益生素在豬生產中的應用研究進展

林彬彬，占今舜，張 彬

（湖南農業大學動物科學技術學院，湖南 長沙 410128）

抗生素應用于飼料行業已有50年左右的歷史，為畜牧業的發展起到極大的推動作用。但抗生素的濫用也給畜牧業帶來了嚴重的問題，影響中國畜牧業持續穩定健康的發展。另外，也帶來了食品安全等新的問題。鑒于抗生素存在的諸多缺點，其逐漸被其他飼料添加劑替代，而益生素則是眾多替代品中研究較多并且較成熟的一種。益生素（probiotics）是一類活性微生物或其培養物制劑，能夠參與腸內微生物平衡。在動物腸道內進行自身生長繁殖以抑制有害細菌，增強機體免疫功能。從而達到防治疾病、促進生長和提高飼料利用率的目的，安全、低毒、無有害殘留、無抗藥性，是一種綠色飼料添加劑。

1 益生素的種類

可飼用的益生素菌種應有以下特點：1）無致病性，不與病原微生物產生雜交；2）在體內外容易增值，具較強的競爭優勢；3）可在低pH值和膽汁中存活，并能黏附于腸黏膜；4）發酵過程中，產生乳酸和過氧化氫，從而合成大腸桿菌、葡萄球菌、沙門氏菌等腸道致病菌的抑制物，且不影響自己的活性；5）加工后存活率高，混入飼料后，在室溫下穩定性好；6）促進動物生長發育提高抗病能力[1-3]?？捎米饕嫔仫曃沟奈⑸锓N類經美國FDA（1989）規定有42種，包括雙歧桿菌、乳酸桿菌、糞鏈球菌和乳鏈球菌等。根據實際應用最多的分類方法，主要可將菌種分為三大類，即乳酸菌類、芽孢桿菌類和真菌及活酵母類。

1.1 乳酸菌類

乳酸菌類是指可分解糖類產生乳酸的細菌總稱。其應用最早且分布最為廣泛，種類繁多，包括乳酸桿菌屬、鏈球菌屬、明串珠菌屬、球菌屬。

此類微生物主要特點有：1）在pH值為3.0～4.5的條件下仍可生長，因此對胃的酸性環境中有一定耐受性；2）80 ℃條件下，處理5 min，失活率就可達70%～80%，即不耐高溫；3）在微氧或厭氧條件下可產生乳酸，降低腸道pH值，促進鈣、磷和鐵等礦物元素的吸收；4）可促進腸道內合成B族維生素、維生素K、維生素D和氨基酸等物質和消化酶類的分泌，后者輔助食物消化，以增強動物營養代謝，促進機體生長；5）可產生酸性代謝物、溶菌酶和過氧化氫等，抑制潛在病原微生物的生長；6）可維持腸道菌群平衡，使腸道功能保持穩定，具抗腫瘤及免疫調節功能，減少毒素產生，延緩衰老；7）多種動物消化道主要共生菌，在消化道形成正常菌群；8）可產生一種特殊的抗生素—酸菌素，有效抑制大腸桿菌和沙門氏菌的生長。

目前用于添加劑生產的有嗜酸乳酸桿菌、干酪乳酸桿菌、發酵乳酸桿菌、植物乳酸桿菌和纖維二糖乳酸桿菌等。應用較為廣泛的有雙叉雙歧桿菌、長雙歧桿菌、短雙歧桿菌、糞腸球菌、嗜酸乳酸桿菌等。

1.2 芽孢桿菌類

芽孢桿菌屬需氧芽孢桿菌中的不致病菌,在動物腸道的微生物群落中，以內孢子形式存在,并只是偶爾存在。

芽孢桿菌類制劑主要特點有：1）耐性好，耐高溫（100 ℃）、耐鹽、耐酸、制粒過程中耐擠壓等；穩定性好，在腸道中不增值；2）在腸道定植后，消耗大量氧氣，維持腸道厭氧狀態，抑制了致病菌的生長，從而維持腸道生態平衡；3）可產生消化酶，具有較高的蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶活性，降解植物性碳水化合物的能力較強；4）通過抗體的產生和巨噬細胞的活性的提高來刺激免疫，機體體液免疫和細胞免疫被激發，從而促進了機體免疫力和抗病力[4]。

