成廷水：飼用微生物的種類與作用評價

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飼用微生物的種類與作用評價

　　文章來源：《飼料工業》　作者：成廷水　更新時間：2015-01-29

　　目前，食品安全和養殖污染是影響飼料畜牧業穩定持續發展的兩大問題，這兩大問題又與動物疾病、動物生產潛能的發揮息息相關。飼用微生物作為綜合解決以上問題的方案之一，已經得到業內較大范圍的認可，本文對普遍使用的芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌的作用作簡略評價。

　　1 中美飼用微生物種類的比較

　　飼用微生物，僅指活菌制劑(益生菌)，即有生命的微生物，其中應用最廣泛的是芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌。農業部征求意見稿的《飼料添加劑品種目錄》中允許使用的微生物主要有：乳酸菌 22 種、丙酸桿菌1 種、芽孢桿菌 7 種、酵母菌 2 種、曲霉菌 2 種、光合細菌 1 種等五大類，其中乳酸菌含雙歧桿菌屬 6 種、腸(鏈)球菌屬 4 種、乳桿菌屬 10 種、片球菌屬 2 種,芽孢桿菌含芽孢桿菌屬 6 種及芽孢桿菌科梭菌屬丁酸梭菌種，也有文獻把丁酸梭菌(僅用于斷奶仔豬和42 日齡前肉雞，短期使用)歸于厚壁菌門梭菌目梭菌綱梭菌目梭菌科。美國 FDA 批準使用的微生物有乳桿菌屬(13 種)、雙歧桿菌屬(6 種)、腸球菌屬(2 種)、鏈球菌屬(5 種)、明串珠菌屬(1 種)、片球菌屬(3 種)、芽孢桿菌屬(5 種)、乳球菌屬(1 種)、丙酸桿菌屬(2 種)、擬桿菌屬(4 種)、酵母菌屬(3 種)、曲霉菌屬(2 種)等12 個屬 47 種，不包括丁酸梭菌。根據 Bresy 細菌學分類法，前 6 屬同屬于乳酸菌類別(一說腸球菌屬歸于鏈球菌屬)，其中 30 種是乳酸菌。

　　2 芽孢桿菌的種類及作用評價

　　芽孢桿菌歸屬于細菌界厚壁菌門桿菌綱芽孢桿菌目芽孢桿菌科，包括芽孢桿菌屬、芽孢乳桿菌屬、梭菌屬、脫硫腸球菌屬、芽孢入疊球菌屬，芽孢桿菌屬目前已知共有 107 個種，模式生物是枯草芽孢桿菌，通常所說有益的作為飼料添加劑使用的芽孢桿菌都是屬于芽孢桿菌屬，即枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、遲緩芽孢桿菌、短小芽孢桿菌等五種。芽孢是芽孢桿菌的特征生命形態———休眠體，芽孢對熱、干燥、輻射、某些化學消毒劑和理化因素有較強的抵抗力，這可能與芽孢獨具的高含量吡啶二羧酸有關，如果該類活菌制劑不是以芽孢形式存在，而以營養體形式存在，則抵抗力大大降低。

　　2.1 不同芽孢桿菌的評價

　　芽孢桿菌作為活菌，不同菌株作用差異很大，從目前獲得的菌株共性上比較有以下差異：

　　2.1.1 枯草芽孢桿菌最穩定，耐受性最強，最活躍，著床快，脫落也快，從而對降低腸黏膜的代謝率和能量消耗、提高非特異免疫應激有一定作用。枯草芽孢桿菌在所有芽孢桿菌中營養代謝產物最豐富，能合成蛋白酶、淀粉酶、酪蛋白酶、明膠酶等，但是代謝低分子脂肪酸能力不如地衣芽孢桿菌和凝結芽孢桿菌，其代謝的抗菌物質———枯草菌素一般對革蘭氏陰性菌發生作用。

