饲用益生菌的应用研究进展

聂玉霞，温海燕，王祥锟，肖连明*，董亚茹

（1.山东省蚕业研究所，山东 烟台 264002；2.菏泽学院药学院，山东 菏泽）

益生菌是指当摄入足够剂量时，对宿主有益的活的微生物。符合益生菌定义的微生物有很多，目前被研究报道的益生菌有90多种，主要用于商业化生产。2013年，我国农业部第2045号公告公布了《饲料添加剂品种目录（2013）》，规定了35种微生物可作为饲料添加剂使用，乳酸菌（22种）、芽孢杆菌（6种）、酵母菌（2种）、霉菌（2种）、丁酸梭菌（1种）、光合细菌（1种）、丙酸杆菌（1种）。而在畜牧业生产中被广泛应用的饲用益生菌则主要有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、屎肠球菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、丁酸梭菌、酿酒酵母、布拉氏酵母等。

1 益生菌的作用机制

益生菌具有抑制与杀灭病原菌、促进消化、提高饲料利用率的特性，并且能够增强机体免疫力，提高动物防病治病的能力，其具体的作用机制表现为以下3方面。

1.1 抑菌与杀菌

1.1.1 抑制病原菌的黏附与定植 益生菌通过竞争黏附位点抑制病原菌的黏附与定植。肠道上皮细胞分泌的黏蛋白是黏液的主要成分，益生菌表面蛋白与黏液相互作用，通过其特有的黏附特性阻碍病原菌的定植[1]。乳酸杆菌蛋白质（肽聚糖、黏附素、多肽和多糖等）通过识别肠黏膜表面的受体，与肠黏膜紧密结合，黏附在肠黏膜表面，与病原菌竞争黏附位点和营养物质[2]。此外，有的益生菌通过分泌蛋白降解碳水化合物受体，产生受体类似物和生物表面活性剂抑制病原菌的黏附[3]，而乳酸菌、双歧杆菌和病原菌一样具有与碳水化合物结合的特性，它们直接与病原菌竞争宿主细胞受体[4]。

1.1.2 抑制与杀灭病原菌 益生菌可以产生乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等有机酸，降低肠道pH，抑制病原菌的生长，尤其是益生菌可以产生细菌素、抗菌肽、过氧化氢等杀菌物质，抑制和杀灭病原菌。干酪乳杆菌、粪肠球菌、戊糖片球菌、乳酸乳球菌和希氏乳杆菌在低酸环境下通过产生细菌素发挥抑制金黄色葡萄球菌的作用[5]，丁酸梭菌通过分泌乙酸、丁酸等短链脂肪酸，修复肠黏膜，降低肠道pH，同时，通过分泌细菌素，抑制病原菌核酸和蛋白质合成，最终起到抑制和杀灭病原菌的作用[6]。芽孢杆菌是公认的抗菌肽生产菌株，生产了60多种不同的抗菌肽，通过在细菌细胞壁上形成通道和（或）破坏细菌细胞壁来杀灭细菌[7]。此外，益生菌可通过信号干扰消除病原菌，芽孢杆菌产生的脂肽芬荠素，干扰金黄色葡萄球菌辅助基因调控（Auxiliary gene regulation, Agr）群体感应系统的信号转导，抑制Agr群体感应，完全清除金黄色葡萄球菌的肠道定植[8]。

1.2 提高消化吸收功能

益生菌在动物体内生长繁殖的过程中，可分泌蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶、葡萄糖苷酶等多种酶类，能够补充动物特别是幼龄动物内源性消化酶的分泌不足，将饲料中无法吸收利用的营养物质和复杂的碳水化合物分解为小分子物质，供动物机体吸收利用，提高饲料利用率[9-10]。此外，益生菌可以维持和增强小肠绒毛的结构和功能，促进营养物质的吸收利用。仔猪日粮中添加淀粉溶解芽孢杆菌，可明显提高仔猪肠道绒毛长度、隐窝深度和绒毛长度/隐窝深度比值[11]。

