乳酸菌的生理特性及其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

■ 張董燕 張日俊

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)飼料生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100097）

近年來(lái)，隨著世界各國(guó)對(duì)抗生素作為飼料添加劑的禁止，乳酸菌類益生菌制劑越來(lái)越受到人們的關(guān)注。研究認(rèn)為，乳酸菌能夠通過(guò)產(chǎn)酸降低腸道pH值，還能產(chǎn)生過(guò)氧化氫及細(xì)菌素等抑菌物質(zhì)，減少大腸桿菌和沙門氏菌等有害菌的生長(zhǎng)繁殖，以起到維持腸道菌群平衡、促進(jìn)機(jī)體健康的作用。然而，乳酸菌是一種活菌制劑，其在生產(chǎn)中的益生效果要受到菌種、使用劑量等影響，動(dòng)物在不同日齡階段的使用效果也不盡相同。因此，深入理解并正確使用該類益生菌制劑才能使其在動(dòng)物生產(chǎn)中充分發(fā)揮益生作用。本文對(duì)乳酸菌的分類、生理特性及乳酸菌制劑在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的常用劑型及應(yīng)用現(xiàn)狀等方面進(jìn)行了綜述，旨在為推動(dòng)乳酸菌在養(yǎng)殖生產(chǎn)中的高效利用奠定基礎(chǔ)。

1 乳酸菌的常見(jiàn)分類及鑒定技術(shù)

乳酸菌屬于厚壁菌門（Firmicutes），桿菌綱（Bacilli），乳桿菌目（Lacobacillales）。包括乳桿菌科（Lactobacillales）、氣球菌科（Aeroccacea）、肉食桿菌科（Carnobacteriacese）、腸球菌科（Enterococcacese）、明串珠菌科（Leuconostocaceae）和鏈球菌科（Streptococcaceae）。截止2012年，自然界已發(fā)現(xiàn)的這類菌在細(xì)菌分類學(xué)上可劃分為41個(gè)屬，430多個(gè)種。

乳酸菌的鑒定方法主要可分為傳統(tǒng)方法鑒定、自動(dòng)化鑒定技術(shù)及分子水平上的鑒定三種。傳統(tǒng)的方法是采用選擇性培養(yǎng)基對(duì)乳酸菌進(jìn)行分離培養(yǎng)，而后依據(jù)菌落特征、菌體形態(tài)、生理生化特征等進(jìn)行表型特征的鑒定，此方法篩選培養(yǎng)出的乳酸菌數(shù)量比實(shí)際低，且不能表達(dá)菌種之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系；自動(dòng)化鑒定是根據(jù)細(xì)菌的表型特征作為鑒定依據(jù)，可將未知菌鑒定到屬、種、亞種或生物型。如API系統(tǒng)、Enterotube系統(tǒng)、Php系統(tǒng)、Biolog系統(tǒng)等。分子技術(shù)包括如16S rDNA序列分析可快速、準(zhǔn)確地對(duì)微生物進(jìn)行分類鑒定，另外還有16S rRNA基因的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）、變性梯度凝膠電泳（DGGE）、脈沖場(chǎng)凝膠電泳（PF-GE）、16S rRNA基因的限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性技術(shù)（RAPD）、熒光原位雜交（FISH）、擴(kuò)增性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（AFLP）、隨機(jī)擴(kuò)增DNA多態(tài)性技術(shù)（PAPD）等。

