益生菌对动物肉质影响的作用机制的研究进展

■ 刘海惠 李 民 孔祎頔 王桂芹

（吉林农业大学动物科学技术学院，动物生产及产品质量安全教育部重点实验室，现代农业技术教育部国际合作联合实验室，吉林省动物营养与饲料科学重点实验室，吉林长春130118）

集约化养殖模式下，饲料利用率低，且动物肉质风味不佳，而抗生素存在负面作用[1]，益生菌作为抗生素的绿色替代品，受到广泛关注。益生菌通过调节肠道微生物群落，影响动物肠道健康、饲料利用率和新陈代谢[2-3]。常见益生包括乳酸菌（Lactic acid bacteria）、芽孢杆菌（Bacillus）和酵母菌（Yeast），分为宿主型和外源型，宿主型难以分离，因此研究多使用商业外源型益生菌。益生菌通过竞争排斥机制发展为优势菌群，抑制有害菌繁殖，促进动物健康生长[2]。近年研究发现，益生菌对动物肉质和风味发挥积极作用。益生菌改善营养物质代谢和沉积，肌内脂肪（IMF）、肌苷酸（IMP）和氨基酸与动物优良肉质风味有关[4]。益生菌作用效果具有种属差异性，受剂量、宿主年龄和作用部位影响，复合益生菌作用效果更明显[5-6]。益生菌影响动物肉质风味的研究较少，机制探索有限。文章综述常见益生菌对动物肉品质影响的研究，为益生菌饲料的应用提供理论参考。

1 常见饲用益生菌种类

1.1 乳酸菌

乳酸菌利用糖类发酵产生乳酸，通过降低pH 和产生细菌素等抗菌物质，抑制沙门氏菌（Salmonella）和大肠杆菌（Escherichia coli）等有害菌定植。常见乳酸菌包括植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）、鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）和乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）。乳酸菌提高肉色和脂肪含量[7]，改善脂肪酸组成[8]，从而提高动物肉嫩度[9]。Zheng 等[10]认为，乳酸菌对肉质的积极作用与益生菌补充剂增加饮食净能量有关，更多能量用于脂肪沉积。此外，乳酸菌对总氨基酸和风味相关氨基酸水平有提升作用，从而改善了肉风味[11]。

1.2 芽孢杆菌

芽孢杆菌对环境适应性强，以孢子形式进入肠道，与有益菌协同发挥作用，包括枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）和蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）。此外，抗菌肽由芽孢杆菌产生，具有杀菌作用强且不易产生耐药性的优点[2]。添加单一或混合芽孢杆菌对饲料消化率和肠道乳酸菌数量有促进作用[12-14]。芽孢杆菌改善消化率、胴体性状和风味化合物分布[15-16]，减少脂质氧化[17]，从而改善肉品质。

1.3 酵母菌

酵母菌是一种天然风味改良剂，早期多用于发酵和酿造，酵母菌发酵产生乙酸和丙酸抑制病原菌生长[18]。近年研究发现，酵母菌对饲料适口性有积极影响，且相关研究集中于酵母菌发酵饲料提高饲料利用率[19]。酵母菌提高反刍动物对干物质、粗蛋白以及中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率，进而促进生长[6]。

2 益生菌对动物肉质的影响

2.1 益生菌对动物肉质物理指标的影响

对于家禽，补饲益生菌，提高肉色[7，20]，肌肉[12]、滴水损失和剪切力[20-22]。对于家畜动物，益生菌提高肉色[23-25]，降低pH[9]、滴水损失和剪切力[24-25]。补充益生菌提高杂交石斑鱼（Epinephelinae）[26]、彭泽鲫（Pengze Carassius auratus）和草鱼（Ctenopharyngodon idellus）肉质嫩度[27-28]，降低鲈（Lateolabrax japonicus）肌肉的pH[5]。益生菌对动物肉质物理指标的影响见表1。

