戴 甜，章文明*，王 翀，崔艷軍,3，楊彩梅,3，汪海峰

（1.浙江農(nóng)林大學動物科技學院，浙江臨安 311300；2.浙江大學動物科學學院，浙江杭州 310058；3.浙江惠嘉生物科技股份有限公司，浙江安吉313307）

益生菌（Probiotics）的概念源于希臘語“對生命有益的細菌”，益生菌通常是定植于動物腸道、生殖系統(tǒng)內(nèi)，能產(chǎn)生確切健康功效的活性有益微生物（細菌或者酵母）的總稱。常見的益生菌包括乳酸桿菌（Lactobacillus species）、雙歧桿菌（Bifidobacterium species）、鏈球菌（Streptococcus species）以及少部分大腸桿菌（Escherichia coli）等，一些乳酸乳球菌（Lactococcuslactis）和腸球菌（Enterococcus）也常被使用。乳酸菌是一類能將碳水化合物發(fā)酵生成乳酸的革蘭氏陽性菌[1]，已廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥等相關(guān)行業(yè)，并被公認為食品級安全產(chǎn)品。乳酸菌在自然界中廣泛存在于人、畜、禽腸道以及許多食品、物料和少數(shù)臨床藥品中[2]。乳酸菌至少包括20 個屬，主要為乳酸菌屬（Lactobacillus）、雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）、鏈球菌屬（Streptococcus）、腸球菌屬（Enterococcus）、乳球菌屬（Lactococcus）等[3]。乳酸菌作為腸道內(nèi)的優(yōu)勢菌群，具有調(diào)節(jié)機體胃腸道菌群平衡、保持微生態(tài)平衡和防傳染病等作用[4]。本文就乳酸菌益生特性及其在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用做一綜述，以期為乳酸菌的合理利用提供參考。

1 乳酸菌的生理特性

乳酸菌屬于革蘭氏陽性菌，形狀為桿形、球形等，發(fā)酵過程中利用碳水化合物形成大量乳酸。乳酸菌按其發(fā)酵產(chǎn)酸的產(chǎn)物分為同型發(fā)酵菌和異型發(fā)酵菌2 種類型。同型乳酸發(fā)酵通過糖酵解途徑產(chǎn)生大于90%的乳酸。異型乳酸發(fā)酵缺乏果糖一二磷酸途徑的關(guān)鍵酶[5]。乳酸菌通過發(fā)酵產(chǎn)酸能將食物中的大分子蛋白質(zhì)部分降解為小分子肽和游離氨基酸，利于胃腸消化吸收[6]。乳酸菌細胞膜主要由磷脂、蛋白質(zhì)和少量糖類構(gòu)成，并通過疏水鍵和氫鍵維持磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)。根據(jù)功能的不同，可以將膜上蛋白分為膜轉(zhuǎn)運蛋白、受體蛋白、連接蛋白和酶[7]。這些蛋白發(fā)揮著物質(zhì)運輸和離子交換的功能，可以催化某些生理生化反應(yīng)的發(fā)生，從而提高機體免疫功能，防止外來病菌的侵入[8]。同大多數(shù)革蘭氏陽性菌一樣，乳酸菌細胞膜含有大量糖聚合物和蛋白質(zhì)，它由多層肽聚糖球囊周圍裝飾著磷壁酸、多糖和蛋白質(zhì)組成。通過對乳酸菌細胞膜的分析在破譯控制肽聚糖相關(guān)酶活性和細菌自溶的分子機制、細胞膜蛋白在細菌表面的錨定、噬菌體對靶細菌表面的吸附以及益生菌與細菌之間的相互作用方面有重要作用[9]。另外，許多乳酸菌能產(chǎn)生細菌素，它們可以通過膜通透性殺死細菌或通過消化酶干擾敏感細菌生長。由此，乳酸菌通過特殊機制在腸道成功定植之后與病原菌競爭結(jié)合位點，分泌細菌素、肽聚糖等物質(zhì)，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)等益生功能。由于乳酸菌發(fā)揮的益生效應(yīng)，研究乳酸菌的生理特性是益生菌技術(shù)開發(fā)和健康應(yīng)用的重要組成部分。

