复合益生菌在畜禽养殖中应用的研究进展

2022-10-22凡中坤徐建雄张洪才

饲料工业 2022年19期

■凡中坤朱凯沈斌徐建雄张洪才*

（1.上海明珠湖肉食品有限公司，上海 201306；2.光明牧业有限公司，上海 200436；3.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240；4.上海市兽医生物技术重点实验室，上海 200240）

抗生素的滥用已严重破坏生态平衡、威胁畜牧业的可持续性发展和人的身体健康，自2020 年在动物养殖中禁止使用抗生素以来，寻找替代抗生素的新型无抗产品显得尤为重要。无抗饲料添加剂是动物饲喂时添加的少量或微量物质，旨在保证动物健康、节省饲料成本、改善畜产品品质、提高饲料转化率和动物生产性能等，主要有复合益生菌、益生元、酶制剂、有机酸、免疫刺激剂、细菌素、噬菌体、植物源性饲料添加剂和精油等。

复合益生菌、抗菌肽和酶制剂在动物中的饲喂效果如表1所示，益生菌因价格低、来源广和效果好等优点，被广泛用于改善动物肠道生态平衡和动物免疫力，然而，益生菌在肠道内的菌落数要达到106lg CFU 才能发挥益生功能。目前市面上的益生菌产品主要以液体或干粉为主，益生菌难以在动物小肠内保持较高的生物活性，在实际生产中常选用芽孢杆菌或后喷涂的方法提高益生菌的活性。复合益生菌能改善断奶仔猪营养状况、调节免疫功能、提高生长性能和降低腹泻率，具有安全无污染、无药物残留、不易产生耐药性等特点，是良好的抗生素替代产品。因此，文章系统综述了益生菌的种类、作用形式及其在畜牧业中的应用，展望今后的发展前景和面临的挑战。

表1 复合益生菌、抗菌肽和酶制剂在动物中的饲喂效果

1 复合益生菌

复合益生菌主要由多种益生菌、益生元和酶制剂组成，能够提高动物对日粮中粗蛋白和无氮浸出物等营养物质的消化能力。益生菌常以复合益生菌的形式使用，具有降低消化道pH、抑制致病菌、改善黏膜免疫和增强肠道健康等功能，此外益生元可以被动物体内益生菌选择性吸收，通过促进益生菌增殖代谢等方式增强益生菌的作用。益生菌因来源广、成本低、安全性高和效果佳等优点，是今后动物生产中常用的无抗添加剂之一。

复合益生菌主要以乳酸菌群、酵母菌、光合菌群、放线菌群和线状菌群等为主。如①乳酸菌能产生非特异性免疫调节因子，提高动物的免疫机能；②光合菌能为其他有益微生物繁殖提供营养;③酵母菌产生发酵力有增殖作用，能提高动物对营养物质的消化、吸收利用；④放线菌能产生抗菌物质、抑制病原生长，降低发病率；⑤线状菌有除臭作用。5 大菌群常以自生和共生协同发挥作用。微生物发酵产物包括氨基酸、维生素、酶制剂、有机酸和活菌制剂等。以酶制剂为例，发酵过程中能产生蛋白酶、淀粉酶和植酸酶等活性消化酶，将饲料中大分子或难消化的营养物质降解为小分子和易吸收的氨基酸或小肽，不仅能提高饲料消化利用率，也有助于蛋白质合成，进而提高动物生长性能。

2 复合益生菌的作用形式

复合益生菌可通过改变微生物区系改善肠道健康，从而减少有害细菌的生长、增强免疫调节和反应、提高养分消化率、降低与免疫系统刺激相关的维持能量需求、改善健康状况和提高动物的生长性能。此外，复合益生菌也能降低免疫刺激和提高饲料利用效率。虽然不同的益生菌对肠道环境的影响有所不同，但作用机制主要分为4 个方面：①提高养分消化率；②肠道微生物群的调节；③减少腹泻和抗毒素作用；④调节宿主免疫反应。

2.1 提高养分消化率

复合益生菌可改善肠道健康和提高饲料利用率已成为非抗生素饲料研究的重点之一，如魏清甜等（2014）在断奶仔猪饲料中添加200 g/t粪肠球菌，采食量增加12.24%，而腹泻率下降57.22%，此外可增强免疫功能和减少大肠杆菌数量。Meng等（2010）表明含0.2%芽孢杆菌制剂的饲料能提高仔猪的平均日增重和平均日采食量，降低料重比，显著改善肉色评分和提高猪肉的pH和保水性。Shen等（2009）表明含酿酒酵母的饲料能显著提高断奶仔猪的平均日增重和饲料转化率（P＜0.05），提高仔猪空肠绒毛高度和空肠绒毛高度/隐窝深度值，调节肠道免疫反应和改善仔猪的生长性能。唐武等（2021）表明添加0.05%丁酸梭状芽孢杆菌可改善环江香猪血浆中氮代谢和脂代谢相关的生化指标，10 d 至65 d 香猪腹泻率降低3.29%，平均日增重却增加7.1 g。