表1 益生菌对动物肉质物理指标的影响

2.2 益生菌对动物肉质化学指标的影响

对于家禽，益生菌提高蛋白质含量[23]，降低胆固醇和粗脂肪（Ether Extract，EE）含量[29-31]。补饲益生菌提高家畜粗蛋白（Crude Protein，CP）[23]、脂肪和多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acid，PUFA）含量[24，32]。对于西伯利亚鲟（Acipenser baerii）[33]、鲤（Cyprinus carpio）和鲈[5，34]，益生菌提高蛋白质含量，并降低脂肪含量。此外，益生菌提高杂交石斑鱼多不饱和脂肪酸含量[26]，降低杂交石斑鱼、虹鳟（Oncorhynchus mykiss）和彭泽鲫胆固醇含量[26-27，35]。益生菌对动物肉质化学指标的影响见表2。

表2 益生菌对动物肉质化学指标的影响

2.3 益生菌对动物肉质风味的影响

对于家禽，补饲益生菌，提高IMP 和游离氨基酸（AA）含量[30，35-36]。对于猪，益生菌提高IMP 和AA 含量[37-38]。益生菌改善武昌鱼（Megalobrama amblycephala）和 杂 交 石 斑 鱼 风 味[26，39]以 及 草 鱼 风 味[28，40]。益生菌对动物肉质风味指标的影响见表3。

表3 益生菌对动物肉质风味的影响

3 益生菌对动物肉质影响的作用机制

3.1 增强营养物质代谢

肠道是动物营养物质消化吸收场所，肠道黏膜与饲料接触面积影响消化吸收效率，而益生菌对肠道形态产生积极影响，有助于维持肠道组织完整性和增强营养物质代谢。罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）[41]、芽孢杆菌以及鼠李糖乳杆菌和乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）增加罗非鱼（Oreochromis）肠道微绒毛高度[42-43]。与上述结果相似，鼠李糖乳杆菌增加罗非鱼肠道微绒毛宽度和密度[43]，枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌增加鲈肠道微绒毛高度和肠壁厚度[5]。对于猪，罗伊氏乳杆菌显著增加空肠和回肠绒毛高度[38]。益生菌附着于肠道上皮，产生刺激胃肠道肽短链脂肪酸，对肠绒毛高度起促进作用[44]。此外，芽孢杆菌和乳酸菌混合物显著增加罗非鱼前肠褶皱高度[45]。乳酸乳球菌和粪肠球菌（Enterococcus faecalis）增加乌鳢（Channa argus）肠道中部肌层厚度、皱襞高度和宽度[46]，酵母细胞壁提取物酵母多糖增加斑点叉尾鮰（Ictalurus punctatus）肠道褶皱高度、肌层厚度和杯状细胞数量[47]。闭锁小带蛋白（ZO-1）和肿瘤坏死因子（Claudin-3）mRNA 表达与肠上皮屏障完整性有关，益生菌提高这两种基因表达，从而降低细胞膜通透性[46]，有助于保存肠道营养物质。益生菌通过改善肠道微绒毛、皱襞和肌层，增加肠道与营养物质接触面积，从而增强营养物质代谢[48]。

消化系统和消化腺分泌多种消化酶，促进动物消化吸收营养物质。益生菌对消化酶活性有提升作用，一方面，部分乳酸菌本身具有蛋白水解酶和脂肪酶活性[49-50]，另一方面，益生菌诱导消化系统分泌多种消化酶。乳酸乳球菌单一或联合粪肠球菌补充后，乌鳢胃、肠和肝脏中蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性均显著增强[51]。补充罗伊氏乳杆菌，罗非鱼肠道淀粉酶和脂肪酶活性呈剂量依赖性提高，营养物质利用效率相应提高[41]。与上述结果相似，枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌分别提高鲈肠道脂肪酶和蛋白酶活性[6]，乳酸乳球菌和植物乳杆菌提高乌鳢肠道淀粉酶和脂肪酶活性[46]，戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）和乳酸乳球菌提高西伯利亚鲟肠道蛋白酶和脂肪酶活性[34]。罗伊氏乳杆菌增加猪肠道肠肽酶和氨基肽酶基因表达，从基因水平上证实益生菌促进动物肠道消化酶活性[38]。氨基肽酶促进机体生成氨基酸，改善动物肉风味。益生菌增强消化系统中消化酶活性，为营养物质沉积在动物体内提供更多前体物质[4]。

