饲用乳酸菌制剂的研究现状及在养猪生产中的应用

                                                       王晶,季海峰,王四新,张董燕,王雅民
                                             (北京市农林科学院畜牧兽医研究所, 北京　100097)
摘要:乳酸菌制剂具有改善胃肠道功能、提高动物免疫力和生产性能等作用,现已逐步应用于畜禽水产等各个养殖领域。近几年来,中国在乳酸菌制剂的研究和应用方面也开展了较多研究。作者综述了有关乳酸菌制剂在冻干保存、微胶囊制备和生物技术应用方面的研究现状,以及乳酸菌制剂在促进猪生长、改善肠道环境和提高免疫力等方面的研究和应用进展,旨在为乳酸菌制剂在中国养猪业中的进一步研究和应用提供参考。
关键词:乳酸菌制剂;冻干;微胶囊;生物技术;猪
中图分类号:S816. 79 　　　　　文献标识码:A 　　　　　文章编号:167127236 (2010) 0320038203
　　在众多微生物添加剂中,乳酸菌制剂是饲用微生物添加剂中应用最为广泛,效果较好的一类。它是多种动物消化道主要的共生菌,能形成正常菌群,也是中国最早公布的两种可直接使用的饲料级微生物添加剂菌种之一。已有大量报道证明,这类饲用微生物添加剂具有良好的生物学功能,并且已在饲料行业中得到较广泛的应用。乳酸菌可以在动物肠道内大量定植,帮助食物消化和代谢,促进营养物质的吸收和利用;同时它还能与致病菌竞争,抑制有害菌的繁殖,改善肠道内环境,调整胃肠道菌群平衡,提高动物健康水平。在养猪生产中,应用乳酸菌制剂可以达到提高日增重、改善料重比、增强机体抗病力、提高成活率、降低腹泻率、提高经济效益的效果。因此,近几年有关乳酸菌制剂及其在养猪方面的应用研究越来越多,越来越深入。
1 　乳酸菌制剂的研究现状
1. 1 　冻干技术　乳酸菌作为有益菌可直接饲喂动物,并能改善动物胃肠道微生态平衡而被人们广泛认同。但由于该类菌多为厌氧菌或兼性厌氧菌,在生长过程中,不形成芽孢,抗性较差,在液体条件下难以长期保存,而且也不利于运输、储藏和使用。因此,乳酸菌的保藏一直是备受研究者关注的问题。菌种保藏方法有低温保藏方法、隔绝空气保藏法、干燥保藏法和寄主保藏法等多种。近年来研究结果发现,利用真空冷冻干燥技术生产活菌制剂是多种保藏方法中较为理想的一种,其保存期可超过3 个月,在常温下即可保存。哈森等(2002) 分别用定期移植保存法、冻结法和真空冷冻干燥法对乳酸菌进行保存,结果表明,真空冷冻干燥法效果较好,其保存期长,而且在常温下即可保存。但真空冷冻干燥过程中,冷冻和干燥的过程会造成部分微生物细胞的损伤、死亡及某些酶蛋白分子的钝化。因此,要提高乳酸菌冻干后的存活率及活菌制剂的常温稳定性,必须尽可能减少冻干过程对活菌的不良损伤,所以在冻干前加入保护介质减少冻干损伤是必须的。从目前的研究资料来看,各种糖类(如葡萄糖、果糖、乳糖、甘露糖和蔗糖) 、糖醇(如山梨醇和纤维醇) 和非还原性糖(如海藻糖) 保护剂对乳酸菌类细胞的冻干脱水具有显著的保护作用(杨一兵等,2008) 。张英华等(2007) 研究结果表明,海藻糖能够和细胞膜成分形成氢键作用,取代水的位置,保护细胞膜的稳定性,从而有效保护细胞膜结构及蛋白质,保证完整的细胞组织结构。另外,郑秋红等(2006)研究了分别用海藻酸钠和聚乙烯醇两种包埋剂对乳酸菌进行包埋固定,结果表明,经过包埋固定的乳酸菌在冻干后的存活率大于未包埋菌,而且热稳定性也有明显提高。