2 乳酸菌的生理特性

2.1 乳酸菌的營(yíng)養(yǎng)需求

乳酸菌的細(xì)胞組分由蛋白質(zhì)、糖類、脂類及核酸組成，其基本營(yíng)養(yǎng)需求也是碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)鹽和水這六大營(yíng)養(yǎng)素，其碳源兼作能源物質(zhì)。乳酸菌只能通過(guò)糖類發(fā)酵和底物水平磷酸化方式低效率地獲取少量能源，從而維持其生命活動(dòng)和進(jìn)行生物合成。另外，乳酸菌蛋白質(zhì)分解能力和氨基酸合成能力很弱，因此在培養(yǎng)乳酸菌時(shí)，普遍需要向它們提供富含各種肽類和氨基酸的有機(jī)氮源，如蛋白胨、酵母膏、牛肉膏或番茄汁等。張剛(2007)指出，乳酸菌的生長(zhǎng)對(duì)維生素的依賴性很強(qiáng)，同時(shí)還需要嘌呤、嘧啶或其相應(yīng)的核苷或核苷酸作為生長(zhǎng)因子，其中嘌呤、嘧啶的需要量一般為10～20 μg/ml，而核苷和核苷酸則一般為200～2 000 μg/ml。

2.2 乳酸菌的代謝途徑及產(chǎn)物

在乳酸菌的代謝過(guò)程中，存在著兩條明顯差別的乳酸發(fā)酵途徑。一種是同型乳酸發(fā)酵菌，其代謝產(chǎn)物主要為乳酸，如嗜酸乳桿菌、德氏乳桿菌、瑞士乳桿菌和唾液乳桿菌；另一種是異型乳酸發(fā)酵菌，除產(chǎn)生乳酸外，還產(chǎn)生乙醇、乙酸和二氧化碳等產(chǎn)物，如干酪乳桿菌、卷曲乳桿菌、植物乳桿菌等。但有研究認(rèn)為，同型乳酸發(fā)酵的菌株也能形成包括乳酸在內(nèi)的多種代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物的形成是由于剩余的丙酮酸積累和細(xì)胞維持NADH/NAD+平衡的結(jié)果。白鳳翎等(2009)則指出，氧氣在一定條件下可以改變?nèi)樗峋拇x途徑，以形成各種不同的代謝產(chǎn)物。

乳酸菌經(jīng)代謝產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)抑制病原菌的生長(zhǎng)繁殖起著積極的作用，如乙酸、乳酸、短鏈脂肪酸等有機(jī)酸可降低腸道內(nèi)pH值，通過(guò)破壞細(xì)菌膜，干擾細(xì)菌酶的形成起到抑制大腸桿菌及梭菌類的生長(zhǎng)；過(guò)氧化氫能夠激活過(guò)氧化氫酶-硫氰酸系統(tǒng)，抑制和殺滅革蘭氏陰性菌（如假單胞菌屬、大腸桿菌屬和沙門氏菌屬等）。另外，許多乳酸菌能產(chǎn)生細(xì)菌素，如嗜酸乳桿菌的lactacin B、植物乳桿菌的plantaricin、乳酸乳球菌的nisin，它們可以通過(guò)膜通透性殺死細(xì)菌或通過(guò)消化酶干擾敏感細(xì)菌生長(zhǎng)。

3 飼用乳酸菌在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的研究現(xiàn)狀

3.1 劑型

3.1.1 液體劑型

液體制劑可根據(jù)使用用途分為兩種，一種是以發(fā)酵產(chǎn)物為主，經(jīng)發(fā)酵或優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)方式，使發(fā)酵產(chǎn)物積聚，最終以發(fā)酵液為產(chǎn)品；另外一種以菌體為主，是將乳酸菌經(jīng)發(fā)酵離心后用無(wú)菌水或液體保護(hù)劑制備成菌體懸浮液。乳酸菌液體劑型可采用口灌服、飲水或拌料方式進(jìn)行飼喂。在使用過(guò)程中應(yīng)注意液體制劑的保質(zhì)期限，另外，還應(yīng)定期清洗飲水管道或料槽，防止雜菌生長(zhǎng)。

