成廷水：飼用微生物的種類與作用評(píng)價(jià)

lzm_001

飼用微生物的種類與作用評(píng)價(jià)

　　文章來(lái)源：《飼料工業(yè)》　作者：成廷水　更新時(shí)間：2015-01-29

　　目前，食品安全和養(yǎng)殖污染是影響飼料畜牧業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的兩大問(wèn)題，這兩大問(wèn)題又與動(dòng)物疾病、動(dòng)物生產(chǎn)潛能的發(fā)揮息息相關(guān)。飼用微生物作為綜合解決以上問(wèn)題的方案之一，已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)較大范圍的認(rèn)可，本文對(duì)普遍使用的芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌的作用作簡(jiǎn)略評(píng)價(jià)。

　　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(yīng)用最廣泛的是芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌。農(nóng)業(yè)部征求意見(jiàn)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(xì)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(xiàn)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(mén)梭菌目梭菌綱梭菌目梭菌科。美國(guó) FDA 批準(zhǔn)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(gè)屬 47 種，不包括丁酸梭菌。根據(jù) Bresy 細(xì)菌學(xué)分類法，前 6 屬同屬于乳酸菌類別(一說(shuō)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(píng)價(jià)

　　芽孢桿菌歸屬于細(xì)菌界厚壁菌門(mén)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(gè)種，模式生物是枯草芽孢桿菌，通常所說(shuō)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(jié)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(tài)———休眠體，芽孢對(duì)熱、干燥、輻射、某些化學(xué)消毒劑和理化因素有較強(qiáng)的抵抗力，這可能與芽孢獨(dú)具的高含量吡啶二羧酸有關(guān)，如果該類活菌制劑不是以芽孢形式存在，而以營(yíng)養(yǎng)體形式存在，則抵抗力大大降低。

　　2.1 不同芽孢桿菌的評(píng)價(jià)

　　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(wěn)定，耐受性最強(qiáng)，最活躍，著床快，脫落也快，從而對(duì)降低腸黏膜的代謝率和能量消耗、提高非特異免疫應(yīng)激有一定作用?？莶菅挎邨U菌在所有芽孢桿菌中營(yíng)養(yǎng)代謝產(chǎn)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(jié)芽孢桿菌，其代謝的抗菌物質(zhì)———枯草菌素一般對(duì)革蘭氏陰性菌發(fā)生作用。

　　2.1.2 地衣芽孢桿菌是生產(chǎn)短桿菌肽的主要菌種，所以其代謝短桿菌肽的能力很強(qiáng),主要對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌發(fā)生作用，特別對(duì)水生動(dòng)物腸炎有較明顯作用。地衣芽孢桿菌的反硝化能力超過(guò)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(yíng)養(yǎng)代謝產(chǎn)物不多及不夠活躍，消化酶和 B 族維生素的代謝能力遠(yuǎn)低于枯草芽孢桿菌。

　　2.1.3 凝結(jié)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(qiáng)的，也是單價(jià)最高的，其代謝乳酸能力雖然不如乳酸菌，但是耐受性遠(yuǎn)優(yōu)于后者，凝結(jié)芽孢桿菌同時(shí)有一些特征作用，如代謝出的凝結(jié)素能治療飼料霉菌毒素導(dǎo)致的腸道炎癥，某些凝結(jié)芽孢桿菌甚至能分解霉菌毒素，而且對(duì)水生藍(lán)藻有較強(qiáng)殺滅能力，凝結(jié)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(tài)氮的能力，從而提高日糧中蛋白質(zhì)的利用。

　　2.1.5 短小芽孢桿菌性狀穩(wěn)定，耐受性強(qiáng)，可以循環(huán)利用，是所有芽孢桿菌中反硝化作用最明顯的菌種，對(duì)于養(yǎng)殖場(chǎng)化學(xué)需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)排放的環(huán)境凈化作用顯著，能顯著降低水產(chǎn)養(yǎng)殖中氨氮和亞硝酸鹽含量，但是短小芽孢桿菌營(yíng)養(yǎng)代謝產(chǎn)物很不豐富，除能合成葡聚糖酶外其余代謝產(chǎn)物乏善可陳。

　　2.2 芽孢桿菌的使用


　　芽孢桿菌最大的使用優(yōu)點(diǎn)是性價(jià)比優(yōu)異，其功能全面，使用成本遠(yuǎn)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(fā)酵工藝已經(jīng)日臻成熟，我國(guó)芽孢桿菌生產(chǎn)工藝處于國(guó)際領(lǐng)先地位并有一些出口，目前已經(jīng)能規(guī)?；a(chǎn)出芽孢形成率達(dá)到99%以上，每克產(chǎn)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?yàn)椴煌挎叩墓δ芏鄻踊?，所以需要定向發(fā)酵再按照動(dòng)物需求精確復(fù)配才有意義，而只有降低了單菌成本才能形成動(dòng)物日糧單位使用成本相對(duì)較低的高品質(zhì)、多功能的芽孢桿菌復(fù)配制劑。期望以芽孢桿菌完全代替藥物添加劑預(yù)防治療消化道疾病是不太現(xiàn)實(shí)的，所有芽孢桿菌的弱勢(shì)都在于在腸道定殖時(shí)間短，往往在使用后第7d在動(dòng)物腸道中就較難發(fā)現(xiàn)充分的孢子體，在應(yīng)用中往往只能觀察到生產(chǎn)性能的提高，在某些季節(jié)、某些養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境下、某些特征動(dòng)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(píng)價(jià)


