無抗日糧背景下對四種常見益生菌制劑的評估

◆作者：魏可健 舒丹平 周琪琪 曾得壽 譚現義 劉緒同 劉煬

◆單位：深圳市金新農科技股份有限公司，深圳，518106

幾十年來，抗生素已廣泛應用于動物生產，據報道，中國抗生素的使用量和排放量遠遠高于歐美發達國家，其中動物用抗生素占總量的52%。由于大量使用抗生素引發了藥物殘留、抗生素耐藥性、環境污染等問題，歐盟委員會于2006年已禁止在飼料中添加抗生素作為生長促進劑。美國也在消費者壓力的推動下逐漸淘汰促生長用抗生素的使用（Castannon，2007）。隨著禁抗的步伐不斷加速，研究探索新的抗生素替代品已成為迫在眉睫的需求。

益生菌制劑是一種含有單一或混合活菌的添加劑，當攝入有效劑量的益生菌制劑會對機體產生有益的作用。益生菌廣泛用于食品行業和動物生產中，其主要成分活菌能夠在腸道內定植，抑制有害菌的生長繁殖，促進腸道的微生態平衡。其代謝產物還能夠調節腸道免疫，維持腸道的正常功能，使機體的免疫能力增強，提高腸道對食物的消化率。已發表的研究結果表明益生菌對動物生長性能的促進作用存在較大的差異，可能是由于益生菌的使用劑量、益生菌類型、使用時間、飼料穩定性及理化性質和養殖管理等因素的影響。在商業生產中被廣泛應用的益生菌制劑有:乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬、乳球菌屬、酵母菌屬和芽孢桿菌屬。其中芽孢桿菌屬、腸球菌屬和酵母菌屬是動物養殖中使用最普遍的益生菌屬。（Ferreira等，2011）由于益生菌制劑含有活菌的屬性，進入動物體消化道的過程中會被各種消化液作用而部分失活。且益生菌不能耐受過高的溫度，這也使得其在飼料生產中受到制約。因此，了解常見的益生菌制劑的生物活性對飼料生產領域具有重要的參考價值。試驗通過研究四種常見益生菌的耐高溫能力、耐胃酸和膽鹽能力和抑菌性，以求為更好地發揮益生菌制劑在飼料工業中的作用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 益生菌制劑

益生菌制劑包括枯草芽孢桿菌（≥1×1010CFU/mg）、地衣芽孢桿菌（≥1×1010CFU/mg）、丁酸梭菌（≥1.5×1010CFU/mg）和屎腸球菌（≥3×109CFU/mg）。

1.1.2 指示菌

大腸桿菌ATCC25922；沙門氏菌ATCC14028；產氣莢膜梭菌ATCC13124。

1.1.3 培養基

LB固態培養基：胰蛋白胨10g，酵母提取物 5g，氯化鈉 10g，瓊脂粉15g，加入1000mL H2O完全溶解后，調pH值至7.3±0.1，121℃滅菌20min。脫脂乳培養基：脫脂乳粉10g，蒸餾水100ml，經過115℃高壓蒸汽滅菌15min。

營養肉湯培養基：蛋白胨10.0g，牛肉膏粉 3.0g，NaCl 5.0g，蒸餾水1000mL，調節pH 7.4±0.2，經過121℃高壓蒸汽滅菌15min。

RCM培養基：牛肉浸出粉1.0g，胨 1.0g，酵母浸出粉 0.3g，可溶性淀粉0.1 g，葡萄糖0.5 g，鹽酸半胱氨酸 0.05g，NaCl 0.5g，乙酸鈉0.3g，瓊脂0.05g，蒸餾水100mL，調節 pH 6.8±0.2，經過121℃高壓蒸汽滅菌15min。

平板計數瓊脂培養基：胰蛋白胨 5.0g，酵母浸粉 2.5g，葡萄糖 1.0g，瓊脂 15.0g。

LB固體培養基：氯化鈉1g、蛋白胨1g、酵母浸提物0.5g、瓊脂粉1.5g、水100ml。調pH值為7.0±0.2。121℃，高壓 滅 菌15min，滅菌后可放置在80℃的水浴鍋或者烘箱中保溫。

蒸餾水1000mL，調節pH 7.0士0.2，經過121℃高壓蒸汽滅菌15 min。

1.1.4 試驗器材

移液槍（槍頭）、牛津杯、培養皿、離心管、酒精燈、止血鉗、超凈工作臺、電熱恒溫培養箱、離心機、自動pH測定儀、高壓滅菌鍋、天平、滅菌器、培養皿、試管、燒杯、量筒、酒精燈、牛津杯。