目前用于飼料添加劑的主要有地衣桿菌、枯草桿菌、蠟樣芽孢桿菌和東洋桿菌等，多制成休眠狀態的活菌制劑或與乳酸菌混合使用。

1.3 真菌及活酵母類

作為飼料添加劑的真菌主要是絲狀菌，為米曲霉和釀造酵母培養物，包括真菌及其培養物。

其特點有：1）需氧，存在于多糖偏酸環境中；不耐熱，在60～70 ℃條件下1 h即可死亡；2）含豐富的蛋白質、B族維生素、脂肪、糖酶等多種營養成分和某些協同因子，進而增加飼料適口性，提高飼料中礦物質的生物學效率和其他飼料營養的利用率；3）其細胞壁的主要成分甘露聚糖可增強吞噬細胞的活性；4）可刺激畜禽消化，增強厭氧菌等的生長繁殖，改善腸道微生態環境，調節動物機體免疫功能，增強抗病力[5]。

主要飼用酵母種類有熱帶假絲酵母、產朊假絲酵母、紅色酵母和釀灑酵母等。

2 益生素的作用機理

2.1 維持腸道內微生態的平衡

正常狀態下，動物腸道內以厭氧菌（優勢菌群）為主，占99%以上，其主要包括乳酸桿菌、雙歧桿菌、消化桿菌等，其余的不到1%為需氧菌及兼性厭氧菌。優勢種群即厭氧菌在腸道中起決定作用，維持畜禽的正常生長。若需氧菌及兼性厭氧菌增加，專性厭氧菌減少，則腸道微生態將失去平衡，引起機體消化機能紊亂，抑制動物生長發育，嚴重的則可致病[6]。此時使用微生態制劑，可促使腸道優勢種群增值，需氧菌及兼性厭氧菌逐漸降低，從而使腸道菌群恢復平衡。其作用機理如下：益生素菌株通過物理化學因子非特異性的黏附于宿主腸道黏膜上或通過與黏膜受體結合產生特異性黏附，發揮占位定植作用，以防止病原菌與腸道黏膜受體結合產生黏附[7]，則病原微生物不能定植、占位、生長、繁殖，隨糞便排出體外。Fuller 等和 Barrow 等對雞嗉囊和豬胃進行電鏡觀察，發現乳酸桿菌能很好地附著于上皮細胞表面，這就表明乳酸菌可以通過位點競爭排斥病原菌的黏附和定植，從而保護宿主免受侵害[8]。另外，由雙歧桿菌產生的胞外糖苷酶可降解腸黏膜上皮細胞的雜多糖，而這些糖是潛在致病菌的受體，也是結合細菌毒素的受體，從而可抑制潛在的致病菌及其毒素在腸黏膜的黏附，對宿主起保護作用[9]。

2.2 產生抑菌物質

2.2.1 產生醋酸、乳酸等物質

乳酸菌和雙歧桿菌在腸道內能夠產生醋酸和乳酸，從而降低腸道pH值，抑制大腸桿菌及梭菌類的生長，且抑菌率高達80%以上。乳酸是腸道微生物活性的首要調控物質，在小腸內將其進一步代謝生成乙酸，后者是細菌合成VFA的原料，從而腸道內環境被酸化，阻斷了對酸敏感的病原菌（大腸桿菌、產氣莢膜梭菌等）的生長；當環境pH值逐漸下降時，以分子形式存在的強有機酸（甲酸、乙酸）的濃度上升，通過細胞膜擴散進入細胞，表現更高的抑菌能力[10]。