2 乳酸菌的益生功能作用

2.1 腸道定植 乳酸菌在腸道定植是發(fā)揮一系列生理功能的基礎(chǔ)，乳酸菌類制劑在腸道內(nèi)發(fā)揮作用的前提同樣是在腸道內(nèi)成功定植。乳酸菌參與腸道定植的黏附因子有很多，包括脂磷壁酸、肽聚糖、S 層蛋白等。然而乳酸菌腸道定植后又能發(fā)揮一系列功能。作者所在課題組研究乳酸菌與腸上皮細胞黏附的關(guān)鍵表面蛋白，發(fā)現(xiàn)羅伊氏乳桿菌表面37 ku 的表面蛋白GAPDH 在腸道黏附中具有重要作用[10]。與未處理的菌株相比，通過用LiCl 處理去除表面蛋白或通過用抗GAPDH 抗體阻斷，羅伊氏乳桿菌ZJ617 黏附上皮細胞的能力顯著降低。免疫電鏡和免疫熒光分析證實，GAPDH 位于羅伊氏乳桿菌ZJ617 的表面層[10]。作者所在課題組進一步研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌表面蛋白GAPDH 的分泌與細胞膜通透性正相關(guān)（未發(fā)表），后續(xù)將進一步研究闡述相關(guān)表面蛋白在乳酸菌腸道黏附定植中的作用。有研究顯示，乳酸菌細胞膜脂磷壁酸和肽聚糖參與了細胞黏附過程，表層蛋白中SlpA 可以與纖維連接蛋白作用參與腸道定植[11]。由此通過研究乳酸菌腸道定植機制以提高乳酸菌腸道定植數(shù)量，對于其發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)、維持腸道菌群平衡以及促進腸道消化吸收等一系列功能有重要意義。

2.2 免疫調(diào)節(jié) 乳酸菌發(fā)生益生效應(yīng)首先需要在腸道內(nèi)成功定植[10]。之后通過細胞膜和外界進行物質(zhì)交換和能量的傳遞。乳酸菌可作為非特異性免疫調(diào)節(jié)因子，激活宿主免疫細胞。表現(xiàn)為可以增強多形核白細胞、單核細胞和巨噬細胞、自然殺傷細胞的活力，刺激單核因子、活性氧和溶酶體酶的分泌，并且刺激巨噬細胞等誘導產(chǎn)生細菌素[12]。并且乳酸菌可以通過細胞壁中的脂磷壁酸、胞外多糖的分泌與腸上皮細胞結(jié)合也可以與宿主免疫細胞上的TRL2 結(jié)合，調(diào)節(jié)TNF-α 水平，從而改善宿主炎癥機制。有研究驗證，益生菌對HRV 疫苗誘導的免疫反應(yīng)存在劑量效應(yīng)，表明益生菌鼠李糖乳桿菌GG 增強Th1 細胞免疫但不影響人腸道微生物移植的新生兒Gnotobiotic 豬模型中的抗體反應(yīng)[13]。因此乳酸菌及其代謝產(chǎn)物在增強機體免疫功能、發(fā)揮免疫效益等方面有重要作用。Lakritz 等[14]給小鼠灌注羅伊氏乳桿菌發(fā)酵食物，發(fā)現(xiàn)僅口服這些純化乳酸菌就足以抑制2 種模型的乳腺瘤變特征。乳酸菌可以降低腸道通透性和炎癥的發(fā)生，阻礙有害物質(zhì)對腸道屏障功能的損害，減弱細胞凋亡和自噬等并且可以增強外周血、T 淋巴細胞、B 淋巴細胞的活性，增強細胞免疫和體液免疫等功能[15-16]，這對于在畜禽生產(chǎn)中，由于外部環(huán)境變化導致動物免疫功能低下而引起的相關(guān)疾病有重要預防和治療意義。