1.2 試驗方法

1.2.1 高溫耐受性試驗

①菌液的制備：分別稱取1g樣品加入10 mL無菌水，震蕩混勻，備用。

②試驗方法：用平板計數法分別對四種益生菌制劑的起始菌液濃度進行計數。且按1%劑量將菌液加入含有80%甘油和20%無菌水的混合液，將處理液置于85℃的水浴鍋，水浴5 min。水浴結束，使用平板計數法對水浴處理后的菌液濃度進行計數。

1.2.2 胃酸和膽鹽耐受性試驗

①配置模擬胃液：用10M HCl將無菌生理鹽水調節至pH=2.5，每100mL液體加入1g胃蛋白酶，混勻，用0.20μm的無菌濾頭過濾待用。

②配置模擬小腸液：用10M HCl將無菌生理鹽水調節至pH=6.8，每100 mL液體加入1 g胰蛋白酶、0.3 g膽鹽，混勻，用0.20 μm的無菌濾頭過濾待用。

③試驗方法：按1%劑量將1.2.1中制備好的菌液加入10 mL模擬胃液中，于37℃水浴1h。在6000r/min條件下離心6min，去上清液，加入10mL無菌生理鹽水重懸，此步驟重復三次。將重懸后的菌液在6000rpm條件下離心6min，去上清液。加入10 mL制備好的模擬小腸液，于37℃水浴2h。水浴結束，使用平板計數法對處理后的菌液濃度進行計數。

1.2.3 牛津杯抑菌試驗

①菌種的活化：大腸桿菌、沙門氏菌、產氣莢膜梭菌為指示菌。分別對四種益生菌制劑和三種指示菌進行劃線培養，挑取單菌落加入對應的液體培養基進行擴增，于37℃培養48 h（丁酸梭菌和產氣莢膜梭菌在厭氧罐中培養），備用。

②固體培養基的配置：在已滅菌的培養皿中倒入15 mL LB固體培養基進行封底。待第一層培養基凝固。待LB固體培養基放置到不燙手后，每100mL LB固體培養基中，加入100uL菌液，混勻。倒入之前配置好的已經凝固的培養基中，每個培養基倒入5mL。

③試驗方法：將牛津杯放置于培養基5～10min后，待培養基凝固，用止血鉗取出牛津杯，在培養皿底部寫好記號，對應沿圓環外壁均勻加入10uL樣品溶液，放入37℃恒溫培養箱中培養24h（丁酸梭菌和產氣莢膜梭菌在厭氧罐中培養）。

2 試驗結果

2.1 高溫的耐受性試驗

由表1可知，地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌對高溫均有較高的耐受性，在85℃水浴5 min后細菌存活率均高于80%。而屎腸球菌對高溫的耐受能力較弱，經過高溫水浴后存活率僅不到5%。

表1 益生菌制劑對高溫的耐受性

表2 益生菌對胃酸和膽鹽的耐受性

2.2 胃酸和膽鹽的耐受性試驗

由表2可知，經過處理后的枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌的存活率均大于90%，試驗表明枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌對胃酸和膽鹽的耐受力較強。地衣芽孢桿菌對胃酸和膽鹽的耐受能力相較枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌稍弱，但強于屎腸球菌，細菌存活率達到72.94%。屎腸球菌經過胃酸和膽鹽處理后細菌的細菌存活率只有30.53%。

2.3 牛津杯抑菌試驗

由表3可知，地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、丁酸梭菌和屎腸球菌對大腸桿菌均無抑制作用；地衣芽孢桿菌可以抑制產氣莢膜梭菌的生長，而枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌對沙門氏菌和產氣莢膜梭菌均沒有抑菌作用。屎腸球菌可以抑制沙門氏菌的生長，但對大腸桿菌和產氣莢膜梭菌無抑菌效果。