Wang等（2013）表明敌草枯注射液降低断奶仔猪的生产性能和增加了血浆皮质醇、肾上腺素、羰基和丙二醛的水平，添加发酵乳杆菌I5007 后可改善抗氧化防御系统，减轻敌草快对猪的伤害和提高猪的生产性能。Cai等（2015）表明与对照猪相比，饲喂复合益生菌（1.5×105CFU）产品的猪（断奶后15 d至42 d）的十二指肠、空肠和回肠绒毛更长。Sun 等（2021）表明肠毒性大肠杆菌（ETEC）使空肠绒毛高度和隐窝深度降低，空肠肿瘤坏死因子α（TNF-α）增加，回肠隐窝深度增加，血清神经肽（NPY）降低。然而添加复合益生菌可降低血清TNF-α、降低空肠丙二醛含量、增加血清激素水平、增加空肠绒毛高度，尤其是绒毛高度与隐窝深度之比。因此复合益生菌通过减少肠道炎症、氧化应激和形态学损伤来增强生长性能，从而可降低断奶仔猪因ETEC引起的腹泻。

2.2 调节肠道微生物菌群

在调节肠道微生物群或肠道微生态系统方面有二种主要机制，即竞争性排斥和直接抗菌抑制。在自然环境下，有害微生物可定植猪小肠（称为菌群失调）产生有毒代谢物，可导致腹泻、便秘、溃疡或中毒。Wang 等（2018）报道在饲料中添加植酸菌ZLP001（5.0×109CFU/g），饲喂时间30 d，可抑制大肠杆菌诱导的肠道通透性的增加；减少白细胞介素6（IL-6）、白细胞介素8（IL-8）和TNF-α的表达；防止紧密连接蛋白的增加。Bajagai 等（2016）表明在猪饲料中添加益生菌可增加猪肠道中乳酸杆菌的数量，减少猪肠道中的梭菌、大肠杆菌和肠杆菌属的含量。Pospískova 等（2013）也表明饲喂单一粪肠菌培养物可显著减少断奶母猪粪便中的大肠杆菌和产气荚膜梭菌的数量。

2.3 减少腹泻和抗毒素作用

Bhandari 等（2010）表明产生大肠杆菌素的益生菌可阻止ETEC K88黏附到肠道黏膜，从而防止ETEC引起的断奶仔猪腹泻。此外，膳食中添加微囊化粪肠球菌可显著降低口服ETEC 的断奶仔猪腹泻的发生率。此外，Lv等（2015）在饮食中添加益生菌或富含硒的益生菌（嗜酸乳杆菌和酿酒酵母），在高温环境下，断奶仔猪的腹泻发病率显著降低。饮食中补充粪肠杆菌可抑制大肠杆菌附着在小肠上皮的情况。Daudelin 等（2011）也表明服用乳酸片球菌或酿酒酵母可限制大肠杆菌（携带F4/K88菌毛）对回肠黏膜的附着，从而抑制病原体致病的侵染。

2.4 调控宿主免疫反应

宿主免疫系统可通过分泌各种免疫效应因子，如黏蛋白、分泌型免疫球蛋白A（sIgA）、再生胰岛素Ⅲ（Reg Ⅲ）和防御素来调节肠道菌群平衡。通过补充益生菌调节肠道菌群以维持肠道微生态系统平衡，宿主负责先天免疫反应和获得性免疫反应，也可调节胃肠菌群平衡，但前者益处优于后者。Hong 等（2005）研究表明芽孢杆菌可抑制胃肠道感染，包括免疫调节和抗生素的合成，在体外和体内模型试验表明益生菌可恢复小肠黏膜屏障功能。此外，益生菌也可以通过调节细胞骨架和紧密连接蛋白的磷酸化来增强肠道屏障的功能，从而影响肠道黏膜细胞的相互作用和细胞的“稳定性”。据报道从新生仔猪空肠中部分离的上皮细胞系（IPEC-J2模型）是研究微生物和宿主之间相互作用的经典体外模型。Wu等（2016）研究了植物乳杆菌对ETEC在肠道上皮细胞中引起的上皮屏障破坏的保护作用和相关机制，保护机制可能与黏液或氯化物的分泌改变有关，或者与上皮细胞紧密连接蛋白的表达变化有关。

