益生菌制剂及其在家畜饲料中的应用研究进展

李琳琦 孙 玲* 朱嘉璐 肖佳怡 孙巍巍

（1徐州工程学院，江苏徐州 221008；2徐州海大合新饲料有限公司，江苏徐州 221008）

益生菌制剂作为动物饲料添加剂，能较为安全地通过动物进食的方式进入肠道等消化器官，为机体的生长发育提供健康的内环境。目前，我国对益生菌的研究和开发应用仍处于初级阶段，但已经发现其作为饲用添加剂的多种功效，可见在畜牧业健康发展中益生菌制剂占有一席之地，具有较大的可行性和推广意义。

1 益生菌制剂开发和应用的优越性

益生菌制剂是指从天然环境中筛选出对使用对象起积极作用的单一或多种优良菌株，结合特殊工艺处理加工成的活菌微生态产品。首先，益生菌是“绿色的抗生素”，目前投用在市场的益生菌主要来源于健康的人体环境和发酵食品中，大多数菌株被认为是能与宿主共生的微生物，所以使用益生菌制剂对大部分健康的人畜来说是安全的。其次，益生菌的核心功能是改善人和动物的胃肠道健康，人体肠道是一个复杂的菌群微生态环境，微生态环境因素包括细菌侵入和抗菌药物的影响等，因而致病与否取决于肠道微生态平衡是否遭到破坏。与抗生素单纯杀菌或抑菌的治疗取向不同的是，益生菌制剂利用有益菌群充分发挥生物拮抗作用，将致病菌去杀。这表明益生菌制剂具有调整肠道菌群失调的作用，使得生物体重获正常的生理状态。

2 益生菌制剂在动物饲料中的作用原理

2.1 增加肠道有益菌数量，促进肠道发育

在投喂的饲料中添加益生菌制剂，可以促进动物肠道菌群的快速发育，增加有益菌的数量，利用有益菌来调控病原菌的侵入和生长繁殖，间接地增强动物的免疫能力。陈国福等[1]采取粪便菌群测定法给生猪投喂益生菌制剂，结果表明，与不投喂的对照组相比，益生菌制剂组猪粪便中乳酸菌数量提高11.85%，枯草芽孢杆菌数量提高13.83%，大肠杆菌数量降低11.43%。这表明益生菌制剂能增加有益菌数量，间接维护肠道平衡。

2.2 提高消化效率和对营养物质的吸收率

益生菌制剂用作饲料添加剂，可以促进动物对营养物的摄入和吸收，如芽孢杆菌具有丰富的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶，可以提高三大有机物质的消化率，降解饲料中的抗营养因子。张孝富等[2]通过3组对比试验发现，仔猪对饲粮中氮（N）的消化率分别显著提高7.0%、8.3%，对能量（GE）的消化率显著提高7.0%、5.8%。这表明在饲粮中添加由芽孢杆菌、丁酸梭菌组成的益生菌制剂能显著提高仔猪对饲粮中N、GE 的消化率，促进其对营养物质的吸收和利用。

2.3 调节免疫和抑制肿瘤细胞或细菌生长

调节免疫和抑制肿瘤细胞的作用是动物益生菌最具特色的作用机制之一，益生菌通过2 种方式作用于毒性物质，起到抗癌作用：一种是益生菌与毒性物质结合，利用黏附或降解，减少对毒性物质的吸收，再通过排泄途径带出体外；另一种是将毒性物质通过调节肠道菌群等方式转化为无毒物质。

3 益生菌制剂的生产工艺

3.1 菌体的浓缩技术

3.1.1 喷雾干燥技术。喷雾干燥具有能源成本低、制备效率高、可连续生产、易于产业化等优势而被广泛应用，它是以单一工序将溶液、乳液、悬浮液加工成粉状干燥制品的一种干燥法。第一阶段为料液的物化，它是将被干燥的液体经雾化器转化，喷成非常细微的雾滴；第二阶段是雾滴与空气的接触，即依靠干燥介质（热空气、冷空气、烟道气或惰性气体）与雾滴均匀混合，进行热交换和质交换，使得溶剂气化或熔融物固化；第三阶段是干燥后的产品与空气的分离过程。