2.2.2 產生細菌素

細菌素是一類選擇性作用于細菌靶細胞的抗菌物質，它們大多屬于多肽類且具水溶性，主要由乳酸乳球菌、嗜酸乳桿菌、枯草芽孢菌、雙歧桿菌等物質產生。

乳酸乳球菌產生的乳酸鏈球菌肽（nisin） 細菌素可抑制鏈球菌、葡萄球菌及梭狀芽孢桿菌的生長；嗜酸乳桿菌產生的細菌素能抑制大腸桿菌DNA 的合成；從枯草芽孢桿菌中提取的枯草菌素（subticin），是一種環多肽，能抑制真菌；雙歧桿菌產生的雙歧桿菌素（bifidin）主要由苯甲基丙氨酸和谷氨酸組成，對腸道腐生菌起抑制作用。

2.2.3 產生過氧化氫

由嗜酸桿菌及乳酸乳桿菌產生的過氧化氫可激活動物大腸內的過氧化物酶-硫氰酸鹽反應系統，系統中，過氧化物酶與過氧化氫結合，氧化硫氰酸鹽，生成氧化中間產物，從而抑制葡萄球菌等致病菌的生長繁殖[11]。更有研究指出，蠟樣芽孢桿菌孢子加到雞飼料中，肉雞后期（28～49日齡）血液中超氧化物歧化酶活性明顯高于對照組，盲腸沙門氏菌陽性率顯著降低[12-13]。

2.2.4 產生其他物質

乳酸桿菌產生的膽汁鹽水解酶，其對膽汁進行化學修飾之后，使其對病原菌具有較強的抑制作用。此外，細菌產生的3-羥基丙酮、2-3-丁二醇、雙乙酰都具有很強的抑菌作用。

2.3 提高機體免疫機能

研究發現無菌動物的淋巴組織發育不全，淋巴細胞增值能力低下，體液中補體和溶菌酶含量降低，使漿細胞形成受阻，免疫記憶時間縮短。在動物實驗中觀察到，無菌動物的腸壁集合淋巴結很小，腸內有共生菌定植后，腸壁集合淋巴結明顯增大。益生素作為非特異免疫調節因子，主要有兩大作用。

2.3.1 影響非特異性免疫應答

許多研究顯示，益生素增強單核吞噬細胞(單核細胞和巨嗜細胞)、多形核白細胞(主要是嗜中性粒細胞)和自然殺傷細胞的活力，刺激活性氧溶酶體酶和單核因子的分泌[14]。有報道稱益生腸球菌可以作為非特異性免疫調節因子，增強腸道非特異性免疫能力，促進巨噬細胞產生IL-6，激活淋巴細胞，增加血液中免疫蛋白的含量，提高機體抵抗病原菌的能力[15]。Fuller指出，直接飼喂活的微生物可刺激動物腸道免疫器官發育，提高動物抗體水平和提高巨噬細胞活性，增強機體免疫功能。Yosui發現，鼠服用短雙歧桿菌后，可刺激派伊爾結細胞的增殖，其中以巨噬細胞增殖為主。

2.3.2 刺激特異性免疫應答

通過細菌本身或細胞壁成分刺激免疫，可激發機體體液免疫和細胞免疫，例如益生菌可刺激動物產生干擾素，增加黏膜表面和血清中IgA，IgM和IgG水平以強化體液免疫；促進T、B淋巴細胞的增殖和成熟，增強機體的免疫力和抗病力；具有一定程度的抗炎癥、抗病毒和抗腫瘤作用。另外，益生素還合成過氧化氫等活化腸黏膜內相關淋巴組織，誘導 T、B細胞和巨噬細胞產生細胞因子，提高機體免疫力。Perdigon發現，小鼠口服干酪乳桿菌可促進 SIgA的合成，腸道 IgA和 IgM抗體生成細胞也增多。因此，認為口服干酪乳桿菌可減少腸道感染或作為口服疫苗的輔助物，但營養不良小鼠飼喂含干酪乳桿菌的發酵乳卻不能提高免疫力[16]。也有研究表明，植物源性乳酸菌可提高血清中IgG的濃度、淋巴細胞轉化率，進而增強斷奶仔豬免疫功能[17]。