3.1.2 凍干劑型

真空冷凍干燥技術(shù)是采用低溫、干燥、與空氣隔絕的過(guò)程將乳酸菌進(jìn)行保存，具有活菌含量高、用量小、可直接投入生產(chǎn)、且能夠提高產(chǎn)品保存期等特點(diǎn)。但在冷凍干燥制備過(guò)程中，溶質(zhì)物質(zhì)的冰晶凍結(jié)及干燥過(guò)程容易造成微生物細(xì)胞的損傷、死亡及某些酶蛋白分子的鈍化。在凍干前加入保護(hù)介質(zhì)可以提高菌體的凍干存活率，常用的凍干保護(hù)劑可分為：高分子聚合物、脫脂乳、糖類、多元醇及氨基酸等物，其保存期也可超過(guò)9個(gè)月。乳酸菌凍干制劑在使用過(guò)程中應(yīng)密閉保存于干燥、陰暗、pH值6～7、環(huán)境溫度5～15 ℃的地方,并注意保存期限。

3.1.3 微膠囊包被劑型

微膠囊包被技術(shù)采用安全特殊的壁材，將核心菌體物質(zhì)包覆，可增加菌體對(duì)不良環(huán)境（胃液、膽鹽等）的抵抗力，且壁材具有胃不溶、腸溶性特點(diǎn)，能保證菌體不受胃液的破壞而順利到達(dá)腸道以發(fā)揮益生作用，利于儲(chǔ)存、加工和運(yùn)輸，并可延長(zhǎng)貯存期，提高穩(wěn)定性。微膠囊的制備方法可分為界面聚合法、擠壓法、相分離法及噴霧干燥法等。近年來(lái)研究認(rèn)為，噴霧干燥微膠囊技術(shù)具有包被速率快、產(chǎn)品的分散性和溶解性好、生產(chǎn)成本低、適用于連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但由于在噴霧干燥過(guò)程中具有較高的進(jìn)出口風(fēng)溫度，而乳酸菌本身不耐熱，因此，利用此方法進(jìn)行微膠囊制備時(shí)需要控制合理的進(jìn)出口風(fēng)溫度、進(jìn)料速度及進(jìn)料濃度等工藝參數(shù)，并形成合理的乳酸菌微膠囊粒徑及產(chǎn)品含水量，以提高其包埋效率及其貯存穩(wěn)定性。張董燕等(2011)從工藝過(guò)程、壁材選擇、工藝參數(shù)選擇及其產(chǎn)品效果分析等方面對(duì)噴霧干燥方法進(jìn)行乳酸菌微膠囊的制備進(jìn)行了總結(jié)分析，為進(jìn)行乳酸菌微膠囊制劑的高效制備提供了理論基礎(chǔ)。

3.2 應(yīng)用效果分析

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，乳酸菌液體、凍干機(jī)包被劑型均有應(yīng)用，使用形式可分為單一菌株和復(fù)合菌株兩種。在哺乳仔豬階段，采用灌服液體乳酸菌制劑效果較好，侯璐(2010)在仔豬出生后吃母乳前灌服2 ml乳酸菌制劑（其活菌含量均不低于109cfu/ml），而后在5、10 d再灌服同樣劑量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，灌服單一菌組（糞腸球菌）和復(fù)合菌組（糞腸球菌+植物乳桿菌）仔豬日增重分別比對(duì)照組提高了17.64%和14.31%，而腹瀉率分別比對(duì)照組降低36.34%和47.55%。斷奶仔豬階段可通過(guò)飲水、灌服或在飼料中添加凍干包被制劑。Huang等(2004)報(bào)道，飼糧中添加乳酸桿菌能夠顯著增加斷奶后8～14 d日增重，降低斷奶后2周料重比；Estienne等(2005)研究報(bào)道，添加Enterococcus faecium能夠提高斷奶仔豬的日增重，降低料重比；Melanie等(2010)和Mallo等(2010)添加乳酸菌后能夠增加仔豬回腸、盲腸及糞便中乳酸菌含量，減少大腸桿菌活菌含量。侯璐(2010)添加植物乳桿菌和糞腸球菌還能減少斷奶仔豬糞便中金黃色葡萄球菌含量。另有研究證明，日糧中添加乳酸菌能夠顯著提高仔豬血清中IgA、IgG及干擾素-γ含量、降低血清中結(jié)合珠蛋白含量。