影响益生菌制品的工艺因素有干燥温度、喷雾压力和进料流速。对于干燥温度而言，在干燥速率恒定的加工环节中，大多数菌株由于处理时间较短不会因温度作用对益生菌株活性产生影响，但是在随后进入的干燥速降部分时，结合水的菌株细胞会变为急剧失水的状态，而且还会出现蒸发自由水的物理变化。至此，很多菌株由于过度失水以及高温喷雾就会在极端的气流中无法存活，并且引发失调的菌株功能现象产生。所以在生产环节中，工作人员对干燥工艺的温度调节一定要进行实时监控和调节，保证菌株的最大存活率，达到满足判断与评价各种益生菌制剂产品性能的基本指标。Zhang Yun等[3]研究发现，较低的出口温度虽然可以在干燥过程中保持较高的生存率，但相应的产品在贮藏过程中活菌量的下降也更为显著。对于喷雾压力，最好限定为5 bar以内的喷雾气流压力，但不应低于2 bar的喷雾压强，某些菌株在高压下虽然不会死亡，但会导致其丧失良好的活性特征；同样，压力过低将会阻碍固态菌株颗粒的顺利生成，也会给制品带来不良品质的影响。B.Riveros 等[4]研究发现，将双流体喷嘴压力从1.5 bar降低到1 bar，嗜酸乳杆菌单位活菌量可以增加2 个数量级；Amir Ghandi 等[5]认为雾化压力是造成益生菌存活率降低的主要原因，最多可导致93%的菌体致死。对于进料速度，为了保证存活于微胶囊内的菌株数目达到最高，技术人员针对系统进料速度最好限定在20 mL/min的范围，而不要低于13 mL/min 的进料流动速度。对进料流速正确的调整，能够防止菌粉粘连胶囊侧壁的现象产生，有效保持菌粉活性。

3.1.2 冷冻干燥技术。冷冻干燥技术将湿物料或溶液在较低的温度（-10～-50 ℃）下冻结成固态，然后在真空（1.3～13 Pa）下使其中的水分不经液态直接升华成气态，最终使物料脱水的干燥技术。物料的干燥在冻结状态下完成，与其他干燥方法相比，物料的物理结构和分子结构变化极小，其组织结构和外观形态被较好地保存，并具有优异的复水性，可在短时间内恢复干燥前的状态。由于干燥过程是在很低的温度下进行，而且基本隔绝了空气，因而有效地抑制了热敏性物质发生生物、化学或物理变化，能最大限度地保存菌体活性，较好地保存了原料中的活性物质。

3.2 包埋技术

益生菌制剂的使用虽然能改善宿主的微生物平衡，给宿主带来积极效益，但是因为胃酸和胆汁的作用，在进入生物肠道后活性受到影响，甚至可能出现益生菌活性消失无法挥发其作用。包埋技术的出现，将益生菌包埋在壁材溶液中，大幅度提高了益生菌的存活率。现有的包埋技术主要是微胶囊包埋技术，微胶囊包埋方法又包括单层法、双层法和多层法。单层法包埋的主要壁材为海藻酸钠和氯化钙，然后在此基础上依照其功能特性要求添加其他辅助材料；双层法包埋就单层法在冷冻干燥过程中造成的损失进行改进，它通过加入冻干保护剂来提高包埋菌种的存活率，对菌种的保护力度更强；多层法的优势主要集中在坚固性和耐胃酸性，能够根据壁材的不同性能形成多层级微胶囊结构，充分发挥壁材的优势。