3 益生素在養豬生產中的應用及研究

3.1 在仔豬上的應用

3.1.1 增強免疫力，防止仔豬腹瀉

仔豬腹瀉是養豬業的常見疾病，是困擾仔豬飼養的最主要疾病之一，也是引起仔豬死亡的重要病因之一，尤其在1～3月齡的仔豬較為常見。據調查表明，一般情況下，發病較輕的在10%～20%，嚴重的可達40%～50%，有的甚至達100%，死亡率可達10%～15%，因此對仔豬腹瀉的防治刻不容緩。

研究表明，益生素可增強機體免疫力，有效防治仔豬腹瀉。楊旭輝等人[18]研究復合益生素對仔豬免疫功能的影響，結果發現，在基礎日糧中添加了0.2 g/kg干酵母及0.4 g/kg嗜酸乳桿菌液的復合益生素后，可增加試驗組仔豬IgG、IL-2、IL-5和IFN-γ的量，且明顯高于基礎對照組，可見，復合益生素能夠更好地增強仔豬的免疫功能。張海棠等人[19]在日糧中添加益生素(谷草芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌等)，結果顯示，益生素組中免疫球蛋白IgG、IgM、IgA及補體C3、C4水平均升高，提高幅度分別為25.92%、8.39%、4.91%、6.17%、5.50%。賈得宏等[20]研究產酶益生素對防治斷奶仔豬腹瀉的效果,發現試驗組4頭仔豬發生腹瀉,腹瀉率為8.3%,無死亡,對照組35頭仔豬發生腹瀉,腹瀉率為74.5%,死亡8頭,死亡率為17.2%，因此與對照組相比，腹瀉率降低22.1%，死亡率下降17.2個百分點。據張巖等[21]研究發現，在日糧中加入0.4%的加酶益生素，腹瀉發生率為2.9%，與對照組的18.3%相比，腹瀉率下降84.2%（P≤0.01），可明顯降低仔豬腹瀉次數，預防腹瀉效果極好。

仔豬斷奶后，由于斷奶應激使仔豬胃腸道消化酶活性受到影響，免疫機能下降，導致仔豬對蛋白質的消化障礙及仔豬胃腸道病原微生物的大量繁殖，進而破壞仔豬消化道內微生物區系的平衡，導致仔豬腹瀉。因此，對仔豬腹瀉防治的重點應放在維持仔豬腸道微生態環境平衡上，益生素在腸道內恰可保護優勢菌群，維持腸道微生態平衡；又因仔豬胃酸分泌不足，有利于有益微生物的定植，這對益生素在腸道內迅速建立有效的有益微生物優勢菌群有重要意義。

3.1.2 提高仔豬生產性能

因益生素可改善仔豬胃腸道微生態環境，從而保證動物對飼料具有良好的消化率和利用率，進而獲得良好的飼養效果。

經黃俊文等人[22]報道，在基礎日糧中加入益生素后，仔豬日增重顯著高于對照組（僅有基礎日糧）,料重比顯著低于對照組。該試驗是選用21日齡斷奶三元雜商品仔豬，試驗A組為對照組，試驗B組為試驗組（基礎日糧+益生素），結果經數據分析處理，得出益生素單獨使用對斷奶仔豬生產性能有正效應。另外，張海棠等人研究表明，在基礎日糧中添加益生素,與添加抗生素組相比,日增重提高,料重比降低(P>0.05)。與抗生素組相比，益生素組日增重提高0.81%，料重比降低0.41%，差異均不顯著。付水廣等人[23]選用杜×長×大三元雜交斷奶仔豬為試驗對象，對照組飼喂基礎日糧，試驗組1飼喂基礎日糧＋0.1%益生素制劑， 試驗組2飼喂基礎日糧+0.2%益生素制劑，用以研究益生素對斷奶仔豬生產性能的影響，結果顯示在平均日增重方面，試驗組2與對照組和試驗組1相比，差異極顯著(P<0.01)，分別提高了18.48%和11.49%，試驗組1與對照組相比也顯著(P<0.05)提高。料肉比方面，試驗組2比對照組降低9.71%，試驗組1比對照組降低2.86%。因此，益生素在仔豬生長性能上，有促進作用。