1.3 增强抵抗力

1.3.1 改善肠道健康 肠道不仅是动物消化和吸收营养物质的主要部位，而且是保护动物机体免受病原微生物及其有害代谢物侵害的天然屏障。益生菌进入肠道后，通过多种途径改善肠道健康，强化肠道结构。益生菌可提高紧密连接（Tight junctions, TJs）信号转导相关基因的表达，维护肠道屏障的完整性，提高肠道上皮细胞抵御病原体入侵的能力[12]。植物乳杆菌可通过调节紧密连接蛋白（闭锁带-1（ZO-1）和闭锁蛋白）的基因表达，促进肠屏障功能，有效预防ETEC K88的攻击[13]。

1.3.2 提高免疫力 益生菌通过调控核转录因子（NFκB）介导的炎症反应，实现免疫功能的调节[14]。在机体没有发生病原菌感染时，益生菌可以激活NF-κB介导的炎症反应，促使肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素（IL）1β和IL-6等一系列细胞因子的分泌，增强吞噬细胞和NK的活性，促进T、B淋巴细胞的增殖和分化，进而提高机体的免疫力。研究表明，乳酸杆菌可以引起早期促炎性反应，增加Toll样受体2（TLR2）信号转导，增加NF-κB核移位，从而使TNF-α、IL-8和IL-6表达增加，提高巨噬细胞对金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌和大肠杆菌等多种病原菌的吞噬能力和抗菌活性[15]。

在机体遭受病原菌感染时，益生菌可以介导NF-κB通路的负反馈调节限制炎症反应的发展，提高机体抗感染能力。乳酸菌通过负向调控TLR，抑制NF-κβ通路的激活，减轻沙门氏菌引起的炎症反应[16]。嗜酸乳杆菌NCFM产生表层蛋白（SLP），通过抑制NF-κB p65转位进入细胞核，减少TNF-α、IL-1β和活性氧的分泌，抑制脂多糖诱导的炎症反应[17]。

2 饲用益生菌的应用

益生菌具有绿色、环保、无污染、无残留、无毒副作用、无耐药性等优点，近年来在畜禽养殖业得到普遍认可和广泛应用。

2.1 牛羊

益生菌添加到牛羊的饲料中，可以维持瘤胃微生物生态系统平衡，提高饲料的转化率，提高动物的日采食量和日增重，降低料肉比，提高动物生长性能与抗病能力。焦丽英等[18]研究结果表明，每头奶牛饲喂200 mL乳酸菌液体微生态制剂，18 d后检测奶牛乳中的体细胞数显著下降，日产奶量显著增加。Abd El-Tawab等[19]研究显示，益生菌通过抑制体内病原菌的定居与繁殖，刺激肠道免疫系统，提高机体的免疫力，从而有效预防犊牛腹泻和奶牛乳腺炎的发生。

2.2 猪

益生菌作为饲料添加剂，在仔猪、育肥猪、母猪上应用，均取得良好的应用效果。在仔猪的日粮中添加益生菌可以促进仔猪的生长，改善仔猪因断奶引起的肠道损伤和机体炎症，降低仔猪的腹泻率，提高机体免疫能力，并且提高断奶仔猪的抗氧化能力[20-21]。楚青惠等[22]在仔猪的饲粮中添加15 mL复合益生菌菌液，仔猪断奶重和平均日增重与没有添加菌液的对照组相比，分别增加了23.48%和29.76%。张吉鹍等[23]给自断奶发情配种至分娩的母猪饲喂“益生源200”，能够提高胎盘的厚度，降低胎盘的面积，增加窝均产仔数与窝均产活仔数，改善母猪的繁殖性能。