4 益生菌制剂在家畜上应用的影响

家禽动物在养殖过程中一般免疫力较弱，容易受到病菌的侵入和威胁，增加了患病几率，经实验研究，在喂养的饲料中添加益生菌制剂能高效地满足家畜动物的生长需求。

4.1 对生长性能的影响

益生菌制剂对家畜动物生长性能的影响从活重上看，陈国福等[1]利用计算试验猪的平均日采食量、平均日增重和料重比分别与对照组进行对比发现：益生菌制剂对肥育猪的影响主要集中在体重较小的肥育前期。李雪莉等[6]研究表明，在断奶仔猪的日粮中添加益生菌制剂（乳酸菌制剂）可以显著提高其平均日采食量及平均日增重，增加仔猪的脾脏重量等。在肥育猪后期，猪肠道微生物区系已经建立完全且处于动态平衡，机体自我调节能力强，添加益生菌制剂的生产意义不大。

4.2 对抗病能力的影响

益生菌制剂还可通过调节肠道细胞的粘附力，竞争性地占领致病菌的附着位点，当致病菌无法附着时，它们的生长和繁殖也同时无法进行。通过激活肠道自身的免疫系统可以调节肠道对致病菌的耐受力。另外，多数益生菌的代谢物可以发挥与佐剂类似的作用来增强免疫效果益生菌制剂通过上述作用可以保障禽类健康、提高家禽产量进而提高效益。益生菌的细胞壁表面存在许多大分子物质，这些大分子可以阻止致病菌与受体的结合，起到抑制致病菌入侵和繁殖的作用。益生菌还能够分泌脂肪酸、过氧化氢、细菌素或多肽等物质进一步抑制致病菌的生长，从而起到预防疾病的作用。此外，在益生菌对肉鸡作用的研究过程中发现，益生菌还具有提升攻毒保护率的效果，使得肉鸡抗病的能力有所提升。

4.3 对食用品种的影响

郭王勇等[7]采用Festo205 酸碱度测量仪测试每块肌肉的3个部位，测定pH；将胸肉、腿肉吸干表面水分后称重，自封袋密封存放于4 ℃的冰箱24 h后，用滤纸吸干表面水分后称重，计算24 h滴水损失率；将肌肉切成3 cm×1 cm×1 cm的条状，用C-LM3肌肉嫩度测试仪测试剪切力；肌肉吸干表面水分，称重，密封，用HH-6 水浴锅恒温80 ℃，30 min 后，静置冷却，吸干表面水分后称重，计算蒸煮水分损失率。研究表明，肌肉的滴水损失、蒸煮水分损失越小，说明肌肉的吸水性越高，同时肌肉的剪切力也会越低。本试验鸡肉品质的各项指标中，系水性显著提高，鸡肉剪切力数值降低，但效果并不显著，这可能与取样部位、刀刃宽度、剪切速度、操作设备的熟练程度有关。由此可知，添加益生菌制剂在鸡饲料中可以提高鸡肉的系水性、多汁性。

5 应用前景展望

益生菌制剂的有益作用正在不断被挖掘，被投入到家畜饲料的应用范围也愈来愈广泛，对畜牧业的发展有着深远意义，适应了当前我国健康养殖需要的生态环保型饲料生产技术，为饲料安全开辟了美好的发展前景，具有广阔的应用市场。目前我国对益生菌深层次的作用机理的研究还比较少，在免疫调节上的作用尚未在分子基础上形成定论，大多数研究仅停留在使用效果上，对于益生菌制剂的使用以及和其他制剂之间的配合使用仍需要不断被发掘。

益生菌制剂作为动物饲料，在菌株筛选方面，如能在同种菌株中找到表现更为优良的菌株，提高筛选条件，致力于混菌使用工艺，探索出更多菌种的有益结合，将极大地提高饲料的利用效率；在生产管理方面，注重对科技人员培养，制定统一的行业标准，研发用于规模化生产设备，解决包装存储运输等问题，益生菌制剂会在市场上表现出更强的竞争力。