复合益生菌与肠道菌群的互作有助于肠道黏膜免疫系统的发展和调节，除了与宿主免疫系统的相互作用外，对代谢利用途径、免疫调节以及肠道菌群基因表达的调节等深入研究是未来研究的热点。研究不同类型的肠道微生物及其调节机制，特别是肠道微生物群与黏膜免疫之间的调节机制对畜禽养殖业发展具有重要意义。

3 复合益生菌在畜禽养殖中的应用

3.1 益生菌在猪上的应用

魏清甜等（2021）在断奶仔猪饲料中添加200 g/t粪肠球菌，日增重达321.91 g，采食量增加12.24%，腹泻率下降57.22%，能增强体液免疫功能，减少肠道大肠杆菌数量。Hong 等（2005）表明芽孢杆菌可抑制胃肠道感染，增强免疫调节和抗菌素的合成。Meng 等（2010）表明饲喂0.2%的芽孢杆菌制剂可提高生长育肥猪日增重和采食量、降低料重比、显著改善肉色评分和改善猪肉pH和系水力。Shen等（2009）表明饲喂酿酒酵母可显著提高断奶仔猪平均日增重和饲料转化率，提高仔猪空肠绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度值，调节肠道免疫反应，改善仔猪生长性能。唐武等（2021）表明添加0.05%丁酸梭菌可改善环江香猪氮代谢和脂代谢相关的血浆生化参数，10～65 d的香猪腹泻率降低3.29%，平均日增重提高7.1 g。微胶囊包埋益生菌可保护其免受外界不利环境影响，前期研究表明制备益生菌微胶囊的最佳工艺为3%海藻酸钠、0.2%明胶、2%氯化钙、800 r/min 搅拌速度和0.3%的益生菌微胶囊，在优化条件下可提高仔猪生产性能和免疫力。张阳等（2021）研究复合微生态制剂与黄芪多糖（APS）对生长育肥猪免疫和抗氧化功能的影响，结果表明与对照组相比，处理组可显著提高第57 天和第85天生长育肥猪血清溶菌酶活性（P＜0.05），提高生长育肥猪的免疫功能，复合益生菌与APS在生长育肥猪细胞免疫、细胞因子调节和抗氧化等方面都存在一定协同效应。

3.2 复合益生菌在牛羊上的应用

孟竞尧等（2021）探究复合益生菌对4～6 月龄荷斯坦犊牛生长性能、养分表观消化率及血液生化指标的影响。复合益生菌包含地衣芽孢杆菌（活菌数≥2.0×109CFU/g）、枯草芽孢杆菌（活菌数≥2.0×109CFU/g）和米曲霉（活菌数≥2.0×104CFU/g），结果表明4 月龄犊牛日粮中复合益生菌的适宜添加量为3 g/kg，可显著提高断奶期犊牛日增重（高244.45 g）、饲料转化效率（P＜0.05）和增强免疫力（P＜0.05）。李洵（2021）也探究复合益生菌对犊牛生长性能和肠道发育的影响，分别给犊牛饲喂1.0%、2.5%和5.0%的复合益生菌，结果表明添加复合益生菌的试验组犊牛平均日增重、体躯指数、体长指数显著高于对照组（P＜0.05），犊牛十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度值均显著高于对照组（P＜0.05），而牛腹泻率显著低于对照组（P＜0.05）。杨明等（2020）研究复合益生菌培养物对肉羊生长性能、粪便微生物菌群结构及血液生化指标的影响，添加不同水平复合益生菌培养物（5.0%）可提高肉羊的生产性能、改善肠道微生物菌群结构和提高肝肾代谢水平。

3.3 复合益生菌在家禽养殖中的应用

益生菌和益生元改变肠道微生物群和免疫系统，以减少病原体在特定条件下的定植。如Talebi 等（2008）研究表明复合益生菌可提高肉鸡体重，降低饲料系数，提高肉鸡生长性能，且可增强新城疫病毒和传染性法氏囊病疫苗的抗体反应。梅文晴等（2021）在肉仔鸡日粮中添加100 mg/d复合益生菌，14 d时体重增加约7%，十二指肠绒毛高度增加，隐窝深度降低（P＜0.05），绒毛高度与隐窝深度的比值（V/C）极显著升高（P＜0.01），从而潜在影响肉鸡早期和后期的生长性能。张利环等（2021）探讨3种益生菌对肉鸡生长性能、肠道消化吸收功能的影响，干酪乳杆菌组、嗜酸乳杆菌组、乳双歧杆菌组的活菌密度分别为3×109、4.4×109CFU/mL和4.15×109CFU/mL。张利环等（2021）报道，与对照组相比，益生菌组肉鸡的平均日采食量无显著变化，平均日增重显著提高，且乳双歧杆菌组肉鸡的生长性能最好，益生菌组的小肠绒毛高度显著提高，隐窝深度显著降低，在第21天时干酪乳杆菌组与乳双歧杆菌组空肠的淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶活性与葡萄糖转运载体2（GLUT2）mRNA表达量显著提高。

