平均日增重提高13.38%，粪样大肠杆菌数量降低92.87%，沙门菌数量降低85.96%，乳酸菌数量提高130.43%，平均腹泻率降低71.21%，试验组粪样氨气含量降低5.69%。黄遵锡也对28日龄断奶仔猪开展了凝结芽孢杆菌对比试验，结果在平均日增重和料肉比方面，也得到了相似的试验结果[20]。Lan R等的研究结果证实，凝结芽孢杆菌能显著提升肠道乳酸菌数量[21]。蒋小丰的试验结果也证实，凝结芽孢杆菌降低大肠杆菌与乳酸菌的比值，起到了降低乳仔猪腹泻率的作用[22]。Hung等试验结果表明，其筛选的凝结芽孢杆菌能提高肉用仔鸡的饲料转化率，增加空肠乳酸菌数量并减少大肠杆菌数，调节肠道微生物的菌群平衡[23]。

以上结论相似的研究均表明，凝结芽孢杆菌在抑制病原菌、调节肠道菌群方面具有确切的生物学功能。