1. 2 　微胶囊技术　微生态制剂的最低活菌浓度一般为107 CFU/ mL 时,才能发挥其有效的生理作用。因此,微生态制剂必须通过胃环境以大量的存活菌到达肠道并定植于肠黏膜上才能发挥其生理作用,但由于胃酸、胆汁酸等的杀菌作用,微生态制剂的活菌数在此过程中会大幅度下降。因此,如何使微生态制剂到达动物后肠道后仍能大量存活,已成为研究者越来越关注的问题。微胶囊技术是运用一定的方法和仪器,使用天然的或合成的高分子材料,将固体、液体甚至气体的微小颗粒包裹在半透性或密封性囊膜的微型胶囊内,使微胶囊内的物质与外界环境隔离,免受环境的影响,从而保持活菌的稳定,而在适当条件下,被包裹的物质又可以释放出来发挥作用。而食用乳酸菌的研究结果表明,采用微胶囊技术包埋乳酸菌,能增强菌体对外界环境的抵抗力,显著提高菌体在到达肠道后的存活率,使乳酸菌更好地发挥益生作用(Adhikari 等,2000) 。近年来,已有研究将该项技术应用于饲用乳酸菌的研究中。吕利军等(2008) 为了保证足够的乳酸菌在动物肠道中发挥益生作用,研究以海藻酸钠、脱脂奶粉、乳糖为壁材,采用挤压包埋和冷冻干燥结合的方法对植物乳杆菌进行微胶囊化研究。研究结果表明,海藻酸钠浓度为3 %、脱脂奶粉浓度为4 %、乳糖浓度为6 %、CaCl2 浓度为2 %时,制备的微胶囊产品外形颗粒圆整,大小均匀,活菌数为7. 67 ×1010 CFU/ g ,且产品具有耐酸性。在随后的断奶仔猪饲喂试验中,也证实了制备的乳酸菌微胶囊能促进断奶仔猪的生产性能,并能提高其免疫力(吕利军等,2009) 。现阶段饲用乳酸菌的实际生产中,微胶囊化的产品还很少,这主要是由于乳酸菌的微胶囊化工业生产中还存在着技术的成熟、壁材的选择和生产设备的配套等几个方面的问题。因此,发展和改善饲用乳酸菌微胶囊产品的实际应用性能,还需进行更多的研究和探索。
1. 3 　生物技术　随着分子生物学的高速发展,将基因工程技术应用于乳酸菌制剂的研究,通过对一些优良菌种的遗传改造,导入有用基因如必需氨基酸合成酶基因、疫苗基因等,让乳酸菌制剂在肠道内就能产生必需氨基酸或某些传染病原的免疫保护造,以达到促进生长、预防疾病、改善消化吸收的目的,已成为新型乳酸菌制剂研究的方向和目的(温建新等,2008) 。乳酸杆菌是公认安全级( GRAS) 菌,乳酸杆菌自身及其各种代谢产物对机体有营养和免疫功能,再加上其携带的目的蛋白的专一性作用,用乳酸杆菌作为疫苗载体不仅可使乳酸杆菌刺激产生黏膜及全身免疫反应,提高某些免疫活性因子的分泌,而且可将特异性抗原分子携带并分泌到肠道,进而引起
细胞免疫和体液免疫。因此,乳酸杆菌是一种极有前景的疫苗载体,将转基因技术应用到微生态制剂的生产中是该领域未来发展的方向。现在构建乳酸杆菌口服基因工程苗表达载体的条件都已逐渐完善,只是乳酸杆菌如何诱导小肠产生局部免疫反应的机制尚不清楚。随着研究水平的提高,通过对乳酸杆菌表达调控的进一步研究和对免疫学特别是黏膜免疫机制的进一步探讨,定会得到具有更强生物学功能的乳酸杆菌基因工程菌。
2 　乳酸菌制剂在养猪生产中的应用
2. 1 　促生长作用　乳酸菌制剂对仔猪的促生长作用已得到广泛证实,但由于仔猪生长性能的表现受多种因素(品种、饲养类型、营养水平、最适菌种、最适添加量、最适剂型、最佳饲喂方式等) 的影响,因此,有关乳酸菌制剂改善仔猪生长性能的研究结果不尽相同;所以近年来仍在进行较多此方面的相关研究。谢红兵等(2008) 在仔猪料中添加不同比例(0. 1 % ,0. 2 %) 的乳酸菌制剂(颗料状,保加利亚乳杆菌) ,研究其对仔猪生产性能的影响。相比于不添加乳酸菌制剂的对照组,两试验组均显著提高了断奶仔猪的日增重、料重比;存活率虽与对照组差异不显著,但均有不同程度的提高;此外乳酸菌制剂的添加还显著降低了断奶仔猪的腹泻率。陈红梅(2006) 研究了哺乳阶段(14～35 日龄) 和断奶阶段(35～70 日龄) 基础日粮中添加不同比例的乳酸菌素(粉状,嗜酸乳杆菌) 的效果。研究结果表明,在哺乳仔猪日粮中添加乳酸菌素对哺乳仔猪各方面影响不明显,在断奶仔猪日粮中添加0. 4 %乳酸菌素组与对照组相比,可极显著提高断奶仔猪的日增重;显著提高粗纤维的表观消化率,其它各种养分的表观消化率有随着乳酸菌素添加量增加而提高的趋势;粪中大肠杆菌数量比对照组显著减少,仔猪腹泻率有降低表现。这些结果都表明,乳酸菌制剂的添加能够明显提高断奶仔猪的生产性能,但有关影响因素和最佳效果仍需进行更深入的研究。