　　中國(guó)允許使用的飼用酵母菌有釀酒酵母和產(chǎn)朊假絲酵母。酵母菌專性或兼性厭氧，在缺氧時(shí)，最終把糖分解成酒精和二氧化碳，在有氧時(shí)生長(zhǎng)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(píng)價(jià)


　　酵母菌易于培養(yǎng)，生長(zhǎng)迅速，定植于小腸中段，是人類文明史中被應(yīng)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(mén)半子囊菌綱內(nèi)孢霉目酵母科。釀酒酵母細(xì)胞本身含有豐富的蛋白質(zhì)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(qiáng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化利用，促進(jìn)腸蠕動(dòng)，對(duì)改善母豬便秘有一定功效，奶牛精料中用于對(duì)瘤胃微生物的調(diào)控和對(duì)飼料原料的發(fā)酵。與芽孢桿菌比較，釀酒酵母本身營(yíng)養(yǎng)豐富，但性狀不夠穩(wěn)定，生物奪氧能力遠(yuǎn)低于芽孢桿菌，其代謝的產(chǎn)物不像芽孢多樣化，尤其對(duì)于益生菌素的代謝合成是其短板。


　　3.1.2 產(chǎn)朊假絲酵母又稱產(chǎn)朊圓酵母，歸屬于不完全菌門(mén)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(zhì)和脂肪,最適生長(zhǎng)溫度 25～27 ℃，最適 pH 值 4.5～6.5。產(chǎn)朊假絲酵母在工業(yè)中是極為重要的微生物，用于生產(chǎn)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(wěn)定，生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)要求低，而且細(xì)胞密度高，細(xì)胞體中蛋白質(zhì)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(diào)節(jié)動(dòng)物腸道菌群平衡，但是實(shí)際應(yīng)用中，活性干酵母的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不及酵母菌失活體和酵母培養(yǎng)物(YC)?；罱湍副旧黼m然營(yíng)養(yǎng)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(xì)胞壁、酵母內(nèi)容物等，酵母細(xì)胞壁的主要成分是甘露寡糖、β-葡聚糖、糖蛋白，可對(duì)動(dòng)物疾病和環(huán)境因素導(dǎo)致的應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)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(zhì)產(chǎn)品有一定的治療價(jià)值。酵母內(nèi)容物氨基酸組成比例近于理想狀態(tài)，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(yǎng)物是在特定工藝條件控制下由酵母在特制的培養(yǎng)基上經(jīng)過(guò)充分發(fā)酵后所形成的，不僅含有酵母細(xì)胞壁及酵母內(nèi)容物，而且還含有發(fā)酵后變異的培養(yǎng)基、發(fā)酵代謝產(chǎn)物及少量已無(wú)活性的酵母細(xì)胞，功效包括：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收利用、腸道的生物-生態(tài)修復(fù)、非特征免疫體系與疾病及健康、畜產(chǎn)品的品質(zhì)風(fēng)味色澤、養(yǎng)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(mén)雙歧桿菌目外，所有乳酸菌同屬厚壁菌門(mén)桿菌綱乳桿菌目，下設(shè)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(shuō) 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(yáng)性菌，可利用碳水化合物代謝產(chǎn)生乳酸、丙酸等一些有機(jī)酸，能分解蛋白質(zhì)，有些能分解脂肪，嚴(yán)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(jīng)過(guò)一些處理，儲(chǔ)存溫度超過(guò) 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(chǔ)存。