2.3 維持腸道菌群平衡 動物腸道內(nèi)分布大量細菌，分布廣，種類多，包括多種厭氧菌、需氧菌等，這些細菌相互依存、相互制約，與宿主保持相對平衡穩(wěn)定。其中乳酸菌作為優(yōu)勢菌群可以調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，抑制病原菌的生長，促進雙歧桿菌和乳桿菌等益生菌的繁殖。乳酸菌可以合成細菌素來抑制病原菌的生長，大多數(shù)乳酸菌產(chǎn)生的細菌素通過感染細菌細胞膜通透性來殺死細菌。同時細菌素又可以被消化蛋白酶降解，因此宿主可以控制細菌素的生成[17]。乳酸菌分泌的胞外多糖對腸道菌群和脆弱擬桿菌的生長產(chǎn)生抑制，并且能夠促進乳桿菌和厭氧菌的生長[18]。有研究用發(fā)酵乳桿菌I5007飼喂新生仔豬每日1 次，連續(xù)口服14 d，發(fā)現(xiàn)口服發(fā)酵乳桿菌之后改善了微生物群落的變化，增加益生菌的同時，降低了梭菌數(shù)量[19]。玄家潔[20]研究發(fā)現(xiàn)，飼料添加乳酸菌復合物組肉雞盲腸乳酸菌數(shù)量極顯著高于對照組；28 日齡時，乳酸菌復合物組的肉雞盲腸大腸桿菌數(shù)量顯著降低了12.05%，這說明乳酸菌復合物可以促進肉雞腸道內(nèi)乳酸菌的生長繁殖，抑制大腸桿菌的生長繁殖。這些研究均表明乳酸菌對腸道微生物組產(chǎn)生了影響，能夠調(diào)節(jié)腸道內(nèi)有益和有害微生物間的平衡，使宿主腸道維持穩(wěn)定狀態(tài)。

2.4 促進食物消化吸收 乳酸菌在腸道成功定植后，通過分泌產(chǎn)物補充宿主在消化酶上的不足，幫助分解消化道上未被吸收的營養(yǎng)物質(zhì)；并且能夠促進腸道蠕動，降解飼料在消化代謝中產(chǎn)生的抗營養(yǎng)因子，提高飼料適口性，增加動物采食[2]。主要表現(xiàn)在通過產(chǎn)生磷酸蛋白酶，將相關(guān)蛋白分解為氨基酸和奶酪脂肪肽，提高動物對蛋白的消化和吸收。分泌的乳糖酶可以降解乳糖從而發(fā)酵為乳酸等小分子物質(zhì)。在腸道成功定植后，能產(chǎn)生丁酸和細菌素等活性代謝物。其中丁酸可以抑制很多突變物質(zhì)的活性，并參與細胞的凋亡和分化，細菌素則可抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等常見病原菌的生長[21]。有研究發(fā)現(xiàn)，耐久腸球菌 ED-27 在酸性條件下能產(chǎn)生穩(wěn)定活性的脂肪酶，提高食物的消化吸收[22]。此外，乳酸菌還能競爭同一環(huán)境中的營養(yǎng)供給，并通過支配和消耗所有的營養(yǎng)來源來維持他們共同的棲息地，保持宿主與正常細菌間的共生關(guān)系，防止過度產(chǎn)生不需要的營養(yǎng)物質(zhì)。

3 乳酸菌類微生態(tài)制劑在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用

3.1 乳酸菌在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的應(yīng)用 新生仔豬對疾病的抵抗力低下，易受各種病原菌侵襲，從而影響仔豬的生長發(fā)育。乳酸菌調(diào)節(jié)黏膜層細胞，可改善仔豬腸道屏障功能，預防腸道疾病[23]。在新生仔豬飼料中添加乳酸菌可以調(diào)節(jié)豬腸道菌群的形成，有利于新生仔豬的健康[24]。索成等[25]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂植物乳桿菌發(fā)酵液后能顯著提高仔豬的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，降低耗料增重比、腹瀉率和死亡率，并對豬肉品質(zhì)（滴水損失和嫩度等）有明顯的改善。同時有研究表明，與對照組相比，服用玉米乳桿菌發(fā)酵飼料的豬腸道中沙門氏菌的感染顯著下降，降低了由沙門氏菌引發(fā)的發(fā)熱和腹瀉[26]。以上研究證實，乳酸菌類制劑能夠提高新生仔豬的免疫能力，提高母豬的采食量，維持豬腸道菌群平衡，對降低胃腸道疾病的發(fā)生率有重要意義。