2. 2 　改善肠道环境　动物消化道中微生物群体纷繁复杂,在正常情况下,通过有益菌和有害菌之间的相互作用,使微生物之间保持着动态平衡,这种平衡一旦被破坏,将对机体产生不良影响。早已有研究结果表明,乳酸菌对提高宿主的营养,调节猪肠道菌群结构及改善肠道环境等均有有利的影响。王凯等(2008) 选择72 头断奶仔猪研究了饲喂乳酸菌制剂对断奶仔猪肠道生理生化指标的影响。研究结果表明,以1. 5 %乳酸菌制剂拌料发酵6 h 后,饲喂仔猪可显著降低盲肠、结肠和直肠后段内容物p H ,显著降低盲肠氨浓度,十二指肠、空肠的淀粉酶活性有明显提高,后肠段和粪中大肠杆菌数和总细菌数均无显著差异,但盲肠乳酸杆菌数有显著提高。研究结果表明,以拌料形式在仔猪饲料中添中乳酸菌制剂,可明显改善仔猪肠道环境和菌群结构。此外,张常明等(2006) 研究了在基础日粮的基础上,每日每头添加30 mL 植物源乳酸菌制剂,对二元杂阉公猪肠道菌群结构的影响。结果表明,添加组消化道各段内容物p H 都有所降低,乳酸菌数量不同程度地高于对照组,且在胃底、十二指肠、空肠部位都达到了显著水平;此外,盲肠和结肠内容物中大肠杆菌的数量均有显著降低,表明植物源性乳酸菌能有效抑制
有害菌的繁殖,改善动物消化道微生态平衡。
2. 3 　免疫促进作用　研究结果表明,乳酸菌制剂在改善仔猪生长性能和肠道环境的同时,还能增强其特异性及非特异性免疫。乳酸杆菌能促进机体的免疫反应,是由于这些细菌在代谢过程中产生如蛋白质和多肽类等代谢产物,能激活机体免疫系统(苏布敦格日乐等,2007) 。乳酸杆菌的此种免疫促进作用在近年来中国的一些研究中也得到证实。张常明等(2006) 选取了165 头35 日龄的大长二元杂阉公猪,研究了植物源性乳酸菌对断奶仔猪免疫功能的影响。研究结果表明,断奶仔猪日粮中添加乳酸菌制剂能提高仔猪生产性能,而且可以提高血清T4 和
IGF21 的水平,淋巴细胞转化率和IgG 水平有明显提高, IgA、IgM 水平则有增高的趋势,表明乳酸菌对断奶仔猪的免疫功能有促进作用。吕利军等(2009) 选取48 头25 日龄断奶仔猪,研究了添加乳酸菌微胶囊和合生素的添加对断奶仔猪免疫力的影响。结果表明,相比于对照组,乳酸菌的添加显著提高了CD4 + / CD8 + 、单核—巨噬细胞数,也证实了乳酸菌制剂对断奶仔猪的免疫力有提高作用。
3 　小结
近年来,随着人们对动物性食品安全的广泛关注,绿色、安全且能有效替代抗生素和抗菌药物的饲料添加剂的研发成为人们的研究热点。其中,乳酸菌类微生态制剂的研究也已成为近年来研究的焦点之一,它为饲料和畜禽养殖业的健康发展提供了一条高效、无公害、无污染的新途径。其产生和发展顺应了当前高新技术产业化和注重健康环保的主流,在应用中充分考虑了动物菌群自身特点及寄主与环境之间的关系,该类微生态制剂的科学合理使用,必将成为本世纪饲料添加剂的主流。目前,中国在乳酸菌制剂的研究和应用方面虽然取得了一定的成绩,但还是比较薄弱,尤其是作用机理了解得不十分清楚,大多数研究还停留在使用效果水平上,基础理论方面的研究还远远不够,因此导致其作用效果不是很稳定。另外,目前中国市场上乳酸菌制剂的种类繁多,质量参差不齐,而产品的使用者又缺乏关于微生态制剂的相关知识。这些因素也都影响着乳酸菌制剂类产品的使用效果。因此,在科技工作者不断进行深入研究和探索的同时,还需政府相关部门加强监管和法规建设,力争使乳酸菌这类优良微生态制剂的生理功能全部发挥出来,使其在中国的养猪生产,乃至整个养殖业发展中发挥重要的作用。