　　2.1.2 地衣芽孢桿菌是生產短桿菌肽的主要菌種，所以其代謝短桿菌肽的能力很強,主要對革蘭氏陽性菌發生作用，特別對水生動物腸炎有較明顯作用。地衣芽孢桿菌的反硝化能力超過枯草芽孢桿菌，低于短小芽孢桿菌，地衣芽孢桿菌的短板在于營養代謝產物不多及不夠活躍，消化酶和 B 族維生素的代謝能力遠低于枯草芽孢桿菌。

　　2.1.3 凝結芽孢桿菌又稱乳酸芽孢桿菌，是所有芽孢桿菌中制菌作用最強的，也是單價最高的，其代謝乳酸能力雖然不如乳酸菌，但是耐受性遠優于后者，凝結芽孢桿菌同時有一些特征作用，如代謝出的凝結素能治療飼料霉菌毒素導致的腸道炎癥，某些凝結芽孢桿菌甚至能分解霉菌毒素，而且對水生藍藻有較強殺滅能力，凝結芽孢桿菌的短板與地衣芽孢桿菌近似。

　　2.1.4 遲緩芽孢桿菌是研究較少的一種芽孢桿菌，其主要作用是分解甘露聚糖生成甘露寡糖，并有一定固定分子態氮的能力，從而提高日糧中蛋白質的利用。

　　2.1.5 短小芽孢桿菌性狀穩定，耐受性強，可以循環利用，是所有芽孢桿菌中反硝化作用最明顯的菌種，對于養殖場化學需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)排放的環境凈化作用顯著，能顯著降低水產養殖中氨氮和亞硝酸鹽含量，但是短小芽孢桿菌營養代謝產物很不豐富，除能合成葡聚糖酶外其余代謝產物乏善可陳。

　　2.2 芽孢桿菌的使用


　　芽孢桿菌最大的使用優點是性價比優異，其功能全面，使用成本遠低于乳酸菌和酵母菌，耐受性好，使用范圍更加廣。芽孢桿菌的液體發酵工藝已經日臻成熟，我國芽孢桿菌生產工藝處于國際領先地位并有一些出口，目前已經能規模化生產出芽孢形成率達到99%以上，每克產品含單菌 10 000 億 CFU 以上的枯草芽孢原粉，從而大幅降低了單菌的成本。因為不同芽孢的功能多樣化，所以需要定向發酵再按照動物需求精確復配才有意義，而只有降低了單菌成本才能形成動物日糧單位使用成本相對較低的高品質、多功能的芽孢桿菌復配制劑。期望以芽孢桿菌完全代替藥物添加劑預防治療消化道疾病是不太現實的，所有芽孢桿菌的弱勢都在于在腸道定殖時間短，往往在使用后第7d在動物腸道中就較難發現充分的孢子體，在應用中往往只能觀察到生產性能的提高，在某些季節、某些養殖生態環境下、某些特征動物上能觀察到消化道疾病的減少。


　　3 酵母菌的種類和作用評價


　　中國允許使用的飼用酵母菌有釀酒酵母和產朊假絲酵母。酵母菌專性或兼性厭氧，在缺氧時，最終把糖分解成酒精和二氧化碳，在有氧時生長更快，最終把糖分解成二氧化碳和水。


　　3.1 不同酵母菌的作用評價


　　酵母菌易于培養，生長迅速，定植于小腸中段，是人類文明史中被應用最早的微生物，也是世界上研究最多的微生物之一，其模式生物是釀酒酵母。


　　3.1.1 釀酒酵母又稱啤酒酵母，歸屬于真菌界子囊菌門半子囊菌綱內孢霉目酵母科。釀酒酵母細胞本身含有豐富的蛋白質和完整的 B 族維生素，并可胞外分泌多種酶，如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等，活酵母可加強對營養物質的消化利用，促進腸蠕動，對改善母豬便秘有一定功效，奶牛精料中用于對瘤胃微生物的調控和對飼料原料的發酵。與芽孢桿菌比較，釀酒酵母本身營養豐富，但性狀不夠穩定，生物奪氧能力遠低于芽孢桿菌，其代謝的產物不像芽孢多樣化，尤其對于益生菌素的代謝合成是其短板。