　　4.1 不同乳酸菌的性能



　　不同乳酸菌的耐受性、代謝產(chǎn)物、特征功效差異較大，需要單獨(dú)分析。


    4.1.1 雙歧桿菌在乳酸菌群中耐熱性較差，產(chǎn)酸能力不顯著，但是代謝產(chǎn)生各種 B 族維生素、合成氨基酸能力強(qiáng)，還能通過(guò)抑制某些維生素分解菌來(lái)保障維生素的供應(yīng)，所以在促進(jìn)仔豬生長(zhǎng)發(fā)育、提高日增重和飼料報(bào)酬方面作用優(yōu)異。雙歧桿菌在腸道內(nèi)吸收利用吲哚、胺等含氮有害物質(zhì)，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(yōu)于雙歧桿菌，產(chǎn)酸能力超過(guò)植物乳酸菌、乳酸片球菌，是目前已知的乳酸菌群中產(chǎn)酸能力最強(qiáng)的菌種。屎鏈球菌耐熱性能在所有乳酸菌中表現(xiàn)優(yōu)異，多數(shù)菌株可常溫保存 4 個(gè)月以上，成活率達(dá)到 75%左右。糞鏈球菌代謝產(chǎn)生乳酸菌生長(zhǎng)因子酶系及控制內(nèi)毒素的酶系，從而促進(jìn)腸道內(nèi)其余乳酸菌的生長(zhǎng)，降低腸道內(nèi)毒素的危害。屎鏈球菌對(duì)腸道絨毛上皮細(xì)胞有較強(qiáng)的營(yíng)養(yǎng)作用，能促進(jìn)腸道組織形態(tài)的病后恢復(fù)。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(chǎn)酸能力一般，過(guò)氧化氫代謝能力強(qiáng)，對(duì)大腸桿菌、沙門(mén)氏菌、梭菌等過(guò)氧化氫陽(yáng)性細(xì)菌拮抗作用強(qiáng)，并有助于腸道正常菌群的平衡。對(duì)腸道黏膜上皮細(xì)胞表面和膜受體吸附作用強(qiáng)，占位性抑制多數(shù)腸道致病菌對(duì)黏膜上皮細(xì)胞的吸附。代謝產(chǎn)生嗜酸菌素，對(duì)頑固型腹瀉和部分病毒有抑制作用。


　　4.1.4 植物乳桿菌，應(yīng)用研究較少，嚴(yán)格厭氧，耐熱性較差，產(chǎn)酸能力較強(qiáng)，適合應(yīng)用于幼畜禽，刺激特異性免疫應(yīng)答能力強(qiáng)，促進(jìn)血清中 IgA、IgG、IgM 水平，強(qiáng)化體液免疫。


　　4.1.5 乳酸鏈球菌，嚴(yán)格厭氧，耐熱性僅次于屎鏈球菌，產(chǎn)生獨(dú)特的乳鏈菌素(一種多肽結(jié)構(gòu))能力強(qiáng)，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(chǎn)酸能力強(qiáng)，能殺死大腸桿菌、沙門(mén)氏菌、梭菌等過(guò)氧化氫陽(yáng)性細(xì)菌。


　　4.2 乳酸菌的應(yīng)用研究方向近些年來(lái)，隨著對(duì)乳酸菌代謝特性和發(fā)酵機(jī)理的認(rèn)識(shí)，已經(jīng)有一些成熟產(chǎn)品應(yīng)用于畜牧業(yè)，但是因?yàn)槭褂贸杀镜南拗?，田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，雖然單位產(chǎn)品中乳酸菌的數(shù)量和發(fā)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(shù)仍不成熟，仍未達(dá)到有足夠的活菌數(shù)到達(dá)病灶部位，不能達(dá)到治療劑量標(biāo)準(zhǔn)。但是，在所有益生菌制劑中，乳酸菌為飼料畜牧業(yè)提供了一條高效的解決方案，我們不能因噎廢食，只有從業(yè)者大量參與，嚴(yán)謹(jǐn)論證，才能找到穩(wěn)定發(fā)揮乳酸菌巨大效能的方法。我們使用乳酸菌，一方面是調(diào)節(jié)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(nèi)發(fā)酵的代謝產(chǎn)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(shí)，一些廠商把方向轉(zhuǎn)向乳酸菌代謝產(chǎn)物———乳酸菌培養(yǎng)物，即用發(fā)酵工程學(xué)理論，接種豐富各異的乳酸菌群到發(fā)酵基質(zhì)及乳酸菌特征營(yíng)養(yǎng)因子(如一些微量元素、維生素)中，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的生物學(xué)控制和發(fā)酵工藝控制，以豐富而高品質(zhì)的乳酸菌代謝產(chǎn)物和發(fā)酵后變異的培養(yǎng)基為最終發(fā)酵目標(biāo)(類似酵母培養(yǎng)物)，從而大幅提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，減少動(dòng)物養(yǎng)殖中疾病發(fā)生率和藥物使用量的技術(shù)措施，取得了一定的成功。


　　5 結(jié)語(yǔ)


　　飼用微生物種類繁多，作用各異，作為解決食品安全、養(yǎng)殖污染、動(dòng)物疾病、動(dòng)物生產(chǎn)性能這四大糾結(jié)問(wèn)題的方案之一，就必須依靠業(yè)內(nèi)認(rèn)識(shí)高度的統(tǒng)一、國(guó)家政策的關(guān)注、行業(yè)門(mén)檻的提升、生物技術(shù)的突破，目前，技術(shù)方向和措施已經(jīng)有了一定深度的研究，飼用微生物科學(xué)和技術(shù)必將為我國(guó)的飼料畜牧業(yè)健康發(fā)展起到應(yīng)有的作用。