3 討論

3.1 益生菌制劑對高溫的耐受性情況

益生菌制劑是一類生物活性添加劑，在畜產品安全和環境保護中發揮重要作用。但由于益生菌制劑的主要功能性物質是活菌，在運輸、生產和貯存的過程中均存在失活的風險，所以產品質量不穩定是益生菌制劑存在的主要問題之一（舒娜等，2003）。本試驗發現地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌對高溫均有較好的耐受性，細菌存活率都達到80%以上。丁酸梭菌制劑中活菌是以芽孢形式存在的，在高溫環境具有很強的穩定性；經80℃熱處理30 min全部存活，經100℃熱處理5 min后30%存活（易中華，2012）。芽孢特殊的生物構造及其對熱應激較完善的調節機制使芽孢菌耐熱性較強，與本試驗的結果基本一致。宋獻藝等（2018）的試驗發現屎腸球菌經過80℃熱處理30 min后，存活率僅為17%。經過80℃熱處理60min后無活菌存活。宋（2018）的研究表明屎腸球菌對高溫的耐受能力較弱，這一結果與本試驗結果基本一致。試驗結果提示益生菌制劑在飼料加工過程中應優先選擇對高溫耐受性較好的芽孢菌。而對于不耐高溫的益生菌，應通過改良加工技術優化其對環境的適應能力。

表3益生菌制劑的抑菌作用效果

3.2 益生菌制劑對胃酸和膽鹽的耐受性情況

益生菌主要在動物的腸道中發揮作用，通過調節腸道微生態的平衡，增強動物免疫能力，維持動物的健康狀態。胃液有強酸性且含有胃蛋白酶，而小腸中膽 鹽 濃 度 達 到 0.3%（w/v）。（Chou L等，1999）益生菌在消化道中需要經歷2 h的低pH胃酸環境和小腸中高濃度的膽鹽環境（李善仁等，2010）。低pH條件或疏水條件會解離益生菌的膜蛋白，進而導致細胞死亡（宋獻藝等，2018）。本試驗的結果表明地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌對胃酸和膽鹽均表現較好的耐受性，其中枯草芽孢桿菌的對胃酸和膽鹽的耐受力強于其他三種益生菌制劑，細菌存活率最高達到93.74%。李善仁等（2010）的試驗中3株枯草芽孢桿菌在0.3%膽鹽處理2 h細菌存活數略有下降，無顯著差異，與本試驗結果基本一致。屎腸球菌經過胃酸和膽鹽處理后，活菌存活率僅為31.53%，相較于試驗中其他三種益生菌制劑耐受能力較弱。丁酸梭菌能夠耐受胃液、膽鹽和消化液（易中華，2012）。本試驗結果發現丁酸梭菌經過1 h模擬胃液處理和2 h模擬小腸液處理后細菌存活率仍達到90.03%。試驗一定程度可以表明以芽孢形式存在的益生菌制劑經過胃腸道更能保證活菌數量，從而能夠更好地發揮有益作用。

3.3 益生菌制劑的抑菌效果

抑菌性是益生菌的一個重要作用。益生菌能夠產生具有抑菌效果的酶類、酸類等生物活性物質或通過競爭抑制病原菌的生長（郭志杰等，2010；吳惠芬等，2005）。本試驗以沙門氏菌、大腸桿菌和產氣莢膜梭菌三種病原微生物作為指示菌驗證益生菌制劑的抑菌效果。結果表明丁酸梭菌對三種指示菌均無明顯的抑菌作用?？莶菅挎邨U菌、地衣芽孢桿菌和丁酸梭菌對大腸桿菌和沙門氏菌均無明顯的抑菌作用，但地衣芽孢桿菌對產氣莢膜梭菌表現出了抑菌效果。但李善仁等（2010）的試驗發現三株枯草芽孢桿菌對大腸桿菌和沙門氏菌均表現出來抑菌作用；張雪平等（2001）的研究表明丁酸梭菌能夠抑制腸內致病性大腸桿菌、傷寒沙門氏菌等有害菌的生長繁殖。益生菌的抑菌效果存在不穩定性，同時菌株或培養環境的差異、益生菌制劑的加工工藝均會影響試驗結果，具體機制仍需要進一步進行研究。本試驗中屎腸球菌對沙門氏菌具有抑菌作用。Simova等（2009）的研究發現從乳制品中分離的屎腸球菌在發酵中產生細菌素，可以抑制病原微生物的生長。夏玉等（2014）的研究表明屎腸球菌發酵乳對沙門氏菌和金黃色葡萄球菌均有良好的抑制作用，與本試驗的結果基本一致。

4 結論

地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌對高溫、胃酸和膽鹽均有較好的耐受性，而屎腸球菌的耐受能力較弱。

地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、丁酸梭菌和屎腸球菌對大腸桿菌均無抑制作用。屎腸球菌可以抑制沙門氏菌的生長，地衣芽孢桿菌可以抑制產氣莢膜梭菌的生長。

參考文獻：（略）