　　3.1.2 產朊假絲酵母又稱產朊圓酵母，歸屬于不完全菌門蓯梗孢目隱球酵母科，能利用葡萄糖、蔗糖和一些棉籽糖，不能利用乳糖、半乳糖、麥芽糖，能同化銨鹽和硝酸鹽,不分解蛋白質和脂肪,最適生長溫度 25～27 ℃，最適 pH 值 4.5～6.5。產朊假絲酵母在工業中是極為重要的微生物，用于生產谷胱甘肽、一些氨基酸和一些特征酶。較之釀酒酵母，它性狀更加穩定，生長營養要求低，而且細胞密度高，細胞體中蛋白質和維生素高于釀酒酵母。


　　3.2 酵母菌的使用


　　活性干酵母可以調節動物腸道菌群平衡，但是實際應用中，活性干酵母的應用范圍遠不及酵母菌失活體和酵母培養物(YC)。活酵母本身雖然營養成分豐富，如果不破壁，一些功效性成分很難被釋放激活。酵母菌失活體指破壁酵母、酵母細胞壁、酵母內容物等，酵母細胞壁的主要成分是甘露寡糖、β-葡聚糖、糖蛋白，可對動物疾病和環境因素導致的應激反應產生非特異免疫力并有一定吸附分解霉菌毒素的能力，高品質產品有一定的治療價值。酵母內容物氨基酸組成比例近于理想狀態，特別是賴氨酸含量較高，其中 B 族維生素豐富完整，并多以易被吸收的磷酸酯形式存在，并含有 2%～5%的微量元素螯合物、4%~8%的核糖核酸等多種成分。酵母培養物是在特定工藝條件控制下由酵母在特制的培養基上經過充分發酵后所形成的，不僅含有酵母細胞壁及酵母內容物，而且還含有發酵后變異的培養基、發酵代謝產物及少量已無活性的酵母細胞，功效包括：營養物質的消化吸收利用、腸道的生物-生態修復、非特征免疫體系與疾病及健康、畜產品的品質風味色澤、養殖排放的控制等五大方面。


　　4 乳酸菌的種類和使用


　　除雙歧桿菌屬于放線菌門雙歧桿菌目外，所有乳酸菌同屬厚壁菌門桿菌綱乳桿菌目，下設腸球菌科、乳酸菌科、明串珠菌科、鏈球菌科，共有 9 屬 76 種(一說 18 屬)，目前主要作為飼料添加劑使用的是糞鏈球菌、屎鏈球菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、乳酸鏈球菌等 8 種，都是革蘭氏陽性菌，可利用碳水化合物代謝產生乳酸、丙酸等一些有機酸，能分解蛋白質，有些能分解脂肪，嚴格厭氧或兼性厭氧，能耐受胃酸和膽鹽，但是耐熱性能很差，如未經過一些處理，儲存溫度超過 30 ℃、4 h 以上，存活率降到 50%以下，一些菌株不能接觸氧氣，需要真空包裝儲存。


　　4.1 不同乳酸菌的性能



　　不同乳酸菌的耐受性、代謝產物、特征功效差異較大，需要單獨分析。


    4.1.1 雙歧桿菌在乳酸菌群中耐熱性較差，產酸能力不顯著，但是代謝產生各種 B 族維生素、合成氨基酸能力強，還能通過抑制某些維生素分解菌來保障維生素的供應，所以在促進仔豬生長發育、提高日增重和飼料報酬方面作用優異。雙歧桿菌在腸道內吸收利用吲哚、胺等含氮有害物質，抑制腐敗菌，從而降低血氨最終改善肝臟功能。