3.2 乳酸菌在反芻動物生產(chǎn)上的應(yīng)用 在反芻動物中，犢牛腹瀉是影響犢牛生長發(fā)育的多發(fā)疾病，死亡率較高。主要是由于大腸桿菌、沙門氏菌、分歧桿菌等病原菌感染犢牛腸道引發(fā)腹瀉[27]。由于乳酸菌有競爭性定植腸道的作用，致使致病性菌株的粘附能力顯著降低。Lee 等[28]將12 頭剛斷奶的小牛分為無微生物接種劑（對照組）和接種植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)與枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)的混合物（試驗組），飼喂4 周后，與對照組相比，試驗組糞便乳酸菌和腸道桿菌數(shù)量均顯著提高，糞便腹瀉評分和腹瀉持續(xù)時間均顯著下降。Schmidt 等[29]將發(fā)酵過的甘蔗青貯飼料飼喂公牛，與對照組相比，公牛的平均日增重和飼料利用率大幅提高，進而提高了公牛的生產(chǎn)性能。對于奶牛中，Torok 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌產(chǎn)生的十二碳六烯酸可顯著改變奶牛瘤胃中細菌和產(chǎn)甲烷古細菌的菌群結(jié)構(gòu)，同時改變奶牛中單不飽和脂肪酸以及多不飽和脂肪酸，對于改善胃腸道菌群結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)奶牛胃腸道環(huán)境、促進食物消化吸收有重要作用。

3.3 乳酸菌在家禽生產(chǎn)上的應(yīng)用 在集約化生產(chǎn)中，雞容易受環(huán)境因素的影響，造成腸道內(nèi)微生物群紊亂，影響生產(chǎn)效益。給肉雞飼喂乳酸菌微生態(tài)制劑可以使雞腸道內(nèi)微生物群恢復正常，降低對疾病的高度易感性，達到最大生長效益[31]。同時乳酸菌產(chǎn)生的乳酸、醋酸等對病原菌有抑制作用。研究表明，通過給肉雞服用乳酸菌制劑，可以有效緩解被梭菌感染之后肉雞生長性能和脂肪酸含量的負面變化[32]。同時，家禽日糧中添加乳酸菌制劑不僅能夠抑制有害菌群的生長，還可以改善生產(chǎn)性能、提高產(chǎn)蛋率。日糧中添加不同水平乳酸菌可以提高蛋雞產(chǎn)蛋后期的生產(chǎn)性能，改善蛋品質(zhì)并降低發(fā)酵糞中 NH3、H2S 濃度[33]。有研究通過將22 只蛋雞分為3 個治療組，與對照組相比，服用乳酸菌的試驗組蛋重及每千克飼料效率均顯著提高，破蛋和無蛋殼數(shù)量顯著減少，導致降級卵數(shù)量極顯著減少。在補充益生菌6 個月后，蛋黃的脂肪酸組成和膽固醇含量也存在顯著差異[34]。由此可見，乳酸菌可以有效提高肉雞生長效益，對于蛋雞品質(zhì)和產(chǎn)蛋量也有顯著提高。

乳酸菌微生態(tài)制劑作為一種無毒、無害、無污染的綠色產(chǎn)品在畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛，大量試驗證明乳酸菌制劑具有良好的飼喂效果（表2），在提高畜禽日增重、飼料轉(zhuǎn)化率和泌乳能力等方面有顯著效果。

4 展 望

乳酸菌作為廣泛使用的微生態(tài)制劑，具有維持動物消化道微生物區(qū)系平衡、增強畜禽的抗病能力和提高動物生產(chǎn)性能等作用，可作為綠色畜禽養(yǎng)殖中理想的微生態(tài)制劑產(chǎn)品。為了更好發(fā)揮乳酸菌的益生作用，越來越多的研究著重于乳酸菌生長代謝、腸道粘附作用機制、腸道內(nèi)占位競爭和營養(yǎng)競爭能力；同時，關(guān)注乳酸菌實際應(yīng)用中的用量、使用期限、飼喂方法等，從而進一步發(fā)揮乳酸菌類制劑在胃腸道中的益生效應(yīng)。

表2 不同乳酸菌對畜禽生產(chǎn)性能的影響