2.3 家禽

益生菌添加到肉鸡的日粮中，不仅可以促进营养物质的消化吸收，提高肉鸡的生长性能，而且可以促进免疫器官的发育成熟，提高细胞因子的分泌水平，增强肉鸡的免疫力[24]。Musa等研究显示，枯草芽孢杆菌B21和地衣芽孢杆菌B26可以改善产气荚膜梭菌坏死性肠炎肉鸡的肠道健康，提高肉鸡对亚临床坏死性肠炎的肠道免疫力[25]。在基础日粮中添加3×109CFU/kg乳酸菌制剂，可以显著抑制肠道中鼠伤寒沙门氏菌的数量，缓解炎症反应[26]。马春阳等[27]将枯草芽孢杆菌PB6按照100 g/t添加到蛋鸡的基础日粮中，可以显著提高蛋鸡的产蛋率、蛋重、料蛋比，改善盲肠微生物菌群平衡，维持十二指肠和空肠肠道屏障功能，提高蛋鸡免疫水平。

3 饲用益生菌应用中存在的问题

饲用益生菌的积极作用已经得到了普遍认可，在养殖生产中得到广泛的应用，但活性高、性能稳定、真正符合实际生产应用要求的益生菌较少，在益生菌产品的研发、生产和使用中仍存在一些问题，如何更有效地确保益生菌产品的安全性、有效性和稳定性，依然是当前及今后关注的重点。

3.1 安全性

益生菌是进入动物机体的活的微生物，安全性是评价益生菌的首要指标。虽然国内外的研究人员针对益生菌菌株的安全性评价制定了体内和体外检测指标，包括致病性、抗生素耐药性基因、有毒代谢产物、菌株的毒理学等检测指标[28]，但是很多企业在开发益生菌产品时，对益生菌菌株的安全性评价不够全面，并且各单位及研究人员采用的评价方法也不尽相同，缺乏统一的评价标准。

3.2 有效性

研究益生菌的作用机制和应用效果，是判定其有效性的依据，但是，目前对益生菌的作用机制研究不够深入，对其应用效果研究也不够全面。益生菌的黏附能力是益生菌质量检测和筛选的重要标准，然而，目前常用的益生菌黏附能力评估模型都具有一定的局限性[29]，不能真实地反映益生菌在宿主肠道中的黏附状态。益生菌的益生特性、安全性、有效性和宿主特异性有关，但是，生产中同一种益生菌产品应用于多种动物的现象屡见不鲜。并且，受日粮的组成、益生菌的剂量、动物日龄、环境因素等条件的影响，益生菌对动物生产性能、健康参数、抑菌效果等益生特性有时会表现出不一致性[30-31]。此外，益生菌的益生特性是菌株特有的，一个菌株的成败不能推论到另一个菌株上，优良菌株的分离、鉴定和筛选是确保益生菌产品有效性的前提和根本。在生产中，益生菌产品种类很多，有些产品对其菌株生物特性了解甚少，导致同一类产品之间的质量差异很大。

3.3 稳定性

益生菌为活菌制剂，在加工生产的过程中，生产工艺复杂，影响和制约益生菌活性的因素多，导致产品质量不稳定。并且，有的产品在实际储存和应用过程中，自然损失和失活率高，影响产品质量。因此，益生菌产品的生产技术和生产工艺有待于进一步提高和完善。此外，益生菌具有自发突变的可能性，其自发突变的频率约为10-6，需要建立监测益生菌突变的方法，确保益生菌遗传性能的稳定性。

4 展望

饲用益生菌具有促进动物生长、提高动物生长性能、抑菌杀菌的特性，并且能够克服饲用抗生素的弊端，备受人们的关注。在今后的应用与研究中，利用先进的科学方法，结合动物微生态学、动物免疫学、动物营养学、动物病理学、微生物基因组学等相关知识，继续做好饲用益生菌优良菌株的分离、鉴定、筛选工作，做好饲用益生菌的生物学特性、遗传稳定性、菌株安全性、作用机制和应用效果等方面的研究，为饲用益生菌在养殖业中进一步推广应用打下坚实的基础。