　　4.1.2 糞鏈球菌、屎鏈球菌又稱糞腸球菌、屎腸球菌，屬于腸球菌科。耐熱性優于雙歧桿菌，產酸能力超過植物乳酸菌、乳酸片球菌，是目前已知的乳酸菌群中產酸能力最強的菌種。屎鏈球菌耐熱性能在所有乳酸菌中表現優異，多數菌株可常溫保存 4 個月以上，成活率達到 75%左右。糞鏈球菌代謝產生乳酸菌生長因子酶系及控制內毒素的酶系，從而促進腸道內其余乳酸菌的生長，降低腸道內毒素的危害。屎鏈球菌對腸道絨毛上皮細胞有較強的營養作用，能促進腸道組織形態的病后恢復。但是糞鏈球菌和屎鏈球菌本身又是條件性致病菌，安全性不高。


　　4.1.3 嗜酸乳桿菌，耐熱性和耐酸性都較好，本身產酸能力一般，過氧化氫代謝能力強，對大腸桿菌、沙門氏菌、梭菌等過氧化氫陽性細菌拮抗作用強，并有助于腸道正常菌群的平衡。對腸道黏膜上皮細胞表面和膜受體吸附作用強，占位性抑制多數腸道致病菌對黏膜上皮細胞的吸附。代謝產生嗜酸菌素，對頑固型腹瀉和部分病毒有抑制作用。


　　4.1.4 植物乳桿菌，應用研究較少，嚴格厭氧，耐熱性較差，產酸能力較強，適合應用于幼畜禽，刺激特異性免疫應答能力強，促進血清中 IgA、IgG、IgM 水平，強化體液免疫。


　　4.1.5 乳酸鏈球菌，嚴格厭氧，耐熱性僅次于屎鏈球菌，產生獨特的乳鏈菌素(一種多肽結構)能力強，能殺死李斯特菌、金黃色葡萄球菌等特征有害菌。


　　4.1.6 片球菌，包括乳酸片球菌、戊糖片球菌，耐熱性能差，產酸能力強，能殺死大腸桿菌、沙門氏菌、梭菌等過氧化氫陽性細菌。


　　4.2 乳酸菌的應用研究方向近些年來，隨著對乳酸菌代謝特性和發酵機理的認識，已經有一些成熟產品應用于畜牧業，但是因為使用成本的限制，田間試驗數據較少，雖然單位產品中乳酸菌的數量和發酵濃度有所上升，但是耐受性仍然較差，研究方向有菌株選擇、制粒、包被等，但是多數仍不成熟，仍未達到有足夠的活菌數到達病灶部位，不能達到治療劑量標準。但是，在所有益生菌制劑中，乳酸菌為飼料畜牧業提供了一條高效的解決方案，我們不能因噎廢食，只有從業者大量參與，嚴謹論證，才能找到穩定發揮乳酸菌巨大效能的方法。我們使用乳酸菌，一方面是調節腸道菌群平衡，抑制有害菌、促生有益菌，一方面是利用其在體內發酵的代謝產物，如酶、乳酸、維生素、乳酸菌素等。在提高乳酸菌耐受性方向遇到困難時，一些廠商把方向轉向乳酸菌代謝產物———乳酸菌培養物，即用發酵工程學理論，接種豐富各異的乳酸菌群到發酵基質及乳酸菌特征營養因子(如一些微量元素、維生素)中，經過嚴格的生物學控制和發酵工藝控制，以豐富而高品質的乳酸菌代謝產物和發酵后變異的培養基為最終發酵目標(類似酵母培養物)，從而大幅提高動物的生產性能，減少動物養殖中疾病發生率和藥物使用量的技術措施，取得了一定的成功。


　　5 結語


　　飼用微生物種類繁多，作用各異，作為解決食品安全、養殖污染、動物疾病、動物生產性能這四大糾結問題的方案之一，就必須依靠業內認識高度的統一、國家政策的關注、行業門檻的提升、生物技術的突破，目前，技術方向和措施已經有了一定深度的研究，飼用微生物科學和技術必將為我國的飼料畜牧業健康發展起到應有的作用。