肝脏在营养物质代谢中起核心作用，肠道微生物群及其代谢产物间接影响肝脏，益生菌通过上调营养物质转运相关蛋白表达，促进机体吸收营养物质。粪肠球菌上调肉鸡肝脏氨基酸代谢相关酶，如谷草转氨酶（Glutamic transaminase，GOT）表达，这与半胱氨酸和蛋氨酸代谢途径增强一致，表明益生菌通过上调氨基酸转运相关蛋白表达，促进动物机体蛋白质沉积[10]。罗伊氏乳杆菌增加猪回肠丙氨酸、丝氨酸和糖蛋白相关氨基酸转运蛋白表达[52]，猪长肌中氨基酸转运蛋白表达量与氨基酸趋势一致，且检测到高表达核糖体S6 激酶1（S6k1），进一步证实益生菌影响雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路，促进肌肉蛋白质合成[38]。益生菌控制肠道微生物群落，从而控制肠道氨基酸酸转运和利用，发挥促进蛋白质合成作用。益生菌影响脂肪合成，进而改善动物肉质风味。补充嗜酸乳杆菌和枯草芽孢杆菌，仔猪结肠内容物中短链脂肪酸显著升高[53]，表明益生菌对机体脂肪沉积有改善作用。罗伊氏乳杆菌增加猪回肠载脂蛋白（APOA1）、脂肪酸去饱和酶（FADS1）和脂肪酸转运蛋白（FATP1）基因表达量[52]，以及猪胸长肌脂肪合成酶（Fatty Acid Synthase，FAS）和硬脂酰辅酶A 去饱和酶（SCD）表达[38]，益生菌通过过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARα）诱导SCD 参与脂肪酸代谢，从而改善脂肪沉积[54]。益生菌通过提高营养物质转运相关蛋白表达，改善营养物质在机体内沉积。

由此，益生菌改善动物肠道形态和提高消化酶活性，并调节营养物质代谢相关基因表达，从而改善脂肪和蛋白质在肌肉中沉积。益生菌通过促进肌内脂肪生成改善动物肉嫩度和滴水损失，并通过促进IMP和氨基酸生成[38]，提高动物肉滋味。

3.2 优化肠道菌群

肠道兼有营养物质吸收和生物屏障作用，对动物健康生长起重要作用，动物肠道微生物经长期进化形成特定微生物区系，菌群之间相互制约。益生菌通过产生抗菌物质等多种途径优化肠道菌群，减轻有害菌群及其代谢产物负作用[4]。乌鳢肠道微生物由变形菌门（Proteobacteria）、螺旋体门（Spirochaetes）和放线菌门（Actinobacteria）组成。植物乳杆菌和粪肠球菌降低乌鳢肠道螺旋体门丰富度，而粪肠球菌提高厚壁菌门（Firmicutes）丰富度并降低放线菌门丰富度，表明乳酸菌对乌鳢肠道微生物群落有调节作用[46]。Xie 等[53]的研究中，嗜酸乳杆菌和枯草芽孢杆菌联合添加降低猪结肠变形菌门丰度，这与罗伊氏乳杆菌和鼠李糖乳杆菌增加罗非鱼肠道变形菌门丰度不一致[41，43]，与菌种、剂量、试验条件和试验对象不同等有关；此外，属水平上，猪肠道链球菌（Streptococcus）、拟杆菌（bacteroides）和巨单胞菌（Megamonas）等微生物标志物丰度降低，而厚壁菌科和瘤胃菌科（Ruminococcus）等有益菌相对丰度增加[53]。其中，瘤胃菌科促进胆汁酸代谢和吸收[45]。罗伊氏乳杆菌和鼠李糖乳杆菌降低梭杆菌（Fusobacterium）丰度[41,43]。梭杆菌含有细胞毒素，不利于动物健康生长[55]。Opiyo 等[56]的研究中，补充酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和枯草芽孢杆菌，罗非鱼肠道未检测到大肠杆菌和沙门氏菌。鼠李糖乳杆菌[7]、植物乳杆菌[57]以及地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的混合物降低动物大肠杆菌数量[5，14]，并增加乳酸菌数量。补充枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌，鲈肠道乳酸菌数量显著增加[5]，与Kong 等[51]以乳酸菌为补充剂的研究中，乌鳢肠道乳酸菌属占优势一致。益生菌调节肠道菌群与其促进鱼体分泌大量黏液有关[58-59]，鱼皮黏液中含有免疫球蛋白、溶菌酶和抗菌肽等物质[9]，有效抑制病原菌进入鱼体。益生菌增加有益菌如丁酸梭菌（Clostridium butyricum）相对丰度，丁酸梭菌产生大量丁酸盐抑制沙门氏菌入侵[60]。以上研究表明，益生菌抑制肠道潜在病原体并增加有益菌数量，这种调节作用归因于益生菌菌株对环境适宜性强[61]、产生抗菌物质和竞争营养空间[1-2]。有害菌减少，有助于动物健康生长[62]，从而避免肠道中三甲胺和硫化氢等不良气味产生，进而改善动物肉的风味[4]。