3.2 在生長育肥豬上的應用

早在1996年，就有權吉錫等[24]報道，生長肥育豬添加益生素制劑可使日增重提高9.5%。又有張茂華等人[25]選用體重和生長日齡相近的生長豬進行低聚木糖和產酶益生素對生長豬的影響試驗，得出此2種添加劑單獨添加（試驗組2、試驗組3）能顯著提高生長豬的平均日增重(P<0.05)，較對照組分別提高6.5%和7.5%，而此2種添加劑合用（試驗組4）可極顯著提高生長豬的平均日增重(P<0.01)，較對照組提高14.1%。在經濟效益方面，試驗組（2、3、4組）均降低了豬的生產成本。另外，毛倩等人[26]研究飼糧中添加復合益生菌(JS菌)對生長肥育豬的影響,發現與對照組相比,添加0.2%JS菌顯著提高試驗豬30～50 kg階段的平均日增重和采食量(P<0.05),添加0.1%JS菌顯著提高試驗豬80～100 kg階段的平均日增重(P<0.05)。

由上述研究可看出，在飼料中添加益生素，對生長肥育豬的生長具有正效應，可提高日增重及采食量，促進生長，提高飼料利用率及經濟效益。

4 存在的問題和發展前景

4.1 存在的問題

益生素作為一種新興的飼料添加劑,雖這些年發展很快,但發展過程中存在明顯的不穩定性和不連續性。因此，益生素的使用劑量、使用最佳時機對豬的不同發育時期要區別對待；對益生素的作用機理的研究進展也較緩慢，急需加強力量對益生素的作用機理進行更深層次的研究，以指導益生素的研制、生產及使用；目前，雖已提出一些益生素質量標準，但仍無健全的法規體系，使產品質量令人擔憂，法律體系的健全勢在必行；仍有部分益生素產品生產處于復配、仿制階段，檢測手段不完善，檢測方法尚顯混亂，因此必須建立完善的行業檢測標準；最主要的是廣大養殖戶在益生素的認識上存在偏差，將其當藥物使用，應普及益生素的使用方法，使養殖戶正確使用益生素制劑，使其發揮最大功效，起到預防疾病和促進生長的作用。

4.2 發展前景

在畜牧業生產中，我們常用益生素代替抗生素作為飼料添加劑，以避免長時間使用抗生素所帶來的毒副作用。近年來，因復合菌制劑具協同作用，更是由單一菌株益生素逐漸向復合益生素發展，如腸道共生復合菌等。為提高益生菌劑的有效性，人們正著力于益生素輔劑的研制開發，如微膠囊的應用。同時，人們也在開發和研究益生素與其他制劑間的聯合使用，如酶制劑、酸化劑、中草藥等，充分利用制劑間的協同作用。并且研究表明，可以通過遺傳工程的方法改造現有菌株。已有試驗證明，一株從豬的腸道中分離的嗜酸乳桿菌通過遺傳工程改造后，能定植在鼠的腸道上皮，預示著通過現代生物技術有可能生產出更有效的益生素。

新型“綠色”飼料添加劑——益生素，正以其獨特的作用功效影響著我國日益發展的畜牧業，隨著社會快速的發展，人們對生態、健康、綠色食品的渴望越來越高，研究開發高效、專一、安全的益生素具有廣闊的前景。

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