總之，已有大量研究證明，乳酸菌對(duì)于提高豬生產(chǎn)性能、降低腹瀉率、改善腸道微生物菌群平衡、減少應(yīng)激、提高機(jī)體免疫能力等方面具有積極的作用。然而，目前關(guān)于乳酸菌在幼齡動(dòng)物生產(chǎn)中的研究較多，而在大齡動(dòng)物生產(chǎn)中的報(bào)道較少。本作者將羅伊氏乳桿菌凍干粉應(yīng)用于生長(zhǎng)豬試驗(yàn)中，經(jīng)飼喂30 d結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)豬生產(chǎn)性能無(wú)顯著影響（P＞0.05），但氮表觀消化率有顯著提高（P＜0.05）。Nousiainen等(1993)則分析指出，相對(duì)于幼齡動(dòng)物而言，生長(zhǎng)豬消化系統(tǒng)及腸道菌群均相對(duì)完善，因此其益生效果不如幼齡動(dòng)物表現(xiàn)明顯。但Wang等(2009)則認(rèn)為，適當(dāng)延長(zhǎng)飼喂時(shí)間會(huì)有效提高乳酸菌益生效果的發(fā)揮。

3.3 乳酸菌發(fā)揮益生效果的影響因素

乳酸菌是人和動(dòng)物腸道的常見(jiàn)菌群之一，從口腔、胃、小腸以及陰道中都能分離得到。然而，乳酸菌益生效果會(huì)受到多種因素的影響：①菌種：菌種具有種屬特異性，即理想的菌株應(yīng)該來(lái)自同種動(dòng)物的消化道；②活菌含量：研究認(rèn)為，在使用過(guò)程中一般要求預(yù)防劑量最低為106cfu/ml，治療劑量不低于108cfu/ml。Lee等(2000)推薦益生菌在動(dòng)物日糧中的最低劑量為106cfu/g。Guerra等(2007)則通過(guò)試驗(yàn)證明，適當(dāng)增加乳酸菌的添加劑量，能夠促進(jìn)仔豬的增重效果，但過(guò)高可能導(dǎo)致菌群結(jié)構(gòu)部分失調(diào)，免疫刺激過(guò)于強(qiáng)烈，反而造成負(fù)面影響；③攝入時(shí)間：在仔豬開(kāi)食、分群、換料、季節(jié)變化、長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)汝P(guān)鍵時(shí)期,提前使用益生菌制劑,有利于建立或恢復(fù)動(dòng)物腸道微生態(tài)平衡，能取得顯著效果。

4 展望

綜上，乳酸菌是一類活菌制劑，合理使用乳酸菌制劑能夠在提高動(dòng)物生產(chǎn)性能和機(jī)體免疫力、改善腸道菌群平衡等方面起到積極作用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于飼用乳酸菌已有大量的研究和報(bào)道，但與國(guó)外相比，我們?nèi)匀狈σ恍┚哂凶灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)的、能夠高效且適合于動(dòng)物生產(chǎn)的優(yōu)良乳酸菌菌種，諸如國(guó)際知名菌種賜美健Enterococcus faecium SF68、丹尼斯克Lactobacillus acidophilusNCFM等。另外，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，利用生物工程技術(shù)如宏基因組、轉(zhuǎn)錄組及蛋白質(zhì)組學(xué)等深入挖掘乳酸菌在動(dòng)物腸道的作用方式及益生機(jī)制，并指導(dǎo)其在動(dòng)物生產(chǎn)中的正確使用方式，將有著廣闊的應(yīng)用前景。

（參考文獻(xiàn)34篇，刊略，需者可函索）