3.3 提高抗氧化能力

动物机体氧化与抗氧化系统平衡，有害微生物过度繁殖和环境胁迫引起氧化应激，高水平ROS攻击膜磷脂，丙二醛（MDA）促使氧合肌红蛋白氧化，致肉色暗沉，且不利于肌肉保持水分。益生菌可以产生谷胱甘肽（GSH）、丁酸盐和叶酸等抗氧化代谢物，诱导机体分泌抗氧化酶。对于鸡，补充粪肠球菌，肉鸡肝脏过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽硫转移酶（GST）活性升高[10]，约翰氏乳杆菌（Lactobacillus johnsonii）增加超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低肌肉MDA 水平[8]。对于水产动物，鼠李糖乳杆菌提高虹鳟肠道CAT和SOD活性[34]，蜡样芽孢杆菌增加彭泽鲫肠道GSH 和CAT 活性[27]，Kong 等[51]发现乳酸菌提高乌鳢肝脏抗氧化能力。有研究发现，凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）增加髓过氧化物酶（MPO）和抗超氧阴离子自由基（AFASER）活性[50]。益生菌通过内源性抗氧化信号通路提高机体抗氧化能力，减少肌红蛋白和PUFA 氧化，上调MMPs 表达促进脂肪生成，从而改善动物肉质风味。

3.4 提高胃饥饿素（Ghrelin）的分泌

肌纤维是动物肌肉主要组成，因而，肌纤维状态和特征是动物肉品质关键因素。乳酸菌提高大鼠（Muroidea）血清钙离子（Ca2+）浓度[63]，地衣芽孢杆菌提高金鱼（Carassius auratus）Ghrelin mRNA 表达[64]，而Ghrelin 提高动物肌肉中Ca2+浓度[65]。钙离子与钙蛋白酶（μ-calpain）活性有关，肌原纤维蛋白大量分解提高动物肉的嫩度。此外，Ca2+促进慢肌纤维形成，慢肌纤维与低滴水损失和嫩度等评定指标相关[49]。益生菌促进Ghrelin 分泌，引起Ca2+浓度增加，从而改善动物肉的嫩度。

4 小结与展望

益生菌调节动物肠道微生物区系，影响动物营养物质代谢、抗氧化能力和Ghrelin 分泌，促进动物健康生长并改善动物肉质地和风味，提高肉品质。菌株、宿主、试验动物和剂量影响益生菌作用效果，有待研究分离宿主型益生菌，筛选功能完善且对环境适应性强的菌株，深入研究菌株之间关系，探索益生菌影响动物健康生长和肉质风味的机制，为研究益生菌与饲料优化提供理论依据。