叶思霖等（2021）研究复合益生菌替代抗生素对白羽肉鸡消化器官、免疫器官及血清生化指标的影响。试验组饲喂基础日粮添加1‰（低剂量组）、1.5‰（高剂量组）的复合益生菌，试验期为42 d，第21天和第42天分别从每组随机抽取8 羽鸡，进行消化器官、免疫器官指数的测定，并检测血清生理生化指标的变化。结果表明与对照组相比，复合益生菌能极显著增加42 d 组肝脏、十二指肠、空肠和总肠道重量及指数（P＜0.01），极显著降低21 d低剂量组脾脏重量及其指数（P＜0.01）。樊海苗等（2021）研究复合益生菌对北京油鸡屠宰性能和肉品质的影响，育雏期添加0.5 kg/t，育成期添加0.7 kg/t。各处理组北京油鸡屠宰率、半净膛率、全净膛率、胸肌率、腿肌率和腹脂率均无显著差异（P＞0.05），胸肌和腿肌pH、肉色、滴水损失率、蒸煮损失率和剪切力也均无显著差异（P＞0.05），且处理和性别也没有表现出显著的交互作用（P＞0.05）。但复合益生菌和杆菌肽锌组北京油鸡胸肌粗脂肪含量较对照组分别降低36.67%和28.81%，粗蛋白含量分别提高1.78%和2.00%。孙波等（2021）也研究复合益生菌发酵饲料对纳雍土鸡生长性能、屠宰性能和肉品质的影响，与对照组相比，试验组平均日采食量显著提高3.25%（P＜0.05），平均日增重显著提高5.91%（P＜0.05），料重比显著降低2.44%（P＜0.05），屠宰率、半净膛率、胸肌率、腿肌率、pH 分别显著提高2.47%、1.19%、3.37%、2.23%和1.54%，滴损失率、烹煮损失率显著降低2.65%和2.37%（P＜0.05），结果表明复合益生菌发酵饲料可显著改善纳雍土鸡的生长性能、屠宰性能和肉品质。

益生菌与有害微生物竞争营养物质（竞争性排斥）建立健康的胃肠道微生物内环境具有重要的作用。此外益生菌可增加消化酶活性，抑制病原体生长或中和肠毒素，调节宿主免疫发育，改变肠道微生物活性，从而提高动物的采食量和营养物质的消化吸收能力。然而，益生菌也易在胃肠道内失活，需采用包埋或固定的方法提高益生菌的生物利用率。

4 复合益生菌在畜禽养殖中存在的主要问题及展望

畜禽养殖中使用无抗饲料，可实现畜禽养殖生产的绿色化和环保化，对改善生态环境和提高人的身体健康具有重要现实意义。配比和成本是无抗饲料在动物养殖中的主要问题，大多无抗饲料成本高且动物在不同生长阶段有不同的营养需求，如何科学合理配比无抗饲料的添加量是今后研发的重点之一。此外，无抗饲料如何与集约化养殖模式相结合，以提高动物养殖效率和改善动物福利等，也将是今后研究的重点之一。

益生菌或复合益生菌常用于抗生素的替代，因其可增强肠道蠕动和免疫力，提高饲料消化率、缓解或预防肠道疾病等。然而益生菌的应用也面临诸多问题，如优良菌种选择、发酵筛选模型、肠道内的作用机理及多维评价体系的建立等。因此，今后的研究重点应聚焦于益生菌与益生元的协同作用对动物养殖、动物生产和动物健康的影响机制研究。

复合益生菌作为无抗饲料添加剂主要存在的问题：①与有害微生物竞争营养物质（竞争性排斥）建立健康的胃肠道微生物内环境具有重要的作用；②增加消化酶活性，产生可抑制病原体生长或中和肠毒素的物质，调节宿主免疫发育，以及改变肠道微生物活性，从而提高动物的采食量和对营养物质的消化吸收能力。

微胶囊是保护益生菌的有效方法，将益生菌与外界逆环境隔离，减少了不利因素对益生菌的干扰及破坏，增强益生菌的稳定性。益生菌嵌入微凝胶或其他类型的微胶囊中可提高益生菌的生存能力。微胶囊提高益生菌活性的后续研究应主要侧重以下3个方面：①形成物理屏障，保护益生菌免受胃酸、胆盐或消化酶的破坏；②微胶囊可定向设计成与益生菌共存的营养素，以有利益生菌生存；③可设计含有抗酸剂的微胶囊，有利于益生菌存活的局部环境。因此如何提高益生菌在胃肠液中的耐受性是近年来的研究热点。